История создания полистирола

Полистирол — это один из самых необычных синтетических полимеров с точки зрения истории его исследования. За первые сто лет своего существования он то был востребован, то оказывался нежелательным соединением. Однако именно изучение полистирола привело к развитию новых направлений в химии. Например, были созданы теория цепной полимеризации и представления о макромолекулах, которые легли в основу многих современных химических исследований.

Впервые стирольный мономер был получен в восемнадцатом веке. Самое раннее упоминание о синтезе стирола относится к 1786 году. Каспар Ньюман, химик, провёл перегонку бальзама стиракса ещё в начале восемнадцатого века. Из зёрен стиракса получил водные и спиртовые экстракты, которые содержали смолу и эфирное масло. После перегонки растительного бальзама он получил эмпириоматическое масло. При нагревании это масло осмолялось.  

В 1827 году Жан-Франсуа Бонастр, французский фармацевт, сообщил о своих наблюдениях кристаллических отложений. Эти отложения постепенно формировались в течение нескольких лет из чёрного перуанского бальзама, который добывали из дерева Myroxylum peruiferum. Бонастр проводил исследования с целью отделить жидкие смолы от настоящих бальзамов. Он основывался на выводах химиков того времени. В течение нескольких месяцев он наблюдал, как жидкий стиракс кристаллизуется в спиртовом растворе. Смола этого дерева использовалась как душистое вещество в парфюмерии, антисептик и один из компонентов состава для мумифицирования в Древнем Египте около 3000 лет назад. Бонастр обнаружил, что желто-белые кристаллы в форме иголок нерастворимы в воде и имеют сладкий вкус. Когда спиртовой раствор испарялся, он оставлял смесь кристаллов и сладкого маслянистого вещества с запахом ванили. Бонастр назвал смолистое вещество «стирацином» и предположил, что оно присутствует в жидком стираксе. Кроме того, Бонастр провёл термический эксперимент с соком, полученным из надрезов на амбровом дереве. В результате он получил 7 граммов белого бесцветного эфирного масла. Это масло было легче воды, имело проникающий запах и едкий жгучий вкус.

В 1831 году немецкий аптекарь Йохан Эдуард Симон заявил, что результат Бонастра между жидким стираксом и коммерческими образцами обусловлен только свежестью и более высокой чистотой продукта. В 1839 году Симон повторил свой эксперимент со смолой бальзамного дерева, которое называется Liquidambar orientalis. Он провёл множество дополнительных опытов, чтобы лучше понять свойства жидкого стиракса. После перегонки смолы в карбонате натрия аптекарь получил серо-коричневое маслянистое вещество. Он назвал его стиролом. Спустя несколько дней стирол самостоятельно уплотнился под воздействием воздуха и света, превратившись в желеобразное вещество. Симон предположил, что это произошло из-за окисления, и назвал получившийся продукт «оксидом стирола». Хотя на самом деле это было результатом полимеризации, а смолу можно назвать одним из первых синтетических полимеров в истории, Симон не увидел в своём открытии практической пользы и прекратил исследования.

Немецкие химики Джон Бэддл Блит (John Blyth) и Август Вильгельм фон Гофманн (August Wilhelm von Hofmann) повторили этот опыт в 1845 г. без кислорода и проводили серии опытов по нагреванию, экстрагированию эфиром и сушке. В результате нагрева учёные получили твёрдое вещество, которое они назвали «метастирол», переформулировав термин «оксид стирола». Они отметили, что состав «метастирола» совпадает с составом стирола. Было замечено, что под воздействием солнечного света стирол превращается в «метастирол». Это стало первым сообщением о фотополимеризации — явлении, которое позднее подтвердят другие исследователи. Стоит отметить, что хотя учёные уже нашли количественное соотношение углерода и водорода, структура стирола оставалась неизвестной на протяжении всех этих исследований.

В 1865 году немецкий химик Эмиль Эрленмейер открыл, что стирол способен образовывать димеры. В 1866 году он же доказал, что стирол — это на самом деле винилбензол. В то же время французский химик Марселин Бертло установил, что «метастирол» является полимером стирола. Он назвал процесс уплотнения стирола полимеризацией и в 1869 году получил этот мономер путём пиролиза этилбензола (разложения соединений при недостатке кислорода). 

В 1881 году французский химик Жорж Лемуан обнаружил, что жидкий стирол под воздействием солнечного света (то есть ультрафиолетового излучения) становится твёрдым. Химическая формула стирола была известна учёным того времени, и Лемуан предположил, что этот процесс затвердевания на свету, согласно теории Александра Михайловича Бутлерова, является фотополимеризацией.

Первые упоминания о практическом применении полистирола можно найти в трудах Кронштейна, который занимался вопросами полимеризации. В 1900 году он описал полистирол как «органическое стекло» и отметил, что его можно использовать для изготовления лаков.

В 1911 году были получены первые патенты на практическое применение полистирола. Английский химик Фредерик Метью, получив два таких патента, предположил, что полимеризованный стирол обладает замечательными изоляционными свойствами и может заменить целлулоид, дерево и стекло. При смешивании с резиной этот материал делает автомобильные шины более твёрдыми и ударопрочными. Это натолкнуло Метью на мысль использовать полистирол для создания износостойких и жаропрочных автомобильных покрышек.

Война 1914 года замедлила развитие производства и исследования полистирола. Процессы были сложными и дорогостоящими, а получаемый материал не пользовался спросом из-за высокой цены. 

Первые образцы коммерческого полистирола были созданы немецким химиком-органиком Германом Штаудингером в начале 1920-х годов. Он обнаружил, что твёрдое вещество, которое Симон извлёк из натуральной смолы, на самом деле представляет собой высокомолекулярный полимер, состоящий из длинных цепочек молекул стирола. Штаудингер ввёл термин «макромолекулы» для описания таких соединений. Теория Штаудингера была встречена жёсткой критикой, однако позже она была признана научным сообществом и нашла практическое применение.

В 1922 году французские химики Шарль Дюфрасси и Шарль Мюрей совершили открытие, которое имело огромное значение для производства полистирола в Европе. Они обнаружили вещества, способные замедлять полимеризацию стирола и контролировать этот процесс. До этого времени производство полистирола было ограничено опасностью неконтролируемой высокотемпературной полимеризации стирола. Это открытие стало настоящим прорывом, так как теперь можно было безопасно производить полистирол в больших количествах. Промышленники и строительные компании сразу же заинтересовались новым органическим соединением. Оказалось, что полистирол может заменить стекло и быть отличным материалом для утепления домов.

С 1925 по 1930 годы были запущены первые промышленные производства стирола и полистирола. В 1929 году немецкий химик Герман Марк получил патент на процесс производства стирола из этилбензола. В 1930 году американская компания начала производство мономера, а первый завод по производству полистирола был открыт в Германии в 1931 году. Патент на изобретение вспененного полистирола получен шведскими изобретателями в 1931 г.

В 1932 г. Герман Штаудингер впервые предположил, что неспособность полистирола кристаллизоваться объясняется отсутствием стереорегулярности (упорядоченности молекул), что делает его аморфным. И сделал важное открытие: при нагревании стирола происходит цепная реакция, в результате которой образуются длинные цепочки макромолекул. Это открытие привело к производству полимеров и пластмасс. За свой вклад в эту область Штаудингер получил Нобелевскую премию в 1953 году.

Современный пенополистирол (в просторечии «пенопласт»), изобретен в Германии в 1950 г. компанией BASF и получил сокращенное название EPS (expanded polystyrene foam). В СССР промышленное производство пенополистирола началось в 1939 году. Сегодня мировой рынок пеноматериалов продолжает активно расти, и полистирол является одним из самых популярных пеноматериалов после полиуретана.

русты карнизы кронштейны  молдинг  межэтажный пояс пилястры подоконники термопанели гибкий клинкер арки балясины барельефы замковый камень колонны