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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
플라스틱. 발명과 생산의 역사
플라스틱(플라스틱 덩어리) 또는 플라스틱은 합성 또는 천연 고분자 화합물(폴리머)을 기반으로 하는 유기 재료입니다. 합성 폴리머를 기반으로 한 플라스틱은 매우 광범위하게 사용되었습니다. "플라스틱"이라는 이름은 이러한 재료가 열과 압력의 영향을 받아 냉각 또는 경화 후에도 주어진 모양을 형성하고 유지할 수 있음을 의미합니다. 성형 공정은 소성 변형(연성) 상태에서 유리질(고체) 상태로의 전이를 수반합니다.
플라스틱의 광범위한 사용은 우리 시대의 특징 중 하나입니다. 거의 모든 천연 섬유, 수지 및 재료에는 이제 인공 대체물이 있습니다. 다른 많은 물질은 자연에서 발견되지 않는 특성으로 만들어졌습니다. 그리고 이것은 분명히 과거의 위대한 물질 혁명, 즉 청동과 철의 발전과 같은 중대한 격변의 시작에 불과합니다. 일반적으로 플라스틱은 여러 구성 요소를 포함하는 복잡한 유기 화합물입니다. 그 중 재료의 기본 물성을 결정짓는 가장 중요한 것은 인공수지이다. 모든 플라스틱의 생산은 이 수지의 준비로 시작됩니다. 일반적으로 수지는 고체와 액체의 중간 위치를 차지합니다. 한편으로 그들은 고체의 특성을 많이 가지고 있지만 유동성도 매우 높습니다. 즉, 모양을 쉽게 바꿀 수 있습니다. 내부 구조와 관련하여 수지는 또한 별도의 위치를 차지합니다. 대부분의 고체와 같이 단단한 결정 격자가 없습니다. 그들은 명확한 융점이 없으며 가열되면 점차 부드러워져 점성 액체로 변합니다. 특성이 매우 유사한 고무와 마찬가지로 수지는 중합체입니다. 즉, 분자는 수많은 동일한(종종 구조가 매우 단순한) 단위로 구성됩니다. 인공(합성) 수지는 축합 반응과 중합 반응의 두 가지 유형의 화학 반응의 결과로 얻을 수 있습니다. 축합 반응 중에 두 가지 이상의 물질이 상호 작용하면 새로운 물질이 생성되고 부산물(물, 암모니아 등)이 계속 방출됩니다. 예를 들어, 페놀 수지는 페놀과 포름알데히드로부터 얻어집니다. 즉, 두 개의 페놀 분자가 포름알데히드에 포함된 메틸렌 그룹과의 다리에 의해 서로 연결되어 물이 방출됩니다. 그런 다음 이미 이중인 분자가 서로 결합합니다. 결국, 선형 또는 XNUMX차원 구조의 큰 분자가 얻어진다. 중합 반응에서 동일한 물질의 분자가 상호 작용합니다. 서로 결합하여 부산물을 분리하지 않는 고분자인 새로운 물질을 형성합니다. 고무에 관한 장에서 이미 언급했듯이 분자에 이중 또는 삼중 결합이 있는 탄소 원자를 가진 모든 유기 물질은 중합 반응이 가능합니다. 수지는 플라스틱의 모든 구성 요소인 시멘트와 결합하거나 때로는 말해지는 대로 플라스틱에 가소성과 경도, 내수성, 기계적 및 전기적 절연 특성과 같은 기타 가치 있는 특성을 부여합니다. 많은 유형의 플라스틱에 있는 수지 외에도 중요한 위치(질량의 50-70%)는 유기 및 광물 물질이 될 수 있는 소위 충전제가 차지합니다. 유기 충전제 중에서 셀룰로오스가 가장 중요한 것으로 간주됩니다 (종이, 직물 또는 린터-면 빗 형태로 사용, 수지 용액을 함침시킨 다음 건조 및 압착). 무기 충전재에는 운모, 슬레이트, 활석, 석면, 유리 천 및 흑연이 포함됩니다. 일반적으로 필러는 수지보다 훨씬 저렴하며 올바른 선택으로 도입하면 플라스틱의 특성이 거의 손상되지 않습니다. 때로는 잘 선택된 필러를 도입하면 플라스틱의 품질이 향상되기도 합니다. 또한 특수 첨가제 및 가소제의 도움으로 개선할 수 있습니다. 전자는 소량으로도 플라스틱에 새로운 특성을 부여합니다(예: 금속을 추가하면 유전체에서 전도성 플라스틱이 생성됨). 그리고 수지와 용액을 형성하는 가소제는 그것을 부드럽게하고 추가 가소성을 부여합니다. 인공 재료를 기반으로 한 플라스틱 생산의 시작은 1830세기 초반으로 거슬러 올라갑니다. 1863년 영국에서 최초의 플라스틱 중 하나인 Camptulikon이 생산되었습니다. 이 레이어드 재료의 기초는 고무, 분쇄된 코르크 및 기타 구성 요소의 혼합물이 롤링된 황마 직물이었습니다. 그러나 고무의 높은 가격으로 인해 이 플라스틱의 생산은 널리 보급되지 않았습니다. XNUMX년 영국인 Walton은 고무를 리녹신으로 대체하여 리놀륨 생산을 시작했습니다. 나무나 대리석보다 훨씬 천천히 지워지기 때문에 지금까지 바닥재로 널리 사용되어 왔다. 셀룰로오스를 기반으로 하는 셀룰로이드의 발명은 플라스틱의 광범위한 사용을 시작했습니다. 셀룰로오스 또는 섬유는 목재 및 기타 식물 재료의 기초를 형성합니다. 그것의 분자는 구조적으로 단순한 수많은 단위로 구성됩니다. 정제된 형태에서는 무색의 불용성 불용성 물질입니다. 1845년에 셀룰로오스(면모)를 질산과 황산으로 처리하면 피록실린으로 알려진 질산 에스테르가 형성된다는 것이 발견되었습니다. 이 물질은 매우 위험하며 건조 시 큰 힘으로 폭발합니다. 그러나 젖었을 때 전혀 위험하지 않다는 것이 나중에 밝혀졌습니다. 질문이 생겼습니다. 물이 pyroxylin의 폭발력을 박탈한다면 아마도 그 특성에 영향을 미치는 다른 방법이 있을 수 있습니다. 젖은 니트로 셀룰로오스가 장뇌와 혼합되면 롤러에서 처리되고 압축되고 성형 될 수있는 플라스틱을 얻는 것으로 나타났습니다. 1869년 Hayeth 형제는 이러한 방식으로 셀룰로이드를 얻었고 1872년부터 상업적으로 생산되기 시작했습니다. 셀룰로이드는 강도가 크고 아름다워 어떤 색으로도 염색이 가능하고 투명 필름으로 사용할 수 있습니다. 이 플라스틱은 곧 널리 퍼졌습니다. 그들은 필름, 빗, 상자, 어린이 장난감, 단추, 벨트와 같은 사진을 만들기 시작했습니다. 그러나 셀룰로이드에는 한 가지 중요한 단점이 있습니다. 그것은 가연성으로 밝혀졌고 매우 쉽게 발화되었습니다. 1872년 독일의 화학자 Bayer는 염산이 있는 상태에서 페놀과 포름알데히드를 결합하여 새로운 수지 물질을 합성했습니다. 그 당시 값싼 포름알데히드가 없었기 때문에 이 발견은 산업적으로 적용되지 않았습니다. 1908세기 초에야 페놀-포름알데히드 수지 공장 생산이 시작되었는데, 특히 500년 영국 연구원인 백랜드(Bakeland)가 동일한 원료로 페놀 수지를 생산하는 방법을 발견한 후 가열되면 불용성 및 불용성이 되는 능력. 그들은 큰 기술적 중요성을 얻었습니다. 이 수지를 기반으로 한 플라스틱은 발명가 베이클라이트의 이름을 따서 명명되었습니다. 페놀-포름알데히드 수지의 원료는 페놀(탄산)과 포르말린(포르말린은 포름알데히드 가스를 물에 녹인 용액, 포름알데히드는 600~XNUMX도의 온도에서 대기 중 산소로 메틸알코올을 산화시켜 인위적으로 얻음)입니다. 우선, 이러한 수지는 천연 수지의 대용품으로 사용되기 시작했습니다. 전기 절연용 셸락. 그러나 곧 그들은 쉘락이나 다른 천연 수지에는 없는 많은 특성을 가지고 있음이 밝혀졌습니다. Phenoplasts는 광범위한 응용 분야를 빠르게 정복하기 시작했으며 오랫동안 플라스틱 중에서 선도적 인 위치를 차지했습니다. 그들로 만든 제품은 내열성, 내수성, 매우 높은 기계적 강도 및 우수한 절연 특성으로 구별되었습니다. 그들은 플러그, 소켓, 카트리지 및 기타 전기 장비 품목의 제조에 널리 사용되었을 뿐만 아니라 화학 산업에서 공격적인 환경에서 사용되는 통, 탱크 및 파이프의 재료로 사용되었습니다. 이 플라스틱의 충전제는 일반적으로 목분이었습니다. 나중에 페놀 수지를 기반으로 getinaks, textolite 및 기타와 같이 기계 공학에서 널리 사용되는 플라스틱을 얻기 시작했습니다. 그들로부터의 제품은 수지가 함침 된 직물, 종이 또는 합판을 열간 압착하여 얻습니다. 이러한 방식으로 금속 부품을 성공적으로 대체하는 매우 강하고 가벼운 부품(예: 기어 또는 베어링)을 만들 수 있습니다. 또한 후자와 달리 이러한 부품은 조용하게 작동하며 윤활유의 파괴적인 영향을 받지 않습니다. 예, 금속 부품보다 훨씬 쉽고 저렴합니다. 유리 실을 필러로 사용하면 강도가 증가한 플라스틱이 형성됩니다. 또 다른 광범위한 플라스틱은 카바마이드 플라스틱이 되었습니다. 카바마이드 수지 생산의 주요 출발 물질은 요소입니다. 요소는 역사상 최초로 인공적으로 합성된 유기 물질이었습니다. 독일 화학자 Wöhler는 1828년에 시안화 칼륨, 황산염 및 암모늄에서 그것을 얻었지만 불과 XNUMX년 후에 실용화되었습니다. 1918년 체코의 화학자 John은 요소와 포름알데히드로부터 새로운 수지를 만드는 방법에 대한 특허를 받았습니다. 이 수지는 무색, 내구성, 저인화성, 내열성, 빛뿐만 아니라 자외선(일반 유리는 투과하지 않음)도 완벽하게 투과하고 어떤 색상으로도 쉽게 염색되는 등 많은 놀라운 특성을 가지고 있었습니다. 그러나 동시에 한 가지 중요한 단점이 있었습니다. 바로 수분을 흡수한다는 것입니다. 곧 카바마이드 플라스틱의 생산이 시작되었습니다. 그들은 우수한 마감재 및 장식 재료로 널리 보급되었습니다. 열 및 방음 특성이 우수한 Mipor도 이러한 플라스틱 제품군에 속합니다. 이후 몇 년 동안 많은 새로운 플라스틱이 합성되었습니다. 강한 투명 플라스틱이 기술적으로 널리 보급되어 깨지기 쉬운 유리를 성공적으로 대체했습니다. 이러한 목적에 가장 적합한 것은 아세톤, 시안화수소산 및 메틸 알코올로부터 얻은 폴리메틸 메타크릴레이트였습니다. 내구성이 뛰어나고 가벼운 유기농 유리를 생산하는 데 사용됩니다. 폴리스티렌(에틸렌과 벤젠에서 얻음)은 고주파 절연에 없어서는 안될 재료가 되었습니다. 1940년 독일 화학자 뮐러와 그와 별도로 소련 과학자 Andrianov가 최초의 실리콘 플라스틱을 얻었습니다. 탄소와 함께 이러한 플라스틱의 분자에는 실리콘이 포함됩니다. 이것은 새로운 유형의 플라스틱에 매우 가치 있는 특성을 부여합니다. 이 플라스틱은 내열성이 높고(최대 400-500도 온도에 견디며) 물, 산 및 유기 용매에 내성이 있습니다. 이 모든 것이 그들에게 광범위한 응용 프로그램을 제공했습니다. 오랫동안 화학자들은 에틸렌 중합에 실패했습니다. (에틸렌은 화학식 CH2=CH2인 가벼운 기체입니다.) 이 문제가 부분적으로 해결된 것은 1937년이었습니다. 1200 atm의 엄청난 압력에서 에틸렌이 액화되고 분자의 이중 결합이 끊어지고 중합 반응이 일어납니다. 시작했다. (결과는 분자 [-CH2-CH2-]n이었다.) 폴리에틸렌이 10~30% 합성된 후 에틸렌이 용해되어 반응이 정지되었다. 압력이 낮아지면 에틸렌이 증발하여 새로운 반응 사이클에 사용되었습니다. 이 방법은 매우 비쌌기 때문에 폴리에틸렌은 그 당시에는 크게 사용할 수 없었습니다. 1953년 Zingler는 폴리에틸렌 생산을 위한 더 간단한 방법을 개발했습니다. 훨씬 더 낮은 압력에서 에틸렌을 가솔린에 용해시킨 다음 10기압의 압력과 촉매(알킬화된 삼염화티타늄)의 존재하에 중합 반응을 시작했습니다. . 이 생산 방법의 승인으로 폴리에틸렌(산에 강한 우수한 절연체)은 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나가 되었습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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