химия полимеров

История

Химия полимеров началась с изучения длинных волокон в растениях. Работа Анри Браконно в 1777 году и работа Кристиана Шёнбейна в 1846 году привели к открытию нитроцеллюлозы. Из нитроцеллюлозы, обработанной камфорой, получается целлулоид. Химики растворяют целлулоид в эфире или ацетоне для получения коллодиона. Врачи используют коллодий в качестве раневой повязки со времен гражданской войны в США. Впервые ацетат целлюлозы был приготовлен в 1865 году. В 1834 году Фридрих Людерсдорф и Натаниэль Хейвард самостоятельно обнаружили, что добавление серы в сырой натуральный каучук (полиизопрен) помогло предотвратить липкость материала. В 1844 году Чарльз Гудиер получил патент США на вулканизацию каучука с добавлением серы и тепла. Томас Хэнкок получил патент на этот же процесс в Великобритании годом ранее.

В 1884 году компания Hilaire de Chardonnet основала первую фабрику по производству искусственного волокна на основе регенерированной целлюлозы, или вискозного шёлка, в качестве заменителя шёлка, но оно было очень легковоспламеняющимся. В 1907 году Лео Бекленд изобрел первый синтетический полимер - термореактивную феноло-формальдегидную смолу под названием бакелит. Примерно в то же время Герман Лейхс сообщил о синтезе N-карбоксиангидридов и их высокомолекулярных продуктов при реакции с нуклеофилами. Но Лейхс не назвал их полимерами, возможно, из-за сильных взглядов его непосредственного руководителя Эмиля Фишера, отрицающего возможность существования любой ковалентной молекулы, превышающей 6000 далтонов. Целлофан был изобретен в 1908 году Жоком Бранденбергером, который пропускал листы вискозного луча в ванну с кислотой.

В 1922 году Германн Штаудингер (немецкий химик) предположил, что полимеры представляют собой длинные цепи атомов, удерживаемые ковалентными связями. Он также предложил назвать эти соединения "макромолекулами". До этого ученые считали, что полимеры представляют собой кластеры маленьких молекул (называемых коллоидами), без определенного молекулярного веса, удерживаемые вместе неизвестной силой. Штаудингер получил Нобелевскую премию по химии в 1953 году.

Уоллес Каротерс изобрел первый синтетический каучук под названием неопрен в 1931 году. Неопрен был первым полиэфиром. В 1935 году Каротерс изобрел нейлон, настоящий заменитель шелка. Пол Флори был удостоен Нобелевской премии по химии в 1974 году за работу над полимерными случайными конфигурациями катушек в растворе в 1950-х годах. Стефани Кволек разработала арамид, или ароматический нейлон по имени Кевлар, запатентованный в 1966 году.

В настоящее время существует большое количество коммерческих полимеров. К ним относятся композиционные материалы, такие как углеродное волокно-эпоксидное, полистирол-полибутадиен (HIPS), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS). Химики разрабатывают коммерческие полимеры, сочетающие в себе лучшие свойства различных компонентов. Например, специальные полимеры, используемые в автомобильных двигателях, предназначены для работы при высоких температурах.

Прошло много времени, прежде чем университеты внедрили учебные и исследовательские программы по химии полимеров. В 1940 году во Фрайбурге (Германия) под руководством Германа Штаудингера был основан "Институт меховой химии Макромолекуларе". В Америке в 1941 году Германом Марком при Бруклинском политехническом институте (ныне Политехнический институт Нью-Йоркского университета) был основан "Научно-исследовательский институт полимеров" (НИИ полимеров). Несколько сотен выпускников PRI сыграли важную роль в американской полимерной промышленности и академических кругах. Другие компании PRI были основаны в 1961 году Ричардом С. Штайном в Массачусетском университете в Амхерсте, в 1967 году Эриком Баером в Кейс Вестерн Резервном университете и в 1988 году в университете Акрона.