Plastmassi kuulsusrikas ajalugu

Palju kirutud plastikutel on ka “teine pool,” kui kilekotist ja ühekordsetest nõudest kaugemale vaadata, siis saab üsna pea selgeks, et plastikute roll meie igapäevaelus on oluline ja paljuski asendamatu. Olen teadlik plastikuga seotud keskkonnaprobleemidest, kuid antud postituses kirjeldan tükikest teadusajaloost. Sest teadusajalugu on mõnes mõttes ehk kõnekamgi kui sõdade/riigipiiride aegruum…

Väidetavalt oli just püüd asendada kallist ja eksklusiivset elevandiluud piljardikuulides üks ajend esimeste plastide leiutamiseks!
Looduslikku kummit kogutakse kummipuudelt (Hevea brasiliensis, vmt). Klõpsatest pildile leiad veel infot looduslikust kummist!

Kuidas elati enne plaste? Kuidas suleti toiduaineid õhukindlalt? Kuidas riietuti vihmakindlalt? Kas ilma plastideta oleks võimalik olnud valmistada skafandreid, odavaid tarbekaupasid või uskumatute omadustega rõivaid? Küllap mitte. Ilmselt võlgneme tükikese tarbimisühiskonnast just neile meestele, kellest edaspidi põgusalt juttu tuleb. Sõna „plastik“ pärineb, muide, kreekakeelsest sõnast πλαστικός (plastikos) mis tähendab „plastilist või vormitavat“ ning sõnast πλαστός (plastos), mis tähendab „vormitud.“  Vormitavaid materjale leidub ka looduses – kautšuk, gutapertš, balata, guayule, tšikkel, šellak, vandel, kilpkonnaluu, tugev puit jmt täitsid nišši nipsasjakeste ja rõivadetailide valmistamise turul. Tõeliselt vee- ja tuulekindlatest rõivastest (Goretex), peaaegu olematu haardumisega pannidest (teflon) või külmakindlasti kummist ei osatud noil aastail isegi unistada.

Šellaki näol on tegemist plastide eellase - loodusliku polümeeriga.

Üks esimesi plastikuid, või nn poolplastikuid, tselluloosnitraat (tselluloid) avastati näiteks seetõttu, et USA firma pani välja 10 000 dollari suuruse preemia inimesele, kes leiutab materjali, millega asendada vandlit (elevandiluud) piljardikuulides. John Wesley Hyatt’i leiutatud tselluloosil põhinevast plastikust veelgi vanem ja vähemalt sama legendaarne on parkesiin (samuti sisuliselt tselluloosnitraat).  Samast perioodist võib välja tuua ka parkesiini, tselluloosatsetaadi (millest tehti näiteks uudseid filmilinte) ning tsellofaani (mille loomiseks sai Šveitsi teadlane Jacques E. Brandenberger inspiratsiooni restorani laualinal nähtud plekist – nimelt unistas mees tol hetkel märgumatust laudlinast!), mis on tänaseni populaarne kommipaberi materjal. Leo Hendrick Baekeland, geniaalne ja varaküps belgia keemik, bakeliidi leiutaja, ei osanud ilmselt uneski näha, kui laialtlevinud materjaliks plastikud tulevikus osutuvad.

Nipsasjakeste tööstus võttis uued materjalid kiiresti üle! 30-ndatest pärit kell iseloomustab hästi uute materjalide kõrget staatust. Plastmassi odav maik tuli tarbekaupadele külge hiljem.

Tõeliste plastide ajatelge võiks alustada fenoolformaldehüüdist ehk bakeliidist. Oo, legendaarne bakeliit! Plastmasside isa. See plastik domineeris plastikuturul aastakümneid, enne kui paremate omadustega materjalid ta troonilt tõukasid. 1899 patendeeris Arthur Smith inglismaal fenoolformaldehüüdide vaigud kasutuseks elektri-isolaatoritena eboniidi asemel. 1907 arendas Leo Hendrik Baekeland edasi fenoolaldehüüdi valmistamise tehnikaid ja leiutas esimese sünteetilise vaigu ning tõi turule esimese majanduslikult eduka fenoplasti nime all bakeliit. Bakeliidist hakati valmistama raadioid, käekotte, ehteid jmt. Keda huvitab plastikute keemia kui selline sügavamalt, peaks oma pilgu pöörama nobelist Hermann Staudingeri poolt põhimõtteliselt rajatud polümeeride keemiasse.

PTFE ehk polütetrafluoroetüleeni ehk tefloniavastas DuPonti laboris 1938 Dr. Roy Plunkett. Plunkett uuris külmutite freoone ning märkas juhuslikult, et külmutatud ja kompresseeritud tetrafluoroetüleen oli spontaanselt polariseerunud valgeks, vahataoliseks tahkeks aineks. Olgu siinkohal ära märgitud, et enamik tõelisi plaste on avastatud pooljuhuslikult või täiesti kogemata. II MS ajal kasutati teflonit aatompommi jaoks vajaliku uraani puhastamiseks gaasilise difusiooni meetodil, kuna see protsess oli ülimalt korrodeeriv.

Gore Texi nime all tuntud materjal põhineb samuti tefloni keemilisel valemil. Hingav kuid veekindel materjal on saanud asendamatuks näiteks matkavarustuse tootmisel.

PTFE-d hakati tefloni nime all tootma 1945. Tefloni molekulaarmass võib ületada 30 000 000 amü, nii et teda võib nimetada üheks suurimaks teadaolevaks molekuliks. Teflonil puudub lõhn, ta on värvitud pulber, mis on tänapäeval laialdases kasutuses. Tefloni eriline omadus on tema libe pind, millele praktiliselt midagi ei kleepu ega imendu, sellest tulenevalt hakati teflonit kasutama just kööginõudes (pannid, koogivormid jmt). Hiljem kasutati teflonit ka „imekangaste“ sünteesiks, näiteks populaarne spordiriiete materjal GoreTex „hingab“ ehkki on väljastpoolt niiskuskindel. Teflonit kasutatakse ka hambaniidi valmistamiseks ning erinevatel eesmärkidel sõjatööstuses.

Erinevad polümeervahud on laialtlevinud ja odavad pakkematerjalid.

Polüetüleeni (PE) puhul on tegemist ilmselt enimlevinud plastiga. Teda on erinevaid liike: HDPE, (PE-HD) – kõrgtihe polüetüleen; LLDPE, (PE-LLD) – lineaarne madaltihe polüetüleen; LDPE, (PE-LD) – madaltihe polüetüleen. PE on madala hinna ja mitmekülgsete omadustega (sitke, tugev, veniv, keemiliselt inertne) materjal. Sulamistemperatuur jääb vahemikku 100-140°C.

Polüetüleeni sünteesis esmakordselt saksa keemik Hans von Pechmann, kes valmistas seda juhuslikult 1898 diasometaani kuumutamise käigus. Koos kollegide Eugen Bambergeri ja Friedrich Tschierneriga iseloomustasid nad valget, vahast ainet ning avastasid, et see sisaldab pikkasid –CH2– ahelaid ning tulenevalt sellest andsid talle ka nimeks polüetüleen. Ka esimene tööstuslikult kasulik polüetüleeni süntees avastati kogemata. 1933-ndal aastal töötlesid inglise keemikud Eric Fawcett ja Reginald Gibson suure rõhuga etüleeni ja bensaldehüüdi segu, taas oli saaduseks valge vahataoline aine. Reaktsioon toimus tänu kergele hapnikureostusele aparatuuris, samal põhjusel ei suudetud katset esialgu korrata. Alles 1935-ndal aastal suutis, Michael Perrin sellest „õnnetusest“ sünteesiprotsessi välja töötada. Sellest sai alguse tööstuslik madaltiheda polüeteeni tootmine (masstootmine algas 1939). II maailmasõjal salastati paljud keemiatööstuse harud, polüetüleeni kasutati kaablite valmistamiseks sõjatööstusele ning tootmine massitarbekaupadeks jäi esialgu soiku. Philipsil oli raskusi, et toota ühtlase kvaliteediga polüetüleeni, nende ladudes kuhjus juba praaktoodang, kuid majanduslikest raskustest päästis firmat 1957-ndal aastal USAs moodi tulnud hula-rõngas – mänguasi, mis koosnes  seest õõnsast polüetüleentorust.

Plastiku ajatelg looduslikest „plastmassidest“ sünteetilisteni

1839 Polüstüreeni (PS) – avastas Saksa apteeker Eduard Simon, koostise tegi kindlaks Hermann Staudinger, kes sai 1953-ndal makromolekulide uurimise eest ka Nobeli preemia.

1839 Kõvakummi e vulkaniseeritud kummi–  (eboniit, end. nimega vulkaniit), rabe, USAs patendeeris tootmise C. Goodyear 1843, Inglismaal võttis patendi lõppedes 1861 kasutusele Thomas Hancock, Inglismaa kummitööstuse rajaja.

Vulkaniseeritud kummi ehk kõvakummi ehk eboniit. Tuntud ka füüsikatunnist, kus mahasurutud kihina saatel tuli eboniitpulkasid lapikesega hõõruda, et neid elektrifitseerida.

1843 Gutapertš – looduslik kummi, toodetakse Gutta-Percha puu piimast, tutvustas avalikkusele William Montgomerie

1856 Šellak  – Alfred Critchlow, Samuel Peck

1856 Bois Durci – verest, pulbristatud puidust ning värvainest toodetud tume „viktoriaanlik plast,“ Francois Charles Lepag [32].

1862 Tselluloosnitraat (parkesiin) – Alexander Parkes

1863 (1869) Tselluloosnitraat (tselluloid) – John Wesley Hyatt

1865 Tselluloosatsetaat – Avastas Paul Schützenberger, esialgŠellak on materjal, mis oli paljudest teerajajaist plastikutööstuselemine raskendatud, laiemat kasutust leidis teatud eranditega pärast I maailmasõda.

1869 Tselluloosnitraat (tselluloid)

1872 Polüvinüülkloriid (PVC) – Teadaolevalt valmistas esimest korda
PVC-d kogemata Henri Victor Regnault, teistkordselt samuti kogemata 1872 Eugen Baumann, kasutusele võeti järkjärgult hiljem.

1894 Viskoos (ing. k. ka rayon) – Charles Frederick Cross, Edward John Bevan

1900 Kaseiin ehk kunstsarv (galatiit e valkplast, erinoid)

1908 Tsellofaan – Jacques E. Brandenberger

1909 Fenoolformaldehüüd e fenoplastid (bakeliit, kataliin) – Esimesed nn tõelised plastid. Bakeliidi valmistas esmakordselt Leo Hendrik Baekeland

Lisaks lugematutele nipsasjakestele leidis bakeliit kasutust ka igapäevaste tarbeesemete valmistamiseks

1912 tselluloosatsetaadi baasil fotograafias kasutatav film (laiemalt võeti kasutusele 1934)

1926 Karbamiid ja formaldehüüdvaigud

"Compact Disc" ehk cd on sisuliselt jäik PVC

1926 Plastifitseeritud PVC  – Walter Semon, tootmisse läks 1930-ndatel.

1927 Tselluloosatsetaadi laiem kasutuselevõtt

1931 Esimene akrüülvaik

1933 Polümetüülmetakrülaat (pleksiklaas)

Akrüülvärvid raputasid põhjalikult ka kunstimaailma. Alates 50-ndatest olid värvide omadused juba sedavõrd head, et kiirelt kuivavaid värve võis teineteise peale kanda ilma, et nad omavahel seguneksid.

1933 Polüvinülideenkloriid (saraan 1953 , PVCD) – avastas Ralph Wiley, Dow keemialabori keemik, kogemata.

1935 Polüstüreen – avastati lihtsam võimalus tootmiseks, 1938 võeti juba laiemalt kasutusele

1935 Madaltihe polüetüleen LDPE – Petrooliumist valmistatud termoplast, avastasid kogemata Reginald Gibson and Eric Fawcett

1936 Polüvinüülatsetaat

1936 Polümetüülakrülaat (PMMA, akrüül)

1937 Polüuretaan (PUR, igamiid, perlon) – avastas ja patendeeris Otto Bayer koos kaaslastega.

1938 Polütetrafluoroetüleen (PTFE, teflon)  – Roy Plunkett

1938 Nailon – esimene kaubanduslik kasutuselevõtt hambaharjade valmistamisel

1939 Neopreen  –  Leituati DuPonti laboris juba 1930

1941 Polüetüleen tereftalaat (PET, PETE, polüester) – Whinfield ja Dickson.

1942 Küllastumata polüester (UPR) –  klaaskiudude valmistamiseks kasutatav materjal on patendeeritud John Rex Whinfieldi ja James Tennant Dicksoni poolt

1943 Silikoonid (elastik)

Silikoonil on märkimisväärselt laiemad kasutusvõimalused kui laiem avalikkus armastab teadmiseks võtta...

1947 Epoksiidid

1951 Kõrgtihe polüetüleen (HDPE, Marlex) – Paul Hogan ja Robert Banks

1951 Polüpropüleen (PP) – Paul Hogan ja Robert Banks

1954 Vahtpolüstüreeni – leiutas Ray McIntire Dow Chemicali tarbeks

1954 polüpropüleen

1955 polükarbonaat

1959 polüformaldehüüd

1964 (1955) Polüimiid

Filmilindi valmistamine oli üks plastide esimesi funktsioone

1965 Polüsulfoon

1970 Polübutüleen.

1970 Termoplastiline polüester (Dacron, Mylar, Melinex, Teijin ja Tetoron)

1978 Lineaarne madaltihe polüetüleen

1985 Vedelkristallpolümeerid

to be continued!

Plastikute ajalooraamat pole kaugeltki lõpetatud, kuid antud artikli eesmärk oli anda aimu just esimeste oluliste plastide kasutusele võtust. Kuna käesolev postitus on lühikokkuvõte plastikute ajaloost pajatavast  referaadist, siis huvi korral võta minuga (Helenega) ühendust ja saadan tervikteksti!

Kevlari omadused olid nii revolutsioonilised, et tootja pidi välja laskma pressiteate, kus kinnitas, et materjali pole saadud tulnukatelt.

Kasutatud allikad – lühendatud versioon

[1] Talvik, A.T. Orgaaniline keemia. 1996.

[2] Liddell, H. G.; Scott, R. A Greek-English Lexicon. Oxford. Clarendon Press. 1940.

[3] The Columbia Electronic Encyclopedia, 6th ed. Columbia University Press, 2007.

[4] Lipmaa, H. Polümeerisõnastik. Euroülikool, Tallinn, 2001.

[5] Peets, H. Konserveerimiskeemia (loengukonspekt). Eesti Kunstiakadeemia, Tallinn, 2005.

[6] Mustalish, R. Modern Materials: Plastics. The Metropolitan Museum of Art, New York.

[7] Bellis, M. Timeline of Plastics.

[8] History of plastics. Cannon-Sandretto Plastics Museum.

[9] Atsetaat. Swicofil AG textile services.

[11] Carlisle, R. Scientific American Inventions and Discoveries. John Wiley & Songs, Inc., New Jersey. 2004.

[12] Harris, R. Life before plastics. 2008.

[13] Early jewelery plastics & testing for bakelite. 

[14] Kulu, P., Kübarsepp, J., Hendre, E., Metusala, T., Tapupere, O. Materjalid. (Loengukonspekt) Tallinna Tehnikaülikool, Tallinn, 2001.

[15] Bellis, M. Invention of Polystyrene and Styrofoam 

[16] A Plastics Explosion – Polyethylene, Polypropylene, and Others. Packagingtoaday.

[17] Bellis, M. Teflon.  

[18] Polüetüleen. Veterinaar- ja toiduameti kodulehekülg.

[19] Reiche, B.  „Polly“ – the All Star  Plastic. Popular Mechanics, USA, 1949.

[21] Bellis, M. Invention of Polystyrene and Styrofoam 

[24] Tuulik, D. Sünteetilised kiud. Loengukonspekt, 2010.

[26] McIntyre, J. E. Synthetic fibres: Nylon, polyester, acrylic, polyolefin. 

[30] Mustalish, R. The Metropolitan Museum of Art. 

[31] Thomas Hancock biography. 

[32] Bois Durci. Plastics Historical Society.

[34] Polüuretaan (PUR) isolatsioonimaterjalina. Eesti isolatsioonitootjate liit.

[35] Polüetüleentetraftalaat. Veterinaar- ja toiduameti kodulehekülg.

P.S. Fotode allikad selguvad, kui kopeerid pildi URLi.

Autor: Helene

Üks mõte “Plastmassi kuulsusrikas ajalugu”

Kommenteerimine on suletud.