Если у вас завалялся старый утюг 60-х годов прошлого века, то вы заметили, что пластмасса, из которой сделана ручка — немного не такая, как мы привыкли. Она темная, очень твердая, а на изломе даже острая. Все старинные пластмассовые вещи таковы — патроны для электролампочек, корпуса вольтметров, рукоятки настройки в электроаппаратуре. Можно даже найти пуговицы из этого материала. Это — бакелит, одна из самых старых и самых простых пластмасс, придуманных человечеством…
Бакелит был придуман в 1907 году и начал массово производиться с 1910 года. Изобрел его Хэндрик Бэкленд, а так как он не страдал скромностью, то дал пластмассе свое имя.
Бакелит — пластмасса термореактивная. В отличие от пластмасс термопластичных (типа полистирола или полиэтилена), бакелит при повышенной температуре не плавится и даже не размягчается. И только после 300°С она начинает обгорать и крошиться. Но даже тогда он не загорается.
Он очень твердый, ногтем не поцарапать. Очень стойкий к разной едкой химии, его разъедают только горячие концентрированные серная и азотная кислота. Очень хороший изолятор, его до сих пор можно увидеть в некоторых высоковольтных аппаратах.
Конечно, есть и недостатки — бакелит очень плотный и хрупкий. Штучки типа задней крышки мобилки из него не сделать. То есть сделать можно — но она должна быть вчетверо толще и все равно будет ломаться. А так как бакелит еще и плотный, то весить она будет в десять раз больше, чем оригинальная крышка мобилки. Поэтому все вещи из него выходят крупными и массивными, и нужно следить, чтобы не уронить их на камень.
Ограничения дает и технология производства — бакелит заливается в формы и застывает при повышенной температуре.
Это долго, неудобно и форма должна быть сделана очень аккуратно.
Итак, как получают бакелит?
Собственно, сам бакелит — это смесь фенола (очищенного креозота) с формалином в соотношении 6:7 в присутствии 1% катализатора. Катализатор может быть как щелочной, так и кислотный. Сейчас как катализатор используют аммиак (то есть водный раствор аммиака — нашатырный спирт). Но так как аммиак для попаданца — очень ценный ресурс, то можно использовать и соляную или серную кислоту, а также каустическую соду.
Формалин получают окислением древесного спирта (метанола) при температуре 650°С и в присутствии серебряного катализатора, при атмосферном давлении.
Все ингредиенты сливают в подходящую посуду и нагревают до 50-80°С. Получается продукт, который при комнатной температуре похож на канифоль и такой же желтоватый. Если его разогреть до тех же 80°С, он превращается в жидкость. Это так называемый «бакелит А», промежуточный продукт.
Теперь нам нужно дать наполнитель. Это может быть все что угодно волокнистое — от бумаги до опилок. Ну а также — от сажи до измельченной в пыль пемзы и разных красителей, но такая пластмасса будет более хрупкая, чем с волокнистым наполнителем. Наполнителя надо много — до 80% массы.
Теперь осталось залить это все в формы и полимеризовать 2-3 часа при 160°С.
Однако, при обычных условиях в бакелите образуется масса пузырьков (хотя есть сорта бакелита, что полимеризуются и так). Чтобы этого избежать, полимеризация идет в закрытом сосуде при повышенном давлении — до 6-8 атмосфер. При этом, если проводить полимеризацию просто в герметически закрытом сосуде, то давление образуется само собой.
С первого раза хороший бакелит вам не получить. В феноле будут примеси нафталина, а в формалине — примеси метилового спирта. Плюс грязный катализатор. Плюс неточные температурные режимы. Но за год-другой усилий все должно получиться.
С одной стороны — процесс его создания достаточно сложен, с кучей промежуточных веществ.
С другой стороны — все исходные вещества доступны и в Древней Греции, а технологии не требуют сложных реакторов или высоких температур. Все необходимое доступно, начиная с медного века. Возможно, что сами формы для отливки сделать сложнее, чем получить материал.
И неважно, что бакелитовая рукоять у средневекового меча будет выглядеть странно. Зато током не ударит…
«Катализатор может быть как щелочной»
«а также каустическую соду»
«начал массово производиться»
Надо же, всегда думал, что это эбонит (каучук с избытком серы при вулканизации)
Эбонит недоступен. Ну, то есть — только после Колумба.
Весь кайф в бакелите — там нет ни сложной химии, ни сложных реакторов, ни редких катализаторов.
Все на производство пластмасс! Даешь бакелитовые раки для мощей! 😀
Ну, попаданца может и в Америку забросить 🙂
Каучуконосы есть и в Старом свете, родня одуванчиков. Кок-сагыз, крым-сагыз… Сок гевеи получше будет, но на безрыбье и это сгодится. Так что эбонит тоже можно получать.
Про кок-сагыз тут не раз вспоминали. Там есть свои проблемы с ним, может стоит даже статью собрать.
Так проблемы у попаданца есть со всем, но они решаемые. После войны кок-сагыз активно культивировали. Надо бы вспомнить институтские лекции, что там с производством синтетического каучука. Вроде бы были разумные способы.
Посмотрел в сети. Схема такая получается: Зерно/картофель -> спирт -> будадиен по Лебедеву
(В 1926-1928 гг. С.В. Лебедев разработал эффективный катализатор для этой реакции. В основу разработки была положена глубокая идея о том, что реакция состоит из стадий дегидратации, дегидрирования и конденсации и что активный и селективный катализатор должен быть получен при сочетании катализаторов каждой из этих стадий. Лучшим катализатором оказалась система, включавшая кислотный катализатор дегидратации – смесь глины и диатомита, катализатор дегидрирования – электронопроводящий оксид ZnO и основной оксид MgO – катализатор конденсации.)
Каучук получаем на металлическом Na (ага, у попаданцев его полные карманы) или на TiCl4, с которым может быть полегче…
>Надо же, всегда думал, что это эбонит (каучук с избытком серы при вулканизации)
Ну может у Вас и эбонит. А у кого то бакелит. Только эбонит — не пластмасса, а резина.
Еще довольно перспективным пластиком для попаданца является карбамидоформальдегид. Мочевина получается выпариванием мочи и очисткой спиртового раствора углем, про формальдегид все уже сказано. Далее реакция при атмосферном давлении без катализаторов, нужно только сперва плавно нагревать смесь, потом, когда реакция начнется, охлаждать.
>у средневекового меча будет выглядеть странно. Зато током не ударит…
Что серьёзно? Током? Рукоять меча? Занятное у Вас оружие.
>у средневекового меча будет выглядеть странно. Зато током не ударит…
Да, очень странно — хрупкая, скользкая и тяжёлая зато в непредставимых (на тот момент) обстоятельствах от хрен пойми чего защищает (в теории — на практике ничем не поможет)
«Бакелит» и
> патроны для электролампочек, корпуса вольтметров, рукоятки настройки
порвало шаблон.
Помогла википедия:
«В 1914 году группа химиков: В. И. Лисев, Г. С. Петров и К. И. Тарасов — синтезировала карболит, российский аналог бакелита. Своё название карболит получил от карболовой кислоты, другого названия фенола.»
А «бакелит» в народе не слышал 🙂
Странно, что во всех газетах, эбонит, а с начала 30-х годов — бакелит. «Бакелитовый телефон», «бакелитовые бусы».
В оригинале.
Карболиты.
В. И. Лисев, Г. С. Петров и К. И. Тарасов это техническое производство, конденсация креозолов с формальдегидом в кислой среде.
В » отличие от бакелитов получаемых главным образом конденсацией, карболиты конденсируются кислой средой»
Торговый дом Васильева и К » Карболит» 1914 год, в деревне Дубровке.
Сколько денег заработал создатель на бакелите
// When his son, George Washington Baekeland, chose not to work in the business, Baekeland sold his company to Union Carbide for $16.5 million ($202.8 million in 2002 dollars).
Вообще весьма интересная личность:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B4,_%D0%9B%D0%B5%D0%BE
// Результат так понравился Бакеланду, что бутылка циклогексана стала одним из его ценных владений, и он хранил её на своем столе ещё долгое время после этого. То, что он был так доволен, когда его предсказания оказались неверными, объяснялось его длительным опытом в промышленной химии и консультативной работе, которая научила его, как однажды он выразил словами «покорно подчиняться фактам, даже если они не сходятся с моими любимыми теориями». Весь его собственный успех в исследовательской деятельности, также сказал Бакеланд, был в наличии его собственного источника расхождения между фактами, полученными в результате эксперимента, и общепринятой в настоящее время теорией.
// Но сначала даже этот завод не был построен полностью, только его малая часть могла быть запущена. Благодаря точному пошаговому алгоритму действий, включая денежные затраты в размере 300 000$, как сказал Бакеланд позже, были предотвращены грубые ошибки, которые могли стоить миллионы. Этот опыт породил у Бакеланда афоризм, который стал широко цитироваться в дальнейшем: «Выдели немного средств для предотвращения потенциально возможных грубых ошибок и получили в результате большую прибыль».
// Только под воздействием специальных условий, разработанных в результате долгих исследований Бакеланда, получился продукт янтарно-желтого цвета — высокопрочный бакелит. Бакеланд был не первым исследователем, который пытался прийти к такому результату. Спустя годы Бакеланд сказал об этих работах следующее: «Они должны были иметь успех, но не имели». Он не сказал только то, что ему самому удалось добиться успешного результата лишь по истечении пяти лет очень интенсивной работы и только после многочисленных неудач и разочарований. … Он выяснил, что важным фактором является контроль давления при проведении реакции и что при наличии аммиака или другого основания, он может растянуть реакцию на более длительный период, и потому может остановить её на любой стадии, используя охлаждение.
The first semi-commercial Bakelizer, from Baekeland’s laboratory https://en.wikipedia.org/wiki/File:First_Semi-commercial_Bakelizer_1935_Bakelite_Review_Silver_Anniversary_p6.tif
Есть интересный вариант термореативных смол — фурановые смолы. Исходное сырье — фурфурол — получается при перегонке богатых пентозами органических веществ (кукурузные кочерыжки, жмых сахарного тростника овсяные отруби, шелуха риса и подсолнечника, опилки древесины лиственных пород) в присутствии разбавленной серной кислоты (5-10%). В принципе можно обойтись и без кислоты, загружая растительное сырье в перегонный куп с водой и железным купоросом или алюмокалиевыми квасцами. При этом из 100 кг кочерыжек можно получать до 20-25 кг фурфурола. Дальше есть несколько вариантов. Во-первых, можно получать смолы из фурфурола и мочевины. Во-вторых, нагревание фурфурола с гидроксидом натрия или калия приводит к фуриловому спирту и фуранкарбоновой кислоте в виде соли (куда ее использовать, непонятно, разве как консервант). Фуриловый спирт как сам по себе, так и в смесях с фурфуролом в присутствии кислотных катализаторов (серная кислота, хлорид аммония и др.) и/или нагревании дает вполне приличные материалы. В третьих, реакция фурфурола с ацетоном дает мономер так низываемый ФА, его активно использовали в СССР для изготовления стройматериалов и как добавка в эпоксидные смолы. Ну и в конце концов, фурфурол может частично или полностью заменять формальдегид в фенол-формальдегидных смолах. На основе фурановых смол можно делать и слоистые пластики (текстолиты и гетинаксы), и фанеру, и полимербетоны. Можно делать лаки, в том числе и электроизоляционные. Также на основе олигомеров фурилового спирта получается очень хорошие связующие для литья металла в песок. Сейчас основное применение как раз в литье, а также для кислотоупорных труб и замазок в смеси с асбестом. Свойства фурановых пластмасс, конечно, хуже, чем у эпоксидных или фенольных, однако исходный фурфурол очень дешев и доступен.
Композиты на основе фурановых смол
https://www.google.com/url?q=https://www.researchgate.net/profile/Richard_Crossley2/publication/275555369_Furan_matrix_and_flax_fibre_as_a_sustainable_renewable_composite_Mechanical_and_fire-resistant_properties_in_comparison_to_phenol_epoxy_and_polyester/links/560a520008ae840a08d54877/Furan-matrix-and-flax-fibre-as-a-sustainable-renewable-composite-Mechanical-and-fire-resistant-properties-in-comparison-to-phenol-epoxy-and-polyester.pdf&sa=U&ved=2ahUKEwj1mOvS8oDsAhUzi8MKHY1FAWkQFjABegQIBxAB&usg=AOvVaw01tIpl-6fE8X7ns9_Y8Qif
https://www.google.com/url?q=http://www.escm.eu.org/docs/eccm13/0240.pdf&sa=U&ved=2ahUKEwjZ_5e084DsAhXQtYsKHfOKCfEQFjAEegQIBhAB&usg=AOvVaw3waVQFeymGleXV_P0h8KTE
Свойства в принципе не хуже, чем у фенольных. Плюс малогорючи.
Получение фурфурола из кукурузных кочерыжек
http://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=CV1P0280
Из отрубей примерно такой же выход, из соломы или опилок — несколько хуже.
Кислоту достаточно брать в минимальном для смачивания сырья количестве и пропускать пар.
После разложения всех пентоз в остатке некоторое количество глюкозы и других сахаридов, которые можно пускать на брожение, и целлюлоза.
Как мы будем очищать креозот? Фильтром?
Мочевино-формальдегидные смолы, хотя и более доступные, чем фенол-формальдегидные, в доиндустриальном мире вряд ли могут найти широкое применение, однако в некоторых облястях их применение оправдано даже с относительно дорогими исходными материалами. Например, мочевино-формальдегидые смолы могут пррменяться для повышения водостойкости бумаги. Добавив раствор (эмульсию) смолы с бумажную массу и приготовив из нее листы бумаги обычным образом, можно получить в итоге материал, сохраняющий достаточную прочность, не менее 20% от изначальной, даже при полном намокании. Такая бумага, конечно, будет очень полезной для печатания полевых карт, банкнот и других подобных применений.
Имея фурфурол, вряд ли стоит рассматривать формальдегид в доиндустриальное время.
Мочевино-фурфурольные, кстати, описаны?
Фурфурол вряд ли сгодится, смолы из него получаются черные или бурые, и даже в небольшой концентрации цвет бумаги сильно поменяют.
фурфурол-мочевинные смолы известны, тут уже были ссылки
http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/etilcellyuloza/#comment-156994