Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

1.3 A polimertechnika korai fejlődése

1.3 A polimertechnika korai fejlődése

A polimertechnikában a termelés, a technológia gyakorlati tapasztalatai jóval megelőzték az elméletet. Ez tükröződik abban is, hogy a polimertechnika gépészeti oldala korábban kezdte el rohamos fejlődését, mint a szintetikus polimerek kémiája. A polimerfeldolgozás gépeinek, technikájának fejlődését jól megfigyelhetjük a korai gumiipar fejlődésén.

A természetes kaucsukfa („könnyező fa”, később: Hevea Brasiliensis) nedvéből készíthető gumit Közép-Amerika őslakossága már több mint ötszáz évvel ezelőtt is nagyon jól fel tudta használni pl. vízhatlan ponyvák (műbőrök) készítésére. A felfedező európaiaknak is feltűnt a gumilabda, a vízhatlan bocskor, a körteformájú üreges gumilabdacs-pumpa stb. Mégis csak 1740 körül hozták át magát a gumi alapanyagot Európába, amiből viszont már 1768-ban tekercselt gumitömlőt tudtak gyártani. A gumitechnológiák gépi hátterének megszületése ezután a 19. századtól igen gyors:

  • 1818-ban Mc Phearson szabadalmaztatta a csavarprést,

  • 1820-tól fogazott hengerek között „masztikálták”, gyúrták a gumikeveréket,

  • 1833-ban Charles Goodyear kidolgozta a vulkanizáció, a gumi térháló¬sítá¬sának technológiáját, felhasználva

  • 1836-tól Edwin Chaffee gőzzel fűtött hengerszékét,

  • 1845-ben elindult a nagyipari sajtolási technológia és ugyanebben az évben,

  • 1845-ben kifejlesztették az első dugattyús (még nem a csigás) extrudert is.

Bár a csavarszivattyú ötletét (annak idején még híg folyadék szállítására) maga Archimedes vázolta fel, a csigás extrudert Matthew Gray „csak” 1879-ben szabadalmaztatta. Ez a gép aztán szinte forradalmasította a polimerfeldolgozást, a kábelgyártást, a profilok, csövek és a fóliák gyártása, később a fúvott alkatrészek gyártását is.

M. Gray extrudere, ahogyan azt 1879-ben szabadalmaztatta

1.1 ábra: M. Gray extrudere, ahogyan azt 1879-ben szabadalmaztatta [1.6]

1870-ben megjelentek az ömledékek keverésére a belső keverők korai fajtái, amelyből 1916-ra kifejlődött az u.n. (Z-karú) Banbury keverő, a gumiabroncs gyártás alapvető keverőgépe.

A fröccsöntőgép ősét, a Hyatt fivérek (Isaiah és John) szabadalmaztatták 1872-ben, de ez még egyszerű, dugattyús „töltőgép” volt, amivel a hőre lágyuló polimertípusok legkorábbi változatát, a kámforral lágyított cellulóznitrátot dolgozták fel. Több, mint 80 év múlva szabadalmaztatták (1956-ban) a csigadugattyús fröccsöntőgép mai típusát, amely már összetett mozgásokra is képes (reciprocating screw injection molding machine).

Ezzel a technológiai fejlődéssel szemben a polimerek, mint a tényleges kovalens kötéssel kötött óriásmolekulák elmélete és az ezzel is összefüggő szintézisben szerzett gyakorlat jóval elmaradt. Herman Staudinger első elméleti munkáit az óriásmolekulákról 1924-ben még kis híján nevetségessé tették a Német Tudományos Akadémia kolloidikus professzorai.

Láthatjuk tehát, hogy a termelés, a technológia gyakorlati tapasztalatai itt is jóval megelőzték az elméletet. A gumiabroncsgyártás technológiája, a természetes kaucsuk polimerek térhálósítása részleteiben is kidolgozott, jól irányított nagyipari technológia volt már a 19. század végén. Az 1890-es években kitűnő műselymet gyártottak regenerált cellulózból. A polikondenzációs gyantákból készült szigetelők tették lehetővé az elektrotechnika rohamos terjedését az 1900-as századfordulón. Szinte hihetetlen, hogy a polimer tudomány megalapozásáért, a primer kötésekkel kötött láncpolimer elméletért H. Staudinger csak a 20. század közepén kaphatott Nobel díjat.

Hermann Staudinger

1.2 ábra: Hermann Staudinger Németországban, Wormsban született 1881-ben. 1912-től a Zürich-i Műszaki Egyetem (ETH) professzora, 1926-tól a Freiburg-i Egyetem (Svájc) tanára. A makromolekulák elméletéért 1953-ban kapott Nobel-díjat. [1.6]

A makromolekuláris kémia és fizika alapösszefüggéseinek tisztázása, a polimer anyagszerkezettan kibontakozása 1930 után egyre gyorsuló ütemben vezetett újabb és újabb szintetikus polimerek születéséhez. Alig egy évtized leforgása alatt megszületett a PVC, a polisztirol, a polietilén, a műkaucsuk nagyüzemi technológiája. Stratégiai anyagok lévén, ezeket a fejlesztéseket sokan néhány nagyhatalom erőszakolt, indokolatlan erőfeszítésének tekintették, amelyek eredménye valami pótanyag, utánzat. A történelem, az elmúlt évtizedek történelme azonban mást bizonyít.

Az utóbbi néhány évtizedben aztán valóban megtermékenyítő kölcsönhatás alakult ki a polimer anyagszerkezettan és anyagtechnológia között. Elég, ha csak az egyik egyszerű poliolefinre, a polipropilénre gondolunk, amely a hatvanas évek elején indult, s ma évi 10 millió tonna feletti a világtermelés belőle.