Historia tworzyw sztucznych
Ludzie od samego początku wytwarzania przedmiotów starali się dobierać tak materiały by wykonane przedmioty jak najlepiej mogły spełniać swoje funkcje. Wykorzystywano materiały dostępne w przyrodzie – przede wszystkim było to drewno, metal, skóry zwierzęce, glina. Proces produkcyjny często był długi i kosztowny, a przedmioty nie najlepiej spełniały swoje funkcje – z powodu cech fizycznych materiałów z których były wykonane. Naczynia wykonane z drewna, metalu czy ceramiki były ciężkie, nieporęczne, kruche. Ubrania, buty – trudne w utrzymaniu czystości, nieodporne na warunki atmosferyczne, ciężkie, mało elastyczne.
Ludzie nie tylko wykorzystywali te materiały, które były powszechnie dostępne, ale także ciągle poszukiwali nowych. Aż wreszcie, wraz z rozwojem wiedzy i technologii, sami zaczęli wytwarzać materiały nie spotykane w naturze – tworzywa sztuczne.
Historia tworzyw sztucznych rozpoczęła się od wykorzystywania naturalnych substancji o właściwościach plastycznych – np. szelaku czy gumy naturalnej zwanej kauczukiem.
Kolejnym etapem była chemiczna modyfikacja naturalnych polimerów, w wyniku której powstała np. guma, nitroceluloza, kolagen, galalit. Wreszcie około stu lat temu rozpoczęto wytwarzać pierwsze tworzywa sztuczne.
Pierwsze tworzywo sztuczne, znane później jako celuloid, zostało stworzone w roku 1855 przez Alexandra Parkes’a. Metodę polimeryzacji chlorku winylu opracowano w latach 1838.
bransoleta wykonana z celuloidu z kolekcji Józefa Mrozka
Celuloid był powszechnie stosowany w przemyśle galanteryjnym, przy produkcji zabawek, taśm filmowych, błon fotograficznych, piór wiecznych oraz wielu innych artykułów codziennego użytku (np. piłeczek pingpongowych). Niestety to tworzywo z powodu łatwopalności zostało wycowfane z użycia i zastępowane mniej łatwopalnymi materiałami.
Prawdziwy przełom nastąpił w roku 1907, kiedy to belgijski przemysłowiec Leo Baekeland stworzył bakelit, pierwszy masowo produkowane tworzywo całkowicie syntetyczne, które mógło być utworzony tylko w laboratorium chemicznym. Był to produkt kondensacji fenolu i formaldehydu i posiadał doskonałe właściwości izolacji elektrycznej. Dzięki zastosowaniu bakelitu nastąpił znaczący rozwój przemysłu lotniczego, motoryzacyjnego oraz produkcji urządzeń elektrycznych. Z bakelitu produkowano także obudowy radiowe, telefoniczne i aparatów fotograficznych.
Johan Christian Bjerknes, Ericsson, materiał bakielit, 1931, z kolekcji Józefa Mrozka
W roku 1910 odkryto materiał stanowiący przełom w produkcji opakowań – celofan. Celofan to przezroczysta lub barwiona, szeleszcząca folia celulozowa, otrzymywana z regenerowanej wiskozy przetłaczanej przez dyszę szczelinową do kąpieli koagulacyjnej.
Dwa lata później, w roku 1912 niemiecki chemik Fritz Klatte stworzył podstawowe zasady przemysłowej produkcji polichlorku winylu z PCV dziś produkuje się wykładziny podłogowe, stolarkę okienną i drzwiową, rury i kształtki do wykonywania instalacji w budynkach. Używany jest on także jako elewacja (siding), folia, elektroizolacja (np. przewodów i kabli elektrycznych) itp. Znajduje zastosowanie w medycynie jako dreny, sondy, cewniki i strzykawki. Wykorzystywany jest także do wyrobu opakowań, elementów urządzeń, płyt gramofonowych, drobnych przedmiotów itp.
Powyższe odkrycia umożliwiły skierowanie produkcji tworzyw sztucznych na drogę przemysłową. Dzięki ulepszeniu technologii wtrysku, poprzez jej modyfikację i zautomatyzowanie, produkcja przedmiotów wykonanych z tworzyw sztucznych stała się tańsza, a wytwarzane przedmioty coraz powszechniej dostępne.
Firmy rozpoczęły produkcję tworzyw sztucznych z ropy naftowej. W roku 1930 po raz pierwszy komercyjnie wyprodukowano polistyren, polimery akrylowe i chlorek poliwinylu. Amerykański naukowiec Roya Plunkett, pracujący dla firmy DuPont, w roku 1938 odkrył teflon. Teflon jest tworzywem strategicznym wykorzystywanym przez wojsko do produkcji broni. Posiada najmniejszy współczynnik ślizgowy wśród wszystkich tworzyw technicznych, nie przewodzi prądu, zachowuje plastyczność w temperaturach -270°C ÷ 260°C. Po drugiej wojnie światowej teflon znalazł szerokie zastosowane w branży przemysłowej do budowy aparatury chemicznej, maszyn, w technice transportowej, elektrotechnice, elektronice oraz technice laserowej. Sprawdza się w produkcji pomp oraz armatury, oczyszczaniu spalin, kriotechnice, a także w technice laserowej, filtracyjnej, medycznej czy środków spożywczych. Druga Wojna Światowa spowodowała znaczący rozwój tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym dzięki swoim właściwościom takim jak lekkości, izolacja elektryczną i cieplna, przezroczystością, wysoka odporność na działanie czynników chemicznych, łatwość w formowaniu, wysoka powtarzalność elementów, wytrzymałość mechaniczna. Na przykład nylon, wynaleziony przez amerykańskiecgo chemika Wallace Hume Carothers w firmie DuPont producenta materiałów wybuchowych, stworzony początkowo do produkcji pończoch dzięki możliwości produkowanie lekkich wytrzymałych i długich włókien, znalazł szerokie zastosowanie w produkcji czasz spadochronowych.
W latach pięćdziesiątych tworzywa sztuczne przebojem zdobyły rynek odzieżowy i samochodowy. Nylon, poliester i Laycra stały się główną siłą przemysłu odzieżowego. Łatwo się prały, nie wymagały prasowania, były tańsze i lżejsze niż ich naturalne odpowiedniki. W przemyśle samochodowym Citroen wprowadził tworzywa sztuczne jako element karoserii. Flagowy model DS został wyposażony w dach z nienasyconego poliestru wzmocnionego włóknem szklanym. Rozwiązanie to sprawdziło się.
Inni producenci poszli za przykładem Citroena i zamienili poszczególne części karoserii swoich samochodów, wykonane z ciężkiej, drogiej i ulegającej korozji tłoczonej blachy, na elementy z tworzyw sztucznych.
W latach sześćdziesiątych tworzywa sztuczne na dobre rozgościły się w gospodarstwach domowych. Nastąpił wielki bum w dziedzinie wystroju wnętrz: masowo stosowano lampy z przezroczystego akrylu, sprzęt AGD i RTV produkowano z wykorzystaniem polipropylenu, modne stały się nadmuchiwane krzesła oraz fotele z miękkich pianek z warstwą ochronną poliuretanowej „skóry”.
Lata siedemdziesiąte przyniosły otrzeźwienie. Pierwszy kryzys paliwowy doprowadził do niedoborów dostaw ropy naftowej, a co z tym idzie do podwojenia cen tego surowca i wszystkich materiałów pochodnych. Po raz pierwszy zwrócono uwagę na możliwości wyczerpania się zasobów ropy.
Wzrosło zainteresowanie ekologią, powstało pojęcie recyclingu, czyli ponownego przetworzenia tworzyw sztucznych tak, by zmniejszyć ilość surowców oraz energii używanej do wytworzenia produktów. Dodatkowo, naukowcy opracowali nowe materiały – super polimery, które z powodu swoich właściwości mogły z powodzeniem zastępować metale.