Представить жизнь современного человека без полимеров невозможно, хотя с момента формирования науки о полимерах в самостоятельную область знания, а значит и более детального изучения этих материалов, прошло чуть больше 70 лет.
Полимеры — это неорганические и органические вещества, которые состоят из мономерных звеньев, образующих макромолекулу. Само слово полимер греческого происхождения и буквально означает «много частей».
Полимеры разнообразны по своей природе, и именно от характера происхождения материала зависит область его применения. Так, синтетические полимеры, полученные методом химической реакции, обладают малой хрупкостью и подходят для использования в сферах с высокой нагрузкой. Природные полимеры выделяют из растительного и животного сырья, они получаются путем биосинтеза в клетках, поэтому могут использоваться в медицине.
Об интересных областях применения полимеров рассказываем в этой статье.
Медицина
Впервые полимеры использовали в медицинских целях в конце XVIII века в хирургии. Гибкий и эластичный материал применяли в операциях для скрытия костных дефектов черепной коробки. Позднее эксперименты химиков и биологов совместно с хирургами и стоматологами позволили создать глазные, зубные и челюстно-лицевые протезы из полимерных материалов. Протезирование до сих пор является главной отраслью применения полимеров. Они входят в состав более 3000 медицинских изделий.
Широко известный в быту полипропилен, из которого сделаны детали машин, упаковочные мешки и паллеты для транспортировки, одноразовая посуда и контейнеры, трубы и многое другое, в медицине используют для сердечно-сосудистой хирургии. Из него делают сердечные клапаны, сосуды, шовный материал и нити.
Поливинилхлорид (ПВХ), который входит в состав пленок, натяжных потолков, оконных рам, линолеума, электроизоляции кабелей и проводов, искусственных кож, также активно используют в хирургии, травматологии и гинекологии благодаря высокой износостойкости. Часто он приходит на замену металлическим материалам в устранении костных дефектов.
Еще одним интересным направлением в медицине, где используются полимеры, является создание искусственного кожного покрова человека. Разработки в этом направлении помогают не только снизить риск возникновения инфекций и суперинфекций, как при пересадке тканей, но и восстанавливать большие участки поврежденной кожи, что не всегда возможно с использованием консервативных методов лечения.
Космические технологии
Применяемые в аэрокосмической сфере полимеры входят в состав композитных материалов, без которых данная отрасль просто не смогла бы существовать. Материалы, которые используют для создания космической техники, должны выдерживать высокие и низкие температуры, давление и глубокий вакуум, воздействие мощных вибраций, радиации и микрочастиц. При этом детали такой техники должны иметь низкую массу.
Применение углепластиков позволяет уменьшить вес ракеты или космического корабля на 5-30% в зависимости от типа конструкции, не теряя при этом полезные свойства: устойчивость к воздействию высоких температур, магнитных волн, радиации, а также вибрационным нагрузкам.
Полимерные композиционные материалы делают космические полеты безопаснее за счет повышения надежности. Так, трещина на металлической конструкции под воздействием высокого давления быстро преобразуется в дыру, а волокнистая структура полимера на основе углерода позволяет перераспределить внутреннее напряжение и не даст трещинам увеличиться.
Использование композитных материалов снижает расход топлива, которое требуется для вывода ракеты или космического корабля на орбиту, за счет легкости конструкции и уменьшает затраты на эксплуатационное обслуживание.
Кроме того, многие полимерные композиционные материалы, прошедшие испытание в суровых условиях космоса, после используются в производстве бытовых приборов и даже дизайне интерьеров, принося пользу не только в аэрокосмической сфере.
Денежная система
Вид, форма и материал денег менялся вместе с развитием общества. Сейчас многие государства задумались о производстве банкнот с использованием полимеров. Любопытно, что выпуск пластиковых денег мог бы положительно сказаться на экологии, ведь срок жизни банкноты из хлопковой бумаги при бережном обращении составляет примерно год. Это значит, что при интенсивном использовании купюры чаще приходится заменять, расходуя природные ресурсы на их производство.
Кроме износоустойчивости, эксперты отмечают, что полимерные деньги влагоустойчивы, меньше загрязняются и не накапливают бактерии, а за счет сложной технологии производства подделать купюры из пластика практически невозможно.
Правда, с утверждением о безопасности полимерных денег согласны далеко не все. Российские представители банковской системы говорят о том, что купюры из хлопковой целлюлозы гораздо надежнее, потому что используют такие инструменты защиты подлинности, как защитные нити, спецволокна, конфетти (окрашенные бумажные диски). У полимерных банкнот такого разнообразия спецзнаков нет.
Переход на пластиковые или гибридные денежные знаки связан с затратами на замену банковского оборудования, кассовых аппаратов и детекторов валюты. Это одна из причин, по которой только 8 из 70 стран, имеющих опыт выпуска полимерных денег, используют их на постоянной основе. Другие же страны ограничиваются добавлением полимерных вставок в бумажные деньги или выпуском памятных банкнот.
Острова из пластика
О возможностях повторного использования пластика мы уже рассказывали в статье «Вторая жизнь полимеров» и в частности говорили о создании дорожного покрытия из пластика. Но японцы пошли гораздо дальше, чтобы решить сразу две проблемы: хранение мусора и ограниченность территории.
Активно продвигать идею раздельного сбора мусора в Японии начали 25 лет назад, но при этом первый мусоросжигающий завод был построен в 1924 году и сейчас 90% пластиковых бутылок в стране идут на переработку. Кроме изготовления одежды и обувь из пластиковых хлопьев, часть бутылок прессуют в блоки, плавят и используют как основу для возведения насыпных островов. Полимерные блоки служат фундаментом, сверху насыпают смесь грунта и пепла от сжигания мусора, а после завершают слоем земли, на которую даже можно высаживать растения. Известный остров Одайба появился как раз на месте мусорной свалки и с использованием переработанного мусора. Сейчас это один из популярнейших районов для прогулок в парке, походов в кафе и развлечений.
Практика японцев постепенно распространяется по миру. Такие насыпные острова с полимерным фундаментом из переработанного мусора уже есть в Сингапуре и Африке, а в Нидерландах создан прототип плавучего парка.
Заключение
Полимеры ассоциируются с пластиком, а потому часто можно встретить мнение о необходимости сокращать или прекращать использование изделий из полимерных материалов. Проблема микропластика и существование большого мусорного пятна в Тихом океане действительно вызывают серьезную обеспокоенность, но это вовсе не значит, что нужно полностью отказаться от полимерных материалов.
Но примеры из статьи показывают, насколько проще и лучше делает нашу жизнь использование полимеров. Поэтому гораздо рациональнее для окружающей среды будет не отказ от полимерных материалов, а организованный сбор и переработка пластиковых отходов для повторного использования.
