Герман Шнелль

Герман Шнелль (нем. Hermann Schnell; 7 января 1916, Зиндельфинген — 1 августа 1999, там же) — немецкий химик-органик, внёсший значительный вклад в химию высокомолекулярных соединений. Наиболее известен как один из первооткрывателей (наряду с Отто Байером) реакции получения полиуретанов, а также как создатель технологии получения поликарбонатов. Его работы легли в основу промышленного производства ряда важнейших синтетических полимеров.

Биография

Герман Шнелль родился 7 января 1916 года в городе Зиндельфинген (земля Баден-Вюртемберг, Германия) в семье инженера. После окончания гимназии в 1935 году поступил в Тюбингенский университет, где изучал химию. В 1939 году, после начала Второй мировой войны, был призван в вермахт, но вскоре, как перспективный специалист, был откомандирован для продолжения научной работы. В 1941 году он защитил докторскую диссертацию в Тюбингенском университете под руководством профессора Георга Виттига, посвящённую реакциям металлоорганических соединений.

С 1941 по 1945 год работал в научно-исследовательском отделе концерна IG Farbenindustrie в Леверкузене. В этот период, в 1944 году, он впервые синтезировал полиуретан на основе реакции диизоцианатов с простыми полиэфирами. Однако из-за военных условий промышленное внедрение разработки было отложено.

После войны, в 1945 году, Шнелль перешёл в компанию Bayer AG (основана на базе части активов IG Farben, в 1951 году выделена в самостоятельное предприятие), где продолжил исследования в области полимеров. В 1953 году он возглавил лабораторию по разработке новых пластмасс. В 1956 году он стал руководителем отдела научных исследований Bayer AG, а в 1964 году — членом правления компании. Вышел на пенсию в 1976 году, но продолжал консультировать научные проекты.

Герман Шнелль скончался 1 августа 1999 года в Зиндельфингене.

Научные достижения

Открытие полиуретанов

Основным достижением Шнелля является открытие в 1944 году реакции полиприсоединения диизоцианатов к соединениям, содержащим гидроксильные группы (полиолам). В ходе этой реакции образуются полиуретаны — полимеры, содержащие в основной цепи уретановые группы (-NH-CO-O-). Шнелль обнаружил, что, варьируя тип диизоцианата и полиола, можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных пен (поролон) до твёрдых пластиков и волокон.

Первоначально Шнелль синтезировал полиуретан на основе гексаметилендиизоцианата и бутандиола-1,4. Однако промышленное производство началось только после войны, когда в 1952 году компания Bayer AG запустила первую пилотную установку для получения полиуретановых пен. В 1954 году Шнелль и его коллеги разработали технологию получения эластичного пенополиуретана (поролона), который быстро нашёл применение в мебельной промышленности, автомобилестроении и производстве изоляционных материалов.

Создание поликарбонатов

В 1953 году Герман Шнелль, работая в Bayer AG, совершил второе крупное открытие — синтезировал поликарбонат. Он обнаружил, что при взаимодействии фосгена с бисфенолом А (2,2-бис(4-гидроксифенил)пропаном) в присутствии основания образуется линейный полимер, обладающий высокой прочностью, прозрачностью и термостойкостью. Шнелль назвал этот материал «поликарбонат». В 1958 году компания Bayer AG начала промышленное производство поликарбоната под торговой маркой «Макролон» (Makrolon).

Параллельно, в 1953 году, независимо от Шнелля, поликарбонат был синтезирован в США химиком Дэниелом Фоксом из компании General Electric. Фокс использовал другой метод (трансэтерификацию дифенилкарбоната с бисфенолом А), что привело к длительному патентному спору между Bayer и General Electric. В 1960-х годах компании пришли к соглашению о перекрёстном лицензировании технологий.

Другие разработки

Помимо полиуретанов и поликарбонатов, Шнелль внёс вклад в развитие химии полиэфиров, полиамидов и полиакрилатов. Он разработал методы синтеза термостойких полимеров, а также изучал механизмы реакций поликонденсации и полиприсоединения. Его работы по катализу реакций изоцианатов с гидроксильными группами позволили значительно ускорить и удешевить производство полиуретанов.

Промышленное значение

Полиуретаны

Полиуретаны, открытые Шнеллем, стали одним из наиболее распространённых классов полимеров. Их применение включает:

• Эластичные пенополиуретаны (поролон): используются в производстве матрасов, мебели, сидений автомобилей, упаковки.
• Жёсткие пенополиуретаны: применяются в качестве теплоизоляции в строительстве, холодильной технике, трубопроводах.
• Термопластичные полиуретаны (ТПУ): используются для изготовления обувных подошв, колёс, шлангов, кабельной изоляции, герметиков и клеёв.
• Полиуретановые эластомеры: применяются в автомобильной промышленности (амортизаторы, втулки), в производстве спортивного инвентаря (ролики, колёса скейтбордов), в медицине (имплантаты, катетеры).

Мировое производство полиуретанов в 2023 году оценивалось в более чем 25 миллионов тонн в год.

Поликарбонаты

Поликарбонаты, синтезированные Шнеллем, также нашли широкое применение благодаря своей прозрачности (пропускают до 90% света), высокой ударной вязкости (в 200 раз прочнее стекла) и термостойкости (рабочая температура до 130 °C). Основные области использования:

• Строительство: листы для остекления, куполов, навесов, световых фонарей.
• Автомобилестроение: фары, стёкла, панели приборов, бамперы.
• Электроника: корпуса мобильных телефонов, ноутбуков, оптические диски (CD, DVD, Blu-ray).
• Медицина: стерилизуемые приборы, контейнеры для крови, шприцы, очки.
• Упаковка: бутылки для воды, многоразовая посуда.

Мировое производство поликарбонатов в 2023 году превысило 5 миллионов тонн в год.

Награды и признание

• 1955 год — Медаль Эмиля Фишера (Германское химическое общество) за работы по полиуретанам.
• 1960 год — Премия имени Адольфа фон Байера (Германское общество химической промышленности) за открытие поликарбонатов.
• 1964 год — Медаль Карла Дуйсберга (Общество немецких химиков).
• 1972 год — Премия имени Германа Штаудингера (Германское общество химической промышленности).
• 1985 год — Золотая медаль имени Отто Байера (Bayer AG) за выдающиеся достижения в химии полимеров.
• 1991 год — Почётный доктор Тюбингенского университета.

Память

В 2000 году, через год после смерти Шнелля, компания Bayer AG учредила премию имени Германа Шнелля (Hermann-Schnell-Preis), которая присуждается молодым учёным за выдающиеся работы в области химии полимеров. В его родном городе Зиндельфинген одна из улиц названа его именем.

Источники

• Schnell, H. (1956). "Polyurethanes". Angewandte Chemie. 68 (20): 633–640.
• Schnell, H. (1964). Chemistry and Physics of Polycarbonates. New York: Interscience Publishers.
• Bayer, O. (1947). "Das Diisocyanat-Polyadditionsverfahren (Polyurethane)". Angewandte Chemie. 59 (9): 257–272.
• Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. (2012). "Polyurethanes" and "Polycarbonates". Wiley-VCH.
• Nuyken, O., & Pask, S. D. (2013). "Hermann Schnell: A Pioneer in Polymer Chemistry". Macromolecular Chemistry and Physics. 214 (1): 7–14.
• Bayer AG. (1999). "Nachruf: Hermann Schnell". Bayer Press Release, 3 August 1999.