De geschiedenis van polymere materialen volgen, deel 4

Voor de meeste mensen in deze tijd zou de bron van het kunstlicht gaslicht zijn geweest. De introductie van het elektrische licht door Edison, ook een sleutelfiguur in de celluloid-ontwikkelingen, zou hier echter snel verandering in brengen. Hoewel professionele fotografen dit nieuwe papier over het algemeen niet omarmden, werd het erg populair bij amateurfotografen en creëerde het een markt die de aandacht trok van niemand minder dan George Eastman. In 1898 kocht Eastman het bedrijf dat Baekeland met twee partners had opgericht voor $ 750.000, ongeveer $ 22 miljoen in de dollars van vandaag.

Al deze raakvlakken met andere grote spelers in de chemische en energie-industrie vormden eenvoudigweg de basis voor het onderzoek dat Baekeland nu kon doen vanwege zijn aanzienlijke financiële zekerheid. De voorwaarden van de verkoop van zijn bedrijf aan Eastman omvatten een niet-concurrentiebeding die Baekeland 20 jaar verhinderde om onderzoek te doen naar fotografie.

Met een scheikundige achtergrond, een flair voor experimenteren, een goed instinct voor het identificeren van onopgeloste problemen en het niet nodig hebben om te werken voor de kost, vestigde Baekeland een landgoed in Yonkers, NY, en ging aan de slag met een dringend probleem dat leek op het probleem dat leidde tot de ontwikkeling van celluloid. Celluloid was ontwikkeld om een ​​tekort aan ivoor op te lossen. De snelle expansie van de elektrische industrie in de laatste twee decennia van de 19 ^de eeuw en gaat door tot in het begin van de 20 ^e eeuw creëerde een nieuw knelpunt in een ander natuurlijk materiaal, schellak.

Schellak wordt gemaakt door lakkevers wanneer ze sap uit bomen halen en een hars afscheiden. Dit wordt van de bomen geschraapt en door verhitting en filtering verwerkt tot de zuivere verbinding. Er wordt geschat dat er meer dan 100.000 lakkevers nodig zijn om een ​​kilogram (2,2 lb) schellak te produceren. In het pre-geëlektrificeerde tijdperk waren de lage tarieven die gepaard gaan met de traditionele schellakproductie voldoende om te voldoen aan de vraag naar lakken en conserveermiddelen voor houtproducten. Maar de elektrische industrie creëerde een enorme vraag naar schellak vanwege de uitstekende elektrisch isolerende eigenschappen en het vermogen om af te dichten tegen vocht. De vraag nam zelfs nog meer toe toen schellak het favoriete materiaal werd voor het drukken van grammofoonplaten, nog een andere kruising met Edisons wereld. (Hij had de fonograaf uitgevonden in 1877.) PVC zou in deze toepassing in de jaren veertig schellak vervangen.

De industriële geschiedenis van schellak vertoont een opvallende gelijkenis met die van rubber. Een natuurlijk polymeer dat alleen in kleine hoeveelheden kon worden gewonnen en voornamelijk in Zuidoost-Azië werd gevonden, was een belangrijke belemmering geworden in de snelle ontwikkeling van technologie in Europa en Noord-Amerika, ver verwijderd van de bron. En net als natuurlijk rubber miste schellak enkele gewenste prestatiekenmerken. Ten eerste is het een thermoplast, met een smeltpunt van ongeveer 75 C (167 F). Het wordt dus zachter bij zelfs gematigde temperaturen. Hoogspanningsisolatoren die relatief hoge temperaturen genereren, zullen schellak smelten. En hoewel het kan worden gemengd met vulstoffen zoals houtmeel om een ​​vormbare verbinding te maken, heeft het een relatief lage oppervlaktehardheid en het aanbrengen ervan kan arbeidsintensief zijn.

Vijf jaar onderzoek door Baekeland resulteerde in een patent uit 1907 voor "Verbeteringen in methoden voor het maken van onoplosbare condensatieproducten van fenolen en formaldehyde." Baekeland noemde het product Bakeliet, een naam die nog steeds af en toe in de vakliteratuur voorkomt. In Somerset, Engeland werd in 1983 zelfs een bakelietenmuseum geopend om de geschiedenis van producten gemaakt van bakeliet te tonen. Hoewel het nu gesloten is en op zoek is naar een nieuw huis, heeft het nog steeds een website. De reactor die Baekeland ontwierp om de hars te produceren, werd een Bakelizer genoemd.

Tegenwoordig staat het materiaal bekend onder de meer algemene aanduiding fenol. Het is een condensatiepolymeer, zoals de titel van het octrooi suggereert, en de aard van deze chemische reactie heeft bijgedragen aan veel van de uitdagingen bij het maken van het materiaal. Maar het resultaat was het eerste echt synthetische polymeer, een materiaal dat niet afhankelijk was van een natuurlijk product dat vervolgens werd aangepast. En het was een thermohardend polymeer zoals gevulkaniseerd rubber, maar bevatte geen zwavel en vertoonde een veel hogere sterkte, stijfheid, hittebestendigheid en duurzaamheid op lange termijn. Het maakte onmiddellijk ingang als een elektrische isolator die een betere elektrische weerstand had dan mica of porselein, hittebestendiger was dan schellak, een betere slagvastheid had dan glas of keramiek en een uitstekende weerstand bezat tegen een breed scala aan zuren, alcoholen, vetten en oliën .

En op een opmerkelijke kruising met celluloid, werd ontdekt dat fenolische eigenschappen had wat we tegenwoordig visco-elastische eigenschappen noemen die vergelijkbaar zijn met die van ivoor, waardoor het het ideale materiaal is voor biljartballen. Hiermee werd het doel van John Wesley Hyatt bereikt om een ​​synthetische vervanging voor ivoor te bieden. Hyatt was sinds de oprichting in 1868 doorgegaan met het runnen van zijn biljartbalbedrijf, waarbij hij geleidelijk verbeteringen aanbracht in zijn op celluloid gebaseerde formuleringen. In 1912 stapte hij echter over op fenol als erkenning voor zijn superieure prestaties.

Terwijl Baekeland het patent verkreeg dat de commerciële ontwikkeling van fenol op gang bracht, was de chemische reactie die een prototype van de verbinding produceerde eigenlijk meer dan 30 jaar eerder ontdekt. Door een reeks doodlopende wegen en gelukkige ongelukken, ontwikkelde de chemie die een reactie tussen formaldehyde en andere organische verbindingen gebruikte om bruikbare thermohardende materialen te produceren, zich door de inspanningen van verschillende getalenteerde chemici en uitvinders. En na de uitvinding volgden de uitdagingen van commercialisering en de onvermijdelijke rechtszaken. We zullen in onze volgende aflevering naar dit deel van het verhaal kijken.

OVER DE AUTEUR:Michael Sepe is een onafhankelijke materiaal- en verwerkingsadviseur gevestigd in Sedona, Arizona, met klanten in Noord-Amerika, Europa en Azië. Hij heeft meer dan 45 jaar ervaring in de kunststofindustrie en staat klanten bij met materiaalkeuze, ontwerpen voor maakbaarheid, procesoptimalisatie, troubleshooting en storingsanalyse. Contactpersoon:(928) 203-0408 •[email protected]