Seguimiento de la historia de los materiales poliméricos - Parte 2

Para alguien que vive a mediados del siglo XIX y está involucrado en el mundo de los materiales, debe haberle parecido una época de desarrollo revolucionario. En sólo un año, 1846, se transformó la gutapercha en el aislamiento del cable telegráfico mencionado en el artículo del mes pasado; se fabricaron neumáticos de caucho para su uso en el carruaje de la reina Victoria; Alexander Parkes descubrió una técnica para vulcanizar caucho a temperatura ambiente; y un experimento accidental pero notable inició el desarrollo tecnológico que condujo al material de bola de billar de Hyatt.

El experimento fue realizado por un profesor de química que enseña en la Universidad de Basilea en Suiza, Christian Friedrich Schonbein. Había descubierto el ozono unos años antes y había aprendido que una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico era un excelente agente oxidante. Un día, mientras destilaba esta mezcla ácida en su cocina, volcó el matraz y rápidamente limpió el desorden con el artículo disponible más cercano, un delantal de algodón. Cuando intentó secar el delantal colgándolo sobre una estufa caliente, rápidamente estalló en llamas y desapareció. Se había creado la celulosa nitrada, también conocida como algodón pólvora, que daría lugar a una serie de invenciones que aprovecharon esta modificación de la celulosa.

El descubrimiento del algodón de pólvora desencadenó una versión de la década de 1840 de una carrera armamentista, con patentes que se registraron y países que querían evitar el pago de tarifas de licencia tratando de aplicar ingeniería inversa a la invención. La extrema volatilidad del material provocó algunos accidentes espectaculares en toda Europa y Rusia a finales de la década de 1840 que finalmente llevaron a prohibiciones de desarrollo adicional y pérdida de interés en la experimentación adicional.

Sin embargo, durante ese tiempo, uno de los laboratorios que experimentó con nitrato de celulosa descubrió que podía disolverse en una combinación de éter y alcohol para formar una sustancia que se denominó colodión. Una vez seco, el material se volvió duro y transparente y podría servir como barniz o laca, revestimiento impermeable o una película delgada. También mostró potencial como sólido moldeable. En muchos aspectos, exhibía las mismas capacidades que el caucho y la gutapercha, pero ofrecía la posibilidad de un costo menor.

El mismo Alexander Parkes que desarrolló el proceso de vulcanización en frío obtuvo una patente para este material moldeable en 1856. Conocido como Parkesine, se exhibió en la Gran Exposición, una feria mundial que tuvo lugar en Londres en 1862. Premiada con la medalla de bronce en En este evento, el material se exhibió en forma de muchos productos diferentes que crearon grandes expectativas. El material incluso se transformó en una bola de billar, anticipándose al desarrollo más conocido que vendría al final de la década. Parkes usó varios aceites vegetales como un agente que hoy llamaríamos plastificante para lograr el equilibrio de propiedades necesario.

Pero la promesa de un costo más bajo nunca se cumplió. Los disolventes utilizados para producir colodión para sus otros usos, en medicina y fotografía, resultaron ser demasiado caros para la producción en masa de un material moldeable destinado a mercados más competitivos. En un intento de hacer que el material fuera competitivo, Parkes recurrió al uso de desperdicios de algodón de mala calidad para fabricar celulosa y agregó cantidades tan grandes del plastificante de aceite de ricino que el material perdió sus propiedades mecánicas y los productos elaborados con él carecían de estabilidad dimensional. El producto sufría de un alto grado de variabilidad de lote a lote que finalmente lo condenó como empresa comercial. Sin embargo, la invención se considera el primer plástico moldeable y allanó el camino para las mejoras que finalmente llevaron a la creación de Hyatt.

Fue en este mismo período de tiempo que Michael Phelan, el maestro jugador de billar mencionado en el artículo del mes pasado, ofreció el premio de $ 10,000 por una bola de billar hecha de un material que podría reemplazar adecuadamente al marfil. Phelan también fue el inventor de un material de cojín para mesas de billar que estaba hecho de caucho y tenía una participación en una empresa que fabricaba mesas de billar. Era muy consciente de la escasez de marfil que ponía en peligro el crecimiento de un pasatiempo cada vez más popular. John Wesley Hyatt, un impresor, se sintió atraído por la perspectiva de reclamar el premio ofrecido y comenzó a experimentar con diferentes métodos para hacer bolas de billar.

Las versiones iniciales consistían en combinaciones de piezas de tela, madera y papel unidas con varias colas, barnices, lacas y otros adhesivos. Hyatt obtuvo su primera patente para una bola de imitación de marfil en 1865 producida a partir de tela de lino recubierta con goma laca y polvo de marfil o hueso y procesada bajo calor y presión. Esta creación no fue un sustituto adecuado del marfil, por lo que Hyatt continuó experimentando y obtuvo una segunda patente en 1868 para otro intento que consistía en papel y pulpa de madera combinados con goma laca y nuevamente procesados ​​a alta temperatura y presión.

Hyatt habría estado familiarizado con el colodión, ya que se usaba ampliamente para curar heridas y se usaba en la industria de la impresión para proteger a los trabajadores de la línea de abrasiones en las yemas de los dedos. En otro de esos afortunados accidentes, Hyatt un día descubrió un colodión que se había derramado de su botella y había formado una película dura. Comenzó a recubrir su última versión de bolas de billar sumergiéndolas en colodión. Hyatt encontró los mismos problemas que habían plagado a Parkes al crear un material sólido y moldeable. Por lo tanto, continuó trabajando para aumentar la viscosidad del material, y finalmente desarrolló un compuesto que podría formarse alrededor de un núcleo de madera bajo alta presión y calor. Esto generó otra patente en abril de 1869 para este método mejorado de hacer bolas de billar.

Esta invención finalmente se denominó celuloide y se conoce como el material inventado por Hyatt para reemplazar el marfil, aunque no se pensaría en este nombre para el material hasta tres años después. Curiosamente, las bolas de billar de Celluloid nunca se fabricaron comercialmente y nunca se enviaron a la compañía de Phelan para su consideración por el premio de $ 10,000. Hyatt continuaría trabajando en el problema de la bola de billar hasta principios del siglo XX sin lograr el objetivo deseado de un reemplazo perfecto del marfil. Ese éxito vendría en la primera década del siglo XX de un inventor que nació al mismo tiempo que Hyatt comenzaba sus experimentos y cuya carrera tuvo algunas intersecciones interesantes con la de Hyatt.

Hyatt, al revisar algunas de las antiguas patentes de Parkes, encontró la clave para convertir el celuloide en una masa moldeable mediante el uso de alcanfor como plastificante. Parkes había empleado alcanfor, pero solo junto con otros disolventes. Al concentrarse en el alcanfor y continuar empleando su trabajo con alta presión y calor, Hyatt convirtió el colodión de Parkes en un material versátil que podría tener propiedades similares a las del caucho o la gutapercha simplemente variando la cantidad de alcanfor agregada a la mezcla.

Durante el tiempo en que Hyatt había estado trabajando en la creación de bolas de billar mejoradas en los Estados Unidos, un socio de Alexander Parkes llamado Daniel Spill había asumido la empresa comercial fallida de Parkes en Inglaterra y también había descubierto la importancia del alcanfor en la fabricación de un material moldeable, que llamó Xylonite. Las invenciones paralelas llevaron a la inevitable disputa de patentes, que estuvo ligada a los tribunales desde 1877 hasta 1884. En última instancia, se decidió que las invenciones de Spill y Hyatt se remontaban al trabajo de Parkes, quien se consideraba el inventor original. del material. También formaba parte del fallo que toda la fabricación de productos de celuloide podía continuar.

En nuestra próxima columna seguiremos la suerte del celuloide, ya que encontró un uso cada vez mayor en una variedad de formas que llevaron a la invención de otra importante técnica de procesamiento de plásticos.

SOBRE EL AUTOR:Mike Sepe es un consultor de procesamiento y materiales global e independiente cuya empresa, Michael P. Sepe, LLC, tiene su sede en Sedona, Arizona. Tiene más de 40 años de experiencia en la industria del plástico y ayuda a los clientes con la selección de materiales, el diseño para la fabricación y el proceso. optimización, resolución de problemas y análisis de fallas. Contacto:(928) 203-0408 • [email protected].