Seguimiento de la historia de los materiales poliméricos, Parte 4

En 1863, un año después de que el plástico a base de nitrocelulosa Parkesine fuera galardonado con la medalla de bronce en la Gran Exposición Internacional de Londres, Leo Baekeland nació en Bélgica. Hijo de padres analfabetos, Baekeland obtuvo su doctorado a la edad de 21 años, estudiando con Theodore Swarts, asistente en jefe de Friedrich August Kekulé en la Universidad de Bonn, Alemania. A Kekulé se le atribuye haber desarrollado la estructura del benceno, una sustancia química que es fundamental para gran parte de la química de los polímeros y está estrechamente relacionada con el fenol, una de las sustancias químicas que es clave en la historia del primer polímero verdaderamente sintético. Baekeland también era un entusiasta de la fotografía, y durante sus años de escuela secundaria y universitaria trabajó con un químico local que había establecido una fábrica para producir las primeras planchas secas fotográficas fabricadas en Europa.

Las primeras planchas secas utilizaban reveladores químicos que olían desagradablemente y podían ser temperamentales para trabajar. Baekeland reconoció esto y poco después de graduarse con su doctorado inventó una placa seca recubierta con una emulsión soluble en agua que podía sumergirse en agua para activar el revelador. Obtuvo una patente para este avance en Bélgica en 1887.

En 1889, Baekeland y su esposa viajaron a Nueva York, donde conoció y fue a trabajar para Richard Anthony, director de una empresa que hacía películas fotográficas, papeles y cámaras. Esta era la misma empresa que compraría Goodwin Camera and Film Company a Hannibal Goodwin una década más tarde. Goodwin había desarrollado una película de celuloide viable dos años antes que George Eastman (fundador de Eastman Kodak), pero la emisión de su patente se había retrasado durante 11 años, lo que resultó en la demanda que discutimos en el artículo del mes pasado.

Baekeland trabajó para Anthony durante dos años, y luego, después de una enfermedad y algunos momentos difíciles tratando de ganarse la vida como consultor independiente, se centró en desarrollar un papel fotográfico para imprimir ampliaciones. En la historia temprana de la fotografía, la impresión se lograba con la ayuda de la luz natural proporcionada por el sol. El avance de Baekeland, que se produjo después de dos años de investigación, produjo un papel con la emulsión de cloruro de plata en un estado coloidal que era lo suficientemente sensible a la luz para ser desarrollado con luz artificial, sin necesidad de luz solar. Llamó al producto Velox.

Los teléfonos estuvieron entre las primeras aplicaciones de la baquelita (fenólica).

Para la mayoría de las personas en este momento, la fuente de luz artificial habría sido la luz de gas. Sin embargo, la introducción de la luz eléctrica por parte de Edison, también una figura clave en los avances del celuloide, pronto cambiaría esto. Si bien los fotógrafos profesionales generalmente no adoptaron este nuevo documento, se hizo muy popular entre los fotógrafos aficionados y creó un mercado que atrajo la atención de nada menos que George Eastman. En 1898, Eastman compró la empresa que Baekeland había fundado con dos socios por $ 750,000, aproximadamente $ 22 millones en dólares de hoy.

Todas estas intersecciones con otros actores importantes de la industria química y energética simplemente prepararon el escenario para la investigación en la que Baekeland ahora pudo participar debido a su importante seguridad financiera. Las condiciones de la venta de su empresa a Eastman incluían un acuerdo de no competencia que le impidió a Baekeland realizar cualquier investigación sobre fotografía durante 20 años.

Con experiencia en química, talento para la experimentación, buen instinto para identificar problemas no resueltos y sin necesidad de trabajar para ganarse la vida, Baekeland estableció una finca en Yonkers, Nueva York, y se puso a trabajar en un problema urgente que se parecía al que había tenido. condujo al desarrollo del celuloide. El celuloide se había desarrollado para solucionar la escasez de marfil. La rápida expansión de la industria eléctrica en las dos últimas décadas del XIX ^th siglo y continuando hasta principios del XX ^th Century creó un nuevo cuello de botella en otro material natural, la goma laca.

La goma laca la elaboran los escarabajos laca cuando extraen la savia de los árboles y segregan una resina. Esto se raspa de los árboles y se procesa mediante calentamiento y filtrado para producir el compuesto puro. Se estima que se requieren más de 100.000 escarabajos lac para producir un kilogramo (2,2 libras) de goma laca. En la era pre-electrificada, las bajas tasas asociadas con la producción tradicional de goma laca eran suficientes para satisfacer la demanda de lacas y conservantes de productos de madera. Pero la industria eléctrica creó una gran demanda de goma laca debido a sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y su capacidad para sellar contra la humedad. La demanda aumentó en un grado aún mayor cuando la goma laca se convirtió en el material preferido para prensar discos fonográficos, otra intersección más con el mundo de Edison. (Había inventado el fonógrafo en 1877). El PVC reemplazaría a la goma laca en esta aplicación en la década de 1940.

La historia industrial de la goma laca tiene un parecido sorprendente con la del caucho. Un polímero natural que solo podía obtenerse en pequeñas cantidades y que se encontraba principalmente en el sureste de Asia se había convertido en una limitación clave en el rápido desarrollo de la tecnología que se estaba produciendo en Europa y América del Norte, lejos de la fuente. Y al igual que el caucho natural, la goma laca carecía de algunas características de rendimiento deseadas. Primero, es un termoplástico, con un punto de fusión de aproximadamente 75 C (167 F). Por lo tanto, se ablanda incluso a temperaturas moderadas. Los aisladores de alto voltaje que generan temperaturas relativamente altas derretirán la goma laca. Y aunque se puede mezclar con rellenos como la harina de madera para hacer un compuesto moldeable, tiene una dureza superficial relativamente baja y su aplicación puede requerir mucha mano de obra.

Cinco años de investigación de Baekeland dieron como resultado una patente de 1907 para "Mejoras en los métodos de fabricación de productos de condensación insolubles de fenoles y formaldehído". Baekeland nombró al producto Baquelita, un nombre que todavía aparece ocasionalmente en la literatura de la industria. Incluso se abrió un museo de baquelita en Somerset, Inglaterra en 1983 para mostrar la historia de los productos hechos con baquelita. Si bien ahora está cerrado y busca un nuevo hogar, todavía tiene un sitio web. El reactor que Baekeland diseñó para producir la resina se denominó Bakelizer.

Hoy en día, el material se conoce por su denominación más general, fenólico. Es un polímero de condensación, como sugiere el título de la patente, y la naturaleza de esta reacción química contribuyó a muchos de los desafíos en la fabricación del material. Pero el resultado fue el primer polímero verdaderamente sintético, un material que no dependía de un producto natural que luego fue modificado. Y era un polímero termoendurecible como el caucho vulcanizado, pero no contenía azufre y mostraba mucha más fuerza, rigidez, resistencia al calor y durabilidad a largo plazo. Inmediatamente se abrió camino como un aislante eléctrico que tenía mejor resistencia eléctrica que la mica o la porcelana, era más resistente al calor que la goma laca, tenía mejor resistencia al impacto que el vidrio o la cerámica y poseía una excelente resistencia a una amplia gama de ácidos, alcoholes, grasas y aceites. .

Y en una notable intersección con el celuloide, se descubrió que el fenólico tenía lo que hoy llamamos propiedades viscoelásticas similares a las del marfil, lo que lo convierte en el material ideal para las bolas de billar. Esto logró el objetivo de John Wesley Hyatt de proporcionar un reemplazo sintético para el marfil. Hyatt había continuado operando su compañía de bolas de billar desde su fundación en 1868, haciendo mejoras graduales en sus formulaciones basadas en celuloide. Sin embargo, en 1912, cambió a fenólico en reconocimiento a su desempeño superior.

Si bien Baekeland obtuvo la patente que lanzó el desarrollo comercial de fenólico, la reacción química que produjo un prototipo del compuesto se había descubierto más de 30 años antes. A través de una serie de callejones sin salida y accidentes afortunados, la química que empleó una reacción entre el formaldehído y otros compuestos orgánicos para producir materiales termoendurecibles útiles evolucionó gracias a los esfuerzos de varios químicos e inventores talentosos. Y después de la invención, siguieron los desafíos de la comercialización y las inevitables demandas. Veremos esta parte de la historia en nuestra próxima entrega.

SOBRE EL AUTOR:Michael Sepe es un consultor independiente de procesamiento y materiales con sede en Sedona, Arizona, con clientes en América del Norte, Europa y Asia. Tiene más de 45 años de experiencia en la industria del plástico y ayuda a los clientes con la selección de materiales, el diseño para la fabricación, la optimización de procesos, la resolución de problemas y el análisis de fallas. Contacto:(928) 203-0408 •[email protected]