Прослеживание истории полимерных материалов - Часть 2

Для кого-то, жившего в середине 19 века и причастного к миру материалов, это должно было показаться временем революционного развития. Всего за один год, в 1846 году, гуттаперча превратилась в изоляцию телеграфного провода, упомянутую в статье прошлого месяца; были изготовлены резиновые шины для экипажа королевы Виктории; Александр Паркс открыл метод вулканизации резины при комнатной температуре; и случайный, но примечательный эксперимент положил начало технологическому развитию, которое привело к созданию материала для бильярдного шара Hyatt.

Эксперимент проводил профессор химии, преподающий в Базельском университете в Швейцарии, Кристиан Фридрих Шенбейн. Он открыл озон несколькими годами ранее и узнал, что смесь азотной и серной кислоты является отличным окислителем. Однажды, перегоняя эту кислотную смесь на своей кухне, он опрокинул фляжку и быстро убрал беспорядок ближайшим доступным предметом - хлопковым фартуком. Когда он попытался высушить фартук, повесив его над раскаленной печью, он тут же загорелся и исчез. Была создана нитрированная целлюлоза, также известная как пушечный хлопок, и это привело к серии изобретений, все из которых основывались на этой модификации целлюлозы.

Открытие оружейного хлопка положило начало гонке вооружений 1840-х годов, когда были поданы патенты и страны, которые хотели избежать уплаты лицензионных сборов, пытались реконструировать изобретение. Чрезвычайная нестабильность материала привела к некоторым впечатляющим авариям по всей Европе и России в конце 1840-х годов, что в конечном итоге привело к запрету на дополнительные разработки и потере интереса к дальнейшим экспериментам.

Однако в то время одна из лабораторий, экспериментирующих с нитратом целлюлозы, обнаружила, что его можно растворить в комбинации эфира и спирта с образованием вещества, получившего название коллодий. После высыхания материал становился прочным и прозрачным и мог служить в качестве лака или лака, водонепроницаемого покрытия или тонкой пленки. Он также показал потенциал в качестве формовочного твердого тела. Во многих отношениях он продемонстрировал те же возможности, что и каучук и гуттаперча, но предлагал возможность более низкой стоимости.

Тот же Александр Паркес, который разработал процесс холодной вулканизации, получил патент на этот формовочный материал в 1856 году. Известный как Parkesine, он был показан на Большой выставке, всемирной выставке, которая проходила в Лондоне в 1862 году. Награжден бронзовой медалью на выставке. На этом мероприятии материалы были представлены в виде множества различных продуктов, которые вызвали большие ожидания. Из этого материала даже был сформирован бильярдный шар, предвосхищая более известную разработку, которая произойдет в конце десятилетия. Паркс использовал различные растительные масла в качестве агента, который сегодня мы называем пластификатором, для достижения необходимого баланса свойств.

Но обещание более низкой стоимости так и не было реализовано. Растворители, используемые для производства коллодия для других целей, в медицине и фотографии, оказались слишком дорогими для массового производства формовочного материала, предназначенного для более конкурентных рынков. Пытаясь сделать материал конкурентоспособным, Паркс прибег к использованию некачественных хлопковых отходов для производства целлюлозы и добавил такие большие количества пластификатора касторового масла, что материал потерял свои механические свойства, а изделиям из него не хватало стабильности размеров. Продукт страдал от высокой степени изменчивости от партии к партии, что в конечном итоге обрекло его на коммерческое использование. Однако изобретение считается первым формовочным пластиком, и оно проложило путь к улучшениям, которые в конечном итоге привели к созданию Hyatt.

Именно в этот период времени Майкл Фелан, мастер бильярда, упомянутый в прошлой статье, предложил приз в размере 10 000 долларов за бильярдный шар, сделанный из материала, который мог бы адекватно заменить слоновую кость. Фелан также был изобретателем прокладочного материала для бильярдных столов, который был сделан из резины, и он владел долей в компании, которая производила бильярдные столы. Он остро осознавал нехватку слоновой кости, которая ставила под угрозу рост все более популярного времяпрепровождения. Печатника Джона Уэсли Хаята привлекла перспектива получить предложенный приз, и он начал экспериментировать с различными методами изготовления бильярдных шаров.

Первоначальные версии состояли из комбинаций кусочков ткани, дерева и бумаги, скрепленных с помощью различных клеев, лаков, шеллаков и других клеев. Хаятт получил свой первый патент на мяч, имитирующий слоновую кость, в 1865 году, сделанный из льняной ткани, покрытой шеллаком, слоновой костью или костной пылью и обработанной под действием тепла и давления. Это творение не было адекватной заменой слоновой кости, поэтому Хаятт продолжил эксперименты и в 1868 году получил второй патент на еще одну попытку, состоящую из бумаги и древесной массы в сочетании с шеллаком и снова обработанных при высоких температурах и давлении.

Компания Hyatt была знакома с коллодием, поскольку он широко использовался для заживления ран и использовался в полиграфической промышленности для защиты рабочих от ссадин на кончиках пальцев. В другой удачной катастрофе Hyatt однажды обнаружил коллодий, который вылился из бутылки и образовал твердую пленку. Он начал покрывать свою последнюю версию бильярдных шаров, окунув их в коллодий. Компания Hyatt столкнулась с теми же проблемами, которые преследовали Паркса при создании прочного формуемого материала. Итак, он продолжил работу над увеличением вязкости материала, наконец, разработав состав, который мог образовываться вокруг деревянного сердечника под действием высоких температур и давления. В апреле 1869 года был получен еще один патент на усовершенствованный метод изготовления бильярдных шаров.

В конечном итоге это изобретение было названо целлулоидом и известно как материал, изобретенный компанией Hyatt для замены слоновой кости, хотя это название материала появилось только через три года. Интересно, что бильярдные шары из целлулоида никогда не производились в коммерческих целях и никогда не были представлены компании Фелана для рассмотрения присуждения премии в размере 10 000 долларов. Хаятт продолжал работать над проблемой бильярдного шара до начала 20 века, не достигнув желаемой цели - идеальной замены слоновой кости. Этот успех пришел в первом десятилетии 1900-х годов от изобретателя, который родился в то же время, когда Хаятт начинал свои эксперименты, и чья карьера имела несколько интересных пересечений с Хаятт.

Hyatt, изучив некоторые старые патенты Паркса, нашла ключ к превращению целлулоида в формуемую массу с использованием камфары в качестве пластификатора. Паркес использовал камфору, но только в сочетании с другими растворителями. Сосредоточившись на камфоре и продолжая использовать свою работу с высоким давлением и теплом, Хаятт преобразовал коллодий Паркса в универсальный материал, который мог иметь свойства, аналогичные свойствам каучука или гуттаперчи, просто путем изменения количества камфоры, добавляемой в смесь.

В то время, когда Hyatt работал над созданием улучшенных бильярдных шаров в Соединенных Штатах, партнер Александра Паркса по имени Дэниел Спилл взял на себя неудавшееся коммерческое предприятие Паркса в Англии и также обнаружил важность камфары в создании формуемого материала, который он назвал ксилонитом. Параллельные изобретения привели к неизбежному патентному спору, который велся в судах с 1877 по 1884 год. В конечном итоге было решено, что изобретения Спилла и Хаятта могут быть связаны с работой Паркса, который считался первоначальным изобретателем. материала. Также частью постановления было продолжение производства целлулоидной продукции.

В нашей следующей колонке мы проследим за судьбой целлулоида, поскольку он нашел все более широкое применение в различных формах, что привело к изобретению еще одного важного метода обработки пластика.

ОБ АВТОРЕ:Майк Сепе - независимый глобальный консультант по материалам и обработке, чья компания Michael P. Sepe, LLC базируется в Седоне, штат Аризона. Он имеет более чем 40-летний опыт работы в индустрии пластмасс и помогает клиентам в выборе материалов, проектировании с учетом технологичности и технологических процессов. оптимизация, устранение неполадок и анализ отказов. Контакты:(928) 203-0408 • [email protected].