История полимерных материалов, Часть 4: Лео Бекеланд и рождение бакелита

В 1863 году, через год после того как Паркезин, первый нитроцеллюлозный пластик, получил бронзовую медаль на Великой международной выставке в Лондоне, Лео Бекеланд родился в Бельгии. Рожденный в неграмотной семье, Бекеланд получил PhD в 21 год у Теодора Свартса, главного ассистента Фридриха Августа Кекуле, химика, впервые описавшего бензольное кольцо, лежащее в основе современной полимерной науки. Он также развил страсть к фотографии, работая с местным химиком, производившим первые в Европе фотографические сухие пластины.

Те ранние пластины полагались на резкие, капризные проявители. Инсайт Бекеланда заключался в покрытии пластины водорастворимой эмульсией, активируемой просто погружением в воду. Результат был запатентован в Бельгии в 1887 году, упростив фотопроцесс и сократив опасные химикаты.

В 1889 году Бекеланд с женой переехал в Нью-Йорк, где присоединился к фирме Richard Anthony — раннему пионеру фотопленок, бумаг и камер. Компания позже приобрела Goodwin Camera and Film Company, которая ввела целлулозидную пленку за два года до Джорджа Истмана, хотя ее патент оставался невыданным 11 лет.

После двух лет у Anthony и периода независимого консультирования Бекеланд сфокусировался на новой фотобумаге. Два года исследований дали хлористо-серебряную эмульсию, проявляемую под искусственным светом — без солнца. Он назвал продукт Velox, прорыв, завоевавший любовь любительских фотографов и привлекавший внимание Джорджа Истмана. В 1898 Истман купил компанию Бекеланда за $750 000, примерно $22 млн сегодня, под условием неконкуренции, запрещавшем ему фотографические исследования на 20 лет.

Освобожденный от коммерческих обязательств, Бекеланд обратил лабораторию к насущной промышленной проблеме: дефициту шеллака, натуральной смолы, используемой как электрический изолятор и материал для фонографских пластинок. Производство шеллака требовало более 100 000 лаковых жучков на килограмм и имело низкую точку плавления (~75 °C), делая его неподходящим для высокотемпературных применений.

Пятилетнее исследование Бекеланда кульминировало в 1907 году патенте на «Улучшения в методах получения нерастворимых конденсационных продуктов фенолов и формальдегида». Он придумал имя Бакелит — первый настоящий синтетический термореактивный полимер. Специальный реактор, который он разработал, назывался Бакелайзер. Хотя термин Бакелит все еще встречается в литературе, материал теперь широко классифицируется как феноловый.

Феноловые смолы сочетали преимущества слюды и фарфора — отличную электроизоляцию и теплостойкость — с превосходной прочностью, жесткостью, ударной стойкостью и химической устойчивостью. Их вязкоупругий характер, напоминающий слоновую кость, делал их идеальными для бильярдных шаров, выполняя квест Джона Уэсли Хайятта по замене слоновой кости.

Работа Бекеланда заложила основу современной пластиковой отрасли, соединив химию, фотографию и электротехнику. Его наследие продолжает информировать выбор материалов, дизайн процессов и инновации в полимерной науке.

ОБ АВТОРЕ: Майкл Сепе — независимый консультант по материалам и переработке из Седоны, Аризона, обслуживающий клиентов в Северной Америке, Европе и Азии. С более чем 45-летним опытом в пластиковой отрасли он консультирует по выбору материалов, проектированию для производства, оптимизации процессов и анализу отказов. Контакты: (928) 203-0408 • mike@thematerialanalyst.com