Histoire de la matière première polymère - résine plastique

Histoire des matières premières polymères - résine plastique  ①

Dans cette série, nous examinerons l'histoire de l'industrie des plastiques et comment nous en sommes arrivés au présent.   La découverte de la gutta-percha, utilisée par les peuples autochtones d'Asie du Sud-Est dans les années 1850, est un fait important que les isomères déterminent les propriétés des polymères, et est un bon exemple d'un des premiers exemples d'un principe largement utilisé dans les polymères modernes chimie.

Je reçois de temps en temps des e-mails me demandant si j'ai déjà entendu parler de certains événements historiques liés à l'industrie des plastiques. L'histoire de l'inventeur américain John Wesley Hyatt, qui a d'abord créé un matériau communément appelé le premier plastique.

Ce matériau a été breveté en 1869 sous le nom de Celluloid. En particulier, Hyatt est le matériau qui attire le plus l'attention, et en raison de la rareté de l'ivoire au début des années 1860, il s'inquiétait de l'impact que cela aurait sur le prix des boules de billard.

Il est vrai qu'il a remporté un prix de 10 000 dollars.

Cette histoire est très intéressante pour plusieurs raisons. Tout d'abord, cela renforce l'idée profondément ancrée dans l'industrie du plastique que les matériaux synthétiques fabriqués par des génies chimiques ont remplacé et amélioré les matériaux dérivés de sources naturelles. Un autre facteur est la taille de cette récompense monétaire, qui s'élève aujourd'hui à près de 200 000 $.

Comme c'est généralement le cas, l'histoire même de l'invention du celluloïd n'est pas seulement beaucoup plus complexe que cela, elle est aussi fortement dépendante des réalisations qui l'ont précédée. Et l'introduction réelle de ce matériau a été possible grâce à une autre invention notable qui a eu un impact bien plus important sur l'industrie des plastiques que le matériau lui-même.

Le travail impliqué dans la fabrication de produits synthétiques fait largement partie de la science, mais il est généralement lié aux avocats, car cela est en jeu dans le monde des affaires et par conséquent dans l'argent. Dans cette série, je voudrais examiner l'histoire de l'industrie des plastiques et comment nous en sommes arrivés au présent.

Le monde des matériaux synthétiques a été inspiré par des matériaux trouvés dans la nature. Le matériau qui semble avoir fourni le point de départ de tout cela est le caoutchouc naturel, appelé chimiquement polyisoprène, qui est une matière première dérivée d'un arbre spécifique. Les structures chimiques de deux arrangements différents d'atomes dans une molécule de caoutchouc naturel, appelés isomères, sont illustrées à la figure 1 ci-dessous.

Les explorateurs européens qui ont voyagé dans les Caraïbes et en Méso-Amérique (Amérique centrale) aux XVIe et XVIIe siècles ont découvert une civilisation utilisant ce matériau non seulement pour fabriquer des boules solides, mais aussi pour imperméabiliser des textiles. L'existence d'une balle rigide faite d'un matériau d'une propriété que nous appelons aujourd'hui l'élastomère, ou propriété de l'élastomère, a été un choc pour les peuples nordiques qui ne voyaient des balles fabriquées qu'en soufflant de l'air dans leurs poches en cuir. C'était l'isomère cis qui fabriquait tous ces produits. L'isomère trans sera discuté plus tard.

Le monde des matériaux synthétiques a été inspiré par des matériaux trouvés dans la nature, la résine plastique.

Un explorateur français s'est rendu au Pérou dans les années 1730 pour découvrir une substance similaire, mais en 1751, les premiers articles scientifiques sur cette nouvelle substance ont été publiés. Cependant, même à ce stade, les propriétés chimiques de ce matériau n'étaient pas bien comprises. En particulier, l'effet de la température sur les propriétés des matières premières a été un obstacle à l'utilisation commerciale en Europe.

Contrairement au climat méso-américain où les fluctuations de température sont relativement faibles à certaines températures élevées, l'Europe connaît de très grands changements de température en hiver et en été. Aux basses températures en hiver, le matériau devenait dur et cassant, tandis que les températures élevées en été le rendaient très mou et collant. Le produit le plus créatif utilisant ce matériau, apparu à la fin du XVIIIe siècle, était une gomme qui enlevait les traces de crayon du papier. C'est pour cette caractéristique que les gommes sont appelées gommes.

En 1820, deux hommes d'affaires de domaines complètement différents ont également découvert par hasard que le polyisoprène était dissous dans le naphta et la térébenthine. Le caoutchouc dissous peut être transformé en coton pour fabriquer des vêtements imperméables. Cela a bien fonctionné tant que le temps ne devenait pas trop chaud. Cependant, à mesure que la température augmentait, le tissu enduit devenait collant et se déformait.

La limitation de l'utilisation du polyisoprène en raison de la température a continué à être un problème des années 1830 aux années 40. Au cours de cette période, Charles Goodyear est tombé sur deux techniques pour résoudre le problème de performance à haute température en réalisant au hasard une expérience et demie, comme l'ont fait les inventeurs précédents.

Trois ans plus tard, un procédé de vulcanisation, mieux connu pour améliorer les propriétés à basse température du matériau, a été découvert. Goodyear n'avait aucune compréhension de la chimie du processus de réticulation, qui améliore considérablement les performances de ce matériau.

Même le terme « vulcanisation » a été inventé par un concurrent britannique qui a découvert la méthode de Goodyear, en déposant un brevet au Royaume-Uni pendant que Goodyear déposait un brevet aux États-Unis. Il a encore fallu attendre plusieurs décennies avant l'émergence d'une technologie qui modifie les propriétés des matières premières en ajoutant des plastifiants et des charges (fillers) dans le caoutchouc.

Cependant, la fondation de l'industrie des polymères a été établie. Fait intéressant, les Amérindiens ont découvert il y a des centaines d'années comment stabiliser les propriétés du caoutchouc en fumant du latex brut. Il s'agissait d'une méthode de fourniture des composés de nitrate et de soufre nécessaires à la réticulation du matériau pour obtenir pratiquement le même effet, bien que le contrôle puisse être moins sophistiqué.

Les progrès réalisés à l'ère de la chimie des résines plastiques sont en grande partie dus à des découvertes accidentelles faites par essais et erreurs.

Dans les années 1850, à une époque où la bataille judiciaire entre Goodyear et ses rivaux anglais s'intensifiait, un chirurgien anglais en Asie du Sud-Est a vu les indigènes de la région extraire la sève de l'une des espèces d'arbres indigènes de la région.

Ils ont ramolli les ingrédients en les mettant dans de l'eau chaude, puis les ont moulés en une variété d'objets utiles, tels que des manches d'outils et des bâtons. Chimiquement, cette substance, nommée gutta-percha (gutta-percha) d'après le nom scientifique de l'arbre qui a obtenu la sève, est l'isomère trans du polyisoprène.

C'est un bon exemple des premiers jours où l'on montre le fait important que les isomères déterminent les propriétés des polymères (un principe largement utilisé dans la chimie moderne des polymères). L'isomère cis est amorphe et très sensible aux changements de température. Par conséquent, une réticulation est nécessaire pour en faire un matériau utilisable. L'isomère trans est une substance capable de cristallisation. Ainsi, bien qu'il ait la même température de transition vitreuse à température ambiante que l'isomère cis, il possède les propriétés d'un matériau solide utile à des températures supérieures à la température ambiante.

La Gutta Perca était un autre matériau connu et utilisé dans les civilisations indigènes depuis des centaines d'années, mais lorsqu'il est tombé entre les mains d'Européens plus ciblés, il a rapidement été adopté comme matériau isolant pour les fils télégraphiques sous-marins. À cet égard, ce matériau présente non seulement des similitudes avec les caoutchoucs isomères cis, mais également des différences importantes.

La structure non polaire des deux matériaux en fait d'excellents isolants électriques. Cependant, dans le cas du caoutchouc, même s'il a une forme réticulée, il manque de résistance chimique à l'eau salée en raison de sa structure amorphe unique. Gutta Perca a non seulement des propriétés électriques souhaitables, mais montre également une résistance à l'eau de mer et à de nombreux autres produits chimiques. Ce principe selon lequel la présence ou l'absence de cristallinité détermine la résistance chimique est également bien connu dans le monde des polymères, et il a permis la création de nouvelles applications dès les tout premiers jours de l'industrie des plastiques.

Il se concentre également sur un autre aspect très important lié à l'utilisation de nouveaux matériaux :le développement de nouvelles matières premières chimiques et l'invention de procédés de transformation. Ce matériau a été utilisé pour le revêtement des fils électriques, ce qui a été rendu possible par une invention très importante appelée extrudeuse.

Dans le prochain épisode, nous parlerons des avancées technologiques entourant le celluloïd et d'une autre avancée très importante dans la technologie de traitement dans le processus.

Source :plastickorea

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