Retracer l'histoire des matériaux polymères--Partie 2

Pour quelqu'un vivant au milieu du XIXe siècle et impliqué dans le monde des matériaux, cela a dû sembler être une période de développement révolutionnaire. En seulement un an, 1846, la gutta-percha a été transformée en l'isolant du fil télégraphique mentionné dans l'article du mois dernier; des pneus en caoutchouc ont été fabriqués pour être utilisés sur la voiture de la reine Victoria ; Alexander Parkes a découvert une technique de vulcanisation du caoutchouc à température ambiante; et une expérience accidentelle mais notable a commencé le développement technologique qui a conduit au matériau de boule de billard de Hyatt.

L'expérience a été réalisée par un professeur de chimie enseignant à l'Université de Bâle en Suisse, Christian Friedrich Schonbein. Il avait découvert l'ozone quelques années plus tôt et avait appris qu'un mélange d'acide nitrique et d'acide sulfurique était un excellent agent oxydant. Alors qu'il distillait un jour ce mélange acide dans sa cuisine, il renversa la fiole et nettoya rapidement le désordre avec l'objet disponible le plus proche, un tablier en coton. Lorsqu'il a tenté de sécher le tablier en le suspendant au-dessus d'un poêle chaud, il s'est rapidement enflammé et a disparu. La cellulose nitrée, également connue sous le nom de guncotton, avait été créée, et cela conduirait à une série d'inventions qui capitalisaient toutes sur cette modification de la cellulose.

La découverte du coton des armes à feu a déclenché une version des années 1840 d'une course aux armements, avec des brevets déposés et des pays qui voulaient éviter de payer des frais de licence en essayant de désosser l'invention. L'extrême volatilité du matériau a conduit à des accidents spectaculaires dans toute l'Europe et la Russie à la fin des années 1840 qui ont finalement conduit à des interdictions de développement supplémentaire et à une perte d'intérêt pour de nouvelles expérimentations.

Cependant, pendant cette période, l'un des laboratoires expérimentant le nitrate de cellulose a découvert qu'il pouvait être dissous dans une combinaison d'éther et d'alcool pour former une substance appelée collodion. Une fois séché, le matériau devenait résistant et transparent et pouvait servir de vernis ou de laque, de revêtement imperméable ou de film mince. Il a également montré un potentiel en tant que solide moulable. À bien des égards, il présentait les mêmes capacités que le caoutchouc et la gutta-percha, mais offrait la possibilité d'un coût inférieur.

Le même Alexander Parkes qui a développé le processus de vulcanisation à froid a obtenu un brevet pour ce matériau moulable en 1856. Connu sous le nom de Parkesine, il a été exposé à la Great Exhibition, une exposition mondiale qui a eu lieu à Londres en 1862. Récompensé de la médaille de bronze à cet événement, le matériel était exposé sous la forme de nombreux produits différents qui ont créé de grandes attentes. Le matériau a même été transformé en une boule de billard, anticipant le développement le plus connu qui se produirait à la fin de la décennie. Parkes a utilisé diverses huiles végétales comme agent que nous appellerions aujourd'hui un plastifiant pour obtenir l'équilibre de propriétés nécessaire.

Mais la promesse de moindre coût n'a jamais été réalisée. Les solvants utilisés pour produire le collodion pour ses autres usages, en médecine et en photographie, se sont avérés trop chers pour la production en série d'un matériau moulable destiné à des marchés plus compétitifs. Pour tenter de rendre le matériau compétitif, Parkes a eu recours à des déchets de coton de mauvaise qualité pour fabriquer de la cellulose et a ajouté de telles quantités de plastifiant à base d'huile de ricin que le matériau a perdu ses propriétés mécaniques et les produits fabriqués à partir de celui-ci manquaient de stabilité dimensionnelle. Le produit a souffert d'un degré élevé de variabilité d'un lot à l'autre qui l'a finalement condamné à devenir une entreprise commerciale. Cependant, l'invention est considérée comme le premier plastique moulable et elle a ouvert la voie aux améliorations qui ont finalement conduit à la création de Hyatt.

C'est à la même époque que Michael Phelan, le maître joueur de billard mentionné dans l'article du mois dernier, a offert le prix de 10 000 $ pour une boule de billard faite d'un matériau pouvant remplacer adéquatement l'ivoire. Phelan était également l'inventeur d'un matériau de coussin pour les tables de billard en caoutchouc et il possédait une participation dans une entreprise qui fabriquait des tables de billard. Il était parfaitement conscient de la pénurie d'ivoire qui menaçait le développement d'un passe-temps de plus en plus populaire. John Wesley Hyatt, un imprimeur, a été attiré par la perspective de réclamer le prix offert et a commencé à expérimenter différentes méthodes de fabrication de boules de billard.

Les versions initiales consistaient en des combinaisons de morceaux de tissu, de bois et de papier maintenus ensemble avec diverses colles, vernis, gommes laques et autres adhésifs. Hyatt a obtenu son premier brevet pour une boule d'imitation d'ivoire en 1865 produite à partir de toile de lin enduite de gomme laque et d'ivoire ou de poussière d'os et traitée sous chaleur et pression. Cette création n'était pas un substitut adéquat à l'ivoire, alors Hyatt a continué à expérimenter et a obtenu un deuxième brevet en 1868 pour une autre tentative qui consistait en du papier et de la pâte de bois combinés avec de la gomme laque et à nouveau traités à haute température et pression.

Hyatt aurait été familier avec le collodion car il était largement utilisé pour cicatriser les plaies et était utilisé dans l'industrie de l'imprimerie pour protéger les travailleurs de la chaîne des abrasions au bout des doigts. Dans un autre de ces heureux accidents, Hyatt a un jour découvert du collodion qui s'était répandu de sa bouteille et avait formé un film dur. Il a commencé à enduire sa dernière version de boules de billard en les trempant dans du collodion. Hyatt a rencontré les mêmes problèmes que Parkes avec la création d'un matériau solide et formable. Ainsi, il a continué à travailler sur l'augmentation de la viscosité du matériau, développant finalement un composé qui pourrait être formé autour d'un noyau en bois sous haute chaleur et pression. Cela a généré un autre brevet en avril 1869 pour cette méthode améliorée de fabrication de boules de billard.

Cette invention a finalement été nommée Celluloid et est connue comme le matériau inventé par Hyatt pour remplacer l'ivoire, bien que ce nom pour le matériau n'ait été pensé que trois ans plus tard. Fait intéressant, les boules de billard en celluloïd n'ont jamais été fabriquées commercialement et n'ont jamais été soumises à la société Phelan pour l'examen du prix de 10 000 $. Hyatt continuerait à travailler sur le problème des boules de billard jusqu'au début du 20e siècle sans atteindre l'objectif souhaité d'un remplacement parfait de l'ivoire. Ce succès viendrait au cours de la première décennie des années 1900 d'un inventeur né au moment où Hyatt commençait ses expériences et dont la carrière avait des intersections intéressantes avec celle de Hyatt.

Hyatt, en examinant certains des anciens brevets de Parkes, a trouvé la clé pour transformer le celluloïd en une masse formable en utilisant du camphre comme plastifiant. Parkes avait employé du camphre, mais seulement en conjonction avec d'autres solvants. En se concentrant sur le camphre et en continuant à utiliser son travail à haute pression et chaleur, Hyatt a converti le collodion de Parkes en un matériau polyvalent qui pourrait avoir des propriétés similaires à celles du caoutchouc ou de la gutta-percha simplement en variant la quantité de camphre ajoutée au mélange.

À l'époque où Hyatt travaillait à la création de boules de billard améliorées aux États-Unis, un partenaire d'Alexander Parkes nommé Daniel Spill avait repris l'entreprise commerciale ratée de Parkes en Angleterre et avait également découvert l'importance du camphre dans la fabrication d'un matériau formable, qui il a appelé Xylonite. Les inventions parallèles ont conduit à l'inévitable litige sur les brevets, qui a été traité par les tribunaux de 1877 à 1884. Il a finalement été décidé que les inventions de Spill et de Hyatt pouvaient être attribuées aux travaux de Parkes, qui était considéré comme l'inventeur original. du matériel. Cela faisait également partie de la décision selon laquelle toute fabrication de produits celluloïd pouvait continuer.

Dans notre prochaine chronique, nous suivrons les fortunes du celluloïd alors qu'il a trouvé une utilisation croissante dans une variété de formes qui ont conduit à l'invention d'une autre technique importante de traitement du plastique.

À PROPOS DE L'AUTEUR :Mike Sepe est un consultant mondial indépendant en matériaux et en traitement dont la société, Michael P. Sepe, LLC, est basée à Sedona, en Arizona. Il a plus de 40 ans d'expérience dans l'industrie des plastiques et assiste ses clients dans la sélection des matériaux, la conception pour la fabrication, le processus optimisation, dépannage et analyse des pannes. Contact :(928) 203-0408 • [email protected].