Retracer l'histoire des matériaux polymères, partie 4

Pour la plupart des gens à cette époque, la source de la lumière artificielle aurait été la lumière du gaz. Cependant, l'introduction de la lumière électrique par Edison, également un personnage clé dans les progrès du celluloïd, allait bientôt changer cela. Alors que les photographes professionnels n'ont généralement pas adopté ce nouveau papier, il est devenu très populaire auprès des photographes amateurs et a créé un marché qui a attiré l'attention de nul autre que George Eastman. En 1898, Eastman a acheté la société que Baekeland avait fondée avec deux associés pour 750 000 $, soit environ 22 millions de dollars en dollars d'aujourd'hui.

Toutes ces intersections avec d'autres acteurs majeurs de l'industrie chimique et énergétique ont simplement préparé le terrain pour la recherche dans laquelle Baekeland était désormais en mesure de s'engager en raison de sa sécurité financière importante. Les conditions de la vente de sa société à Eastman comprenaient un accord de non-concurrence qui a empêché Baekeland de s'engager dans des recherches sur la photographie pendant 20 ans.

Avec une formation en chimie, un flair pour l'expérimentation, un bon instinct pour identifier les problèmes non résolus et pas besoin de travailler pour gagner sa vie, Baekeland a établi un domaine à Yonkers, NY, et s'est mis au travail sur un problème urgent qui ressemblait à celui qui avait conduit au développement du celluloïde. Le celluloïd avait été développé pour résoudre une pénurie d'ivoire. L'expansion rapide de l'industrie électrique au cours des deux dernières décennies du 19 ^e siècle et se poursuivant jusqu'au début du 20 ^e siècle a créé un nouveau goulot d'étranglement dans un autre matériau naturel, la gomme laque.

La gomme laque est fabriquée par les coléoptères lorsqu'ils extraient la sève des arbres et sécrètent une résine. Celui-ci est gratté des arbres et traité par chauffage et filtrage pour produire le composé pur. On estime qu'il faut plus de 100 000 dendroctones du lac pour produire un kilogramme (2,2 lb) de gomme laque. À l'ère pré-électrifiée, les faibles taux associés à la production traditionnelle de gomme laque étaient suffisants pour satisfaire la demande de laques et de produits de préservation du bois. Mais l'industrie électrique a créé une énorme demande de gomme laque en raison de ses excellentes propriétés d'isolation électrique et de sa capacité à sceller contre l'humidité. La demande a augmenté à un degré encore plus important lorsque la gomme laque est devenue le matériau de prédilection pour le pressage des disques de phonographe, une autre intersection avec le monde d'Edison. (Il avait inventé le phonographe en 1877.) Le PVC remplacerait la gomme laque dans cette application dans les années 1940.

L'histoire industrielle de la gomme laque ressemble de façon frappante à celle du caoutchouc. Un polymère naturel qui ne pouvait être dérivé qu'en petites quantités et trouvé principalement en Asie du Sud-Est était devenu une contrainte clé dans le développement rapide de la technologie en Europe et en Amérique du Nord, loin de la source. Et comme le caoutchouc naturel, la gomme laque manquait de certaines caractéristiques de performance souhaitées. Premièrement, c'est un thermoplastique, avec un point de fusion d'environ 75 C (167 F). Ainsi, il se ramollit même à des températures modérées. Les isolants haute tension qui génèrent des températures relativement élevées feront fondre la gomme laque. Et bien qu'il puisse être mélangé avec des charges comme la farine de bois pour faire un composé moulable, il a une dureté de surface relativement faible et son application peut être laborieuse.

Cinq années de recherche par Baekeland ont abouti à un brevet de 1907 pour « Améliorations des méthodes de fabrication de produits de condensation insolubles de phénols et de formaldéhyde ». Baekeland a nommé le produit Bakelite, un nom qui apparaît encore occasionnellement dans la littérature industrielle. Un musée de la bakélite a même été ouvert à Somerset, en Angleterre, en 1983 pour présenter l'histoire des produits fabriqués à partir de bakélite. Bien qu'il soit maintenant fermé et à la recherche d'une nouvelle maison, il a toujours un site Web. Le réacteur conçu par Baekeland pour produire la résine a été nommé Bakelizer.

Aujourd'hui, le matériau est connu sous son appellation plus générale, phénolique. Il s'agit d'un polymère de condensation, comme le suggère le titre du brevet, et la nature de cette réaction chimique a contribué à de nombreux défis liés à la fabrication du matériau. Mais le résultat a été le premier polymère véritablement synthétique, un matériau qui ne reposait pas sur un produit naturel qui a ensuite été modifié. Et c'était un polymère thermodurcissable comme le caoutchouc vulcanisé, mais ne contenait pas de soufre et présentait une résistance, une rigidité, une résistance à la chaleur et une durabilité à long terme beaucoup plus élevées. Il a immédiatement fait des percées en tant qu'isolant électrique qui avait une meilleure résistance électrique que le mica ou la porcelaine, était plus résistant à la chaleur que la gomme laque, avait une meilleure résistance aux chocs que le verre ou la céramique et possédait une excellente résistance à une large gamme d'acides, d'alcools, de graisses et d'huiles .

Et dans une intersection remarquable avec le celluloïd, il a été découvert que le phénolique avait ce que nous appelons aujourd'hui des propriétés viscoélastiques similaires à celles de l'ivoire, ce qui en fait le matériau idéal pour les boules de billard. Cela a atteint l'objectif de John Wesley Hyatt de fournir un substitut synthétique à l'ivoire. Hyatt avait continué à exploiter son entreprise de boules de billard depuis sa fondation en 1868, apportant des améliorations progressives à ses formulations à base de celluloïd. Cependant, en 1912, il est passé au phénolique en reconnaissance de ses performances supérieures.

Alors que Baekeland a obtenu le brevet qui a lancé le développement commercial du phénolique, la réaction chimique qui a produit un prototype du composé avait en réalité été découverte plus de 30 ans plus tôt. À travers une série d'impasses et d'accidents heureux, la chimie qui employait une réaction entre le formaldéhyde et d'autres composés organiques pour produire des matériaux thermodurcissables utiles a évolué grâce aux efforts de plusieurs chimistes et inventeurs talentueux. Et après l'invention, les défis de la commercialisation et les inévitables poursuites judiciaires ont suivi. Nous reviendrons sur cette partie de l'histoire dans notre prochain épisode.

À PROPOS DE L'AUTEUR :Michael Sepe est un consultant indépendant en matériaux et en transformation basé à Sedona, en Arizona, avec des clients partout en Amérique du Nord, en Europe et en Asie. Il a plus de 45 ans d'expérience dans l'industrie des plastiques et assiste les clients dans la sélection des matériaux, la conception pour la fabrication, l'optimisation des processus, le dépannage et l'analyse des défaillances. Contact :(928) 203-0408 •[email protected]