Geschichte des Polymerrohstoffs - Kunstharz

Geschichte der Polymerrohstoffe - Kunstharz  ①

In dieser Reihe untersuchen wir die Geschichte der Kunststoffindustrie und wie wir in die Gegenwart gelangt sind.   Die Entdeckung von Guttapercha, die in den 1850er Jahren von indigenen Völkern Südostasiens verwendet wurde, ist eine wichtige Tatsache, dass Isomere die Eigenschaften von Polymeren bestimmen, und ist ein gutes Beispiel für ein frühes Beispiel für ein Prinzip, das in modernen Polymeren weit verbreitet ist Chemie.

Von Zeit zu Zeit bekomme ich E-Mails, in denen ich gefragt werde, ob ich schon einmal von bestimmten historischen Ereignissen im Zusammenhang mit der Kunststoffindustrie gehört habe. Eines der Dinge, die viel Aufmerksamkeit erregen, ist die Geschichte des amerikanischen Erfinders John Wesley Hyatt, der als erster ein Material schuf, das allgemein als erster Kunststoff bezeichnet wird.

Dieses Material wurde 1869 unter dem Namen Celluloid patentiert. Insbesondere Hyatt ist das Material, das die meiste Aufmerksamkeit auf sich zieht, und aufgrund der Knappheit von Elfenbein in den frühen 1860er Jahren war man besorgt über die Auswirkungen, die dies auf den Preis von Billardkugeln haben würde.

Es stimmt, dass er einen Preis von 10.000 Dollar gewonnen hat.

Diese Geschichte ist aus mehreren Gründen sehr interessant. Erstens bestärkt es die tief in der Kunststoffindustrie verwurzelte Idee, dass synthetische Materialien, die durch chemische Genies hergestellt wurden, Materialien aus natürlichen Quellen ersetzt und verbessert haben. Ein weiterer Faktor ist die Höhe dieser Geldprämie, die heute fast 200.000 US-Dollar beträgt.

Wie so oft ist die eigentliche Geschichte der Erfindung des Zelluloids nicht nur viel komplexer, sondern auch stark von den vorangegangenen Errungenschaften abhängig. Und die eigentliche Einführung dieses Materials war durch eine weitere bemerkenswerte Erfindung möglich, die die Kunststoffindustrie weitaus stärker beeinflusst hatte als das Material selbst.

Die Arbeit bei der Herstellung von Kunststoffen ist weitgehend ein Teil der Wissenschaft, aber sie ist normalerweise mit Anwälten verstrickt, da es um die Geschäftswelt und damit um Geld geht. In dieser Reihe möchte ich die Geschichte der Kunststoffindustrie untersuchen und wie wir in die Gegenwart gelangt sind.

Die Welt der synthetischen Materialien wurde von Materialien aus der Natur inspiriert. Ausgangspunkt für all das scheint Naturkautschuk zu sein, chemisch Polyisopren genannt, ein Rohstoff, der aus einem bestimmten Baum gewonnen wird. Die chemischen Strukturen zweier unterschiedlicher Atomanordnungen in einem Naturkautschukmolekül, die Isomere genannt werden, sind in Abbildung 1 unten dargestellt.

Europäische Entdecker, die im 16. und 17. Jahrhundert in die Karibik und Mesoamerika (Mittelamerika) reisten, entdeckten eine Zivilisation, die aus diesem Material nicht nur feste Kugeln, sondern auch wasserdichte Textilien herstellte. Die Existenz eines starren Balls aus einem Material mit einer Eigenschaft, die wir heute Elastomer oder Elastomer-Eigenschaft nennen, war ein Schock für die nordischen Leute, die nur Bälle sahen, die durch Blasen von Luft in ihre Ledertaschen hergestellt wurden. Es war das cis-Isomer, das alle diese Produkte herstellte. Das trans-Isomer wird später diskutiert.

Die Welt der synthetischen Materialien wurde von Materialien aus der Natur, Kunstharz, inspiriert.

Ein französischer Entdecker reiste in den 1730er Jahren nach Peru, um eine ähnliche Substanz zu entdecken, aber 1751 wurden die ersten wissenschaftlichen Arbeiten zu dieser neuen Substanz veröffentlicht. Doch selbst zu diesem Zeitpunkt waren die chemischen Eigenschaften dieses Materials noch nicht gut verstanden. Insbesondere der Einfluss der Temperatur auf die Eigenschaften von Rohstoffen war ein Hindernis für die kommerzielle Nutzung in Europa.

Im Gegensatz zum mesoamerikanischen Klima, in dem die Temperaturschwankungen bei bestimmten hohen Temperaturen relativ gering sind, weist Europa im Winter und Sommer sehr große Temperaturschwankungen auf. Bei niedrigen Temperaturen im Winter wurde das Material hart und spröde, während hohe Temperaturen im Sommer es sehr weich und klebrig machten. Das kreativste Produkt mit diesem Material, das Ende des 18. Jahrhunderts auftauchte, war ein Radiergummi, der Bleistiftspuren von Papier entfernte. Wegen dieser Eigenschaft werden Radiergummis als Gummi bezeichnet.

Im Jahr 1820 entdeckten zudem zwei Geschäftsleute aus ganz unterschiedlichen Bereichen zufällig, dass Polyisopren in Naphtha und Terpentin gelöst ist. Aufgelöster Gummi kann zu Baumwolle verarbeitet werden, um wasserdichte Kleidung herzustellen. Das funktionierte gut, solange das Wetter nicht zu heiß wurde. Mit steigender Temperatur wurde das beschichtete Gewebe jedoch klebrig und verformte sich.

Die Einschränkung der Verwendung von Polyisopren aufgrund der Temperatur war von den 1830er bis in die 40er Jahre weiterhin ein Problem. In dieser Zeit stieß Charles Goodyear auf zwei Techniken, um das Hochtemperatur-Leistungsproblem zu lösen, indem er zufällig eineinhalb Experimente durchführte, wie es frühere Erfinder taten.

Drei Jahre später wurde ein Vulkanisationsverfahren entdeckt, das besser bekannt ist, um die Tieftemperatureigenschaften des Materials zu verbessern. Goodyear hatte kein Verständnis für die Chemie des Vernetzungsprozesses, was die Leistung dieses Materials dramatisch verbessert.

Sogar der Begriff "Vulkanisation" wurde von einem britischen Konkurrenten geprägt, der Goodyears Methode herausfand und ein Patent in Großbritannien anmeldete, während Goodyear ein Patent in den USA anmeldete. Es musste noch mehrere Jahrzehnte warten, bis eine Technologie auftauchte, die die Eigenschaften von Rohstoffen durch Zugabe von Weichmachern und Füllstoffen (Füllstoffen) in Gummi verändert.

Der Grundstein der Polymerindustrie war jedoch gelegt. Interessanterweise entdeckten die amerikanischen Ureinwohner vor Hunderten von Jahren, wie man die Eigenschaften von Gummi durch das Rauchen von Rohlatex stabilisiert. Dies war eine Methode, um die Nitrat- und Schwefelverbindungen bereitzustellen, die für die Vernetzung des Materials erforderlich sind, um praktisch den gleichen Effekt zu erzielen, obwohl die Steuerung möglicherweise weniger anspruchsvoll ist.

Die Fortschritte, die in diesem Zeitalter der Chemie-Kunststoffharze gemacht wurden, sind größtenteils auf zufällige Entdeckungen zurückzuführen, die durch Versuch und Irrtum gemacht wurden.

In den 1850er Jahren, zu einer Zeit, als sich der Gerichtsstreit zwischen Goodyear und seinen Rivalen in England verschärfte, sah ein englischer Chirurg in Südostasien, wie die Ureinwohner der Region Saft aus einer der einheimischen Baumarten der Region extrahierten.

Sie machten die Zutaten weich, indem sie sie in heißes Wasser legten, und formten sie dann zu verschiedenen nützlichen Gegenständen wie Werkzeuggriffen und Stöcken. Chemisch gesehen ist diese Substanz, die nach dem wissenschaftlichen Namen des Baumes, der den Saft gewonnen hat, Guttapercha (Guttapercha) genannt wird, das trans-Isomer von Polyisopren.

Dies ist ein gutes Beispiel für die Anfänge der wichtigen Tatsache, dass Isomere die Eigenschaften von Polymeren bestimmen (ein in der modernen Polymerchemie weit verbreitetes Prinzip). Das cis-Isomer ist amorph und sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen. Daher ist eine Vernetzung erforderlich, um es zu einem verwendbaren Material zu machen. Das trans-Isomer ist eine kristallisationsfähige Substanz. Obwohl es dieselbe Glasübergangstemperatur bei Raumtemperatur wie das cis-Isomer hat, hat es also die Eigenschaften eines nützlichen festen Materials bei Temperaturen über Raumtemperatur.

Gutta Perca war ein weiteres Material, das in indigenen Zivilisationen seit Hunderten von Jahren bekannt ist und verwendet wurde, aber als es in die Hände zielorientierterer Europäer gelangte, wurde es schnell als Isoliermaterial für Unterwasser-Telegrafendrähte angenommen. In dieser Hinsicht zeigt dieses Material nicht nur einige Ähnlichkeiten mit cis-isomeren Kautschuken, sondern auch wichtige Unterschiede.

Die unpolare Struktur der beiden Materialien macht sie zu hervorragenden elektrischen Isolatoren. Im Fall von Kautschuk fehlt es jedoch aufgrund seiner einzigartigen amorphen Struktur an chemischer Beständigkeit gegen Salzwasser, obwohl er eine vernetzte Form hat. Gutta Perca besitzt nicht nur wünschenswerte elektrische Eigenschaften, sondern zeigt auch Beständigkeit gegen Meerwasser und viele andere Chemikalien. Dieses Prinzip, dass das Vorhandensein oder Fehlen von Kristallinität die chemische Beständigkeit bestimmt, ist auch in der Welt der Polymere bekannt und hat bereits in den Anfängen der Kunststoffindustrie neue Anwendungen ermöglicht.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit dem Einsatz neuer Materialien steht dabei im Fokus:die Entwicklung neuer chemischer Rohstoffe und die Erfindung von Verarbeitungsverfahren. Dieses Material wurde für die Beschichtung von Elektrodrähten verwendet, was durch eine sehr wichtige Erfindung namens Extruder ermöglicht wurde.

In der nächsten Folge werden wir über die technologischen Fortschritte rund um Zelluloid und einen weiteren sehr wichtigen Fortschritt in der Verarbeitungstechnologie sprechen.

Quelle:plastickorea

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