Rastreando a História de Materiais Poliméricos - Parte 2

Para alguém que viveu em meados do século 19 e se envolveu com o mundo dos materiais, deve ter parecido uma época de desenvolvimento revolucionário. Em apenas um ano, 1846, a guta-percha foi formada no isolamento do fio telegráfico mencionado no artigo do mês passado; pneus de borracha foram fabricados para uso na carruagem da Rainha Vitória; Alexander Parkes descobriu uma técnica para vulcanizar borracha em temperatura ambiente; e um experimento acidental, mas notável, deu início ao desenvolvimento tecnológico que levou ao material de bola de bilhar do Hyatt.

O experimento foi realizado por um professor de química da Universidade de Basel, na Suíça, Christian Friedrich Schonbein. Ele havia descoberto o ozônio alguns anos antes e aprendido que uma mistura de ácido nítrico e sulfúrico era um excelente agente oxidante. Certo dia, enquanto destilava essa mistura ácida em sua cozinha, ele derrubou o frasco e rapidamente limpou a bagunça com o item disponível mais próximo, um avental de algodão. Quando ele tentou secar o avental pendurando-o sobre um fogão quente, ele imediatamente explodiu em chamas e desapareceu. A celulose nitrada, também conhecida como guncotton, havia sido criada, e isso daria origem a uma série de invenções que capitalizariam nessa modificação da celulose.

A descoberta do algodão armado deu início a uma versão dos anos 1840 de uma corrida armamentista, com patentes sendo registradas e países que queriam evitar o pagamento de taxas de licenciamento tentando fazer a engenharia reversa da invenção. A extrema volatilidade do material levou a alguns acidentes espetaculares em toda a Europa e na Rússia no final da década de 1840, que finalmente levou à proibição de desenvolvimento adicional e à perda de interesse em novas experimentações.

No entanto, durante esse tempo, um dos laboratórios que fazia experiências com nitrato de celulose descobriu que ele podia ser dissolvido em uma combinação de éter e álcool para formar uma substância chamada colódio. Depois de seco, o material torna-se resistente e transparente e pode servir como verniz ou laca, revestimento impermeável ou película fina. Também mostrou potencial como sólido moldável. Em muitos aspectos, exibia as mesmas capacidades da borracha e da guta-percha, mas oferecia a possibilidade de custo mais baixo.

O mesmo Alexander Parkes que desenvolveu o processo de vulcanização a frio obteve a patente desse material moldável em 1856. Conhecido como Parkesine, foi exposto na Grande Exposição, feira mundial que aconteceu em Londres em 1862. Recebeu a medalha de bronze no Neste evento, o material foi exposto na forma de diversos produtos que criaram grandes expectativas. O material chegou até a formar uma bola de bilhar, antecipando o desenvolvimento mais conhecido que viria no final da década. Parkes usava vários óleos vegetais como agente que hoje chamaríamos de plastificante para atingir o equilíbrio de propriedades necessário.

Mas a promessa de custo mais baixo nunca foi cumprida. Os solventes usados ​​na produção do colódio para seus outros usos, na medicina e na fotografia, mostraram-se muito caros para a produção em massa de um material moldável destinado a mercados mais competitivos. Na tentativa de tornar o material competitivo, Parkes recorreu ao aproveitamento de resíduos de algodão de má qualidade para a produção de celulose e adicionou tão grande quantidade de plastificante de óleo de mamona que o material perdeu suas propriedades mecânicas e os produtos feitos a partir dele perderam estabilidade dimensional. O produto sofria de um alto grau de variabilidade lote a lote que, em última análise, o condenou como um empreendimento comercial. No entanto, a invenção é considerada o primeiro plástico moldável e abriu caminho para as melhorias que levaram à criação do Hyatt.

Foi nesse mesmo período que Michael Phelan, o mestre jogador de bilhar mencionado no artigo do mês passado, ofereceu o prêmio de $ 10.000 por uma bola de bilhar feita de um material que poderia substituir adequadamente o marfim. Phelan também foi o inventor de um material de almofada para mesas de bilhar feito de borracha e ele tinha uma participação em uma empresa que fabricava mesas de bilhar. Ele estava perfeitamente ciente da escassez de marfim que ameaçava o crescimento de um passatempo cada vez mais popular. John Wesley Hyatt, um impressor, foi atraído pela perspectiva de reivindicar o prêmio oferecido e começou a experimentar métodos diferentes de fazer bolas de bilhar.

As versões iniciais consistiam em combinações de tecido, madeira e pedaços de papel unidos com várias colas, vernizes, goma laca e outros adesivos. Hyatt obteve sua primeira patente para uma imitação de bola de marfim em 1865, produzida a partir de tecido de linho coberto com goma-laca e marfim ou pó de osso e processado sob calor e pressão. Esta criação não era um substituto adequado para o marfim, então Hyatt continuou a experimentar e obteve uma segunda patente em 1868 para outra tentativa que consistia em papel e polpa de madeira combinada com goma-laca e novamente processada em alta temperatura e pressão.

O Hyatt estaria familiarizado com o colódio, já que era amplamente usado na cura de feridas e na indústria de impressão para proteger os trabalhadores da linha de abrasões na ponta dos dedos. Em outro daqueles acidentes afortunados, um dia Hyatt descobriu um colódio que havia derramado de sua garrafa e formado uma película dura. Ele começou a revestir sua última versão de bolas de bilhar mergulhando-as em colódio. O Hyatt encontrou os mesmos problemas que atormentaram Parkes ao criar um material sólido e moldável. Então, ele continuou a trabalhar para aumentar a viscosidade do material, finalmente desenvolvendo um composto que poderia ser formado em torno de um núcleo de madeira sob alta temperatura e pressão. Isso gerou ainda outra patente em abril de 1869 para este método aprimorado de fazer bolas de bilhar.

Esta invenção recebeu o nome de celulóide e é conhecida como o material inventado por Hyatt para substituir o marfim, embora esse nome para o material só tenha sido pensado três anos depois. Curiosamente, as bolas de bilhar de celulóide nunca foram feitas comercialmente e nunca foram enviadas à empresa de Phelan para consideração do prêmio de $ 10.000. O Hyatt continuaria a trabalhar no problema da bola de bilhar no início do século 20, sem atingir o objetivo desejado de um substituto perfeito para o marfim. Esse sucesso viria na primeira década de 1900 de um inventor que nasceu na mesma época em que Hyatt estava começando seus experimentos e cuja carreira teve alguns cruzamentos interessantes com a de Hyatt.

Hyatt, ao revisar algumas das antigas patentes de Parkes, encontrou a chave para transformar a celulóide em uma massa moldável usando cânfora como plastificante. Parkes empregou cânfora, mas apenas em combinação com outros solventes. Ao se concentrar na cânfora e continuar a empregar seu trabalho com alta pressão e calor, Hyatt converteu o colódio de Parkes em um material versátil que poderia ter propriedades semelhantes às da borracha ou guta-percha simplesmente variando a quantidade de cânfora adicionada à mistura.

Durante o tempo em que Hyatt estava trabalhando na criação de bolas de bilhar aprimoradas nos Estados Unidos, um sócio de Alexander Parkes chamado Daniel Spill assumiu o empreendimento comercial fracassado de Parkes na Inglaterra e também descobriu a importância da cânfora na fabricação de um material moldável, que ele chamou de Xilonita. As invenções paralelas levaram à inevitável disputa de patentes, que foi amarrada nos tribunais de 1877 a 1884. Foi finalmente decidido que as invenções de Spill e Hyatt poderiam ser rastreadas até o trabalho de Parkes, que foi considerado o inventor original do material. Também fez parte da decisão que toda a fabricação de produtos de celulóide poderia continuar.

Em nossa próxima coluna, acompanharemos a sorte do celulóide, pois ele encontrou uso crescente em uma variedade de formas, o que levou à invenção de outra importante técnica de processamento de plástico.

SOBRE O AUTOR:Mike Sepe é um consultor independente e global de materiais e processamento cuja empresa, Michael P. Sepe, LLC, está sediada em Sedona, Arizona. Ele tem mais de 40 anos de experiência na indústria de plásticos e auxilia clientes na seleção de materiais, projetos para capacidade de fabricação, processo otimização, solução de problemas e análise de falhas. Contato:(928) 203-0408 • [email protected].