Traçando a História de Materiais Poliméricos, Parte 4

Em 1863, um ano após o plástico à base de nitrocelulose Parkesine receber a medalha de bronze na Grande Exposição Internacional de Londres, Leo Baekeland nasceu na Bélgica. Filho de pais analfabetos, Baekeland obteve seu doutorado aos 21 anos, estudando com Theodore Swarts, assistente-chefe de Friedrich August Kekulé na Universidade de Bonn, Alemanha. Kekulé é creditado por trabalhar a estrutura do benzeno, uma substância química central em grande parte da química dos polímeros e intimamente relacionada ao fenol, uma das substâncias químicas que é a chave para a história do primeiro polímero verdadeiramente sintético. Baekeland também era um entusiasta da fotografia e, durante seus anos de colégio e faculdade, trabalhou com um químico local que havia estabelecido uma fábrica para produzir as primeiras chapas fotográficas secas feitas na Europa.

As primeiras placas secas faziam uso de reveladores químicos que tinham um cheiro desagradável e podiam ser temperamentais de se trabalhar. Baekeland reconheceu isso e logo após se formar com seu doutorado, ele inventou uma placa seca revestida com uma emulsão solúvel em água que poderia ser mergulhada em água para ativar o revelador. Ele obteve uma patente para este avanço na Bélgica em 1887.

Em 1889, Baekeland e sua esposa viajaram para Nova York, onde conheceu e foi trabalhar para Richard Anthony, diretor de uma empresa que fazia filmes fotográficos, papéis e câmeras. Esta foi a mesma empresa que compraria a Goodwin Camera and Film Company de Hannibal Goodwin uma década depois. Goodwin havia desenvolvido um filme de celulóide viável dois anos antes de George Eastman (fundador da Eastman Kodak), mas a emissão de sua patente foi adiada por 11 anos, resultando no processo que discutimos no artigo do mês passado.

Baekeland trabalhou para Anthony por dois anos e, depois de uma doença e alguns tempos difíceis, tentando ganhar a vida como consultor independente, ele se concentrou no desenvolvimento de um papel fotográfico para imprimir ampliações. No início da história da fotografia, a impressão era realizada com o auxílio da luz natural fornecida pelo sol. O avanço de Baekeland, vindo após dois anos de pesquisa, produziu um papel com a emulsão de cloreto de prata em um estado coloidal que era sensível o suficiente para ser desenvolvido com luz artificial, sem a necessidade de luz solar. Ele chamou o produto de Velox.
Os telefones estavam entre as primeiras aplicações da baquelita (fenólica).
Para a maioria das pessoas nessa época, a fonte da luz artificial teria sido a luz de gás. No entanto, a introdução da luz elétrica por Edison, também uma figura-chave nos avanços da celulóide, logo mudaria isso. Embora os fotógrafos profissionais geralmente não adotassem esse novo papel, ele se tornou muito popular entre os fotógrafos amadores e criou um mercado que atraiu a atenção de ninguém menos que George Eastman. Em 1898, Eastman comprou a empresa que Baekeland fundou com dois sócios por $ 750.000, cerca de $ 22 milhões em dólares de hoje.

Todas essas interseções com outros jogadores importantes na indústria química e de energia simplesmente prepararam o cenário para a pesquisa que Baekeland agora era capaz de realizar devido à sua significativa segurança financeira. As condições de venda de sua empresa para a Eastman incluíam um acordo de não concorrência que impedia Baekeland de realizar qualquer pesquisa fotográfica por 20 anos.

Com formação em química, talento para a experimentação, um bom instinto para identificar problemas não resolvidos e sem necessidade de trabalhar para viver, Baekeland abriu uma propriedade em Yonkers, NY, e começou a trabalhar em um problema urgente semelhante ao que havia levou ao desenvolvimento de celulóide. A celulóide foi desenvolvida para resolver a escassez de marfim. A rápida expansão da indústria elétrica nas últimas duas décadas do século 19 ^th século e continuando no início do ^th século criou um novo gargalo em outro material que ocorre naturalmente, a goma-laca.

A goma laca é produzida pelos escaravelhos quando extraem seiva das árvores e secretam uma resina. Isso é raspado das árvores e processado por aquecimento e filtragem para produzir o composto puro. Estima-se que mais de 100.000 besouros lac são necessários para produzir um quilograma (2,2 lb) de goma-laca. Na era pré-eletrificada, as baixas taxas associadas à produção tradicional de goma-laca eram suficientes para satisfazer a demanda por vernizes e preservativos de produtos de madeira. Mas a indústria elétrica criou uma enorme demanda por goma-laca devido às suas excelentes propriedades de isolamento elétrico e capacidade de vedação contra umidade. A demanda aumentou para um grau ainda maior quando a goma-laca se tornou o material preferido para prensar discos fonográficos, mais uma interseção com o mundo de Edison. (Ele inventou o fonógrafo em 1877.) O PVC substituiria a goma-laca nessa aplicação na década de 1940.

A história industrial da goma-laca tem uma notável semelhança com a da borracha. Um polímero natural que só poderia ser derivado em pequenas quantidades e encontrado principalmente no sudeste da Ásia tornou-se uma restrição importante no rápido desenvolvimento da tecnologia que está acontecendo na Europa e na América do Norte, muito distantes da fonte. E, como a borracha natural, a goma-laca carecia de algumas características de desempenho desejadas. Primeiro, é um termoplástico, com um ponto de fusão de cerca de 75 C (167 F). Portanto, ele amolece até mesmo em temperaturas moderadas. Isoladores de alta tensão que geram temperaturas relativamente altas derreterão a goma-laca. E embora possa ser misturado com cargas como farinha de madeira para fazer um composto moldável, tem uma dureza superficial relativamente baixa e sua aplicação pode exigir muito trabalho.

Cinco anos de pesquisa por Baekeland resultaram em uma patente de 1907 para “Melhorias nos métodos de fabricação de produtos de condensação insolúveis de fenóis e formaldeído”. Baekeland deu ao produto o nome de baquelita, um nome que ainda aparece ocasionalmente na literatura do setor. Um Museu da Baquelite foi até inaugurado em Somerset, Inglaterra, em 1983, para mostrar a história dos produtos feitos de Baquelita. Embora agora esteja fechada e procurando uma nova casa, ela ainda tem um site. O reator que Baekeland projetou para produzir a resina foi denominado Bakelizer.

Hoje, o material é conhecido por sua designação mais geral, fenólico. É um polímero de condensação, como sugere o título da patente, e a natureza dessa reação química contribuiu para muitos dos desafios na fabricação do material. Mas o resultado foi o primeiro polímero verdadeiramente sintético, um material que não dependia de um produto natural que depois foi modificado. E era um polímero termoendurecível como borracha vulcanizada, mas não continha enxofre e exibia muito mais resistência, rigidez, resistência ao calor e durabilidade de longo prazo. Ele imediatamente fez incursões como um isolante elétrico que tinha melhor resistência elétrica do que a mica ou porcelana, era mais resistente ao calor do que a goma-laca, tinha melhor resistência ao impacto do que o vidro ou cerâmica e possuía excelente resistência a uma ampla gama de ácidos, álcoois, graxas e óleos .

E em um cruzamento notável com o celulóide, descobriu-se que o fenólico tinha o que hoje chamamos de propriedades viscoelásticas semelhantes às do marfim, tornando-o o material ideal para bolas de bilhar. Isso cumpriu o objetivo de John Wesley Hyatt de fornecer um substituto sintético para o marfim. Hyatt continuou a operar sua empresa de bolas de bilhar desde sua fundação em 1868, fazendo melhorias graduais em suas formulações à base de celulóide. No entanto, em 1912, ele mudou para fenólico em reconhecimento de seu desempenho superior.

Embora Baekeland tenha obtido a patente que lançou o desenvolvimento comercial do fenólico, a reação química que produziu um protótipo do composto foi descoberta mais de 30 anos antes. Por meio de uma série de becos sem saída e acidentes afortunados, a química que empregava uma reação entre o formaldeído e outros compostos orgânicos para produzir materiais termofixos úteis evoluiu por meio dos esforços de vários químicos e inventores talentosos. E depois da invenção, seguiram-se os desafios da comercialização e os inevitáveis ​​processos judiciais. Veremos essa parte da história em nosso próximo artigo.


SOBRE O AUTOR:Michael Sepe é um consultor independente de materiais e processamento com sede em Sedona, Arizona, com clientes na América do Norte, Europa e Ásia. Ele tem mais de 45 anos de experiência na indústria de plásticos e auxilia clientes na seleção de materiais, projetos para capacidade de fabricação, otimização de processos, solução de problemas e análise de falhas. Contato:(928) 203-0408 •[email protected]