Traçando a história de materiais poliméricos:Parte 7

A química à base de celulose foi uma das principais bases para o nascimento da indústria de polímeros. Mas, como discutimos anteriormente, os compostos iniciais à base de nitrato de celulose eram altamente inflamáveis ​​e até explosivos, limitando seu uso. À medida que os químicos descobriam soluções para esses problemas, ele expandiu o uso dessa química e as formas em que o material poderia ser usado. Uma dessas substâncias que teve um impacto imenso na primeira metade do 20 ^th século foi o celofane.

A inspiração para o celofane veio de um químico suíço, Jacques Brandenberger. Conforme a história continua, enquanto jantava em um restaurante em 1900, Brandenberger observou vinho tinto derramado manchando uma toalha de mesa branca e começou a pensar em desenvolver uma camada protetora. O material resultante foi baseado na química da celulose e aproveitou um avanço ocorrido em 1892, quando Charles Cross e Edward Bevan reagiram a celulose da madeira com soda cáustica e dissulfeto de carbono para produzir um líquido viscoso dourado que ficou conhecido como viscose. Enquanto os primeiros trabalhos com o material produziam artigos semelhantes aos feitos de celulóide, como pentes e cabos, Cross e Bevan se concentraram em fazer uma fibra útil para a indústria têxtil.

Os experimentos iniciais produziram uma fibra que era frágil demais para ser um substituto útil para as fibras naturais. No entanto, por meio de uma série de acidentes afortunados, descobriu-se que a viscosidade do material aumentava com o tempo, processo que ficou conhecido como amadurecimento. Isso resultou em um produto muito mais forte e dúctil que podia ser facilmente fiado e mais tarde ficou conhecido como rayon. Mas essa forma de rayon, conhecida como xantato de celulose, era muito menos inflamável que o nitrato de celulose usado para fazer a “seda da sogra” que mencionamos na Parte 3 desta série.

Foi a viscose que Brandenberger escolheu como material para revestir o tecido de algodão para torná-lo resistente a manchas. Ele também encontrou problemas com uma estrutura que era muito rígida e quebradiça. Por um período de vários anos, ele trabalhou na produção de filmes mais finos de xantato de celulose, com o resultado final sendo o que ele chamou de celofane. Em 1913, Brandenberger decidiu que fazer o filme proporcionava uma oportunidade de negócio melhor do que produzir um revestimento de tecido, e ele desenvolveu uma máquina que podia produzir longas seções de filme transparente na espessura desejada.

Um material que teve um grande impacto na primeira metade do 20 ^th século foi o celofane.

Bem ciente dos problemas de inflamabilidade associados ao filme de celulóide para uso cinematográfico, Brandenberger procurou pela primeira vez substituir o celulóide neste mercado pelo seu celofane. No entanto, ele logo descobriu que o celofane se distorcia muito em temperaturas elevadas e era muito resistente para permitir a formação de orifícios de roda dentada precisos no filme.

Mas o celofane acabou sendo o material de embrulho ideal. Transparente, leve e resistente, era muito superior a qualquer um dos materiais de embalagem comumente usados ​​na época, gelatina e folha de estanho. Os produtos iniciais embrulhados em celofane foram perfumes, sabonetes e cremes dentais. O objetivo de Brandenberger era atingir a indústria de alimentos, mas a Primeira Guerra Mundial desviou grande parte da produção para máscaras de gás devido à impermeabilidade do material para envenenar o gás, a nova arma de destruição em massa. Também era usado como curativo cirúrgico transparente para feridas.

Após o fim da Primeira Guerra Mundial, os esforços para expandir o mercado consumidor foram retomados. A Whitman's Chocolates já havia adotado o celofane como material de embalagem para alguns de seus chocolates em 1912, mas como o uso do material se expandiu para produtos de panificação e produtos como o tabaco no início dos anos 1920, tornou-se aparente que embora o celofane fosse uma excelente barreira contra o veneno gás, não era uma boa barreira à umidade.

Durante esse intervalo, a empresa francesa fundada por Brandenberger vendeu os direitos do celofane para a DuPont, e foi um químico da DuPont que desenvolveu a solução para o problema da barreira de umidade. William Hale Charch criou um revestimento baseado, ironicamente, em nitrocelulose. Ele também incorporou um plastificante para ajustar as propriedades do revestimento e uma cera que contribuiu para a barreira à umidade. Este desenvolvimento, concluído em 1927, levou três anos e foi o início de uma longa história de inovação química que surgiu da DuPont. Depois que o problema da barreira de umidade foi resolvido, o uso de celofane disparou, tornando-o um dos produtos mais conhecidos e bem-sucedidos da DuPont.

Durante esse mesmo período, outra forma de celulose modificada quimicamente estava lançando as bases para o desenvolvimento de um dos primeiros termoplásticos. O acetato de celulose foi sintetizado pela primeira vez em 1865 pelo químico francês Paul Schutzenberger, que reagiu a celulose com o anidrido acético. Embora o acetato de celulose seja fundamentalmente um termoplástico, ele não seria processável por fusão, uma vez que sua temperatura de decomposição é inferior ao seu ponto de amolecimento. No entanto, as formas solúveis de acetato de celulose foram desenvolvidas em 1903 pelos químicos alemães Arthur Eichengrun e Theodore Becker, quando descobriram que o material se dissolvia em acetona.

Um ano depois, dois irmãos, Camille e Henri Dreyfus, começaram a trabalhar em um laboratório em Basel, na Suíça. Sua atenção se voltou para o acetato de celulose e eles desenvolveram um filme que se tornou o substituto menos inflamável do filme de celulóide que o celofane não conseguiu fornecer. Eles também criaram uma laca conhecida como dope, que era usada para revestir os aviões de tecido e madeira da época, tornando-os resistentes aos efeitos da umidade e do fogo. Em 1913, no momento em que o processo de fabricação de celofane estava sendo aperfeiçoado, os irmãos Dreyfus fundaram a Cellonit Company para fabricar tanto seu filme quanto as lacas à base de acetato de celulose.

Os cabos da chave de fenda até hoje são moldados em CAB.

Eles haviam acabado de começar a desenvolver um processo para fazer uma fibra de acetato quando a Primeira Guerra Mundial desviou todos os seus esforços para fazer as lacas de acetato de celulose. Eles estabeleceram uma fábrica em Derbyshire, na Inglaterra, para esse fim. Durante a guerra, Camille Dreyfus foi para os Estados Unidos a pedido do governo americano para abrir uma fábrica de celulose. Após o fim da guerra, os irmãos Dreyfus retomaram o desenvolvimento de uma fibra de acetato que chamaram de celanese, e o nome da empresa britânica foi mudado para British Celanese em 1923. Em 1927, a empresa americana Dreyfus havia estabelecido, Amcelle, comprou a Celluloid Company of Newark, New Jersey e a empresa foi renomeada como Celanese Corporation of America.

Em 1931, uma versão processável por fusão do acetato de celulose foi desenvolvida na Celanese, incorporando a mesma classe de produtos químicos como plastificantes que Waldo Semon havia usado cinco anos antes para resolver problemas de processamento com PVC. No mesmo ano, foi descoberto que, ao substituir a maior parte do anidrido acético por ácido propiônico, era possível fazer o acetato propionato de celulose (CAP), um composto que era mais resistente ao impacto e requeria menos plastificante para torná-lo processável por fusão. Outras melhorias foram feitas em 1938, quando o ácido butírico foi usado na reação para produzir butirato de acetato de celulose (CAB). Este material não apenas exibiu tenacidade melhorada, mas teve resistência ao calor superior ao CA e CAP.

A Celanese tem uma longa e rica história no mundo dos polímeros, e alguns tipos de acetato de celulose ainda estão incluídos entre suas ofertas. Mas a empresa que mantém uma ampla oferta em celulose leva o nome de outra pioneira da era do desenvolvimento inicial da celulose, a Eastman. Talvez a aplicação mais conhecida que continua até hoje seja o cabo transparente de chave de fenda.

Mas a celulose continua sendo um contribuidor importante para o mundo dos revestimentos, tintas e vernizes. Os materiais são usados ​​em forma de fibra para roupas e cortinas e são os materiais de escolha para filtros de cigarro. As armações de óculos ainda são feitas de celulósico. Em uma veia menos baseada em desempenho, as fitas de prêmio são quase exclusivamente feitas de acetato de celulose, e muitas cartas de jogar ainda usam o material. Os tijolos de Lego, agora produzidos em ABS, eram originalmente moldados em acetato de celulose. E para aqueles que ainda estão fazendo apresentações em um retroprojetor, provavelmente você está usando um material à base de celulose para seus slides.

Os celulósicos perderam grande parte de sua participação no mercado para outros materiais. O celofane foi amplamente substituído por polietileno, polipropileno, PVC e cloreto de polivinilideno (PVdC), outro polímero descoberto por acidente no início dos anos 1930, desta vez na Dow Chemical. A fibra de acetato de celulose foi substituída por náilon e poliéster. Curiosamente, agora que a indústria de plásticos está se concentrando na sustentabilidade e na economia circular, um polímero que pode ser derivado de qualquer coisa que contenha celulose está começando a receber um novo nível de atenção. Em uma época em que os pesquisadores estão tentando fazer polímeros a partir de qualquer coisa que tenha um pedigree biológico, será interessante ver se voltamos às nossas raízes.

No mesmo ano em que William Hale Charch resolveu o problema da barreira de umidade do celofane, outro químico foi contratado pela DuPont para conduzir pesquisas de materiais básicos. Ele lideraria uma equipe que acabaria por desenvolver a química associada ao primeiro termoplástico de engenharia legítimo. Essa parte da história será o assunto de nossa próxima edição.

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]