고분자 재료의 역사 추적--2부

19세기 중반에 살고 있고 재료의 세계에 종사하는 사람에게는 혁명적 발전의 시기처럼 보였을 것입니다. 불과 1년 만에 1846년, 구타페르카는 지난 달 기사에서 언급한 전신선 절연체로 형성되었습니다. 고무 타이어는 빅토리아 여왕의 마차에 사용하기 위해 제작되었습니다. Alexander Parkes는 실온에서 고무를 가황시키는 기술을 발견했습니다. 우연이지만 주목할만한 실험은 하얏트의 당구공 소재로 이어지는 기술 개발을 시작했습니다.

실험은 스위스 바젤 대학의 화학 교수인 Christian Friedrich Schonbein이 수행했습니다. 그는 몇 년 전에 오존을 발견했고 질산과 황산의 혼합물이 우수한 산화제라는 것을 배웠습니다. 어느 날 부엌에서 이 산성 혼합물을 증류하는 동안 그는 플라스크를 쓰러뜨리고 가장 가까운 물건인 면 앞치마로 재빨리 엉망진창을 청소했습니다. 뜨거운 난로 위에 앞치마를 걸어 말리려고 하면 순식간에 화염에 휩싸여 사라져 버렸다. 건면(guncotton)이라고도 하는 질화 셀룰로오스가 만들어졌으며 이 셀룰로오스의 변형을 활용한 일련의 발명품이 탄생했습니다.

총 면화의 발견은 1840년대 버전의 군비 경쟁을 촉발했으며 특허가 출원되고 라이센스 비용을 지불하지 않으려는 국가에서 발명을 역설계하려고 했습니다. 재료의 극단적인 변동성은 1840년대 후반에 유럽과 러시아 전역에서 몇 가지 놀라운 사고로 이어졌고 결국 추가 개발이 금지되고 추가 실험에 대한 관심을 잃게 되었습니다.

그러나 그 기간 동안 질산 셀룰로오스를 실험한 한 실험실은 에테르와 알코올의 조합에 용해되어 콜로디온이라는 물질을 형성할 수 있음을 발견했습니다. 일단 건조되면 재료는 거칠고 투명해지며 바니시나 래커, 방수 코팅 또는 박막의 역할을 할 수 있습니다. 성형 가능한 고체로서의 가능성도 보여주었다. 여러 면에서 고무 및 구타페르카와 동일한 기능을 나타내었지만 더 낮은 비용의 가능성을 제공했습니다.

냉간 가황 공정을 개발한 동일한 Alexander Parkes가 1856년에 이 성형 가능한 재료에 대한 특허를 받았습니다. Parkesine으로 알려진 이 제품은 1862년 런던에서 열린 세계 박람회인 Great Exhibition에 전시되었습니다. 이번 행사에서는 다양한 제품의 형태로 소재를 선보여 큰 기대를 모았다. 이 재료는 당구공으로 만들기까지 했으며, 10년 말에 나올 더 잘 알려진 개발을 예상했습니다. Parkes는 오늘날 우리가 가소제라고 부르는 다양한 식물성 기름을 에이전트로 사용하여 필요한 특성 균형을 달성했습니다.

그러나 더 낮은 비용에 대한 약속은 결코 실현되지 않았습니다. 의료 및 사진과 같은 다른 용도로 콜로디온을 생산하는 데 사용되는 용매는 경쟁이 치열한 시장을 겨냥한 성형 가능한 재료를 대량 생산하기에는 너무 비싼 것으로 판명되었습니다. 재료를 경쟁력 있게 만들기 위해 Parkes는 품질이 좋지 않은 면 폐기물을 사용하여 셀룰로오스를 만들고 너무 많은 양의 피마자유 가소제를 추가하여 재료의 기계적 특성을 상실하고 그것으로 만든 제품의 치수 안정성이 부족했습니다. 이 제품은 로트 간 변동성이 높아 궁극적으로 상업적 벤처로 불리게 되었습니다. 그러나 이 발명은 최초의 성형 가능한 플라스틱으로 간주되며 궁극적으로 하얏트가 탄생하게 된 개선의 길을 열었습니다.

지난달 기사에서 언급한 당구 대가인 마이클 펠런(Michael Phelan)이 상아를 대체할 수 있는 소재로 만든 당구공에 대해 상금 1만 달러를 제안한 것도 같은 시기였다. Phelan은 또한 고무로 만든 당구대용 쿠션 소재의 발명가였으며 당구대를 만드는 회사의 지분을 소유했습니다. 그는 점점 더 인기 있는 오락의 성장을 위태롭게 하는 상아 부족을 잘 알고 있었습니다. 인쇄업자인 John Wesley Hyatt는 제안된 상을 받을 것이라는 전망에 매료되어 당구공을 만드는 다양한 방법을 실험하기 시작했습니다.

초기 버전은 다양한 접착제, 바니시, 셸락 및 기타 접착제와 함께 고정된 천, 나무 및 종이 조각의 조합으로 구성되었습니다. 하얏트는 1865년 셸락과 상아 또는 뼈 가루를 코팅한 아마포로 만들어 열과 압력을 가해 가공한 모조 상아 공에 대한 첫 번째 특허를 획득했습니다. 이 제품은 상아를 대체할 수 없었기 때문에 Hyatt는 계속해서 실험을 했고 1868년에 종이와 목재 펄프를 셸락과 결합하고 다시 높은 열과 압력에서 처리하는 또 다른 시도에 대한 두 번째 특허를 획득했습니다.

하얏트는 콜로디온이 상처를 치료하는 데 광범위하게 사용되었고 인쇄 업계에서 라인 작업자가 손끝에 찰과상을 입지 않도록 보호하는 데 사용되었기 때문에 콜로디온에 익숙했을 것입니다. 그 행운의 또 다른 사고 중 하나에서, 하얏트는 어느 날 병에서 흘러나와 단단한 필름을 형성한 일부 콜로디온을 발견했습니다. 그는 최신 버전의 당구공을 콜로디온에 담그기 시작했습니다. Hyatt는 Parks가 견고하고 성형 가능한 재료를 만드는 데 어려움을 겪던 것과 동일한 문제에 직면했습니다. 그래서 그는 재료의 점도를 높이는 작업을 계속했고 마침내 높은 열과 압력에서 나무 심 주위에 형성될 수 있는 화합물을 개발했습니다. 이것은 1869년 4월에 개선된 당구공 제조 방법에 대한 또 다른 특허를 생성했습니다.

이 발명품은 궁극적으로 셀룰로이드로 명명되었으며 상아를 대체하기 위해 하얏트가 발명한 재료로 알려져 있습니다. 그러나 재료에 대한 이 이름은 3년 후까지 생각되지 않았습니다. 흥미롭게도 Celluloid 당구공은 상업적으로 만들어진 적이 없으며 $10,000 상금을 받기 위해 Phelan의 회사에 제출된 적이 없습니다. 하얏트는 상아를 완벽하게 대체하려는 원하는 목표를 달성하지 못한 채 20세기 초반까지 당구공 문제를 계속 연구할 것이었습니다. 그 성공은 1900년대 초반에 하얏트가 실험을 시작하던 시기에 태어났고 그의 경력이 하얏트와 흥미로운 교차점을 가진 발명가에게서 나올 것입니다.

하얏트는 Parkes의 오래된 특허 중 일부를 검토하여 장뇌를 가소제로 사용하여 Celluloid를 성형 가능한 덩어리로 만드는 열쇠를 발견했습니다. Parkes는 장뇌를 사용했지만 다른 용매와 함께만 사용했습니다. 장뇌에 초점을 맞추고 고압과 열을 가하는 작업을 계속함으로써 하얏트는 혼합물에 추가되는 장뇌의 양을 변경하기만 하면 고무 또는 구타페르카와 유사한 특성을 가질 수 있는 다목적 재료로 Parkes의 콜로디온을 변환했습니다.

하얏트가 미국에서 개선된 당구공을 만들기 위해 노력하고 있던 동안 Daniel Spill이라는 Alexander Parkes의 파트너는 Parkes가 영국에서 실패한 상업적 벤처에 착수했으며 성형 가능한 재료를 만드는 데 장뇌의 중요성을 발견했습니다. 그는 자일로나이트를 불렀다. 병렬 발명은 1877년부터 1884년까지 법원에 묶여 불가피한 특허 분쟁으로 이어졌습니다. 궁극적으로 Spill과 Hyatt의 발명은 둘 다 최초의 발명자로 간주되는 Parkes의 작업으로 거슬러 올라갈 수 있다고 결정되었습니다. 재료의. 셀룰로이드 제품의 모든 생산을 계속할 수 있다는 판결의 일부이기도 했습니다.

다음 칼럼에서는 다양한 형태로 사용이 증가하여 또 다른 중요한 플라스틱 가공 기술의 발명으로 이어진 Celluloid의 운명을 따라갈 것입니다.

저자 소개:Mike Sepe 애리조나주 세도나에 본사를 둔 Michael P. Sepe, LLC가 있는 독립적인 글로벌 재료 및 가공 컨설턴트입니다. 그는 플라스틱 산업에서 40년 이상의 경험을 갖고 있으며 재료 선택, 제조 가능성, 프로세스 설계에 있어 고객을 지원합니다. 최적화, 문제 해결 및 실패 분석. 연락처:(928) 203-0408 • [email protected].