Menelusuri Sejarah Bahan Polimer:Bagian 7

Kimia berbasis selulosa adalah salah satu fondasi utama bagi lahirnya industri polimer. Tetapi seperti yang telah kita diskusikan sebelumnya, senyawa awal berdasarkan selulosa nitrat sangat mudah terbakar dan bahkan meledak, membatasi penggunaannya. Sebagai ahli kimia menemukan solusi untuk masalah ini, memperluas penggunaan kimia ini dan bentuk di mana bahan dapat digunakan. Salah satu zat yang memiliki dampak besar di paruh pertama abad ke-20 ^{abad adalah plastik.}

Inspirasi untuk plastik datang dari seorang ahli kimia Swiss, Jacques Brandenberger. Seperti ceritanya, saat makan di sebuah restoran pada tahun 1900, Brandenberger mengamati anggur merah yang tumpah menodai taplak meja putih dan mulai berpikir untuk mengembangkan lapisan pelindung. Bahan yang dihasilkan didasarkan pada kimia selulosa dan memanfaatkan kemajuan yang datang pada tahun 1892 ketika Charles Cross dan Edward Bevan mereaksikan selulosa kayu dengan soda kaustik dan karbon disulfida untuk menghasilkan cairan kental berwarna emas yang kemudian dikenal sebagai viscose. Sementara pekerjaan awal dengan bahan tersebut menghasilkan barang-barang yang mirip dengan yang terbuat dari Seluloid, seperti sisir dan gagang, Cross dan Bevan berfokus pada pembuatan serat yang berguna untuk industri tekstil.

Eksperimen awal menghasilkan serat yang terlalu rapuh untuk memberikan pengganti yang berguna untuk serat alami. Namun, melalui serangkaian kebetulan yang menguntungkan, ditemukan bahwa kekentalan material meningkat seiring waktu, sebuah proses yang dikenal sebagai pematangan. Ini menghasilkan produk yang jauh lebih kuat dan ulet yang dapat dengan mudah dipintal dan kemudian dikenal sebagai rayon. Tetapi bentuk rayon ini, yang dikenal sebagai selulosa xantat, jauh lebih mudah terbakar daripada selulosa nitrat yang digunakan untuk membuat “sutra ibu mertua” yang kami sebutkan di Bagian 3 seri ini.

Bahan viscose inilah yang dipilih Brandenberger sebagai bahan pelapis kain katun agar tahan noda. Dia juga menemui masalah dengan struktur yang sangat kaku dan rapuh. Selama beberapa tahun, dia bekerja membuat film tipis dari selulosa xantat, dengan hasil akhir yang dia sebut selofan. Pada tahun 1913, Brandenberger telah memutuskan bahwa membuat film memberikan peluang bisnis yang lebih baik daripada memproduksi pelapis kain, dan dia telah mengembangkan mesin yang dapat menghasilkan bagian panjang dari film transparan dengan ketebalan yang diinginkan.

Satu materi yang membuat dampak besar di paruh pertama tanggal 20 abad adalah plastik.

Sangat menyadari masalah mudah terbakar yang terkait dengan film seluloid untuk penggunaan sinematik, Brandenberger pertama kali berusaha mengganti seluloid di pasar ini dengan plastiknya. Namun, ia segera menemukan bahwa plastik terdistorsi parah pada suhu tinggi dan terlalu sulit untuk memungkinkan pembentukan lubang sproket yang tepat dalam film.

Tapi plastik ternyata menjadi bahan pembungkus yang ideal. Transparan, ringan, dan tangguh, itu jauh lebih unggul dari salah satu bahan pembungkus yang umum digunakan saat itu, gelatin dan kertas timah. Produk awal yang dibungkus dengan plastik adalah parfum, sabun batangan, dan pasta gigi. Tujuan Brandenberger adalah menargetkan industri makanan, tetapi Perang Dunia I mengalihkan banyak produksi ke masker gas karena bahan tersebut tidak dapat ditembus oleh gas beracun, senjata pemusnah massal baru. Itu juga digunakan sebagai pembalut bedah transparan untuk luka.

Setelah Perang Dunia I berakhir, upaya untuk memperluas pasar konsumen dilanjutkan kembali. Whitman's Chocolates telah mengadopsi plastik sebagai bahan pembungkus untuk beberapa cokelatnya pada tahun 1912, tetapi karena penggunaan bahan tersebut meluas ke makanan yang dipanggang dan produk seperti tembakau pada awal 1920-an, menjadi jelas bahwa sementara plastik merupakan penghalang yang sangat baik terhadap racun. gas, itu bukan penghalang kelembaban yang baik.

Selama interval ini, perusahaan Prancis yang dimulai oleh Brandenberger menjual hak untuk plastik ke DuPont, dan ahli kimia di DuPontlah yang mengembangkan solusi untuk masalah penghalang kelembaban. William Hale Charch menciptakan lapisan berbasis, ironisnya, pada nitroselulosa. Itu juga memasukkan plasticizer untuk menyesuaikan sifat lapisan, dan lilin yang berkontribusi pada penghalang kelembaban. Pengembangan ini, selesai pada tahun 1927, memakan waktu tiga tahun dan merupakan awal dari sejarah panjang inovasi kimia yang keluar dari DuPont. Setelah masalah penghalang kelembaban telah dipecahkan, penggunaan plastik meroket, menjadikannya salah satu produk DuPont yang paling sukses dan terkenal.

Selama periode waktu yang sama, bentuk lain dari selulosa yang dimodifikasi secara kimia meletakkan dasar bagi pengembangan salah satu termoplastik awal. Selulosa asetat pertama kali disintesis pada tahun 1865 oleh ahli kimia Prancis Paul Schutzenberger, yang mereaksikan selulosa dengan anhidrida asetat. Sementara selulosa asetat pada dasarnya adalah termoplastik, selulosa tidak akan dapat diproses karena suhu dekomposisinya lebih rendah dari titik pelunakannya. Namun, bentuk selulosa asetat yang dapat larut dikembangkan pada tahun 1903 oleh ahli kimia Jerman Arthur Eichengrun dan Theodore Becker ketika mereka menemukan bahwa bahan tersebut akan larut dalam aseton.

Setahun kemudian, dua bersaudara, Camille dan Henri Dreyfus, mulai bekerja di laboratorium di Basel, Swiss. Perhatian mereka beralih ke selulosa asetat dan mereka mengembangkan film yang menjadi pengganti yang tidak mudah terbakar untuk film seluloid yang gagal disediakan oleh plastik. Mereka juga menciptakan pernis yang dikenal sebagai obat bius yang digunakan untuk melapisi pesawat kain dan kayu pada waktu itu, membuatnya tahan terhadap efek kelembaban dan api. Pada tahun 1913, saat proses pembuatan plastik sedang disempurnakan, Dreyfus bersaudara mendirikan Perusahaan Cellonit untuk membuat film dan lak mereka berdasarkan selulosa asetat.

Pegangan obeng bening hingga hari ini dibuat dari CAB.

Mereka baru saja mulai mengembangkan proses untuk membuat serat dari asetat ketika Perang Dunia I mengalihkan semua upaya mereka untuk membuat pernis selulosa asetat. Mereka mendirikan pabrik di Derbyshire, Inggris untuk tujuan ini. Selama perang, Camille Dreyfus pergi ke Amerika Serikat atas permintaan pemerintah AS untuk mendirikan pabrik selulosa. Setelah perang berakhir, Dreyfus bersaudara melanjutkan pengembangan serat asetat yang mereka sebut celanese, dan nama perusahaan Inggris diubah menjadi British Celanese pada tahun 1923. Pada tahun 1927, perusahaan Amerika yang didirikan Dreyfus, Amcelle, membeli Celluloid Perusahaan Newark, New Jersey dan perusahaan tersebut berganti nama menjadi Celanese Corporation of America.

Pada tahun 1931, versi selulosa asetat yang dapat dilebur dikembangkan di Celanese dengan menggabungkan kelas bahan kimia yang sama seperti plasticizer yang telah digunakan Waldo Semon lima tahun sebelumnya untuk memecahkan masalah pemrosesan dengan PVC. Pada tahun yang sama ditemukan bahwa dengan mengganti sebagian besar anhidrida asetat dengan asam propionat, dimungkinkan untuk membuat selulosa asetat propionat (CAP), senyawa yang lebih tahan benturan dan membutuhkan lebih sedikit plasticizer untuk membuatnya dapat diproses. Perbaikan lebih lanjut dibuat pada tahun 1938 ketika asam butirat digunakan dalam reaksi untuk menghasilkan selulosa asetat butirat (CAB). Bahan ini tidak hanya menunjukkan peningkatan ketangguhan, tetapi juga memiliki ketahanan panas yang lebih baik dari CA dan CAP.

Celanese memiliki sejarah panjang dan kaya dalam dunia polimer, dan beberapa nilai selulosa asetat masih termasuk di antara penawarannya. Tetapi perusahaan yang mempertahankan penawaran luas dalam selulosa menyandang nama pelopor lain dari era pengembangan selulosa awal, Eastman. Mungkin aplikasi paling terkenal yang bertahan hingga hari ini adalah gagang obeng bening.

Tapi selulosa tetap menjadi kontributor penting bagi dunia pelapis, cat, dan lak. Bahan tersebut digunakan dalam bentuk serat untuk pakaian dan gorden dan merupakan bahan pilihan untuk filter rokok. Bingkai kacamata masih terbuat dari selulosa. Dalam nada yang kurang berbasis kinerja, pita penghargaan hampir secara eksklusif terbuat dari selulosa asetat, dan banyak kartu remi masih menggunakan bahan tersebut. Bata lego, sekarang diproduksi dari ABS, awalnya dicetak dari selulosa asetat. Dan bagi mereka yang masih melakukan presentasi dengan proyektor overhead, kemungkinan besar Anda menggunakan bahan berbasis selulosa untuk slide Anda.

Cellulosics telah kehilangan banyak pangsa pasar mereka untuk bahan lain. Cellophane sebagian besar digantikan oleh polietilen, polipropilen, PVC, dan polivinilidena klorida (PVdC), polimer lain yang ditemukan secara tidak sengaja pada awal 1930-an, kali ini di Dow Chemical. Serat selulosa asetat digantikan oleh nilon dan poliester. Menariknya, sekarang industri plastik berfokus pada keberlanjutan dan ekonomi sirkular, polimer yang dapat diturunkan dari apa pun yang mengandung selulosa mulai mendapatkan perhatian baru. Di era ketika para peneliti mencoba membuat polimer dari apa pun yang memiliki silsilah biologis, akan menarik untuk melihat apakah kita kembali ke akar kita.

Pada tahun yang sama ketika William Hale Charch memecahkan masalah penghalang kelembaban plastik, ahli kimia lain dipekerjakan oleh DuPont untuk melakukan penelitian bahan dasar. Dia akan memimpin tim yang pada akhirnya akan mengembangkan kimia yang terkait dengan termoplastik rekayasa pertama yang sah. Bagian dari cerita itu akan menjadi subjek dari angsuran kami berikutnya.

TENTANG PENULIS:Michael Sepe adalah konsultan bahan dan pemrosesan independen yang berbasis di Sedona, Arizona, dengan klien di seluruh Amerika Utara, Eropa, dan Asia. Dia memiliki lebih dari 45 tahun pengalaman di industri plastik dan membantu klien dengan pemilihan material, merancang untuk manufakturabilitas, optimasi proses, pemecahan masalah, dan analisis kegagalan. Hubungi:(928) 203-0408 •[email protected]