Menelusuri Sejarah Material Polimer--Bagian 2

Bagi seseorang yang hidup di pertengahan abad ke-19 dan terlibat dalam dunia material, itu pasti tampak seperti masa perkembangan revolusioner. Hanya dalam satu tahun, 1846, gutta percha dibentuk menjadi isolasi kawat telegraf yang disebutkan dalam artikel bulan lalu; ban karet dibuat untuk digunakan pada kereta Ratu Victoria; Alexander Parkes menemukan teknik untuk memvulkanisir karet pada suhu kamar; dan eksperimen yang tidak disengaja namun penting memulai perkembangan teknologi yang mengarah pada materi bola bilyar Hyatt.

Eksperimen ini dilakukan oleh seorang profesor kimia yang mengajar di Universitas Basel di Swiss, Christian Friedrich Schonbein. Dia telah menemukan ozon beberapa tahun sebelumnya dan telah belajar bahwa campuran asam nitrat dan asam sulfat adalah agen pengoksidasi yang sangat baik. Saat menyuling campuran asam ini di dapurnya suatu hari, dia menjatuhkan termos dan dengan cepat membersihkan kekacauan dengan barang terdekat yang tersedia, celemek katun. Ketika dia mencoba mengeringkan celemek dengan menggantungnya di atas kompor panas, celemek itu segera terbakar dan menghilang. Selulosa nitrat, juga dikenal sebagai guncotton, telah dibuat, dan itu akan mengarah pada serangkaian penemuan yang semuanya memanfaatkan modifikasi selulosa ini.

Penemuan kapas senjata memicu perlombaan senjata versi tahun 1840-an, dengan paten diajukan dan negara-negara yang ingin menghindari membayar biaya lisensi mencoba merekayasa balik penemuan itu. Volatilitas material yang ekstrim menyebabkan beberapa kecelakaan spektakuler di seluruh Eropa dan Rusia pada akhir tahun 1840-an yang akhirnya menyebabkan larangan pengembangan tambahan dan hilangnya minat dalam eksperimen lebih lanjut.

Namun, selama waktu itu salah satu laboratorium yang bereksperimen dengan selulosa nitrat menemukan bahwa selulosa nitrat dapat dilarutkan dalam kombinasi eter dan alkohol untuk membentuk zat yang diberi nama collodion. Setelah dikeringkan, bahan menjadi keras dan transparan dan dapat berfungsi sebagai pernis atau pernis, lapisan kedap air, atau lapisan tipis. Ini juga menunjukkan potensi sebagai padatan yang dapat dicetak. Dalam banyak hal, ia menunjukkan kemampuan yang sama seperti karet dan getah perca tetapi menawarkan kemungkinan biaya yang lebih rendah.

Alexander Parkes yang sama yang mengembangkan proses vulkanisasi dingin mengeluarkan paten untuk bahan yang dapat dicetak ini pada tahun 1856. Dikenal sebagai Parkesine, itu ditampilkan di Pameran Besar, pameran dunia yang berlangsung di London pada tahun 1862. Dianugerahi medali perunggu di Dalam acara ini, materi dipajang dalam bentuk berbagai produk yang menciptakan ekspektasi besar. Bahannya bahkan dibentuk menjadi bola bilyar, mengantisipasi perkembangan yang lebih terkenal yang akan datang pada akhir dekade. Parkes menggunakan berbagai minyak nabati sebagai agen yang saat ini kita sebut sebagai plasticizer untuk mencapai keseimbangan sifat yang dibutuhkan.

Tapi janji biaya yang lebih rendah tidak pernah terwujud. Pelarut yang digunakan untuk memproduksi collodion untuk kegunaan lain, dalam kedokteran dan fotografi, terbukti terlalu mahal untuk produksi massal bahan yang dapat dicetak yang ditujukan untuk pasar yang lebih kompetitif. Dalam upaya untuk membuat bahan kompetitif, Parkes terpaksa menggunakan limbah kapas berkualitas buruk untuk membuat selulosa dan menambahkan sejumlah besar plasticizer minyak jarak sehingga bahan kehilangan sifat mekanik dan produk yang dibuat dari itu tidak memiliki stabilitas dimensi. Produk mengalami tingkat variabilitas lot-to-lot yang tinggi yang pada akhirnya menjatuhkannya sebagai usaha komersial. Namun, penemuan ini dianggap sebagai plastik pertama yang dapat dicetak dan membuka jalan bagi perbaikan yang pada akhirnya mengarah pada penciptaan Hyatt.

Dalam periode waktu yang sama inilah Michael Phelan, pemain biliar master yang disebutkan dalam artikel bulan lalu, menawarkan hadiah $10.000 untuk sebuah bola biliar yang terbuat dari bahan yang dapat menggantikan gading secara memadai. Phelan juga merupakan penemu bahan bantalan meja billiard yang terbuat dari karet dan memiliki saham di perusahaan pembuat meja billiard. Dia sangat menyadari kekurangan gading yang membahayakan pertumbuhan hobi yang semakin populer. John Wesley Hyatt, seorang pencetak, tertarik dengan prospek untuk mengklaim hadiah yang ditawarkan, dan mulai bereksperimen dengan berbagai metode pembuatan bola bilyar.

Versi awal terdiri dari kombinasi kain, kayu, dan potongan kertas yang disatukan dengan berbagai lem, pernis, lak, dan perekat lainnya. Hyatt memperoleh paten pertamanya untuk bola gading imitasi pada tahun 1865 yang diproduksi dari kain linen yang dilapisi dengan lak dan gading atau debu tulang dan diproses di bawah panas dan tekanan. Kreasi ini bukan pengganti yang memadai untuk gading, jadi Hyatt terus bereksperimen dan memperoleh paten kedua pada tahun 1868 untuk upaya lain yang terdiri dari kertas dan bubur kayu yang dikombinasikan dengan lak dan diproses lagi pada panas dan tekanan tinggi.

Hyatt sudah familiar dengan collodion karena digunakan secara luas dalam penyembuhan luka dan digunakan dalam industri percetakan untuk melindungi pekerja lini dari lecet di ujung jari mereka. Dalam salah satu kecelakaan beruntung lainnya, Hyatt suatu hari menemukan beberapa kolodion yang tumpah dari botolnya dan membentuk lapisan keras. Dia mulai melapisi bola bilyar versi terbarunya dengan mencelupkannya ke dalam collodion. Hyatt mengalami masalah yang sama yang telah mengganggu Parkes dengan menciptakan material yang solid dan dapat dibentuk. Jadi, dia terus bekerja untuk meningkatkan viskositas material, akhirnya mengembangkan senyawa yang dapat terbentuk di sekitar inti kayu di bawah panas dan tekanan tinggi. Ini menghasilkan paten lain pada bulan April 1869 untuk metode pembuatan bola bilyar yang lebih baik ini.

Penemuan ini akhirnya diberi nama Seluloid dan dikenal sebagai bahan yang ditemukan oleh Hyatt untuk menggantikan gading, meskipun nama untuk bahan ini baru terpikirkan tiga tahun kemudian. Menariknya, bola bilyar Celluloid tidak pernah dibuat secara komersial dan tidak pernah diserahkan ke perusahaan Phelan untuk pertimbangan penghargaan $10.000. Hyatt akan terus mengerjakan masalah bola bilyar hingga awal abad ke-20 tanpa mencapai tujuan yang diinginkan yaitu pengganti gading yang sempurna. Keberhasilan itu akan datang pada dekade pertama tahun 1900-an dari seorang penemu yang lahir pada saat yang sama ketika Hyatt memulai eksperimennya dan yang karirnya memiliki beberapa persimpangan menarik dengan Hyatt.

Hyatt, dengan meninjau beberapa paten lama Parkes, menemukan kunci untuk membuat Seluloid menjadi massa yang dapat dibentuk dengan menggunakan kapur barus sebagai plasticizer. Parkes telah menggunakan kapur barus, tetapi hanya dalam hubungannya dengan pelarut lain. Dengan berfokus pada kapur barus dan terus melakukan pekerjaannya dengan tekanan dan panas tinggi, Hyatt mengubah kolodion Parkes menjadi bahan serbaguna yang dapat memiliki sifat yang mirip dengan karet atau getah perca hanya dengan memvariasikan jumlah kapur barus yang ditambahkan ke dalam campuran.

Selama Hyatt sedang mengerjakan pembuatan bola bilyar yang lebih baik di Amerika Serikat, mitra Alexander Parkes bernama Daniel Spill telah mengambil alih usaha komersial Parkes yang gagal di Inggris dan juga menemukan pentingnya kapur barus dalam membuat bahan yang dapat dibentuk, yang dia disebut Xylonite. Penemuan paralel menyebabkan sengketa paten yang tak terelakkan, yang diikat di pengadilan 1877-1884. Akhirnya diputuskan bahwa baik penemuan Spill dan Hyatt dapat ditelusuri kembali ke karya Parkes, yang dianggap sebagai penemu asli. dari bahan. Itu juga merupakan bagian dari keputusan bahwa semua pembuatan produk Seluloid dapat dilanjutkan.

Di kolom berikutnya, kami akan mengikuti perkembangan Seluloid karena ditemukan peningkatan penggunaan dalam berbagai bentuk yang mengarah pada penemuan teknik pemrosesan plastik penting lainnya.

TENTANG PENULIS:Mike Sepe adalah konsultan material dan pemrosesan global independen yang perusahaannya, Michael P. Sepe, LLC, berbasis di Sedona, Arizona. Dia memiliki lebih dari 40 tahun pengalaman di industri plastik dan membantu klien dengan pemilihan material, merancang untuk manufakturabilitas, proses optimasi, pemecahan masalah, dan analisis kegagalan. Hubungi:(928) 203-0408 • [email protected].