Menelusuri Sejarah Bahan Polimer, Bagian 4

Pada tahun 1863, tahun setelah Parkesine plastik berbasis nitroselulosa dianugerahi medali perunggu di Pameran Internasional Hebat di London, Leo Baekeland lahir di Belgia. Putra dari orang tua yang buta huruf, Baekeland memperoleh gelar PhD pada usia 21, belajar di bawah Theodore Swarts, asisten kepala Friedrich August Kekulé di Universitas Bonn, Jerman. Kekulé dikreditkan dengan mengerjakan struktur benzena, bahan kimia yang merupakan pusat dari banyak kimia polimer dan terkait erat dengan fenol, salah satu bahan kimia yang merupakan kunci dari kisah polimer sintetik pertama. Baekeland juga seorang penggemar fotografi, dan selama masa SMA dan kuliahnya ia bekerja dengan ahli kimia lokal yang telah mendirikan pabrik untuk memproduksi pelat kering fotografi pertama yang dibuat di Eropa.

Pelat kering awal menggunakan bahan kimia pengembang yang berbau tidak enak dan mungkin temperamental untuk digunakan. Baekeland menyadari hal ini dan tak lama setelah lulus dengan gelar doktornya, ia menemukan pelat kering yang dilapisi dengan emulsi yang larut dalam air yang dapat dicelupkan ke dalam air untuk mengaktifkan pengembang. Ia memperoleh paten untuk kemajuan ini di Belgia pada tahun 1887.

Pada tahun 1889, Baekeland dan istrinya melakukan perjalanan ke New York, di mana ia bertemu dan bekerja untuk Richard Anthony, seorang kepala sekolah di sebuah perusahaan yang membuat film fotografi, makalah, dan kamera. Ini adalah perusahaan yang sama yang akan membeli Perusahaan Kamera dan Film Goodwin dari Hannibal Goodwin satu dekade kemudian. Goodwin telah mengembangkan film seluloid yang bisa diterapkan dua tahun sebelum George Eastman (pendiri Eastman Kodak), tetapi penerbitan patennya telah tertunda selama 11 tahun, mengakibatkan gugatan yang kita bahas di artikel bulan lalu.

Baekeland bekerja untuk Anthony selama dua tahun, dan kemudian setelah sakit dan beberapa waktu luang berusaha mencari nafkah sebagai konsultan independen, ia fokus mengembangkan kertas foto untuk pencetakan pembesaran. Dalam sejarah awal fotografi, pencetakan dilakukan dengan bantuan cahaya alami yang disediakan oleh matahari. Terobosan Baekeland, datang setelah dua tahun penelitian, menghasilkan kertas dengan emulsi perak klorida dalam keadaan koloid yang cukup sensitif terhadap cahaya untuk dikembangkan dengan cahaya buatan, tidak memerlukan sinar matahari. Dia menamai produknya Velox.

Telepon adalah salah satu aplikasi pertama untuk Bakelite (fenolik).

Bagi kebanyakan orang saat ini, sumber cahaya buatan adalah cahaya gas. Namun, pengenalan lampu listrik oleh Edison, juga tokoh kunci dalam kemajuan seluloid, akan segera mengubah ini. Sementara fotografer profesional umumnya tidak menerima makalah baru ini, makalah ini menjadi sangat populer di kalangan fotografer amatir dan menciptakan pasar yang menarik perhatian tidak lain dari George Eastman. Pada tahun 1898, Eastman membeli perusahaan yang didirikan Baekeland dengan dua mitra seharga $750.000, sekitar $22 juta dalam dolar hari ini.

Semua persilangan dengan pemain besar lainnya di industri kimia dan energi ini hanya mengatur panggung untuk penelitian yang sekarang dapat dilakukan Baekeland karena keamanan finansialnya yang signifikan. Kondisi penjualan perusahaannya ke Eastman termasuk perjanjian non-persaingan yang mencegah Baekeland terlibat dalam penelitian apa pun tentang fotografi selama 20 tahun.

Dengan latar belakang kimia, bakat untuk bereksperimen, naluri yang baik untuk mengidentifikasi masalah yang belum terpecahkan, dan tidak perlu bekerja untuk mencari nafkah, Baekeland mendirikan sebuah perkebunan di Yonkers, NY, dan mulai mengerjakan masalah mendesak yang mirip dengan yang telah menyebabkan perkembangan seluloid. Seluloid telah dikembangkan untuk mengatasi kekurangan gading. Ekspansi pesat industri kelistrikan dalam dua dekade terakhir abad ke-19 ^{abad ke-20 dan berlanjut hingga awal ke-20 abad menciptakan hambatan baru dalam bahan alami lainnya, lak.}

Shellac dibuat oleh kumbang lac ketika mereka mengekstrak getah dari pohon dan mengeluarkan resin. Ini dikerok dari pohon dan diproses dengan pemanasan dan penyaringan untuk menghasilkan senyawa murni. Diperkirakan lebih dari 100.000 kumbang lac dibutuhkan untuk menghasilkan satu kilogram (2,2 lb) lak. Di era pra-listrik, tingkat rendah yang terkait dengan produksi lak tradisional cukup untuk memenuhi permintaan lak dan pengawet produk kayu. Tetapi industri listrik menciptakan permintaan yang besar untuk lak karena sifat isolasi listriknya yang sangat baik dan kemampuannya untuk menutup terhadap kelembaban. Permintaan meningkat ke tingkat yang lebih besar ketika lak menjadi bahan pilihan untuk menekan piringan hitam, satu lagi persimpangan dengan dunia Edison. (Dia telah menemukan fonograf pada tahun 1877.) PVC akan menggantikan lak dalam aplikasi ini pada tahun 1940-an.

Sejarah industri lak memiliki kemiripan yang mencolok dengan karet. Polimer alami yang hanya dapat diturunkan dalam jumlah kecil dan ditemukan terutama di Asia Tenggara telah menjadi kendala utama dalam perkembangan pesat teknologi yang terjadi di Eropa dan Amerika Utara, jauh dari sumbernya. Dan seperti karet alam, lak tidak memiliki beberapa karakteristik kinerja yang diinginkan. Pertama, ini adalah termoplastik, dengan titik leleh sekitar 75 C (167 F). Jadi, itu melunak bahkan pada suhu sedang. Isolator tegangan tinggi yang menghasilkan suhu yang relatif tinggi akan melelehkan shellac. Dan meskipun dapat dicampur dengan bahan pengisi seperti tepung kayu untuk membuat senyawa yang dapat dicetak, ia memiliki kekerasan permukaan yang relatif rendah dan penerapannya dapat memakan banyak tenaga.

Lima tahun penelitian oleh Baekeland menghasilkan paten tahun 1907 untuk “Peningkatan Metode Pembuatan Produk Kondensasi Tidak Larut dari Fenol dan Formaldehida.” Baekeland menamai produk tersebut Bakelite, sebuah nama yang kadang-kadang masih muncul dalam literatur industri. Sebuah Museum Bakelite bahkan dibuka di Somerset, Inggris pada tahun 1983 untuk menampilkan sejarah produk yang dibuat dari Bakelite. Meskipun sekarang ditutup dan mencari rumah baru, ia masih memiliki situs web. Reaktor yang dirancang Baekeland untuk menghasilkan resin diberi nama Bakelizer.

Saat ini bahan tersebut dikenal dengan sebutan yang lebih umum, fenolik. Ini adalah polimer kondensasi, seperti yang ditunjukkan oleh judul paten, dan sifat reaksi kimia ini berkontribusi pada banyak tantangan dalam pembuatan material. Tetapi hasilnya adalah polimer sintetis pertama yang benar-benar sintetis, bahan yang tidak bergantung pada produk alami yang kemudian dimodifikasi. Dan itu adalah polimer termoset seperti karet divulkanisir, tetapi tidak mengandung belerang dan menunjukkan kekuatan, kekakuan, ketahanan panas, dan daya tahan jangka panjang yang jauh lebih tinggi. Ini segera membuat terobosan sebagai isolator listrik yang memiliki hambatan listrik yang lebih baik daripada mika atau porselen, lebih tahan panas daripada lak, memiliki ketahanan benturan yang lebih baik daripada kaca atau keramik, dan memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai asam, alkohol, gemuk dan minyak. .

Dan di persimpangan yang luar biasa dengan seluloid, ditemukan bahwa fenolik memiliki apa yang sekarang kita sebut sebagai sifat viskoelastik yang mirip dengan gading, menjadikannya bahan yang ideal untuk bola bilyar. Ini mencapai tujuan John Wesley Hyatt untuk menyediakan pengganti sintetis untuk gading. Hyatt terus mengoperasikan perusahaan bola bilyarnya sejak didirikan pada tahun 1868, membuat perbaikan bertahap pada formulasi berbasis seluloidnya. Namun, pada tahun 1912, ia berubah menjadi fenolik sebagai pengakuan atas kinerjanya yang unggul.

Sementara Baekeland memperoleh paten yang meluncurkan pengembangan komersial fenolik, reaksi kimia yang menghasilkan prototipe senyawa sebenarnya telah ditemukan lebih dari 30 tahun sebelumnya. Melalui serangkaian jalan buntu dan kecelakaan yang menguntungkan, kimia yang menggunakan reaksi antara formaldehida dan senyawa organik lainnya untuk menghasilkan bahan termoset yang berguna berkembang melalui upaya beberapa ahli kimia dan penemu berbakat. Dan setelah penemuan, tantangan komersialisasi dan tuntutan hukum yang tak terhindarkan mengikuti. Kita akan melihat bagian cerita ini dalam angsuran 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]