高分子材料の歴史をたどる：パート11

1930年代を通じて、新しいポリマーの開発と商品化は急速に進んだ。 PVC、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル、および成形可能なセルロース系製品はすべて、この10年で成熟しました。 1940年代までに、ポリスチレンの特性は、透明性を犠牲にして汎用材料の衝撃を改善するためにブタジエンゴムを追加することによって拡張されていました。ポリスチレンの特性は、アクリロニトリルと共重合して、耐熱性と耐薬品性が向上した透明な材料であるSANを作成することによっても拡張されました。この材料はまた、ABSを作るためにブタジエンゴムを追加することによって強化されましたが、これも犠牲者としての透明性を備えています。

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ポリカーボネートは、透明性、耐熱性、靭性が要求される場所で頼りになる素材になりました。 （写真：PolyOne）

今日、初期の透明ポリマーは、SANやアクリルなどの一般的に硬くて脆いもの、またはセルロース系などの柔らかくて丈夫なものと見なされています。しかし、開発の初期のこの時期に、これらの材料の多くはガラスの安全な代替品として提供されました。これは特に、オットー・ロームのような化学者の努力によって開発されたアクリル絵の具に当てはまりました。アクリルは、主に風化や紫外線の影響に対する優れた耐性のために、ガラスに代わる非常に用途の広い製品です。しかし、1950年代の初めに、柔らかくて硬くて脆い透明な素材と硬くて脆い素材との妥協点が劇的に変化し、今日ではポリカーボネートとして知られているまったく新しい化学物質が生まれました。

PCの開発は、これまでに説明した多くの資料と共通のテーマを共有しています。その開発は、複数の誤った開始で長期間にわたって発生しました。最終的に商業的に成功した資料の発見は偶然であり、それは世界のさまざまな地域でほぼ同時に起こりました。 PCの製造開始は1950年代後半と関連付けられていますが、この資料は1898年に、ミュンヘン大学でノーベル賞を受賞した化学者であるアドルフフォンバイヤーと一緒に働いて教えたドイツの化学者アルフレッドアインホーンによって最初に実験室で作成されました。最初に合成され、次に放棄されたフェノール。

アインホーンは、ノボカインとしてよりよく知られるようになった局所麻酔薬プロカインを最初に合成した人として最もよく知られています。しかし、1890年代に、アインホーンは環状カーボネートの合成を試み、ヒドロキノンをホスゲンと反応させることによってポリカーボネートを製造していました。さまざまな化学者による実験室での30年間の実験では、商業的な成功は得られませんでした。

しかし、化学反応は、私たちが今日使用しているポリマーを最終的に製造したもののプロトタイプでした。 1928年、デュポンのウォーレスカロザースと彼のチームは、ポリエステルとナイロンの開発に取り組んでいる間、PCも製造しました。化学的には、PCとポリエステルには多くの類似点があり、Carothersが材料を製造するために採用した縮合反応は、最終的にポリカーボネートを重合するために使用されるものと非常に類似していました。

しかし、Carothersが製造した材料は、市販の製品を特徴付ける芳香族骨格とは対照的に、脂肪族骨格構造を持っていました。その結果、これらの初期のポリカーボネートの熱的、機械的、および化学的特性は有用であるとは見なされず、これらの材料も棚上げされました。

ドイツのウアーディンゲンにあるバイエルの施設で働いていたヘルマンシュネルと彼のチームが、現在の商業的成功のプラットフォームとなるポリカーボネートのバージョンを作成したのは、1953年になってからでした。 1週間後、ゼネラルエレクトリックのダンフォックスは、新しいワイヤー絶縁材料の開発に取り組んでいるときに、同じ化合物に独自に遭遇しました。ポリマーの2つのバージョンは化学的に同じでしたが、構造が異なりました。 1955年にMakrolonと名付けられたBayer材料は線状ポリマーでしたが、GEの発見は分岐材料でした。

2つの材料の特性は非常に似ていました。それらは透明でしたが、初期のバージョンには、化学不純物が除去された1971年にのみ解決された琥珀色がありました。材料には、約50º の軟化点もありました。 C（90º F）既知の透明な材料のどれよりも高く、水の沸点よりも快適に高い。そして、それらは当時知られている他の透明な材料をはるかに超えるレベルの延性を持っていました。言い換えれば、ポリカーボネートは、これまで可能であったものを超えて、透明なポリマーによって満たされる可能性のあるアプリケーションの範囲を拡大しました。

2つの大企業によるポリマーのほぼ同時の開発は、かなりのレベルの法的活動を生み出すことが期待できます。しかし、HDPEとPPの開発を特徴付ける30年間の訴訟とは異なり、PCの権利をめぐる潜在的な争いは、最終的に優先された会社が他の会社にライセンスを付与するという合意により、比較的迅速に解決されました。 。バイエルが優先されましたが、1970年代と1980年代にゼネラル・エレクトリックから出された販売資料を読んだり、その間にマサチューセッツ州ピッツフィールドを訪れたりした場合は、 PCに関連する知的財産はGEのホール内にありました。

1978年に私はクリスマス休暇中にピッツフィールドを訪れました。当時、GEは人口5万人強の町で5000人以上を雇用していました。これらの従業員は、電力変圧器部門、海軍条例部門、またはプラスチック部門で働いていました。 GEの施設を運転していると、最初の2つの複合施設の前の休日の装飾は明らかに控えめで、プラスチック部門の建物の前は映画「クリスマスバケーション」のチェビーチェイスの家のように見えました。私が一緒に旅行していた人は、どの部門がすべての利益を上げているかを簡単に見分けることができるとコメントしました。

今日、バイエルもGEも、この画期的な資料に対する権利を所有していません。 2006年、GEはプラスチック部門全体をサウジアラビア基礎産業（SABIC）に売却しました。 2015年、バイエルの材料科学部門は、1980年代から1990年代初頭にゼネラル・エレクトリックのポリマーブレンドで見事な研究を行ったリーダーの指導の下、ポリマーへの関心をコベストロにスピンオフしました。これは、プラスチック業界が過去20年間で急速な成長ビジネスからより成熟した取り組みにどのように変化したか、そして設備投資に対する大企業の焦点がポリマーの世界からどのようにシフトしたかについての解説です。

それにもかかわらず、発見から数年は大変な時期でした。ポリカーボネートの生産は、1958年にバイエルで、1960年にゼネラルエレクトリックで始まりました。アプリケーションは、電気および電子分野、建設および照明、食品包装、自動車および航空宇宙産業、および医療機器で急速に発展しました。透明度と靭性が要求されるアプリケーションでは、PCが最適な材料になりました。これには、オートバイやATV用のアイウェア、フロントガラス、フェアリング、安全シールド、さらには航空機用のコックピットキャノピーが含まれていました。このポリマーは非常に用途が広く、フィルムの形で製造可能であり、非常に効果的な電気絶縁体としての用途が見出されただけでなく、ブロー成形、押出成形、射出成形、および熱成形にも役立ちます。

1981年に、この資料は最初のコンパクトディスクの作成でデータストレージ市場に参入し、その後すぐにDVDが作成されました。材料のガラス転移温度が高いため、蒸気およびオートクレーブ技術による滅菌に適しており、アモルファス構造と結合したポリマー主鎖の芳香化学も、ガンマ線やガンマ線などの高エネルギー滅菌技術の有力な候補となっています。電子ビーム。生体適合性および食品接触の基準を満たすグレードが開発されました。 UV安定化グレードは、材料の有用性を屋外用途に拡張するために開発されました。最初の難燃性グレードは1970年に開発されました。

ポリカーボネートは、ブレンドで最も頻繁に使用されるポリマーの1つでもあります。これらは、材料が脆弱であると考えられる領域のいくつかの特性を改善します。ブレンドは、ABS、SAN、ASA、ポリエステル、およびポリウレタンで作成されています。 2016年の世界の生産能力は100億ポンドに達しました。ポリエステルとの共重合体により、動作温度が200に近づきました C（392 F）と、ポリマー主鎖へのシロキサン化学の組み込みにより、加水分解と環境ストレスクラッキングに対する耐性が向上しました。これは、材料の性能プロファイルの顕著な弱点である2つの影響です。

このすべての成功にもかかわらず、PCの歴史はその挑戦なしではありませんでした。次回の記事でそれらのいくつかを見ていきます。

著者について：Michael Sepe アリゾナ州セドナを拠点とする独立した材料および加工コンサルタントであり、北米、ヨーロッパ、およびアジアにクライアントがいます。彼はプラスチック業界で45年以上の経験があり、材料の選択、製造可能性の設計、プロセスの最適化、トラブルシューティング、および故障分析でクライアントを支援しています。連絡先：（928）203-0408•[email protected]