ポリマー原料の歴史-プラスチック樹脂

ポリマー原料の歴史-プラスチック樹脂①

このシリーズでは、プラスチック業界の歴史と現在に至るまでの経緯を検証します。 1850年代に東南アジアの先住民によって使用されたガッタパーチャの発見は、異性体がポリマーの特性を決定する重要な事実であり、現代のポリマーで広く使用されている原理の初期の例の良い例です。化学。

プラスチック業界に関連する特定の歴史的出来事について聞いたことがあるかどうかを尋ねる電子メールを時々受け取ります。多くの注目を集めているのは、一般に最初のプラスチックと呼ばれる材料を最初に作成したアメリカの発明家ジョンウェズリーハイアットの話です。

この材料は、1869年にセルロイドの名前で特許を取得しました。特にハイアットは最も注目を集めている素材であり、1860年代初頭には象牙が不足していたため、ビリヤードボールの価格に与える影響が懸念されていました。

彼が１万ドルの賞金を獲得したのは事実だ。

この話はいくつかの理由で非常に興味深いものです。まず第一に、それは、化学の天才によって作られた合成材料が天然資源に由来する材料に取って代わり、改良されたというプラスチック産業に深く根付いた考えを強化します。もう1つの要因は、その金銭的報酬のサイズです。これは、今日ではほぼ20万ドルです。

いつものように、セルロイドの発明の実際の話はこれよりもはるかに複雑であるだけでなく、それ以前の成果にも大きく依存しています。そして、この材料の実際の導入は、材料自体よりもプラスチック業界にはるかに大きな影響を与えた別の注目すべき発明のおかげで可能になりました。

合成繊維の製造に関わる作業は主に科学の一部ですが、これはビジネスの世界、ひいてはお金の危機に瀕しているため、通常は弁護士と絡み合っています。このシリーズでは、プラスチック業界の歴史と、私たちがどのようにして現在に到達したかを調べたいと思います。

合成素材の世界は、自然界に存在する素材に触発されました。これらすべての出発点となったと思われる素材は、化学的にポリイソプレンと呼ばれる天然ゴムで、特定の木に由来する原料です。異性体と呼ばれる、天然ゴム分子内の2つの異なる原子配列の化学構造を下の図1に示します。

16世紀と17世紀にカリブ海と中米（中央アメリカ）を旅したヨーロッパの探検家は、この材料を使って固いボールを作るだけでなく、防水テキスタイルにも文明を発見しました。今日のエラストマー、またはエラストマーの特性と呼ばれる特性の材料で作られた剛性のあるボールの存在は、革のポケットに空気を吹き込むことによって作られたボールだけを見た北欧の人々に衝撃を与えました。これらすべての製品を作ったのはシス異性体でした。トランス異性体については後で説明します。

合成材料の世界は、自然界に存在する材料であるプラスチック樹脂に触発されました。

フランスの探検家が1730年代にペルーを訪れ、同様の物質を発見しましたが、1751年までに、この新しい物質に関する最初の科学論文が発表されました。しかし、この時点でさえ、この材料の化学的性質はよく理解されていませんでした。特に、原材料の特性に対する温度の影響は、ヨーロッパでの商業利用の障壁となっています。

特定の高温で気温の変動が比較的小さい中米の気候とは異なり、ヨーロッパでは冬と夏の気温の変化が非常に大きくなります。冬の低温では材料は硬くて脆くなり、夏の高温では非常に柔らかくべたつくようになりました。 18世紀後半に登場したこの素材を使った最もクリエイティブな製品は、紙から鉛筆の跡を取り除く消しゴムでした。消しゴムがゴムと呼ばれるのはこの特性のためです。

1820年には、まったく異なる分野の2人のビジネスマンも、ポリイソプレンがナフサとテレビン油に溶解していることを偶然発見しました。溶けたゴムを綿に加工して防水服を作ることができます。天気が暑くなりすぎない限り、これはうまくいきました。しかし、温度が上がると、コーティングされた生地はべたつき、変形しました。

温度によるポリイソプレンの利用の制限は、1830年代から40年代まで引き続き問題でした。この時期、チャールズグッドイヤーは、以前の発明者が行ったように、ランダムに1.5回の実験を行うことで、高温性能の問題を解決する2つの手法に出くわしました。

3年後、材料の低温特性を改善することがよく知られている加硫プロセスが発見されました。グッドイヤーは、この材料の性能を劇的に向上させる架橋プロセスの化学的性質を理解していませんでした。

「加硫」という用語でさえ、グッドイヤーが米国で特許を出願している間に、グッドイヤーの方法を理解し、英国で特許を申請した英国の競合他社によって造られました。ゴムに可塑剤とフィラー（フィラー）を加えることで原材料の特性を変更する技術が登場するまで、まだ数十年待たなければなりませんでした。

しかし、ポリマー産業の基盤は確立されました。興味深いことに、ネイティブアメリカンは、何百年も前に、生のラテックスを吸うことによってゴムの特性を安定させる方法を発見しました。これは、制御がそれほど洗練されていない場合でも、実質的に同じ効果を達成するために、材料の架橋に必要な硝酸塩および硫黄化合物を供給する方法でした。

この化学プラスチック樹脂の時代の進歩は、主に試行錯誤による偶発的な発見によるものです。

1850年代、グッドイヤーとそのライバルとのイングランドでの法廷闘争が激化した時期に、東南アジアの英国の外科医は、この地域の先住民がこの地域の先住民の木種の1つから樹液を抽出するのを見ました。

お湯に入れて具材を柔らかくした後、道具の柄や棒など、さまざまな便利なものに成形しました。化学的には、樹液を得た木の学名にちなんでガッタパーチャ（gutta-percha）と名付けられたこの物質は、ポリイソプレンのトランス異性体です。

これは、異性体がポリマーの特性を決定するという重要な事実を示した初期の良い例です（現代の高分子化学で広く使用されている原理）。シス異性体はアモルファスであり、温度変化に非常に敏感です。したがって、使用可能な材料にするためには架橋が必要です。トランス異性体は結晶化できる物質です。したがって、シス異性体と同じ室温のガラス転移温度を持ちますが、室温を超える温度では有用な固体材料の特性を備えています。

ガッタパーチャは、何百年もの間先住民の文明で知られ、使用されてきたもう1つの材料でしたが、よりターゲット志向のヨーロッパ人の手に渡ると、水中電信線の絶縁材料としてすぐに採用されました。この点で、この材料はシス異性体ゴムとのいくつかの類似点だけでなく、重要な違いも示しています。

2つの材料の無極性構造により、優れた電気絶縁体になっています。しかし、ゴムの場合、架橋形態であっても、その独特のアモルファス構造のため、塩水に対する耐薬品性に​​欠けます。ガッタパーチャは、望ましい電気的特性を備えているだけでなく、海水や他の多くの化学物質に対する耐性も示しています。結晶化度の有無が耐薬品性を決定するというこの原理は、ポリマーの世界でもよく知られており、プラスチック業界のごく初期の段階でも新しいアプリケーションの作成を可能にしました。

また、新しい材料の使用に関連するもう1つの非常に重要な側面、つまり新しい化学原料の開発と処理方法の発明にも焦点を当てています。この材料は、押出機と呼ばれる非常に重要な発明によって可能になった電線コーティングに使用されました。

次回の記事では、セルロイドを取り巻く技術の進歩と、その過程での処理技術のもう1つの非常に重要な進歩について説明します。

出典：plastickorea

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