Bugün öğrendim ki: 1907'de kimyager Leo Baekeland, şellak yerine bir alternatif bulmaya çalışırken yanlışlıkla bir kimyasal karışımını aşırı ısıttı. Bunun yerine, üretimi dönüştüren ve modern plastik ve polimer endüstrisinin yolunu açan ilk tamamen sentetik plastik olan Bakelite'i yarattı.
Polimerler ve Plastikler Çağı
Polimerler Çağı, aynı zamanda Plastikler Çağı olarak da adlandırılır. "Plastik" (Yunanca "plastikos" kelimesinden, şekillendirilebilir anlamına gelir) çeşitli sentetik veya insan yapımı polimerlere verilen popüler addır. Polimerler ("poli" = çok), monomerler ("mono" = tek) adı verilen daha küçük moleküllerden oluşan, moleküler dünyada gerçek devler olan çok büyük moleküllerdir. Çoğu polimer (ancak hepsi değil), birbirine benzer monomerlerden, uzun bir boncuk dizisi gibi düz bir zincir halinde birleşir.
Doğada binlerce farklı polimer vardır. Dünyadaki en bol bulunan doğal polimer, ağaçlar ve diğer bitkilerin ana doğal yapı malzemesi olan selülozdur. Vücudumuzdaki proteinler de, tüm canlıların genetik kodlarını taşıyan materyal olan DNA (deoksiribonükleik asit) dahil olmak üzere polimerlerdir.
Kimyagerler, polimerleri yaklaşık 1900'lü yıllara kadar tam olarak anlamadı veya tanımlamadı. Ancak 1861'de İngiliz kimyager Thomas Graham, organik bileşikleri çözücülerde çözdüğünde, bunlardan bazılarının (örneğin selülozun) yapışkan artıklar bırakmadan en ince süzgeç kağıdından bile geçmediğini fark etmişti. Ayrıca bu bileşikler kristal bir forma da saflaştırılamamıştı. Dr. Graham, bu tür maddelerin tamamen farklı bir madde örgütlenmesini temsil ettiğini düşündü. Onlara "kolloid" adını verdi, "kolla" kelimesinden, Yunanca'da ince süzgeçlerden geçemeyen bir başka madde olan yapıştırıcıya atıfta bulunarak.
19. yüzyılın birçok üreticisi, kolloidleri ve doğal polimerleri yeni malzemeler oluşturmak için değiştirdi. 1870'te Amerikalı mucit John Wesley Hyatt, kimyasal olarak değiştirilmiş selülozu, saç taraklarından sessiz film filmlerine her şeye uygulanan inanılmaz yeni bir ürün olan Selüloid üretmek için kullandı. 1890'a gelindiğinde, sayılı Hilaire de Chardonnet, selüloz nitrat ipliklerini yapay lif haline getirerek döndürerek üretilen ilk sentetik tekstili, Chardonnet ipeği pazarlıyordu.
Bu ve diğer erken plastikler mevcut malzemelerden yapılmıştı. Tam sentetik plastiklerin yaratılması olan bir sonraki adım hala gelmemişti.
Üstteki bağlantıya geri dön
Leo Baekeland ve Bakelite®'ın İcadı
1899'a kadar, Velox fotoğraf kağıdının icadı Leo Baekeland'ı zengin bir adam haline getirmişti bile. New York, Yonkers'taki Snug Rock mülkünde, asistanı Nathaniel Thurlow ile birlikte çeşitli projelerde yer aldığı bir ev laboratuvarı vardı.
Günlük bilim adamları gibi, Baekeland ve Thurlow fenol-formaldehit reçinelerinin potansiyelini anlıyorlardı. Kimyasal literatürde, Alman kimyager Adolf von Baeyer ve öğrencisi Werner Kleeberg tarafından on yıllar önce yazılmış raporlar vardı. Von Baeyer, fenol (yaygın bir dezenfektan) ile formaldehiti karıştırdığında, sertleşen, çözünmeyen bir madde oluşturduğunu, oluştuktan sonra çıkarılamadığı için laboratuvar ekipmanlarını mahvettiğini bildirmişti. Kleeburg, ürettiği maddenin sert amorf bir kütle, erimeyen ve çözünmeyen ve bu nedenle çok az faydalı olduğunu belirterek benzer bir deneyimden bahsetmişti.
1902'de Alman kimyager Adolf Luft, Kleeburg'un kompozisyonunu ticari olarak selüloid ile rekabet edebilmesi umuduyla değiştirerek ürettiği bir reçineyi patent aldı. En az yedi başka bilim insanı, ticari olarak uygulanabilir bir plastik kalıplama bileşimi oluşturmak için fenol ve formaldehit kombinasyonlarını denedi. Ancak hiç kimse faydalı bir ürün oluşturamadı.
20. yüzyılın başlarında elektrik kablolarını yalıtmak için kullanılan doğal olarak oluşan şelak kıtlığından yararlanmayı umarak, Baekeland ve Thurlow ile birlikte birkaç başka araştırmacı çözünür reçinelerle deney yapıyordu. (Shellak, Doğu Asya şelak böceği tarafından salgılanan bir reçineden yapılmıştır; bu böceklerin yaşadığı ağaçlardan sertleşen tortuları kazıyarak emek yoğun bir işlemle hasat edildi.) Sonunda, Novolak adı verilen fenol-formaldehit şelak geliştirdiler, ancak ticari bir başarı elde edemediler. 1907'nin ilk yaz aylarında, Baekeland odun kaplaması oluşturmayı bırakıp, odunu aslında sentetik reçine ile emprenye ederek güçlendirmeyi hedefledi.
18 Haziran 1907'de Baekeland, fenol ve formaldehit karışımını çeşitli tahta parçalarına uyguladığı testlerin sonuçlarını belgelemek için yeni bir laboratuvar defterine (şimdi Smithsonian'ın Ulusal Amerikan Tarihi Müzesi'nin Arşiv Merkezinde) başladı. Bir sonraki gün yapılan bir giriş şunu söylüyor:
Tüm bu testler yoğun yatay sindiricilerde gerçekleştirildi ve cihazlar makul ölçüde sıkıydı. Yine de, sızmış olan yapışkanın küçük bir kısmı çok sert olsa da, tahta bloklarının yüzeyi sert hissetmiyor. Formaldehitin etki edebilmeden buharlaştığını ve uygun yöntemin katalitik ajan olmadan CH2O + C6H5OH'ı kaynatılarak elde edilen viskoz sıvıyla emprenye edilmesi gerektiğini düşünmeye başladım. Bunun ne ölçüde mümkün olduğunu belirlemek için bu sıvının bir kısmını mühürlü tüplerde ısıtarak H2O'nun daha fazla ayrılıp ayrılmadığını veya bunun sadece fenolün fazlasıyla sert yapışkanın bir çözeltisi olup olmadığını belirledim; sonra basit açık hava buharlaşmasıyla sertleşmeyi başaracağım, ancak mühürlü tüplerde başarılı olamayacağım.
Ayrıca asbest lifi ve sıvı karışımıyla doldurulmuş açık bir tüpü ısıttım.
Ayrıca asbest lifi ve sıvı karışımıyla doldurulmuş bir mühürlü tüp. Her şey 4 saat boyunca 140°C - 159°C'de ısıtıldı.
O günün son deneyinin defter açıklaması şöyle:
Mühürlü tüpte asbest + A. Tüpün düzensiz genişlemede kırılmış olduğunu fark ettim, ancak reaksiyonların tatmin edici olduğu göründü çünkü sonuçlanan çubuk çok sertti ve karışmamış sıvı A'nın bulunduğu yerin altında, sarımsı ve sert ve tamamen mühürlü tüplerde tek başına A'nın ısıtılmasıyla elde edilen ürüne benzer katılaşmış madde (?) vardı. Bu umut verici görünüyor ve bu kütleyi D olarak adlandıracağım, tek başına veya asbest, kazein, çinko oksit (sic), nişasta, farklı inorganik tozlar ve yağ karası gibi diğer katı malzemelerle birlikte kalıplanmış malzemeler oluşturmada ne kadar işe yarayacağını belirlemek değerli olacaktır. ve böylece selüloid ve sert kauçuk için bir alternatif yapın.
Bir gün sonra, Baekeland A, B, C ve D olarak adlandırılan dört farklı ürünü listeledi. Madde D, tüm çözücülerde çözünmez, yumuşamıyor. Buna Bakelite (sic) adını veriyorum ve A veya B veya C'yi kapalı kaplarda ısıtarak elde ediliyor. Baekeland daha sonra "C" ve "D" nin eşdeğer olduğunu kararlaştırdı.
"A" veya "B"den son ürün "C"ye ulaşmanın anahtarı, önceki aşamaları ısı ve basınca maruz bırakan makinelerdi. Baekeland bu makinelere "Bakelizörler" adını verdi.
Baekeland, 8 Şubat 1909'da Amerika Kimya Derneği'nin New York bölümünde bir konferansta yaptığı konuşmada icadını ilk kez halka duyurdu. Önceki reaksiyonlar yavaş süreçlere ve kırılgan ürünlere yol açmıştı, dedi; sonra şöyle devam etti: "...küçük miktarlarda bazlar kullanarak, kalıplama işlemlerini büyük ölçüde basitleştiren özelliklere sahip katı bir ilk yoğunlaşma ürünü hazırlamayı başardım..."
Baekeland'ın alanda aldığı ilk patent 1906'da verilmişti; toplamda Bakelite'in üretimi ve uygulamalarıyla ilgili 400'den fazla patent aldı. Laboratuvarında yarı ticari üretime başladı ve 1910'da günlük üretim 180 litreye ulaştı (çoğunlukla elektrik yalıtkanları için), yeni endüstriyel malzemesini üretmek ve pazarlamak için ABD şirketi kurdu. 1930'a gelindiğinde, Bakelite Corporation New Jersey, Bound Brook'ta 128 dönümlük bir tesisi işgal ediyordu.
Üstteki bağlantıya geri dön
Bakelite'in Özellikleri ve Kullanım Alanları
Bakelite kalıplanabilir ve bu açıdan selüloidden daha iyiydi ve üretmesi de daha ucuzdur. Dahası, çok hızlı kalıplanabilirdi, birbiri ardına çok sayıda özdeş birim üretildiği seri üretim süreçlerinde muazzam bir avantajdır. Bakelite, kalıplanmış bir termoplastik reçinedir, yani kalıplanmıştıktan sonra ısıtılırsa veya çeşitli çözücülere maruz bırakılırsa şeklini korur.
Bakelite, özellikle yüksek direnci (sadece elektriğe değil, aynı zamanda ısıya ve kimyasal etkiye de) nedeniyle gelişmekte olan elektrik ve otomobil endüstrileri için de özellikle uygundu. Kısa sürede radyoların ve diğer elektrikli cihazların tüm iletken olmayan parçaları, ampuller ve elektron tüplerinin tabanları ve yuvaları, her türlü elektrikli bileşen için destekler, otomobil dağıtıcı kapağı ve diğer yalıtkanlar için kullanılmaya başlandı.
Elektrikle ilgili kullanımlarının yanı sıra kalıplanmış Bakelite, modern yaşamın hemen hemen her alanında yer buldu. Yeni takı ve demir tutamaklardan telefonlara ve çamaşır makinesi pervanelerine kadar her yerde görülen ve teknolojik altyapıda sürekli bir varlıktı. Bakelite Corporation, logosu olarak sonsuzluk matematiksel sembolünü ve sloganını "Binlerce Kullanımın Malzemesi" olarak benimsedi, ancak malzemesi için hiçbir sınır tanımadı.
Aşil topuğu renkti. Saf Bakelite reçinesi güzel bir amberdi ve diğer renkleri de alabilirdi. Ne yazık ki, oldukça kırılgan ve genellikle talaş biçiminde selüloz gibi diğer maddelerle "doldurulması" yoluyla güçlendirilmesi gerekiyordu. Doldurulduktan sonra, tüm renkler en iyi durumda opak ve sıklıkla donuk ve bulanık çıkıyordu. Sonuçta, arzu edilen özelliklerini paylaşan, ancak aynı zamanda parlak renkler de alabilen başka plastikler tarafından değiştirildi.
Günümüzde yalnızca bir veya iki şirket artık fenol reçineleri üretiyor, ancak Baekeland'ın yaratımı modern plastik endüstrisi için kalıp oluşturdu.
Üstteki bağlantıya geri dön
Leo Hendrik Baekeland'ın Biyografisi (1863-1944)
Amerikan hayatına önemli katkılarda bulunan birçok kişi gibi, Leo Hendrik Baekeland da bir göçmendi. 14 Kasım 1863'te Belçika'nın Flanders şehrinde Ghent'te doğdu. Babası bir ayakkabıcı, oğlunun eğitimi arzusuna karşı çıktı ve onu 13 yaşında bir ayakkabıcıya çıraklık yaptırdı. Neyse ki, Baekeland'ın annesi, ev hizmetçisi, onun aynı zamanda devlet lisesine gitmesine izin verdiğini ısrar etti. Orada Baekeland'ın ömür boyu kimya bağlılığı başladı.
Yakında genç Leo, kimya, mekanik ve fotoğrafçılık konularında gece derslerine de kayıt yaptırdı ve ücretini bir eczacının asistanı olarak çalışarak ödedi. 1880'de şehir bursuyla Ghent Üniversitesi'ne girdi - sadece 15 yıl önce August Kekule'nin modern organik kimyanın temel taşı haline gelen benzen halkasını tanımladığı üniversite.
Baekeland'ın Ghent'te güçlü bir danışmanı vardı, Kekule'nin eski öğrencisi Theodore Swarts. Swarts, Baekeland'ı öğrenci yıllarında ve ötesinde yönlendirdi. Üniversite 1887'de Baekeland'ı kimya yardımcı profesörü olarak atayınca, Swarts bunu parlak bir akademik kariyerin başlangıcı olarak gördü. Ancak Baekeland, saf kimyadan ziyade potansiyel uygulamalarına daha az ilgi duydu ve ikisi sık sık kavga etti. İstenerek veya istemeyerek, Baekeland, 26 yaşında Swarts'ın kızı Celine ile evlendiğinde ve iki gün sonra Amerika Birleşik Devletleri'ne gittiklerinde kavganın altını çizdi.
Genç çiftin Amerika'ya yaptığı yolculuk, yurtdışında akademik çalışmalar için aldığı bir seyahat bursundan finanse edildi. Ancak Baekeland asla saf kimyaya veya Belçika kökenlerine geri dönmedi. 1897'ye gelindiğinde, yeni ve heyecan verici bir ülkenin ve gelişmekte olan bir kimya endüstrisinin görünür bir parçasıydı.
New York'ta yerleşti, Columbia Üniversitesi profesörü Charles F. Chandler'ın himayesi sayesinde onu yerel bir fotoğraf malzemeleri şirketinde bir pozisyona getirdi. Bu da sırayla, yapay ışık kullanan yeni bir fotoğraf kağıdı olan Velox'un ilk büyük başarılı icadına yol açtı. George Eastman 1899'da Velox'un haklarını satın aldığında, Baekeland kendisine uygun herhangi bir bilimsel arayışa katılmak için maddi olarak özgürleşti.
Günümüzün çoğu göçmeni gibi, tamamen Amerikalı olmak istedi. Oğluna George Washington'ın adını verdi, Belçika aksanını aşmak için çok çalıştı ve -en azından kişisel günlüklerinde- Amerika ve Amerikalılar'ın tüm Avrupa şeylerinden üstün olduğuna dair sağlam bir inanç ifade etti. Mesleki ve kişisel coşkusu büyük ölçüde değişiyordu. Bilim insanları, günlüklerinin kimyanın potansiyeline hayran kalan, ancak uzun süre herhangi bir projede mahsur kalmayı istemeyen bir adamı gösterdiğini söylüyor. New York, Yonkers'ın kuzeyinde Hudson'ı gören iki mülk -biri Florida'da- ve "Ion" adını verdiği bir yat satın alarak refahını yaşadı. Otomobillerin güvenli olmasından çok önce hevesli bir araba sürücüsüydü, 1907'de ailesiyle birlikte Avrupa'yı arabayla gezdi ve araba motorlarıyla saatlerce uğraştı. Ve halka açık bir adamdı: Birinci Dünya Savaşı'nda, Baekeland Nitrat Tedarik Komisyonu'na atandı ve Ulusal Araştırma Konseyi'nin patent komitesi başkanı olarak görev yaptı. Amerika Kimya Mühendisleri Enstitüsü ve Amerika Elektrokimya Derneği başkanı olarak görev yaptı ve 1924'te Amerika Kimya Derneği Başkanı oldu.
Leo Hendrik Baekeland'ın hayatı, olağanüstü keşif ve gelişme dönemini kapsıyordu. 1944'te ölümünden önce, kurmasına yardımcı olduğu endüstrinin patlayıcı büyümesini ve yeni plastiklerin bir yelpazesini görme fırsatına sahipti.