Дэвид Спенс (химия резины)
Дэвид Спенс | |
|---|---|
| Рожденный | 26 сентября 1881 г. Удни, Шотландия |
| Умер | 24 сентября 1957 г. (75 лет) Нью-Йорк, Нью-Йорк |
| Гражданство | Великобритания (1881–1906) США (1906–1957) |
| Альма-матер | Йенский университет (доктор философии, 1906 г.) |
| Награды | Медаль Чарльза Гудиера (1941) |
| Научная карьера | |
| Поля | Химия |
| Учреждения | Diamond Rubber, BF Goodrich, Norwalk Tire & Rubber, Международная резиновая компания |
| Диссертация | (1906) |
Дэвид Спенс (26 сентября 1881 г. - 24 сентября 1957 г.) был одним из пионеров химиков по производству каучуков . [1] Он помог военным усилиям во время Второй мировой войны , разработав новые способы извлечения натурального каучука из растений, а также работал над улучшением обработки каучука. На протяжении своей карьеры он работал над улучшением процессов окраски резиновых изделий и вулканизации каучука, а также над разработкой новых ускорителей для упрочнения натурального каучука более низкого качества. В 1941 году он стал первым лауреатом медали Чарльза Гудиера , присуждаемой Американским химическим обществом . [2]
Биография
[ редактировать ]Дэвид был сыном преподобного Александра Спенса (служителя Шотландской церкви) и его жены Агнес Спенс, урожденной Барклай (которые поженились в Скуни 15 июня 1876 года). Он родился в 7 часов утра 26 сентября 1881 года в особняке в Удни, графство Абердин, Шотландия. Он был «вакцинирован согласно свидетельству от 18 декабря 1881 года».
Спенс получил докторскую степень в Йенском университете в Германии в 1906 году. Три года спустя он принял должность директора исследовательской лаборатории в компании Diamond Rubber Company в Акроне, штат Огайо . [1]
Он остался в Diamond Rubber после того, как в 1912 году она была куплена Б. Ф. Гудричем . [3] Там ему удалось синтезировать изопрен для использования в синтетическом каучуке. Он покинул компанию в 1914 году и основал Norwalk Tire & Rubber Company, где был вице-президентом и менеджером до 1925 года. Он вышел на пенсию в 1931 году, после чего продолжил собственные исследования в области каучуков.
За свою карьеру он отвечал за разработку нескольких различных процессов: разработал ускорители процесса вулканизации; процесс девулканизации каучука; система извлечения натурального каучука из гваюлы ; и процесс изменения физических свойств резины. Во время Первой мировой войны он был консультантом Совета по военному производству Спенс возглавлял отдел каучука Национального исследовательского совета, а во время Второй мировой войны . В 1941 году он стал первым лауреатом медали Чарльза Гудиера. [2] Он умер 24 сентября 1957 года в Нью-Йорке. [4]
Научная карьера
[ редактировать ]
Органические ускорители
[ редактировать ]В первые годы производства каучука высококачественный натуральный каучук получали из дерева Hevea braziliensis , произрастающего в регионах, граничащих с рекой Амазонка . [5] Высококачественная резина продемонстрировала желаемые свойства, такие как высокая прочность на разрыв (более 2800 фунтов на квадратный дюйм) и двухчасовое время вулканизации . Вулканизация — это процесс, при котором натуральный каучук укрепляется путем сшивания различных полимерных цепей либо мостиками элементарной серы , либо другими молекулами, известными как ускорители. Однако высококачественный натуральный каучук был дорогим: цена превышала 1,50 доллара за фунт. [5] Компания Diamond Rubber экспериментировала с различными добавками, такими как йодид ртути и анилин , в попытке улучшить свойства резины более низкого качества. Добавление всего лишь от 2,5 до 6 процентов этих добавок улучшило прочность на разрыв резины низкого качества с 1800 фунтов на квадратный дюйм до 2800 фунтов на квадратный дюйм и сократило время вулканизации до 90 минут. Однако эти добавки отрицательно сказывались на сроке службы резины. В 1912 году Спенс работал с Джорджем Оэнслагером в компании Diamond Rubber над открытием различных добавок, позволяющих преодолеть эти недостатки. Используя анилиновые добавки Oenslager, Спенс обнаружил, что п-аминодиметиланилин является гораздо лучшим ускорителем, требующим добавления всего 0,5 весового процента в процесс вулканизации, чтобы значительно улучшить прочность резины на разрыв. [5] P-аминодиметиланилин был принят в качестве ускорителя компанией Diamond Rubber Company в 1912 году. [6]
Разработка гваюлы как альтернативы каучуку
[ редактировать ]На протяжении всей Второй мировой войны союзные войска страдали от нехватки латексного каучука из-за того, что Япония отрезала Америке доступ к малазийским каучуковым плантациям. Спенс вместе с другими учеными-союзниками изо всех сил пытался добыть еще один ресурс натурального каучука. Латекс, полученный из Parthenium argentatum , чаще называемого Guayule , был идеальным кандидатом на замену каучука благодаря свойствам вулканизированного каучука, полученного из Guayule, которые были похожи на каучук, производимый на каучуковых плантациях Малайзии. [7] Латекс из Гуаюлы был впервые получен в 1876 году путем экстракции латекса растворителем с использованием ацетона , и этот процесс экстракции использовался коммерчески компанией Diamond Rubber Company до 1930-х годов. [7] [8] Однако процесс экстракции ацетоном был слишком дорогим, чтобы удовлетворить большой спрос на каучук, вызванный Второй мировой войной, что послужило толчком к разработке более традиционных методов механической обработки для извлечения латекса. [7] Серьезной производственной проблемой при производстве латекса из гваюлы было то, что как масса извлеченного латекса, так и прочность латекса на разрыв падали из-за длительного времени хранения между сбором гваюлы и его обработкой. [7] Компания InterContinental Rubber поручила Спенсу решить эту проблему.
В 1933 году Спенс запатентовал методологию улучшения качества и выхода каучука, производимого из гваюлы с помощью традиционных механических методов. [8] В ходе расследования Спенс установил, что высыхание гваюлы является причиной высокой изменчивости как выхода, так и качества латекса. [8] Спенса Процессы вымачивания при обработке кустарника Гуаюла повысили как однородность урожая, так и качество каучука, получаемого с растения Гуаюла. Процесс вымачивания включал замачивание измельченного растения гуаюлы в 1% растворе пара-диметилфениламина, чтобы естественные бактерии и ферменты разлагали нежелательный растительный материал на водорастворимые побочные продукты, а также предотвращали окислительную потерю натурального каучука растения. . Эти побочные продукты затем можно было смыть в процессе измельчения. [8] Процесс вымачивания улучшил процесс измельчения гуаюлы более чем на шесть процентов и повысил прочность на разрыв с 1800-2000 фунтов на квадратный дюйм до 2800 фунтов на квадратный дюйм, что соответствует прочности на разрыв каучуковых деревьев. [8]
Синтетическое производство изопрена
[ редактировать ]
К сожалению, каучук завода в Гуаюле не удовлетворил американский спрос на каучук. Несмотря на то, что президент Франклин Д. Рузвельт накопил около 1 миллиона тонн каучука, годовой уровень потребления каучука в США составлял 600 тысяч тонн. [9] Поэтому были необходимы дополнительные поставки каучука, чтобы предотвратить дефицит каучука. Это стало бы серьезной уязвимостью для американской военной машины, поскольку каучук использовался для производства самых разных военных материалов. Президент Рузвельт поручил американской резиновой и нефтяной промышленности быстро разработать и внедрить заменители синтетического каучука, что привело к быстрому расширению обеих этих отраслей. [9] Чтобы решить проблему нехватки каучука, Спенс и ученые из Goodyear , Firestone , Goodrich и New Jersey Standard объединились в рамках соглашения о разделе патентов. [9] Целями проекта синтетического каучука было либо синтетическое производство мономера изопрена, либо объединение нескольких мономеров для производства подходящего синтетического заменителя каучука. Спенс вместе с доктором Александром Кларком разработал метод получения синтетического изопрена путем дегидратации 2,3-диметилбут-1-ен-3-ола и других спиртов с использованием ледяной уксусной кислоты. [10] За участие в синтезе мономера изопрена Спенс стал первым лауреатом медали Чарльза Гудиера . [2]
Разработка нового процесса вулканизации и крашения резиновых изделий.
[ редактировать ]Работая в Goodyear, Спенс изменил процессы вулканизации и нанесения цветных красителей на резину. Традиционно вулканизацию проводили на воздухе с использованием серы и других ускорителей. [11] Наблюдая за девулканизацией , Спенс заметил, что продукты разложения зависят от содержания кислорода в системе и что без кислорода каучук не может девулканизироваться. Основываясь на этих наблюдениях, Спенс разработал процесс вулканизации без кислорода , серы и ускорителей с использованием органических окислителей, таких как хиноны или органические пероксиды. Процесс вулканизации Спенса требовал помещения латексной смеси в забуференный раствор с pH 7 и нанесения на смесь органического окислителя в инертной атмосфере азота . [11]
Помимо усовершенствования процесса вулканизации, Спенс разработал метод нанесения красителей на сырую резину. [12] До метода Спенса красители применялись во время обработки каучука. Это оказалось слишком дорого и было ограничено термическим разложением красителей. [12] Погружение резиновых изделий в адсорбентную ванну с аминным красителем, гидратом натрия, хлоридом натрия и серной кислотой позволило красителям ковалентно связаться с резиновой матрицей. Амины в растворе вступали в реакцию с первичными аминами в каучуковой матрице с образованием азокрасителей на каучуковых волокнах. Было обнаружено, что эта методология окрашивания резины применима к сырым, вулканизированным и другим готовым резиновым изделиям. [12]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Ширер, Бенджамин Ф. (2007). Герои тыла: Биографический словарь американцев во время войны, Том 3 . Издательская группа Гринвуд. п. 935. ИСБН 978-0313334238 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Центр внимания синтетики на встрече по каучуку». Новости химии и техники . 26 (32): 2354–2355. 9 августа 1948 г. doi : 10.1021/cen-v026n032.p2354 .
- ^ «История Акрона, Огайо» (PDF) .
- ^ «НЕКРОЛОГИЯ». Новости химии и техники . 35 (41): 142–144. 14 октября 1957 г. doi : 10.1021/cen-v035n041.p142 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гир, туалет; Бедфорд, CW (24 января 1925 г.). «История органических ускорителей в резиновой промышленности». Промышленная и инженерная химия . 17 (4): 393–396. дои : 10.1021/ie50184a021 .
- ^ Оэнслагер, Джордж (февраль 1933 г.). «Органические ускорители». Промышленная и инженерная химия . 25 (2): 232–237. дои : 10.1021/ie50278a031 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Спенс, Дэвид (ноябрь 1925 г.). «Химия Гуаюлы». Промышленная и инженерная химия . 18 (1): 1125–1128. дои : 10.1021/ie50203a008 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Патент США 1918671 , Дэвид Спенс, «Каучук».
- ^ Перейти обратно: а б с Программа США по синтетическому каучуку . Акрон, Огайо: Отдел истории химии Американского химического общества и Управление коммуникаций. 29 августа 1998 г.
- ^ Патент США 1161904 , Дэвид Спенс и Александр Кларк, «Способ производства резиноподобных веществ из спиртов».
- ^ Перейти обратно: а б Патент США № 2265324 , Дэвид Спенс, «Модифицированная резина».
- ^ Перейти обратно: а б с Патент США № 1122653 , Дэвид Спенс, «Крашение резины и резиновых изделий».
Резина | |
|---|---|
| Химические типы | |
| Механические типы | |
| Добавки | |
| Переработка резины | |
| Промышленность | |
| Продукты | |
| Напрасно тратить | |
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
