Целлулоид
Целлулоиды — это класс материалов, получаемых путем смешивания нитроцеллюлозы и камфоры , часто с добавлением красителей и других веществ. Целлулоид, когда-то гораздо более распространенный из-за его использования в качестве фотопленки до появления более безопасных методов, в настоящее время обычно используется для производства мячей для настольного тенниса , музыкальных инструментов, расчесок, офисного оборудования, корпусов перьевых ручек и медиаторов . [1] [2]
История
[ редактировать ]
Нитроцеллюлоза
[ редактировать ]Пластмассы на основе нитроцеллюлозы немного предшествуют целлулоиду. Коллодий , изобретенный в 1848 году и используемый в качестве повязки на раны и эмульсии для фотопластинок, высушивается до целлулоидной пленки.
Александр Паркс
[ редактировать ]Первый целлулоид в качестве сыпучего материала для формирования предметов был изготовлен в 1855 году в Бирмингеме , Англия, Александром Паркесом , который так и не смог увидеть, как его изобретение достигло полной реализации, после того как его фирма обанкротилась из-за затрат на масштабирование. [3] Паркс запатентовал свое открытие как паркезин в 1862 году после того, как обнаружил, что после испарения растворителя из фотографического коллодия остается твердый остаток. [4]
В том же году Паркс запатентовал его как водонепроницаемую ткань для одежды. Позже Паркс представил Паркезин на Международной выставке 1862 года в Лондоне, где за свои усилия он был награжден бронзовой медалью. Появление паркезина обычно считается рождением индустрии пластмасс. [3] Паркезин изготавливали из целлюлозы , обработанной азотной кислотой и растворителем . Компания Parkesine прекратила свою деятельность в 1868 году. Фотографии Parkesine хранятся в историческом обществе пластмасс Лондонском . На стене завода Parkesine Works в Хакни , Лондон, висит мемориальная доска. [5]
Джон Уэсли Хаятт
[ редактировать ]В 1860-х годах американец Джон Уэсли Хаятт приобрел патент Паркса и начал экспериментировать с нитратом целлюлозы с намерением изготовления бильярдных шаров , которые до этого времени делались из слоновой кости . Он использовал ткань, пыль из слоновой кости и шеллак , а 6 апреля 1869 года запатентовал метод покрытия бильярдных шаров с добавлением коллодия. При содействии Питера Киннера и других инвесторов [6] Хаятт основал компанию Albany Billiard Ball Company (1868–1986) в Олбани, штат Нью-Йорк , для производства этой продукции. В 1870 году Джон и его брат Исайя запатентовали процесс изготовления «рогообразного материала» с включением нитрата целлюлозы и камфоры. [7] Александр Паркс и Дэниел Спилл (см. ниже) перечислили камфору во время своих более ранних экспериментов, назвав полученную смесь «ксилонитом», но именно братья Хаятт осознали ценность камфоры и ее использование в качестве пластификатора нитрата целлюлозы. Они использовали тепло и давление, чтобы упростить производство этих соединений. Исайя Хаятт назвал этот материал «целлулоидом» в 1872 году. Позже Хаятты перевели свою компанию, которая теперь называется Celluloid Manufacturing Company, в Ньюарк, штат Нью-Джерси .
С течением времени целлулоид стал общепринятым термином, используемым для обозначения этого типа пластика. В 1878 году Хаятт смог запатентовать процесс литья термопластов под давлением, хотя потребовалось еще пятьдесят лет, прежде чем его можно было реализовать в коммерческих целях, а в последующие годы целлулоид использовался в качестве основы для фотопленки . [8]
Имитация слоновой кости
[ редактировать ]Развитие целлулоида было частично стимулировано желанием уменьшить использование слоновой кости, дефицит которой был вызван чрезмерной охотой. [9] Изобретение 1883 года позволило производителям целлулоида имитировать характерную текстуру слоновой кости, и к концу XIX века целлулоид продавался как более легкий (и в три раза более дешевый) материал. [10] ) заменитель слоновой кости под названиями «Иварин», «Ивалер», «Французская слоновая кость», «Парижская слоновая кость», «Зернистая слоновая кость» и «Пиралин из слоновой кости». [11]
Дэниел Спилл и юридические споры
[ редактировать ]Английский изобретатель Дэниел Спилл работал с Парксом и основал компанию Xylonite Co., чтобы взять на себя патенты Паркса, назвав новые пластиковые изделия « ксилонитом» . Он возразил против претензий Хаяттов и преследовал братьев в ряде судебных дел в период с 1877 по 1884 год. Первоначально судья вынес решение в пользу Спилла, но в конечном итоге было решено, что ни одна из сторон не имела исключительных прав и не является истинным изобретателем целлулоида. Ксилонитом был Александр Паркс, поскольку он упоминал камфору в своих более ранних экспериментах и патентах. [12] Судья постановил, что все производство целлулоида может продолжаться как в компании Spill's British Xylonite Company, так и в компании Hyatt's Celluloid Manufacturing Company.
Основное применение было в кино- и фотопленке, где до появления ацетатной защитной пленки в 1950-х годах использовалась только целлулоидная пленка. Целлулоид легко воспламеняется, его сложно и дорого производить, и он больше не используется широко.
Фотография
[ редактировать ]Английский фотограф Джон Карбутт основал компанию Keystone Dry Plate Works в 1879 году с намерением производить сухие пластины из желатина. [13] На эту работу был заключен контракт с компанией Celluloid Manufacturing Company, которая выполнялась путем нарезки тонких слоев из блоков целлулоида, а затем удаления следов среза с помощью нагретых прижимных пластин. После этого целлулоидные полоски покрывали светочувствительной желатиновой эмульсией. Неизвестно, сколько именно времени потребовалось Карбатту, чтобы стандартизировать свой процесс, но это произошло не позднее 1888 года. Лист пленки Карбатта шириной 15 дюймов (380 мм) использовался Уильямом Диксоном для первых Эдисона с кино экспериментов . на цилиндрическом барабане Кинетограф. Однако основа целлулоидной пленки, полученная таким способом, по-прежнему считалась слишком жесткой для нужд киносъемки.
К 1889 году более гибкие целлулоиды для фотопленки были разработаны , и Ганнибал Гудвин и компания Eastman Kodak получили патенты на пленочную продукцию. ( Ansco , которая приобрела патент Гудвина после его смерти, в конечном итоге выиграла иск о нарушении патентных прав против Kodak). Эта способность создавать фотографические изображения на гибком материале (в отличие от стеклянной или металлической пластины) стала решающим шагом на пути к появлению кинофильмов.
Использование
[ редактировать ]
Большинство кино- и фотопленок до широкого распространения ацетатных пленок в 1950-х годах были изготовлены из целлулоида. О его высокой воспламеняемости ходили легенды, поскольку он самовоспламеняется при воздействии температуры выше 150 °C перед горячим лучом кинопроектора. В то время как целлулоидная пленка была стандартной для 35-миллиметровых театральных постановок примерно до 1950 года, кинопленка для любительского использования, такая как пленка 16 мм и 8 мм, была на ацетатной «безопасной основе», по крайней мере, в США.
Целлулоид использовался для производства более дешевых ювелирных изделий, шкатулок для драгоценностей, аксессуаров для волос и многих предметов, которые раньше изготавливались из слоновой кости, рога или других дорогих продуктов животного происхождения. [1] В этих приложениях его часто называли «слоновой костью» или «французской слоновой костью», в честь разработанной во Франции формы целлулоида с линиями волокон, напоминающими слоновую кость . [14] Его также использовали для изготовления комплектов туалетных столиков, кукол, рамок для картин, брелоков, булавок для шляп, пуговиц, пряжек, частей струнных инструментов, аккордеонов , авторучек, ручек столовых приборов и кухонных принадлежностей. Основным недостатком материала была его горючесть. Вскоре его обогнали бакелит и каталин . Советские неваляшки изготавливались из целлулоида на производству бездымного пороха настольного тенниса – до 2014 года» . по до 1996 года, а мячи для заводах свойства, вращаются даже быстрее, чем сталь». [15]
Полочные часы и другие предметы мебели часто покрывались целлулоидом, похожим на шпон . Этот целлулоид был напечатан так, чтобы он выглядел как дорогое дерево или такие материалы, как мрамор или гранит. Компания по производству часов Сета Томаса купила права на его использование в качестве прочного покрытия у компании Celluloid Manufacturing Company в сентябре 1880 года и продавала его как «Адамантин». [16] Целлулоид позволил часовщикам создать типичные черные каминные часы позднего викторианского стиля таким образом, что деревянный корпус казался черным мрамором, а различные колонны и другие декоративные элементы корпуса выглядели как полудрагоценные камни. [17]
Целлулоид также был популярным материалом при изготовлении логарифмических линеек . В основном он использовался для покрытия деревянных поверхностей логарифмических линеек, например, в ранних линейках AW Faber , а также наконечников курсора, например, в Keuffel и Esser линейках .
Целлулоид по-прежнему используется для изготовления музыкальных инструментов, особенно аккордеонов и гитар. Целлулоид очень прочен, ему легко придавать сложные формы, он обладает отличными акустическими характеристиками в качестве покрытия для деревянных рам, поскольку не блокирует естественные поры древесины. Инструменты, покрытые целлулоидом, легко узнать по характерному для этого материала пылающему рисунку, напоминающему перламутр . Толстые целлулоидные панели готовятся на водяной бане , что превращает их в вещество, напоминающее кожу. Затем панели помещают в форму и оставляют затвердевать на срок до трех месяцев.
Формулировка
[ редактировать ]Типичная рецептура целлулоида может содержать от 70 до 80 частей нитроцеллюлозы , нитрованного до 11% азота , 30 частей камфоры , от 0 до 14 частей красителя, от 1 до 5 частей этилового спирта , а также стабилизаторов и других веществ для повышения стабильности и снижения воспламеняемости.
Производство
[ редактировать ]Целлулоид изготавливается из смеси химических веществ, таких как нитроцеллюлоза, камфора, спирт, а также красителей и наполнителей в зависимости от желаемого продукта. Первым шагом является преобразование сырой целлюлозы в нитроцеллюлозу путем проведения реакции нитрования . Это достигается путем воздействия на целлюлозные волокна водного раствора азотной кислоты; гидроксильные группы (-OH) затем будут заменены нитратными группами (-ONO 2 ) в целлюлозной цепи. Реакция может давать смешанные продукты в зависимости от степени замещения азота или процентного содержания азота в каждой молекуле целлюлозы; Нитрат целлюлозы содержит 2,8 молекулы азота на молекулу целлюлозы. Было установлено, что в реакции также следует использовать серную кислоту , чтобы, во-первых, катализировать группы азотной кислоты, чтобы обеспечить возможность замещения на целлюлозе, и, во-вторых, позволить группам легко и равномерно прикрепиться к целлюлозе. волокна, создавая нитроцеллюлозу лучшего качества. Затем изделие необходимо прополоскать, чтобы смыть свободные кислоты, не вступившие в реакцию с волокнами, высушить и размять. За это время добавляется раствор 50%-ной камфоры в спирте, который затем меняет структуру макромолекул нитроцеллюлозы на гомогенный гель нитроцеллюлозы и камфоры. Химическая структура до конца не изучена, но установлено, что на каждую единицу глюкозы приходится одна молекула камфоры. После смешивания масса прессуется в блоки под высоким давлением, а затем перерабатывается для конкретного использования. [18]
Азотирование целлюлозы — чрезвычайно пожароопасный процесс, при котором нередки даже заводские взрывы. Многие западные заводы по производству целлулоида закрылись после опасных взрывов, и только два завода в Китае продолжают работать.
Экологические опасности
[ редактировать ]Ухудшение
[ редактировать ]
Существует множество источников разрушения целлулоида, таких как термические, химические, фотохимические и физические. Самый характерный недостаток заключается в том, что по мере старения целлулоида молекулы камфоры «выдавливаются» из массы из-за неустойчивого давления, используемого при производстве. Это давление заставляет молекулы нитроцеллюлозы связываться друг с другом или кристаллизоваться, в результате чего молекулы камфоры выталкиваются из материала. Под воздействием окружающей среды камфора может подвергаться сублимации при комнатной температуре, а пластик превращается в хрупкую нитроцеллюлозу. Также при воздействии избыточного тепла нитратные группы могут оторваться и обнажить газы азота, такие как закись азота и оксид азота , [19] в воздух.
Другим фактором, который может вызвать это, является избыточная влага, которая может ускорить разрушение нитроцеллюлозы из-за присутствия нитратных групп, либо вновь фрагментированных под воздействием тепла, либо все еще удерживаемых в виде свободной кислоты при производстве. Оба эти источника позволяют накапливать азотную кислоту. Другая форма разрушения, фотохимическое разрушение, является серьезной для целлулоида, поскольку он хорошо поглощает ультрафиолет . Поглощенный свет приводит к разрыву цепи и ее затвердеванию. [18]
Среди коллекционеров антиквариата порчу целлулоида обычно называют «гнилью целлулоида». Химические процессы, происходящие при этом, до конца не изучены, но широко распространено мнение, что газы, выделяющиеся при гниении целлулоида, могут вызвать гниение целлулоида в близлежащих целлулоидных изделиях, которые ранее были неповрежденными. [20]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бальзер, Клаус; Хоппе, Лутц; Эйхер, Тео; Перемены, Мартин; Астаймер, Ханс-Иоахим; Штайнмайер, Ганс; Аллен, Джон М. (2004). «Эфиры целлюлозы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a05_419.pub2 . ISBN 9783527303854 .
- ↑ Андреа Пикс: Сага о целлюлозе. Архивировано 24 января 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б Художник Пол К.; Коулман, Майкл М. (2008). «Ранняя история полимеров» . Основы полимерной науки и техники . ДЭСтек>. стр. 7–9. ISBN 9781932078756 .
- ^ Патентное ведомство Великобритании (1857 г.). Патенты на изобретения . Патентное ведомство Великобритании. п. 255.
- ^ «Совет Хакни — первый пластик в мире» . hackney.gov.uk . 2012. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 9 января 2012 г.
- ^ Бассетт, Фред, изд. (2009). "Отчеты компании по производству бильярдных шаров Олбани, 1894–1944; основная часть 1915–1944" . NYSL.NYSED.gov . Олбани, штат Нью-Йорк, США: Библиотека штата Нью-Йорк, Отдел образования штата Нью-Йорк. Раздел «Рукописи и специальные коллекции». Архивировано из оригинала 5 января 2013 года . Проверено 5 января 2013 г.
- ^ «Патент США № 105338, выданный 12 июля 1870 г.» . Проверено 7 мая 2014 г.
- ^ «Историческое общество пластмасс» . Plastiquarian.com . Проверено 7 мая 2014 г.
- ^ Божо 2012 , с. 147.
- ^ Божо 2012 , с. 149.
- ^ Божо 2012 , с. 148.
- ^ Дэниел Спилл, Компания по производству целлулоида, США. Окружной суд (Нью-Йорк: Южный округ) Судебные документы по делу «Разлив против компании Celluloid Manufacturing Company»
- ^ «Джон Карбатт в Исторической камере - Исторической библиотеке» . historiccamera.com .
- ^ Грассо, Тони (1996). Ювелирные изделия из бакелита. Путеводитель коллекционера . Яблоко Пресс. п. 16. ISBN 1850766134 .
- ^ Орбанес, Филип (2004). Создатели игры: История братьев Паркер от Tiddledy Winks до Trivial Pursuit , с. 48. Гарвардский бизнес. ISBN 9781591392699 .
- ^ < https://clockhistory.com/sethThomas/products/adamantine/index.html >.
- ^ Ли, Чан Дуй (1996). Сет Томас Часы и механизмы . Книги США. ISBN 0-9647406-0-5 .
- ^ Jump up to: а б «JAIC 1991, Том 30, Номер 2, Статья 3 (стр. 145–162)». JAIC 1991, Том 30, Номер 2, Статья 3 (стр. 145–162). Веб. 18 ноября 2014 г. < http://cool.conservation-us.org/jaic/articles/jaic30-02-003_3.html >.
- ^ Спрингейт, Меган Э. (1997) «Пластик из нитрата целлюлозы (целлулоид) в археологических памятниках: идентификация и уход», «Северо-восточная историческая археология: Vol. 26 26: Вып. 1, статья 5.
- ^ «Спросите эксперта: все о гниении целлулоида и что с этим делать | Акустическая гитара» . 9 сентября 2021 г.
Источники
[ редактировать ]- Божо, Ариэль (2012), «Настоящая вещь»: целлулоидный туалетный столик и поиск подлинности», Викторианские модные аксессуары , Bloomsbury Publishing Plc, стр. 139–178, doi : 10.2752/9781472504517/Beaujot0006 , ISBN 9781472504517
Внешние ссылки
[ редактировать ]
