David Spence (chemia gumy)
Davida Spence'a | |
|---|---|
| Urodzić się |
26 września 1881 Udny, Szkocja
|
| Zmarł | 24 września 1957 ( w wieku 75) ( Nowy Jork, Nowy Jork
|
| Obywatelstwo | Wielka Brytania (1881-1906) Stany Zjednoczone (1906-1957) |
| Alma Mater | Uniwersytet w Jenie (doktorat, 1906) |
| Nagrody | Medal Charlesa Goodyeara (1941) |
| Kariera naukowa | |
| Pola | Chemia |
| Instytucje | Diamond Rubber, BF Goodrich, Norwalk Tire & Rubber, International Rubber Company |
| Praca dyplomowa | (1906) |
David Spence (26 września 1881 - 24 września 1957) był jednym z pionierów chemików gumy . Pomógł w wysiłkach wojennych podczas II wojny światowej , opracowując nowe sposoby pozyskiwania kauczuku naturalnego z roślin i pracował nad ulepszeniem przetwarzania kauczuku. W trakcie swojej kariery pracował nad ulepszeniem procesów barwienia wyrobów gumowych i wulkanizacji gumy oraz nad rozwojem nowych przyspieszaczy do wzmacniania kauczuku naturalnego niższej jakości. W 1941 roku został pierwszym laureatem Medalu Charlesa Goodyeara , przyznawanego przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne .
Biografia
David był synem wielebnego Alexandra Spence'a (ministra Kościoła Szkocji) i jego żony Agnes Spence z domu Barclay (którzy pobrali się w Scoonie 15 czerwca 1876 r.). Urodził się 26 września 1881 roku o godzinie 7:00 w The Manse w Udny w hrabstwie Aberdeen w Szkocji. Był „szczepiony zgodnie z zaświadczeniem z dnia 18 grudnia 1881”.
Spence uzyskał doktorat na Uniwersytecie w Jenie w Niemczech w 1906 roku. Trzy lata później przyjął stanowisko dyrektora laboratorium badawczego w firmie Diamond Rubber Company w Akron w stanie Ohio .
Przebywał w Diamond Rubber po tym, jak został zakupiony przez BF Goodrich w 1912 roku. Tam udało mu się zsyntetyzować izopren do zastosowania w kauczuku syntetycznym. Opuścił firmę w 1914 roku i założył firmę Norwalk Tire & Rubber Company, w której był wiceprezesem i kierownikiem do 1925 roku. Przeszedł na emeryturę w 1931 roku, po czym kontynuował własne badania nad gumą.
W swojej karierze był odpowiedzialny za opracowanie kilku różnych procesów: opracował akceleratory do procesu wulkanizacji; proces dewulkanizacji gumy; system ekstrakcji kauczuku naturalnego z gwajuli ; oraz sposób modyfikowania fizycznych właściwości gumy. Podczas I wojny światowej Spence kierował działem kauczuku National Research Council, a podczas II wojny światowej był konsultantem Rady ds. Produkcji Wojennej . W 1941 roku został pierwszym laureatem Medalu Charlesa Goodyeara. Zmarł 24 września 1957 roku w Nowym Jorku.
Kariera naukowa
Akceleratory organiczne
W pierwszych latach produkcji kauczuku pozyskiwano wysokiej jakości kauczuk naturalny z drzewa Hevea braziliensis , występującego w rejonach graniczących z Amazonką . Wysokiej jakości kauczuk wykazywał pożądane właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość na rozciąganie (powyżej 2800 psi) i dwugodzinny czas wulkanizacji . Wulkanizacja to proces, w którym kauczuk naturalny jest wzmacniany poprzez sieciowanie różnych łańcuchów polimerowych mostkami siarki elementarnej lub innymi cząsteczkami znanymi jako przyspieszacze. Jednak wysokiej jakości kauczuk naturalny był drogi, a jego cena przekraczała 1,5 dolara za funt. Firma Diamond Rubber eksperymentowała z różnymi dodatkami, takimi jak jodek rtęci i anilina , próbując poprawić właściwości gumy niższej jakości. Dodanie zaledwie 2,5 do 6 procent tych dodatków poprawiło wytrzymałość na rozciąganie gumy niskiej jakości z 1800 psi do 2800 psi i skróciło czas wulkanizacji do 90 minut. Jednak te dodatki były szkodliwe dla żywotności gumy. W 1912 roku Spence pracował z George'em Oenslagerem w Diamond Rubber, aby odkryć różne dodatki, które przezwyciężyłyby te niedociągnięcia. Pracując nad dodatkami aniliny Oenslagera, Spence odkrył, że p-aminodimetyloanilina jest znacznie lepszym przyspieszaczem, wymagającym jedynie 0,5 procenta wagowego dodanego do procesu wulkanizacji, aby znacznie poprawić wytrzymałość gumy na rozciąganie. P-aminodimetyloanilina została przyjęta jako przyspieszacz z wyboru przez Diamond Rubber Company w 1912 roku.
Rozwój guayule jako alternatywy dla kauczuku
Przez całą II wojnę światową siły alianckie cierpiały z powodu niedoboru kauczuku lateksowego z powodu odcięcia przez Japonię dostępu Ameryki do plantacji kauczuku Majów. Spence wraz z innymi sprzymierzonymi naukowcami starał się zabezpieczyć kolejne zasoby naturalnego kauczuku. Lateks pochodzący z Parthenium argentatum , częściej nazywany Guayule , był idealnym kandydatem na kauczuk zastępczy ze względu na właściwości wulkanizowanego kauczuku produkowanego z Guayule, które były podobne do kauczuku produkowanego z plantacji kauczuku Majów. Lateks z Guayule został po raz pierwszy przygotowany w 1876 roku poprzez ekstrakcję lateksu rozpuszczalnikiem przy użyciu acetonu , a ten proces ekstrakcji był używany komercyjnie przez firmę Diamond Rubber Company aż do lat trzydziestych XX wieku. Jednak proces ekstrakcji acetonem był zbyt kosztowny, aby zaspokoić duże zapotrzebowanie na kauczuk spowodowane II wojną światową, co stworzyło impuls do opracowania bardziej konwencjonalnych metod obróbki mechanicznej w celu ekstrakcji lateksu. Znaczącym wyzwaniem produkcyjnym w produkcji lateksu z Guayule było to, że zarówno masa wyekstrahowanego lateksu, jak i wytrzymałość lateksu na rozciąganie spadły z powodu długiego czasu przechowywania między zbiorem Guayule a jego obróbką. Firma Intercontinental Rubber zleciła Spence rozwiązanie tego wyzwania.
.jpg)
Spence opatentował metodologie mające na celu zarówno poprawę jakości, jak i wydajności kauczuku produkowanego z Guayule za pomocą konwencjonalnych technik mechanicznych w 1933 r. Po zbadaniu Spence ustalił, że suszenie Guayule było odpowiedzialne za dużą zmienność zarówno wydajności, jak i jakości lateksu. Proces roszenia Spence'a podczas obchodzenia się z krzewem Guayule zwiększył zarówno jednorodność plonu, jak i jakość kauczuku pozyskiwanego z rośliny Guayule. Proces roszenia obejmował moczenie zmiażdżonej rośliny Guayule w 1% roztworze para-dimetylofenyloaminy, aby naturalnie występujące bakterie i enzymy rozłożyły niechciany materiał roślinny na rozpuszczalne w wodzie produkty uboczne i aby zapobiec utleniającej utracie naturalnego kauczuku rośliny . Te produkty uboczne mogą następnie zostać wypłukane podczas procesu mielenia. Proces roszenia poprawił proces ekstrakcji mielenia Guayule w górę o sześć procent i poprawił wytrzymałość na rozciąganie z 1800-2000 psi w górę do 2800 psi, czyli wytrzymałość na rozciąganie porównywalną z wytrzymałością drzew kauczukowych.
Syntetyczna produkcja izoprenu
Niestety kauczuk z fabryki Guayule nie zaspokoił amerykańskiego zapotrzebowania na kauczuk. Mimo że prezydent Franklin D. Roosevelt zgromadził około 1 miliona ton kauczuku, roczna stopa zużycia w USA wynosiła 600 tysięcy ton kauczuku. Dlatego potrzebne były dodatkowe dostawy kauczuku, aby zapobiec niedoborom kauczuku. Stanowiłoby to poważną lukę w amerykańskiej machinie wojennej, ponieważ guma była używana do produkcji szerokiej gamy materiałów wojennych. Prezydent Roosevelt zlecił amerykańskiemu przemysłowi gumowemu i naftowemu szybkie zaprojektowanie i wdrożenie zamienników kauczuku syntetycznego, co doprowadziło do szybkiego rozwoju obu tych gałęzi przemysłu. Aby rozwiązać problem niedoboru kauczuku, Spence i naukowcy z firm Goodyear , Firestone , Goodrich i New Jersey Standard połączyli siły w ramach umowy o udostępnianiu patentów. Celem projektu kauczuku syntetycznego było albo syntetyczne wytworzenie monomeru izoprenu, albo połączenie wielu monomerów w celu wytworzenia odpowiedniego syntetycznego zamiennika kauczuku. Spence wraz z dr Alexandrem Clarkiem opracowali metodę wytwarzania syntetycznego izoprenu poprzez odwodnienie 2,3-dimetylobut-1-en-3-olu i innych alkoholi przy użyciu lodowatego kwasu octowego. Dzięki zaangażowaniu w syntezę monomeru izoprenu Spence był pierwszym laureatem Medalu Charlesa Goodyeara .
Opracowanie nowatorskiego procesu wulkanizacji i barwienia wyrobów gumowych
Pracując w Goodyear, Spence zmienił procesy wulkanizacji i nakładania kolorowych barwników na gumę. Tradycyjnie wulkanizację prowadzono w powietrzu, z użyciem siarki i innych przyspieszaczy. Obserwując dewulkanizację , Spence zauważył, że produkty rozkładu były zależne od zawartości tlenu w układzie i że bez tlenu guma nie ulegała dewulkanizacji. Na podstawie tych obserwacji Spence opracował tlenu , siarki i przyspieszaczy przy użyciu utleniaczy organicznych, takich jak chinony lub nadtlenki organiczne. Proces wulkanizacji Spence'a wymagał umieszczenia mieszaniny lateksu w buforowanym roztworze o pH 7 i nałożenia na mieszaninę utleniacza organicznego w obojętnej atmosferze azotu .
Oprócz ponownego opracowania procesu wulkanizacji Spence opracował metodę nakładania barwników na surową gumę. Przed metodą Spence'a barwniki nakładano podczas obróbki gumy. Okazało się to zbyt kosztowne i było ograniczone przez rozkład termiczny barwników. Zanurzenie wyrobów gumowych w kąpieli adsorpcyjnej barwnika aminowego, wodzianu sodu, chlorku sodu i kwasu siarkowego pozwoliło na kowalencyjne związanie barwników z matrycą gumową. Aminy w roztworze reagowały z pierwszorzędowymi aminami w gumowej matrycy, tworząc barwniki azowe na włóknach gumy. Stwierdzono, że ta metodologia barwienia gumy ma zastosowanie do surowych, wulkanizowanych i innych wyrobów gumowych.
