110 éves a szintetikus műanyagipar – A bakelit felfedezése

A műanyagok szerves részét képezik mindennapi életünknek. Ha kicsit is körülnézünk a környezetünkben, hamar rájöhetünk, hogy műanyagok nélkül nehézkessé válna életünk, egyes problémák megoldhatatlanok lennének. Sokszor bele sem gondolunk abba, hogy a műanyagok ilyen mértékben történő alkalmazása mindössze az elmúlt, körülbelül 150 év vívmánya, ráadásul a legelső szintetikus (kémiai úton, mesterségesen, alkotóelemeiből előállított) polimert csak 1907-ben sikerült előállítani. Jelen cikkemben a Leo Baekeland-ről, valamint a szintetikus műanyagipar legelső polimeréről, a bakelitről olvashatnak.

Az 1800-as években először főként a természetben is megtalálható polimer láncok kinyerésével és azok esetleges módosításával jutottak alkalmazható műanyagokhoz. John Wesley Hyatt munkásságának köszönhetően 1868-ban sikerült előállítani a kámforral társított cellulóz-nitrátot, mely a hajlékony celluloid filmek hordozójának prototípusaként szolgált. Hamarosan a felfedezett műanyagot – nagyfokú gyúlékonysága ellenére – hétköznapi használati tárgyak alapanyagaként használták. Az 1900-as évek elején számos kutató ezeknek a természetes, vagy természetes polimer alapú műanyagok kiváltását szerette volna elérni, ezáltal pedig nagy mennyiségben rendelkezésre álló, jó és állandó minőségű szintetikus alapanyagot előállítani, mindennapi felhasználásra.

1.ábra Leo Baekeland, a bakelit feltalálója, a szintetikus műanyagkémia atyja

1. ábra Leo Baekeland, a bakelit feltalálója, a szintetikus műanyagkémia atyja

Leo Baekeland 1863-ban született Gent-ben (Belgium), ugyanitt vegyészként diplomázott, majd doktori fokozatot is szerzett maxima cum laude minősítéssel. A hírnevet és a gazdagságot elsőként, az általa felfedezett Velox fotópapír hozta meg; az általa alapított, a felfedezett fotópapír gyártásával foglalkozó céget röviddel létrehozását követően számottevő összegért (1 000 000 $-ért) adta el George Eastman-nek. A Velox fotópapír különlegességét az adta, hogy – szemben a korábbiakban alkalmazott fotópapírokkal – ezt mesterséges fény segítségével is elő lehetett hívni.

2.ábra A Baekeland áltla feltalált, később meggazdagodása alapjául szolgáló Velox fotópapír (A képen az Eastman Kodak gyár, Baekeland-től megvásárolt licenszjogok alapján gyártott terméke látható)

2. ábra A Baekeland áltla feltalált, később meggazdagodása alapjául szolgáló Velox fotópapír (A képen az Eastman Kodak gyár, Baekeland-től megvásárolt licenszjogok alapján gyártott terméke látható)

Baekeland 1899 után, a Velox fotópapír gyár eladását követően, saját laboratóriumában számos kísérletbe kezdett, laboránsának, Nathaniel Thurlow-nak segítségével. Elsődleges céljuk, a kor egyik elterjedt természetes gyantájának a sellak-nak a kiváltása volt. Kiindulásként az 1880-as évek végén Baeyer által már ismertetett fenol és formaldehid reakcióját vette alapul, és vizsgálta a hőmérséklet, a nyomás és az egyéb társítóanyagok hatását. Első terméke a fenol-formaldehid alapú sellak, más néven Novolak nem hozta meg számára a kívánt sikert.  További kísérletek eredményeként 1907-ben sikeresen kifejlesztettek egy új technológiát, melynek segítségével kordában tudták tartani ezt a lassú polikondenzációs reakciót. A térhálósodási folyamat megállítását követően a gyanta formába önthető, majd a hőmérséklet ismételt emelésével a térhálósodási folyamat befejezhető, melynek eredményeként a kapott műanyag a továbbiakban már nem ömleszthető meg.

3.ábra A híres hőmérséklet és nyomás szabályozására alkalmas, Baekeland által csak Bakelizernek nevezett reaktor, melyben az első bakelitet szintetizálták.

3. ábra A híres hőmérséklet és nyomás szabályozására alkalmas, Baekeland által csak Bakelizernek nevezett reaktor, melyben az első bakelitet szintetizálták.

A bakelit jó mechanikai tulajdonságainak, elektromos – és hőszigetelő tulajdonságainak köszönhetően meghódította a világot, és rövid időn belül számos területen alkalmazták. A Baekeland által alapított Bakelite Corporation nem véletlenül választotta logójaként a matematikából ismert végtelen jelet, mottójaként pedig a „The Material of a Thousand Uses”, azaz „Az alapanyag ezernyi alkalmazással” mondatot. A bakelit megjelent elektromos eszközök burkolatában (rádiók, telefonok), hétköznapi tárgyakban, úgymint kávéscsészék, ékszerek, borotvák, billiárdgolyók, fogantyúk alapanyagaként, de az autóiparban is közkedvelt műanyagnak számított. Az 1900-as évek elején gyakorlatilag egyeduralkodó volt, ám az 1930-1940-as évek között számos új, immár hőre lágyuló polimert is sikeresen szintetizáltak a világ különböző laboratóriumaiban (pl.: poliamid (1931), polietilén (1932), polisztirol (1939)), melyek a második világháborút követően széles körben is elterjedtté váltak.

4.ábra A bakelit változatos felhasználási módjai

4. ábra A bakelit változatos felhasználási módjai

Érdekességként megjegyzendő, hogy a bakelit szóról az emberek nagyon nagy többségének legelsőként a bakelit lemez jut eszébe, annak ellenére, hogy ilyen hanghordozókat sohasem készítettek bakelitből. Kezdetben sellakból előállított hanglemezeket később „vinilből”, azaz vinil-klorid és vinil-acetát kopolimeréből állították elő.

Az American Chemical Society által 1992-ben létrehozott National Historic Chemical Landmarks program (Nemzetközi Történelmi Kémiai Mérföldkövek) 1993-ben elsőként a Leo Baekeland által szabadalmaztatott bakelitet választotta a kémia egyik fontos mérföldkövének. El kell ismernünk, hogy ez a reakció utat nyitott a szintetikus műanyagok előállítása előtt, melynek eredményeként ma már csak Európában, évente 50 millió tonna műanyag terméket állítunk elő a változatos modern kori fogyasztói igényeink kielégítés érdekében.

Ezúton szeretném megköszönni Dobrovszky Károlynak a cikk alapötletét.

Források:

https://www.britannica.com/biography/Leo-Baekeland#ref22160

https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/bakelite.html

https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/bakelite/_jcr_content/articleContent/columnsbootstrap_0/column1/image.img.jpg/1382633716245.jpg

https://www.moma.org/interactives/objectphoto/assets/site/000/305/269/305269_original.jpg

http://ids.si.edu/ids/deliveryService?id=NMAH-2006-28231-000001

http://4.bp.blogspot.com/_Sqm75OVItts/TUMlNP1DuBI/AAAAAAAAG2E/dw1aX0WzBqs/s1600/Bakelite%202.jpg