Дэвид Спенс (химия резины) - David Spence (rubber chemistry)

Дэвид Спенс
Родившийся(1881-09-26)26 сентября 1881 г.
Удны, Шотландия
Умер24 сентября 1957 г.(1957-09-24) (в возрасте 75 лет)
Нью Йорк, Нью Йорк
ГражданствоСоединенное Королевство (1881-1906) Соединенные Штаты (1906-1957)
Альма-матерЙенский университет (Доктор философии, 1906 г.)
НаградыМедаль Чарльза Гудиера (1941)
Научная карьера
ПоляХимия
УчрежденияDiamond Rubber, B.F. Goodrich, Norwalk Tire & Rubber, Международная резиновая компания
Тезис (1906)

Дэвид Спенс (26 сентября 1881 - 24 сентября 1957) был одним из пионеров резинка химики.[1] Он помогал военным во время Вторая мировая война разработав новые способы извлечения натурального каучука из растений, и работал над улучшением обработки резины. В течение своей карьеры он работал над улучшением процессов окрашивания резиновых изделий и вулканизации резины, а также над разработкой новых ускорителей для упрочнения низкокачественного натурального каучука. В 1941 году он стал первым получателем Медаль Чарльза Гудиера награжден Американское химическое общество.[2]

биография

Дэвид был сыном преподобного Александра Спенса (министра церкви Шотландии) и его жены Агнес Спенс в девичестве Барклай (которые поженились в Скуни 15 июня 1876 года). Он родился в 7 часов утра 26 сентября 1881 года в особняке в Удни, округ Абердин, Шотландия. Он был «вакцинирован согласно справке от 18 декабря 1881 года».

Спенс получил докторскую степень в Йенский университет в Германии в 1906 году. Три года спустя он принял должность директора исследовательской лаборатории в Diamond Rubber Company в г. Акрон, Огайо.[1]

Он остался в Diamond Rubber после того, как его купил Б.Ф. Гудрич в 1912 г.[3] Там ему удалось синтезировать изопрен для использования в синтетическом каучуке. Он покинул компанию в 1914 году и основал Norwalk Tire & Rubber Company, где он был вице-президентом и менеджером до 1925 года. Он вышел на пенсию в 1931 году, после чего продолжил собственные исследования в области каучука.

В течение своей карьеры он отвечал за разработку нескольких различных процессов: он разработал ускорители для процесса вулканизации; процесс девулканизации резины; система для извлечения натурального каучука из гуаюла; и способ изменения физических свойств резины. В течение Первая Мировая Война, Спенс возглавлял отдел каучука Национального исследовательского совета и был консультантом Совет по военному производству в течение Вторая Мировая Война. В 1941 году он стал первым лауреатом медали Чарльза Гудиера.[2] Он умер 24 сентября 1957 года в Нью-Йорке.[4]

Научная карьера

Пара-аминодиметиланилин

Органические ускорители

В первые годы производства каучука из дерева получали высококачественный натуральный каучук, Hevea braziliensis, найденный в регионах, граничащих с рекой Амазонка.[5] Каучук высокого качества демонстрирует желаемые свойства, такие как высокая прочность на разрыв (более 2800 фунтов на квадратный дюйм) и двухчасовой вулканизация время. Вулканизация - это процесс, при котором натуральный каучук укрепляется сшивание различные полимерные цепи, с любыми элементарными сера мосты или другие молекулы, известные как ускорители. Однако высококачественный натуральный каучук стоил дорого и превышал 1,50 доллара за фунт.[5] Diamond Rubber экспериментировала с различными добавками, такими как йодид ртути и анилин, в попытке улучшить свойства резины более низкого качества. Добавление от 2,5 до 6 процентов этих добавок улучшило предел прочности на разрыв низкокачественной резины с 1800 фунтов на квадратный дюйм до 2800 фунтов на квадратный дюйм и сократило время вулканизации до 90 минут. Однако эти добавки отрицательно сказались на сроке службы резины. В 1912 году Спенс работал с Джордж Энслагер в Diamond Rubber, чтобы найти различные добавки для устранения этих недостатков. Работая с анилиновыми добавками Oenslager, Спенс обнаружил, что п-аминодиметиланилин был намного более совершенным ускорителем, для которого в процессе вулканизации требовалось всего 0,5 мас.%, чтобы значительно улучшить прочность резины на разрыв.[5] П-аминодиметиланилин был выбран в качестве ускорителя Diamond Rubber Company в 1912 году.[6]

Традиционная серозависимая вулканизация с пара-аминодиметиланилином в качестве ускорителя

Разработка гуаюлы как альтернативы резине

На протяжении Второй мировой войны союзные силы страдали от нехватки латексного каучука из-за того, что Япония перекрыла доступ Америки к каучуковым плантациям Майласа. Спенс вместе с другими учеными-союзниками пытался заполучить еще один ресурс натурального каучука. Латекс, полученный из Parthenium argentatum, чаще называемый Гуаюле, был идеальным кандидатом в качестве замены каучука из-за свойств вулканизированного каучука, произведенного из Гуаюле, которые были аналогичны каучуку, произведенному на плантациях каучука Майласии.[7] Латекс из Гуаюле был впервые получен в 1876 году путем экстракции латекса растворителем с использованием ацетон, и этот процесс экстракции коммерчески использовался компанией Diamond Rubber Company до 1930-х годов.[7][8] Однако процесс экстракции ацетоном был слишком дорогим для удовлетворения большого спроса на каучук, вызванного Второй мировой войной, что послужило толчком для разработки более традиционных методов механической обработки для извлечения латекса.[7] Существенная производственная проблема при производстве латекса из Гуаюле заключалась в том, что как масса извлеченного латекса, так и предел прочности латекса на разрыв снизились из-за длительного времени хранения между сбором гуаюле и его переработкой.[7] Intercontinental Rubber поручила Спенсу решить эту проблему.

Кустарник Гуаюле

В 1933 году Спенс запатентовал методики для улучшения качества и выхода каучука, производимого из Гуаюле с помощью обычных механических технологий.[8] Проведя исследование, Спенс определил, что сушка гвайюле является причиной высокой изменчивости как выхода, так и качества латекса.[8] Спенса мочить Процессы обработки кустарника Гуаюле повысили как однородность урожая, так и качество каучука, получаемого из растения Гуаюле. Процесс вымачивания включал замачивание измельченного растения гваюле в 1% растворе пара-диметилфениламина, чтобы природные бактерии и ферменты разлагали нежелательный растительный материал на водорастворимые побочные продукты и предотвращали окислительную потерю натурального каучука растения. . Эти побочные продукты затем могут быть смыты в процессе измельчения.[8] Процесс вымачивания улучшил процесс извлечения гуаюле при измельчении более чем на шесть процентов и улучшил предел прочности на разрыв с 1800-2000 фунтов на квадратный дюйм до 2800 фунтов на квадратный дюйм, что сопоставимо с прочностью на растяжение каучуковых деревьев.[8]

Синтетическое производство изопрена

Синтетический способ производства мономера изопрена из различных исходных материалов.

К сожалению, каучук с завода в Гуаюле не удовлетворил американский спрос на каучук. Хотя Президент Франклин Д. Рузвельт накопило около 1 миллиона тонн каучука, годовой уровень потребления в США составлял 600 тысяч тонн каучука.[9] Поэтому потребовались дополнительные запасы резины, чтобы избежать нехватки резины. Это могло бы стать серьезной уязвимостью американской военной машины, поскольку каучук использовался для производства самых разнообразных 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 Хороший год, Firestone, Goodrich и New Jersey Standard заключили соглашение о совместном использовании патента.[9] Цели проекта синтетического каучука заключались в том, чтобы либо синтетическим путем произвести мономер изопрена, либо объединить несколько 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] Благодаря его участию в синтезе мономера изопрена, Спенс был первым получателем Медаль Чарльза Гудиера.[2]

Разработка нового процесса вулканизации и окрашивания резиновых изделий.

Работая в Goodyear, Спенс изменил процессы вулканизации и нанесения цветных красителей на резину. Традиционно вулканизация проводилась на воздухе с использованием серы и других ускорителей.[11] Наблюдая девулканизация 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 кислород процесс вулканизации без содержания серы и ускорителей с использованием органических окислителей, таких как хиноны или органические пероксиды. Процесс вулканизации Спенса требовал помещения латексной смеси в буферный раствор с pH 7 и применения органического окислителя к смеси в инертной атмосфере азот.[11]

Анаэробная вулканизация через бензилпероксид

В дополнение к переработке процесса вулканизации Спенс разработал метод нанесения красителей на необработанный каучук.[12] До метода Спенса красители применялись во время обработки резины. Это оказалось слишком дорогим и ограничивалось термическим разложением красителей.[12] Погружение резиновых изделий в ванну адсорбента, содержащую аминовый краситель, гидрат натрия, хлорид натрия и серную кислоту, позволило красителям ковалентно связываться с резиновой матрицей. Амины в растворе реагируют с первичными аминами в резиновой матрице с образованием азокрасители на резиновых волокнах. Было обнаружено, что этот метод окрашивания резины применим к необработанным, вулканизированным и другим изделиям из резины.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б Ширер, Бенджамин Ф. (2007). Герои тыла: Биографический словарь американцев во время войны, Том 3. Издательская группа «Гринвуд». п. 935. ISBN  0313334234.
  2. ^ а б c «Центр внимания синтетики на резиновой встрече». Новости химии и машиностроения. 26 (32): 2354–2355. 9 августа 1948 г. Дои:10.1021 / cen-v026n032.p2354.
  3. ^ "История Акрона Огайо" (PDF).
  4. ^ «НЕКРОЛОГИЯ». Новости химии и машиностроения. 35 (41): 142–144. 14 октября 1957 г. Дои:10.1021 / cen-v035n041.p142.
  5. ^ а б c Geer, W. C .; Бедфорд, К. У. (24 января 1925 г.). «История органических ускорителей в резиновой промышленности». Промышленная и инженерная химия. 17 (4): 393–396. Дои:10.1021 / ie50184a021.
  6. ^ Oenslager, Джордж (февраль 1933 г.). «Органические ускорители». Промышленная и инженерная химия. 25 (2): 232–237. Дои:10.1021 / ie50278a031.
  7. ^ а б c d Спенс, Дэвид (ноябрь 1925 г.). «Химия Гуаюле». Промышленная и инженерная химия. 18 (1): 1125–1128. Дои:10.1021 / ie50203a008.
  8. ^ а б c d е патент 1918671, Дэвид Спенс, "Резина" 
  9. ^ а б c Программа США по синтетическому каучуку. Акрон, Огайо: Отдел истории химии Американского химического общества и Управление коммуникаций. 29 августа 1998 г.
  10. ^ патент 1161904, Дэвид Спенс и Александр Кларк, «Процесс производства резиноподобных веществ из спиртов» 
  11. ^ а б патент 2,265,324, Дэвид Спенс, «Модифицированная резина» 
  12. ^ а б c патент 1122653, Дэвид Спенс, «Крашение резины и резиновых изделий»