Historia de los polímeros: el celuloide

Para alguien que vivía a mediados del siglo 19 y que estaba involucrado en el mundo de los materiales, debió haber sido un momento de desarrollo revolucionario.

En solo un año, 1846, la gutta percha se convirtió en el aislamiento de los cables de telégrafo, como se mencionó en el artículo anterior; se fabricaron neumáticos de goma para el carruaje de la reina Victoria; Alexander Parkes descubrió una técnica para vulcanizar el caucho a temperatura ambiente, y un experimento accidental, pero notable, inició el desarrollo tecnológico que condujo al material de la bola de billar de Hyatt.

Vulcanizar caucho a temperatura ambiente

El experimento fue realizado por Christian Friedrich Schönbein, profesor de química que enseñaba en la Universidad de Basilea, Suiza. Había descubierto el ozono unos años antes y había aprendido que una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico era un excelente agente oxidante.

Un día, mientras destilaba esta mezcla ácida en su cocina, volcó el matraz y rápidamente limpió el desorden con el objeto disponible que tenía a mano, un delantal de algodón.

Cuando intentó secar el delantal colgándolo sobre una estufa caliente, rápidamente estalló en llamas y desapareció. Se había creado celulosa nitrada, también conocida como algodón pólvora, y daría lugar a una serie de inventos que capitalizaron esta modificación de la celulosa.

Experimento con celulosa nitrada o algodón pólvora

El descubrimiento del algodón pólvora desencadenó una versión de la década de 1840 de la carrera armamentística, en la que se solicitaron patentes y los países que querían evitar el pago de licencias intentaron aplicar al invento la ingeniería inversa.

La extrema volatilidad del material provocó algunos accidentes espectaculares en toda Europa y Rusia a fines de la década de 1840, que finalmente llevaron a la prohibición de su desarrollo y a una pérdida de interés por seguir esos experimentos.

Colodión como sustituto del caucho

Sin embargo, durante ese tiempo, uno de los laboratorios que experimentó con nitrato de celulosa descubrió que podía disolverse en una combinación de éter y alcohol para formar una sustancia que se denominó colodión.

Una vez seco, el material se volvía resistente y transparente y podía servir como barniz o laca, un recubrimiento impermeable o una película delgada. También mostró potencial como sólido moldeable. En muchos aspectos mostraba las mismas capacidades que el caucho y la gutta percha, pero ofrecía la posibilidad de un menor costo.

Un concurso para desarrollar un nuevo material, capaz de reemplazar el marfil en la elaboración de bolas de billar, generó el desarrollo de los plásticos.

El mismo Alexander Parkes que desarrolló el proceso de vulcanización en frío obtuvo en 1856 una patente para este material moldeable.

Conocida como Parkesine, se exhibió en la Gran Exposición, la feria mundial que tuvo lugar en Londres en 1862.

Galardonado con la medalla de bronce en este evento, el material se exhibió en forma de muchos productos diferentes que crearon grandes expectativas. El material, incluso, se presentó en la forma de una bola de billar, un anticipo del desarrollo más conocido que vendría a finales de la década. Parkes utilizó diversos aceites vegetales como agente, que hoy llamaríamos plastificante, para lograr el necesario equilibrio de propiedades.

Pero la promesa de un costo más bajo nunca se cumplió. Los disolventes utilizados con el fin de producir colodión para sus otros usos, en medicina y fotografía, resultaron ser demasiado caros para la producción industrial de un material moldeable destinado a mercados más competitivos.

En un intento por lograr que el material fuera competitivo, Parkes recurrió al uso de desechos de algodón de baja calidad para hacer celulosa y agregó cantidades tan grandes del plastificante de aceite de ricino que el material perdió sus propiedades mecánicas y los productos que se fabricaban con él carecían de estabilidad dimensional.

El producto sufrió tal alto grado de variabilidad de lote a lote, que finalmente lo condenó como empresa comercial. Sin embargo, el invento se considera el primer plástico moldeable y allanó el camino para las mejoras que finalmente llevaron a la creación de Hyatt.

En este mismo período, Michael Phelan, el maestro jugador de billar mencionado también en el artículo del mes pasado, ofreció el premio de 10,000 dólares por una bola de billar hecha de un material que pudiera reemplazar adecuadamente el marfil.

Phelan también fue el inventor de un material acolchado para mesas de billar, de caucho, y poseía una participación en una empresa que fabricaba mesas de billar. Era muy consciente de la escasez de marfil que ponía en peligro el crecimiento de un pasatiempo cada vez más popular.

El impresor John Wesley Hyatt se sintió atraído por la posibilidad de reclamar el premio que se ofrecía, y comenzó a experimentar con diferentes métodos para hacer bolas de billar.

Las versiones iniciales consistían en combinaciones de tela, madera y piezas de papel unidas con varios pegamentos, barnices, lacas y otros adhesivos. Hyatt obtuvo su primera patente para una bola de marfil de imitación en 1865, producida a partir de tela de lino recubierta con goma laca y polvo de marfil o hueso y procesada bajo calor y presión.

Esta creación no era un sustituto adecuado del marfil, por lo que Hyatt continuó su experimentación y obtuvo una segunda patente en 1868 para otro intento, que consistía en papel y pulpa de madera combinados con goma laca y nuevamente procesados a altas temperaturas y presión.

Alcanfor en la creación de celuloide

Hyatt habría estado familiarizado con el colodión, ya que se usaba ampliamente en la curación de heridas y en la industria de la impresión para proteger a los operarios de abrasiones en las yemas de los dedos.

En otro de esos afortunados accidentes, Hyatt un día descubrió un colodión que se había derramado de su botella y había formado una película dura. Comenzó a recubrir su última versión de bolas de billar sumergiéndolas en colodión. Hyatt encontró los mismos problemas que había tenido Parkes con la creación de un material sólido y moldeable.

Así que continuó su trabajo para aumentar la viscosidad del material y desarrolló, finalmente, un compuesto que podría formarse alrededor de un núcleo de madera mediante alto calor y presión. En abril de 1869 se generó otra patente para este método mejorado de hacer bolas de billar.

Este invento recibió el nombre de celuloide y es conocido como el material inventado por Hyatt para reemplazar el marfil, aunque este nombre para el material solo se pensaría tres años después.

Curiosamente, las bolas de billar de celuloide nunca se fabricaron de manera comercial y nunca se enviaron a la compañía de Phelan para la consideración del premio de 10.000 dólares. Hyatt continuaría trabajando en el problema de la bola de billar en la primera parte del siglo 20 sin lograr el objetivo deseado de un reemplazo perfecto para el marfil.

Ese éxito llegaría en la primera década de 1900 de la mano de un inventor que nació al mismo tiempo que Hyatt comenzaba sus experimentos y cuya carrera tenía algunas intersecciones interesantes con la de Hyatt.

Hyatt, al revisar algunas de las antiguas patentes de Parkes, encontró la clave para convertir el celuloide en una masa moldeable mediante el uso de alcanfor como plastificante. Parkes había empleado alcanfor, pero solo en conjunción con otros disolventes.

Al centrarse en el alcanfor y continuar el empleo en su trabajo de alta presión y calor, Hyatt convirtió el colodión de Parkes en un material versátil que podía tener propiedades similares a las del caucho o la gutta percha simplemente variando la cantidad de alcanfor que se agregaba a la mezcla.

Durante el tiempo que Hyatt había trabajado en Estados Unidos en la creación de bolas de billar mejoradas, un socio de Alexander Parkes llamado Daniel Spill había asumido la fallida empresa comercial de Parkes en Inglaterra y también había descubierto la importancia del alcanfor en la fabricación de un material moldeable, al que llamó Xylonite.

Los inventos paralelos condujeron a la inevitable disputa por las patentes, que permaneció atascada en los tribunales de 1877 a 1884. En última instancia se decidió que tanto las invenciones de Spill como las de Hyatt se remontaban al trabajo de Parkes, quien fue considerado el inventor original del material. También se dictaminó que podía continuar toda la fabricación de productos de celuloide.

En nuestra próxima columna seguiremos la suerte del celuloide, ya que encontró un uso creciente en una variedad de formas que llevaron a la invención de otra importante técnica de procesamiento de plástico.

Acerca del autor

Michael Sepe.

Michael Sepe

Consultor independiente sobre materiales y procesamiento, a nivel global, cuya compañía, Michael P. Sepe, LLC, tiene su sede en Sedona, Arizona. Tiene más de 40 años de experiencia en la industria del plástico y asesora sus clientes en selección de materiales, diseño para manufactura, optimización de procesos, solución de problemas y análisis de fallos. Contacto: (928) 203-0408 • mike@thematerialanalyst.com