Лео Бакеланд

Лео Бакеланд (полное имя — Лео Хендрик Артур Бакеланд, англ. Leo Hendrik Baekeland; 14 ноября 1863, Гент, Бельгия — 23 февраля 1944, Бикон, штат Нью-Йорк, США) — бельгийско-американский химик и изобретатель. Наиболее известен как создатель бакелита — первой в мире синтетической пластмассы, необратимо затвердевающей под воздействием тепла и давления (термореактивный полимер). Изобретение бакелита в 1907 году положило начало эпохе синтетических полимеров и оказало значительное влияние на развитие электротехники, автомобилестроения, радиопромышленности и бытовых товаров. Бакеланд также известен разработкой фотографической бумаги «Велокс» (Velox).

Биография

Ранние годы и образование

Лео Бакеланд родился в Генте, в семье сапожника-ремесленника. Несмотря на скромное происхождение, он проявил выдающиеся способности к науке. В 1880 году поступил в Гентский университет, где изучал химию. В 1884 году получил степень доктора химии, защитив диссертацию по синтезу и свойствам фенольных смол. В 1887 году стал профессором химии в том же университете.

Переезд в США и начало карьеры

В 1889 году, стремясь к более широким возможностям для научной и коммерческой деятельности, Бакеланд эмигрировал в США. Он устроился на работу в компанию E. & H. T. Anthony & Company, занимавшуюся производством фотографических материалов. В 1891 году он основал собственную компанию Nepera Chemical Company, где начал разработку новых фотографических эмульсий.

Изобретение фотобумаги «Велокс»

В 1893 году Бакеланд разработал новую фотографическую бумагу, названную «Велокс». Она позволяла проявлять фотографии при искусственном освещении, что было значительным усовершенствованием по сравнению с существовавшими тогда бумагами, требовавшими дневного света. В 1899 году он продал патент на «Велокс» компании Eastman Kodak за 750 000 долларов США (что эквивалентно примерно 25 миллионам долларов в ценах 2020-х годов). Это сделало его финансово независимым и позволило вплотную заняться исследованиями в области полимеров.

Создание бакелита

К началу XX века химики активно искали синтетическую замену природным материалам, таким как слоновая кость, шеллак и эбонит. Основным направлением было изучение реакции между фенолом и формальдегидом. Однако получаемые продукты были либо хрупкими, либо неплавкими и нерастворимыми, что затрудняло их промышленное применение.

Бакеланд систематически исследовал эту реакцию. Он экспериментировал с различными соотношениями реагентов, катализаторами и температурными режимами. В 1907 году он обнаружил, что при нагревании фенола и формальдегида под давлением образуется твёрдый, неплавкий и нерастворимый материал, который не размягчается при нагревании. Этот материал, названный бакелитом, обладал уникальными свойствами: высокой термостойкостью, отличными электроизоляционными характеристиками, устойчивостью к кислотам и растворителям, а также способностью принимать любую форму при литье под давлением.

Бакеланд запатентовал свой процесс в 1907 году (патент США № 942699). В 1909 году он публично продемонстрировал бакелит на заседании Американского химического общества, что вызвало огромный интерес. В 1910 году он основал компанию General Bakelite Company для промышленного производства нового материала.

Поздние годы и наследие

Бакеланд продолжал руководить своей компанией до 1939 года, когда она была объединена с Union Carbide and Carbon Corporation. Он ушёл из бизнеса, но оставался активным изобретателем и консультантом. Умер Лео Бакеланд в 1944 году в возрасте 80 лет в своём доме в Биконе, штат Нью-Йорк.

Бакелит: свойства и значение

Химическая природа

Бакелит является продуктом поликонденсации фенола и формальдегида. Реакция протекает в две стадии. На первой стадии образуется линейный олигомер (новолак), который плавится при нагревании. На второй стадии, при добавлении отвердителя (гексаметилентетрамина) и нагревании под давлением, происходит сшивка молекул в трёхмерную сетчатую структуру. В результате образуется термореактивный полимер, который не может быть повторно расплавлен или переработан.

Свойства

• Термостойкость: не размягчается при нагревании до 300 °C, не поддерживает горение.
• Электроизоляция: отличный диэлектрик, что сделало его незаменимым в электротехнике.
• Химическая стойкость: устойчив к действию большинства кислот, щелочей и органических растворителей.
• Механическая прочность: твёрдый, жёсткий, но хрупкий материал.
• Технологичность: легко поддаётся литью под давлением, прессованию и механической обработке.

Применение

Бакелит нашёл широчайшее применение в первой половине XX века:

• Электротехника: корпуса розеток, выключателей, патронов для ламп, изоляторы, распределительные щиты.
• Радиопромышленность: корпуса радиоприёмников, телефонных аппаратов, детали радиоаппаратуры.
• Автомобилестроение: детали систем зажигания, распределители, рулевые колёса.
• Бытовая техника: ручки кастрюль и сковородок, корпуса утюгов, фенов, электроплит.
• Ювелирное дело и галантерея: имитация янтаря, чёрного дерева, слоновой кости; бусы, броши, пуговицы, шахматные фигуры.
• Оружейная промышленность: приклады и цевья винтовок, пистолетные рукоятки.

Историческое значение

Изобретение бакелита считается началом эры пластиков. В отличие от целлулоида (полусинтетического материала, легковоспламеняемого и нестабильного), бакелит был полностью синтетическим, термостойким и технологичным. Он продемонстрировал, что синтетические полимеры могут превосходить природные материалы по многим параметрам. Бакелит стал символом индустриальной эпохи, эстетики ар-деко и модерна. В 1993 году Американское химическое общество признало изобретение бакелита национальной исторической химической достопримечательностью.

Критика и ограничения

Несмотря на революционность, бакелит имел и недостатки. Основным из них была хрупкость — детали из бакелита легко растрескивались при ударах. Кроме того, процесс производства был относительно медленным и дорогим, а сам материал имел ограниченную цветовую гамму (в основном тёмные тона — чёрный, коричневый, тёмно-зелёный). С развитием химии полимеров в середине XX века бакелит был вытеснен более дешёвыми и технологичными термопластами (полистирол, полиэтилен, полипропилен) и другими термореактивными пластиками (меламино-формальдегидные, эпоксидные смолы). Тем не менее, бакелит продолжает использоваться в некоторых специализированных областях, где требуется высокая термостойкость и электроизоляция.

Интересные факты

• Лео Бакеланд был удостоен множества наград, включая медаль Перкина (1916) и медаль Франклина (1940). Он был избран членом Национальной академии наук США.
• Бакелит часто называют «материалом тысячи применений». В 1920-1930-х годах из него изготавливали практически всё — от телефонных аппаратов до детских игрушек и бижутерии.
• Дом Бакеланда в Биконе, названный «Снаг-Харбор» (Snug Harbor), был спроектирован в стиле ар-деко и частично отделан бакелитовыми панелями.
• В 2019 году бакелит был включён в список «100 вещей, которые изменили мир» по версии журнала Time.

Источники

• Baekeland, L. H. (1909). «The Synthesis, Constitution, and Uses of Bakelite». Journal of Industrial and Engineering Chemistry.
• Crespy, D., & Bozonnet, M. (2010). «Leo Baekeland and the Invention of Bakelite». Chemical Heritage Magazine.
• Meikle, J. L. (1995). American Plastic: A Cultural History. Rutgers University Press.
• American Chemical Society. «National Historic Chemical Landmark: Bakelite».