Войти
Элмер Кейзер Болтон (23 июня 1886 - 30 июля 1968) был американским химиком и руководителем исследований в DuPont, известный своей ролью в разработке неопрена и руководителем исследований, которые привели к открытию нейлона.
Болтон родился во Франкфорде, Филадельфия, Пенсильвания, он был старшим из двух братьев. Его отец управлял мебельным магазином на Мейн-стрит, и он, и его брат учились в государственной школе во Франкфорде и поступили в колледж. Болтон поступил в Бакнеллский университет в Льюисбурге, Пенсильвания и прошел классический курс, получив степень бакалавра искусств. степень в 1908 г. Оттуда он поступил в Гарвардский университет, получив степень A.M. степень в 1910 году и его докторская степень. в области органической химии в 1913 году. Его научным руководителем был Чарльз Лоринг Джексон, а его диссертация касалась химии.
Некоторыми другими выдающимися современниками Болтона в Гарвардской высшей школе были Роджер Адамс, Фаррингтон Дэниэлс, Фрэнк К. Уитмор, Джеймс Б. Самнер и Джеймс Брайант Конант. Адамс оказал особое влияние на карьеру Болтона. У них были разные интересы, но их было стремление к достижениям в области органической химии. В последующие годы Адамс оказал значительное влияние на идеи Болтона о промышленной поддержке химических исследований и студентов университетов.
В 1913 году Болтон получил стипендию Шелдона, которую он использовал для работы в Институте кайзера Вильгельма за пределами Берлина, Германия, в течение двух лет с профессором Ричард Вильштеттер. Здесь он работал над антоцианами, основной программой Willstätter, и опубликовал три статьи о выделении и структуре антоцианина пигментов. Вильштеттер, очевидно впечатленный способностями Болтона, но разочарованный его склонностью делать арифметические ошибки, прокомментировал: «Вы, должно быть, были кассиром в банке». К его удивлению, Болтон ответил, что раньше работал кассиром в банке, и именно так он оплачивал свой путь в колледже.
Болтон был очень впечатлен осторожным, логичным подходом Вильштеттера к решению исследовательской проблемы. Он считал, что это результат хорошей подготовки в немецкой университетской системе. Он также наблюдал за отношениями между немецкими университетами и промышленностью, которым не было аналогов в Соединенных Штатах. Другой аспект немецких исследований, который произвел впечатление на Болтона, - это попытка создать искусственный каучук. Эта работа имела большое значение для немецкой промышленности, а затем и для военных действий Германии во время Второй мировой войны, потому что у Германии не было свободного доступа к источникам натурального каучука. Кроме того, подход, используемый немцами, несомненно, привел к разработке неопренового каучука много лет спустя в DuPont Labs.
Болтон женился на Маргарите Л. Дункан в 1916 году, у них было трое детей, дочь и два сына. Он ушел из DuPont после выдающейся карьеры в 1951 году, но продолжал следить за научной литературой. Он умер 30 июля 1968 года в возрасте восьмидесяти двух лет.
С 1870-х годов до начала Первой мировой войны (1914) органическая химическая промышленность Германии была ведущей мировой силой в области исследований, разработок, производства и экспорта ; большинство органических соединений, используемых в Америке, таких как красители для тканей и некоторые лекарства, были импортированы из Германии. Нарушение этой торговли войной сначала представляло промышленную проблему, но одновременно давало возможность американским химическим компаниям удовлетворить потребности военного времени и укрепить свои позиции в этой области. Когда Болтон вернулся из Германии в 1915 году, он обнаружил, что американские химики-органики изо всех сил пытаются разработать методы производства этих соединений. Компании Dupont были нужны химики, и в 1915 году она наняла Болтона.
Болтон присоединился к химическому отделу на экспериментальной станции за пределами Уилмингтона, Делавэр, где проводились большинство исследований DuPont проведено. Будучи готовым к продвижению, он начал работать над синтезом глицерина. К 1916 году Болтон был выбран, чтобы возглавить группу Dye, которая была создана для исследования синтеза красителей. В то время Соединенные Штаты мало знали о производстве красителей, поэтому позже в 1916 году Болтон отправился в Англию, чтобы узнать о британских технологиях в этой области, и по возвращении он был назначен в офис Уилмингтона в качестве советника по красителям и промежуточным продуктам. В 1918 году он перешел в отдел красителей и был заместителем генерального директора завода в Лоди, где производились красители для шелка. В 1919 году он вернулся на химический факультет в качестве заведующего органическим отделом. За это время он многое узнал о разработке производственных процессов и разработал два принципа; что высокий приоритет должен быть отдан экономической и временной эффективности исследований, и что производственный процесс должен быть усовершенствован с использованием чистых материалов, а затем адаптирован для использования материалов, доступных для завода. Друг Болтона из Гарварда, Роджер Адамс в значительной степени разделял философию Болтона в своей работе в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейн.
В 1922 году DuPont реорганизовала свои исследования, разделив все исследовательское предприятие на четыре части, каждая из которых была назначена одной. из четырех производственных площадей. Болтон был назначен директором по исследованиям Департамента красителей, где его способности в этой должности быстро реализовались. Производство красителей требует синтеза большого количества промежуточных соединений, и Болтон понял, что их можно использовать во многих сферах деятельности за пределами Департамента красителей. К 1923 году его лаборатория работала над ускорителями для производства синтетического каучука и вскоре после этого расширила исследования, включив в него антиоксиданты для бензина и резины, инсектициды, семена <157.>дезинфицирующие средства и крупномасштабное производство тетраэтилсвинца.
В начале 1920-х годов спрос и предложение на натуральный каучук стали вызывать озабоченность. в международной торговле. После борьбы за каучук во время Первой мировой войны, когда война закончилась, произошло перенасыщение, что привело к снижению цен. В ноябре 1922 года в Англии был принят Закон Стивенсона, предназначенный для защиты производителей каучука путем ограничения производства и предотвращения разорительно низких цен. Но это вызвало большую озабоченность в Соединенных Штатах, потому что для поддержки растущего числа автомобилей в эксплуатации требовалось увеличение поставок резины. Синтетический каучук как практичный, прочный и доступный товар был проблемой, противостоявшей усилиям химиков в течение многих десятилетий. Болтон увидел в этом подходящее время для начала исследований DuPont в области синтетического каучука. Однако это исследование не начиналось всерьез до 1925 года, когда высокая цена каучука привлекла значительное внимание, и другие ученые, такие как Томас Эдисон, также проявили интерес к этой проблеме.
Работа группы Болтона над синтетическим каучуком началась с полимеризации бутадиена, полученного в результате гидрирования диацетилена, и поначалу не было особого прогресса. сделал. В конце 1925 года Болтон познакомился с химиком Джулиусом Артуром Ньивландом из Университета Нотр-Дам, который открыл способ полимеризации ацетилена с использованием закиси меди. катализатор. К сожалению, полученный полимер взорвался бы при ударе, но Болтон считал, что процесс можно модифицировать, чтобы получить стабильное соединение, которое заменит бутадиен в реакции. Болтон пригласил Ньивланда в проект в качестве консультанта DuPont, и Ньивланд научил химиков DuPont использовать свой катализатор. Был разработан A, который обеспечит хороший выход стабильного полимера, который искал Болтон. Хотя полимер обладал высокой химической стойкостью, он разрушался под воздействием света.
В 1927 году химический директор DuPont убедил компанию заняться фундаментальным исследованием синтетического каучука и получил на это финансирование в размере 250 000 долларов. В 1928 году Уоллес Карозерс, преподаватель Гарвардского университета, был нанят, чтобы возглавить вновь сформированную группу. Болтон работал в этой группе и к 1929 году обнаружил, что его полимер можно легко превратить в 2- хлорбутадиен (хлоропрен ) с добавлением хлористого водорода, катализируемого медью.. Этот материал был химически и светостойким и обладал свойствами синтетического каучука.
Новый материал был объявлен в отделении каучука Американского химического общества 2 ноября 1931 года и получил название Duprene (сегодня общее название neoprene ). К этому времени Закон Стивенсона был отменен, и началась Великая депрессия. Цены на каучук были низкими, а стоимость нового материала в двадцать раз превышала стоимость натурального каучука. Таким образом, первый неопрен DuPont никогда не заменял натуральный каучук, но он нашел коммерческое применение в приложениях, где требовалась резиновая смесь, более устойчивая к маслам и разложению вне помещений. Таким образом, он внес важный экономический вклад, хотя и не так, как первоначально предполагалось: вместо того, чтобы заменить запасы натурального каучука, как предполагалось, он увеличил их количество и расширил возможности применения каучука (как в натуральном, так и в искусственном виде). Сегодня применение неопрена включает: надувные лодки с жестким корпусом ; водолазные костюмы и водолазные костюмы ; перчатки, балаклавы, рюкзаки, сапоги и прочая защитная одежда; радиопоглощающий материал ; сантехника ; прокладки, шланги, уплотнения и ремни ; поролон (коврик для мыши, гидрокостюм ); ортезы ортопедические ; и твердое ракетное топливо (см. AGM-114 Hellfire ).
Когда Уоллес Карозерс пришел в DuPont в 1928 году, одной из задач его группы была разработка новых синтетических волокон для текстиля. В то время широко использовался ряд природных полимеров, таких как латекс и целлюлоза, вискоза как полусинтетический из нитрованной целлюлозы. недавно были усовершенствованы и начали перестраивать текстильную промышленность, и некоторые полностью синтетические полимеры, такие как бакелит, также были известны и использовались для определенных применений, но существующие полностью синтетические полимеры не могли быть вытянуты в волокна и прядут в нить, поэтому существовала прекрасная возможность производить нить и пряжу из синтетических полимеров для соединения или замены существующих на рынке волокон (натуральные волокна, такие как хлопок, шерсть, лен и шелк и искусственные волокна в различных недавно появившихся типах вискозы).
Принятый подход Группа Каротерса должна была адаптировать известные синтезы, которые производили короткоцепочечные полимеры, для получения длинноцепочечных молекул. Первым прорывом было обнаружение того, что бифункциональная этерификация может давать длинные молекулярные цепи, которые сегодня известны как алифатические полиэфиры, но в то время их называли. Затем было ключевое наблюдение Джулиана В. Хилла в апреле 1930 года, в котором было замечено, что суперполимеры можно вытягивать в расплавленном состоянии с образованием тонких прозрачных волокон, которые были намного прочнее, чем полимеры. в неотрисованном состоянии. Однако суперполимеры, которые группа смогла синтезировать, имели либо слишком низкую температуру кипения и недостаточное химическое сопротивление, либо слишком высокую температуру плавления для формования. К концу 1932 года весь проект был прекращен.
Болтон, ныне директор химического отдела, отказался сдаваться. Скорее всего, он знал о повторном открытии полиэтилена Эриком Фосеттом и в Imperial Chemical Industries в 1933 году. В начале 1934 года Болтон призвал Карозерса продолжить исследования. исследования, и Карозерс решил еще раз взглянуть на полиамиды.
Карозерс предположил, что проблема с полиамидами, которые были получены из ε- аминокапроновой кислоты, была вызвана реакциями циклизации, поэтому он заменил ε- аминокапроновую кислоту на 9-, которая не циклизуется. Это дало обнадеживающие результаты, поэтому группа Каротера приготовила полиамиды из множества соединений, включая аминокислоты и диамины. Лидирующим кандидатом на разработку стал полиамид 5/10 на основе пентаметилендиамина и. Он имел правильную температуру плавления, желаемые свойства в форме волокна и его можно было формовать без образования геля.
Болтон в этот момент принял смелое и характерно дальновидное решение. Он решил, что практические синтетические волокна не могут быть изготовлены из касторового масла, единственного практического источника себациновой кислоты. Использование сельскохозяйственного продукта в качестве первичного сырья означало бы, что новый синтетический материал будет иметь очень те же проблемы массового производства, что и существующие натуральные волокна. Вместо этого он хотел использовать бензол в качестве сырья для производства адипиновой кислоты и гексаметилендиамина для получения полиамида 6/6.
Этот полимер был впервые произведен в начале 1935 года, и благодаря одновременному развитию технологий прядения полиаминов из него можно было производить волокна. Волокна обладали высокой прочностью и эластичностью, были нечувствительны к обычным растворителям и плавились при 263 ° C, что значительно выше температуры глажки.
Болтон настаивал на том, чтобы каждый аспект синтеза этого полимера был тщательно проработан на пилотной установке на экспериментальной станции. Он настаивал на том, чтобы разработка началась с чистых материалов, а затем была адаптирована для использования материалов, доступных для завода в больших объемах.
27 октября 1938 года компания DuPont объявила о строительстве завода в Сифорде, штат Делавэр, по производству нейлона, первого в мире полностью синтетического волокна. Завод в Сифорде был, по сути, увеличенной версией экспериментального завода, и его запуск был на удивление безотказным.
