David Spence (26 de septiembre de 1881 – 24 de septiembre de 1957) fue uno de los químicos pioneros del caucho . [1] Contribuyó al esfuerzo bélico durante la Segunda Guerra Mundial ideando nuevas formas de extraer cauchos naturales de las plantas y trabajó para mejorar el procesamiento del caucho. A lo largo de su carrera, trabajó para mejorar los procesos de teñido de productos de caucho y la vulcanización del caucho, y en el desarrollo de nuevos acelerantes para fortalecer el caucho natural de menor calidad. En 1941, se convirtió en el primer receptor de la Medalla Charles Goodyear , otorgada por la Sociedad Química Estadounidense . [2]
David era hijo del reverendo Alexander Spence (ministro de la Iglesia de Escocia) y su esposa, Agnes Spence, de soltera Barclay (que se casaron en Scoonie el 15 de junio de 1876). Nació a las 7:00 a. m. del 26 de septiembre de 1881 en The Manse at Udny, Aberdeen County, Escocia. Fue "vacunado según el certificado de fecha 18 de diciembre de 1881".
Spence obtuvo su doctorado en la Universidad de Jena, en Alemania, en 1906. Tres años más tarde, aceptó un puesto como director del laboratorio de investigación en la Diamond Rubber Company en Akron, Ohio . [1]
Se quedó en Diamond Rubber después de que BF Goodrich la comprara en 1912. [3] Allí, logró sintetizar isopreno para su uso en caucho sintético. Dejó la empresa en 1914 y fundó Norwalk Tire & Rubber Company, donde fue vicepresidente y gerente hasta 1925. Se jubiló en 1931, después de lo cual continuó realizando su propia investigación sobre el caucho.
Durante su carrera, fue responsable del desarrollo de varios procesos diferentes: desarrolló aceleradores para el proceso de vulcanización; un proceso para desvulcanizar el caucho; un sistema para extraer caucho natural del guayule ; y un proceso para modificar las propiedades físicas del caucho. Durante la Primera Guerra Mundial , Spence dirigió la División de Caucho del Consejo Nacional de Investigación y fue consultor de la Junta de Producción de Guerra durante la Segunda Guerra Mundial . En 1941, se convirtió en el primer destinatario de la Medalla Charles Goodyear. [2] Murió el 24 de septiembre de 1957 en Nueva York. [4]
En los primeros años de la producción de caucho, el caucho natural de alta calidad se obtenía del árbol Hevea braziliensis , que se encuentra en las regiones que bordean el río Amazonas . [5] El caucho de alta calidad exhibía propiedades deseadas, como una alta resistencia a la tracción (superior a 2800 psi) y un tiempo de vulcanización de dos horas . La vulcanización es el proceso por el cual el caucho natural se fortalece mediante la reticulación de las diferentes cadenas de polímeros, ya sea con puentes de azufre elemental u otras moléculas conocidas como aceleradores. Sin embargo, el caucho natural de alta calidad era caro, con un precio que superaba los $1,50 por libra. [5] Diamond Rubber experimentó con varios aditivos, como yoduro de mercurio y anilina , en un intento de mejorar las propiedades del caucho de menor calidad. La adición de solo un 2,5 a 6 por ciento de estos aditivos mejoró la resistencia a la tracción del caucho de baja calidad de 1800 psi a 2800 psi y acortó el tiempo de vulcanización a 90 minutos. Sin embargo, estos aditivos eran perjudiciales para la vida útil del caucho. En 1912, Spence estaba trabajando con George Oenslager en Diamond Rubber para descubrir diferentes aditivos para superar estas deficiencias. Trabajando a partir de los aditivos de anilina de Oenslager, Spence descubrió que la p-aminodimetilanilina era un acelerador muy superior, que requería solo un 0,5 por ciento en peso añadido al proceso de vulcanización, para mejorar enormemente la resistencia a la tracción del caucho. [5] La p-aminodimetilanilina fue adoptada como el acelerador de elección por la Diamond Rubber Company en 1912. [6]
Durante la Segunda Guerra Mundial, las fuerzas aliadas sufrieron una escasez de caucho de látex, debido a que Japón cortó el acceso de Estados Unidos a las plantaciones de caucho de Malasia. Spence, junto con otros científicos aliados, se apresuró a asegurar otro recurso de caucho natural. El látex derivado de Parthenium argentatum , más comúnmente llamado Guayule , era un candidato ideal como caucho de reemplazo debido a las propiedades del caucho vulcanizado producido a partir de Guayule, que eran similares al caucho producido en las plantaciones de caucho de Malasia. [7] El látex de Guayule se preparó por primera vez en 1876, a través de una extracción de solvente del látex usando acetona , y este proceso de extracción fue utilizado comercialmente por la Diamond Rubber Company hasta la década de 1930. [7] [8] Sin embargo, el proceso de extracción con acetona era demasiado caro para satisfacer la gran demanda de caucho provocada por la Segunda Guerra Mundial, lo que creó un impulso para desarrollar métodos de procesamiento mecánico más convencionales para extraer el látex. [7] Un desafío de producción significativo en la producción de látex a partir de guayule fue que tanto la masa del látex extraído como la resistencia a la tracción del látex disminuyeron debido al largo tiempo de almacenamiento entre la cosecha del guayule y su procesamiento. [7] Intercontinental Rubber le encargó a Spence resolver este desafío.
.jpg/1280px-Parthenium_argentatum_(USDA).jpg)
Spence patentó metodologías para mejorar la calidad y el rendimiento del caucho producido a partir de guayule mediante técnicas mecánicas convencionales en 1933. [8] Tras una investigación, Spence determinó que el secado del guayule era responsable de la alta variabilidad tanto en el rendimiento como en la calidad del látex. [8] Los procesos de enriado de Spence para manipular el arbusto de guayule aumentaron tanto la uniformidad del rendimiento como la calidad del caucho extraído de la planta de guayule. El proceso de enriado incluía remojar una planta de guayule triturada en una solución de para-dimetilfenilamina al 1%, para que las bacterias y enzimas naturales descompusieran el material vegetal no deseado en subproductos solubles en agua y evitaran la pérdida oxidativa del caucho natural de la planta. Estos subproductos se podían lavar durante el proceso de molienda. [8] El proceso de enriamiento mejoró el proceso de extracción de molienda de guayule en más de un seis por ciento y mejoró la resistencia a la tracción de 1800-2000 psi a más de 2800 psi, una resistencia a la tracción comparable a la de los árboles de caucho. [8]
Desafortunadamente, el caucho de la planta de Guayule no satisfizo la demanda estadounidense de caucho. A pesar de que el presidente Franklin D. Roosevelt había almacenado aproximadamente 1 millón de toneladas de caucho, la tasa anual de consumo de EE. UU. era de 600 mil toneladas de caucho. [9] Por lo tanto, se necesitaban suministros de caucho adicionales para evitar una escasez de caucho. Esto presentaría una grave vulnerabilidad en la maquinaria de guerra estadounidense, ya que el caucho se usaba para fabricar una amplia variedad de materiales de guerra. El presidente Roosevelt encargó a las industrias estadounidenses del caucho y del petróleo que diseñaran e implementaran rápidamente reemplazos de caucho sintético, lo que llevó a una rápida expansión de ambas industrias. [9] Para resolver la escasez de caucho, Spence y científicos de Goodyear , Firestone , Goodrich y New Jersey Standard se unieron bajo un acuerdo de patente compartida. [9] Los objetivos del proyecto de caucho sintético eran producir sintéticamente el monómero de isopreno o combinar múltiples monómeros para producir un sustituto sintético adecuado para el caucho. Spence, junto con el Dr. Alexander Clark, proporcionó un método para producir isopreno sintético, a través de la deshidratación de 2,3 dimetilbut-1-en-3-ol y otros alcoholes utilizando ácido acético glacial. [10] Debido a su participación en la síntesis del monómero de isopreno, Spence fue el primer receptor de la Medalla Charles Goodyear . [2]
Mientras trabajaba en Goodyear, Spence alteró los procesos de vulcanización y la aplicación de tintes de colores al caucho. Tradicionalmente, la vulcanización se lograba en aire, con azufre y otros aceleradores. [11] Mientras observaba la desvulcanización , Spence notó que los productos de descomposición dependían del contenido de oxígeno en el sistema y que, sin oxígeno, el caucho no se desvulcanizaba. Basándose en estas observaciones, Spence desarrolló un proceso de vulcanización sin oxígeno , azufre ni aceleradores mediante el uso de oxidantes orgánicos como quinonas o peróxidos orgánicos. El proceso de vulcanización de Spence requería colocar la mezcla de látex en una solución tamponada a pH 7 y aplicar un agente oxidante orgánico a la mezcla bajo una atmósfera inerte de nitrógeno . [11]
Además de rediseñar el proceso de vulcanización, Spence desarrolló un método para aplicar colorantes al caucho crudo. [12] Antes del método de Spence, los colorantes se aplicaban durante el procesamiento del caucho. Esto resultó demasiado costoso y estaba limitado por la descomposición térmica de los colorantes. [12] Sumergir los productos de caucho en un baño adsorbente de colorante de amina, hidrato de sodio, cloruro de sodio y ácido sulfúrico permitió que los colorantes se unieran covalentemente a la matriz de caucho. Las aminas en solución reaccionaron con aminas primarias en la matriz de caucho para formar colorantes azoicos en las fibras de caucho. Se descubrió que esta metodología de teñido de caucho era aplicable a productos de caucho crudos, vulcanizados y otros productos manufacturados. [12]