Elmer Keizer Bolton (23 de junio de 1886 - 30 de julio de 1968) fue un químico estadounidense y director de investigación de DuPont , destacado por su papel en el desarrollo del neopreno y la dirección de la investigación que condujo al descubrimiento del nailon .
Bolton nació en Frankford, Filadelfia , Pensilvania, el mayor de dos hermanos. Su padre dirigía la tienda de muebles en Main Street, y tanto él como su hermano asistieron a una escuela pública en Frankford y luego a la universidad. Bolton fue a la Universidad Bucknell en Lewisburg , Pensilvania , y tomó el Curso Clásico , donde recibió una licenciatura en 1908. De allí pasó a la Universidad de Harvard , donde recibió su título de AM en 1910 y su doctorado. en química orgánica en 1913. Su director de tesis fue Charles Loring Jackson , y su tesis versó sobre la química de las periodoquinonas.
Varios otros contemporáneos destacados de Bolton en la Escuela de Graduados de Harvard fueron Roger Adams , Farrington Daniels , Frank C. Whitmore , James B. Sumner y James Bryant Conant . Adams fue particularmente influyente a lo largo de la carrera de Bolton. Compartían diversos intereses, pero un impulso por lograr logros en la química orgánica. En años posteriores, Adams tuvo una influencia significativa en las ideas de Bolton sobre el apoyo industrial a la investigación química y a los estudiantes universitarios.
En 1913, Bolton ganó la beca Sheldon, que utilizó para trabajar en el Instituto Kaiser Wilhelm en las afueras de Berlín , Alemania, durante dos años con el profesor Richard Willstätter . Aquí trabajó en antocianinas, un programa importante para Willstätter, y publicó tres artículos sobre el aislamiento y las estructuras de los pigmentos de antocianinas . Willstätter, aparentemente impresionado por la habilidad de Bolton pero frustrado por su tendencia a cometer errores aritméticos, comentó: "Debes haber sido cajero de banco". Para su sorpresa, Bolton respondió que había sido cajero de banco, así fue como se pagó sus estudios universitarios.
Bolton quedó muy impresionado por el enfoque cuidadoso y lógico de Willstätter al abordar un problema de investigación. En su opinión, esto era el resultado de una buena formación en el sistema universitario alemán. También observó la relación entre las universidades alemanas y la industria, que no tenía equivalente en los Estados Unidos. Otro aspecto de la investigación alemana que impresionó a Bolton fue el esfuerzo por crear caucho artificial. Este trabajo fue importante para la industria alemana y, más tarde, para el esfuerzo bélico alemán en la Segunda Guerra Mundial porque Alemania no tenía fácil acceso a fuentes de caucho natural. Además, el enfoque utilizado por los alemanes condujo sin duda al desarrollo del caucho de neopreno años más tarde en los laboratorios DuPont.
Bolton se casó con Margarite L. Duncan en 1916 y tuvieron tres hijos, una hija y dos hijos. Se retiró de DuPont después de una distinguida carrera en 1951, pero continuó dedicándose a la literatura científica. Murió el 30 de julio de 1968, a la edad de ochenta y dos años.
Desde la década de 1870 hasta el inicio de la Primera Guerra Mundial (1914), la industria química orgánica de Alemania fue una fuerza líder mundial en investigación, desarrollo, producción y exportación ; la mayoría de los compuestos orgánicos utilizados en Estados Unidos, como tintes textiles y algunos medicamentos, fueron importados de Alemania. [1] La interrupción de este comercio por la guerra presentó al principio un problema industrial, pero al mismo tiempo ofreció una oportunidad para que las compañías químicas estadounidenses satisficieran una necesidad en tiempos de guerra y se establecieran mejor en este campo. [1] Cuando Bolton regresó de Alemania en 1915, descubrió a químicos orgánicos estadounidenses que luchaban por desarrollar métodos para fabricar estos compuestos. La Compañía Dupont necesitaba químicos y contrató a Bolton en 1915.
Bolton se unió al Departamento de Química de la Estación Experimental en las afueras de Wilmington , Delaware , donde se llevó a cabo la mayor parte de la investigación de DuPont. Preparado para avanzar, comenzó a trabajar en la síntesis de glicerol. En 1916, Bolton fue seleccionado para dirigir el Dye Group que se acababa de formar para investigar la síntesis de tintes. Estados Unidos tenía pocos conocimientos sobre la fabricación de tintes en ese momento, por lo que más tarde, en 1916, Bolton viajó a Inglaterra para aprender sobre la tecnología británica en esta área y, a su regreso, fue asignado a la Oficina de Wilmington como asesor sobre tintes e intermedios. En 1918 se trasladó al Departamento de Colorantes y fue subdirector general de Lodi Works, donde se fabricaban colorantes para seda. En 1919 regresó al Departamento de Química como gerente de la División Orgánica. Durante este tiempo aprendió mucho sobre el desarrollo de procesos de fabricación y desarrolló dos principios; que se debe dar alta prioridad a la rentabilidad y la rentabilidad de la investigación, y que un proceso de fabricación debe perfeccionarse utilizando materiales puros y luego adaptarse para utilizar los materiales disponibles en la planta. Roger Adams, amigo de Bolton de Harvard, compartió gran parte de la filosofía de Bolton en su trabajo en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign .
En 1922, DuPont reorganizó su investigación dividiendo toda la empresa de investigación en cuatro partes, cada una asignada a una de sus cuatro áreas de producción. Bolton fue nombrado director de investigación del Departamento de Colorantes, donde rápidamente se dio cuenta de su capacidad en esta capacidad. La fabricación de tintes requiere la síntesis de una gran cantidad de compuestos intermedios, y Bolton se dio cuenta de que podrían usarse en muchas actividades fuera del Departamento de Colorantes. En 1923, su laboratorio estaba trabajando en aceleradores para la fabricación de caucho sintético y poco después amplió la investigación para incluir antioxidantes para gasolina y caucho, agentes de flotación, insecticidas , desinfectantes de semillas y la fabricación a gran escala de tetraetilo de plomo .
A principios de la década de 1920, la oferta y la demanda de caucho natural se convirtieron en una preocupación en el comercio internacional. [1] Después de una lucha por el caucho durante la Primera Guerra Mundial, hubo un exceso cuando terminó la guerra, lo que deprimió los precios. En noviembre de 1922, Inglaterra promulgó la Ley Stevenson cuyo objetivo era proteger a los productores de caucho restringiendo la producción y evitando que los precios fueran ruinosamente bajos. Pero esto causó gran preocupación en Estados Unidos porque se necesitaba un suministro cada vez mayor de caucho para sustentar el creciente número de automóviles en uso. [1] El caucho sintético como producto práctico, duradero y asequible era un problema que había resistido los esfuerzos de los químicos durante muchas décadas. [1] Bolton vio este como un momento oportuno para iniciar la investigación de DuPont sobre el caucho sintético. Sin embargo, esta investigación no comenzó en serio hasta 1925, cuando el alto precio del caucho atraía considerable atención y otros científicos como Thomas Edison también se interesaban por el problema. [1]
El trabajo del grupo de Bolton sobre el caucho sintético comenzó con la polimerización del butadieno obtenido de la hidrogenación del diacetileno , y al principio no se avanzó mucho. A finales de 1925, Bolton conoció al químico Julius Arthur Nieuwland de la Universidad de Notre Dame , quien había descubierto una forma de polimerizar el acetileno utilizando un catalizador de óxido cuproso . Desafortunadamente, el polímero resultante explotaría al ser golpeado, pero Bolton creía que el proceso podría modificarse para producir un compuesto estable que reemplazaría al butadieno en la reacción. Bolton incorporó a Nieuwland al proyecto como consultor de DuPont, y Nieuwland enseñó a los químicos de DuPont cómo utilizar su catalizador. [1] Se desarrolló un reactor de flujo continuo que produciría un buen rendimiento del polímero estable que Bolton buscaba. Si bien el polímero era altamente resistente a los productos químicos, se degradaba con la exposición a la luz.
En 1927, el director químico de DuPont, CMA Stine, convenció a la empresa para que emprendiera un proyecto de investigación fundamental sobre el caucho sintético y recibió 250.000 dólares de financiación para este fin. En 1928, Wallace Carothers , instructor de la Universidad de Harvard, fue contratado para dirigir el grupo recién formado. Bolton operaba dentro de este grupo y en 1929 había descubierto que su polímero podía convertirse fácilmente en 2- clorobutadieno ( cloropreno ) con una adición de cloruro de hidrógeno catalizada por cobre . Este material era resistente a los químicos y a la luz, con las propiedades de un caucho sintético.
El nuevo material fue anunciado en la División de Caucho de la Sociedad Química Estadounidense el 2 de noviembre de 1931, y recibió el nombre comercial Duprene [1] (hoy el nombre genérico es neopreno ). Para entonces, la Ley Stevenson había sido derogada y había comenzado la Gran Depresión . Los precios del caucho eran bajos y el nuevo material costaba veinte veces más que el caucho natural. Por lo tanto, el primer neopreno de DuPont nunca llegó a ser un sustituto del caucho natural, pero sí encontró uso comercial en aplicaciones donde se necesitaba un compuesto de caucho que fuera más resistente a los aceites y la degradación exterior. De esta manera hizo una importante contribución económica, aunque de manera diferente a su concepción original: en lugar de reemplazar los suministros de caucho natural como se había previsto, los aumentó y amplió las aplicaciones del caucho (tanto en forma natural como artificial). [1] Hoy en día, las aplicaciones del neopreno incluyen: la embarcación inflable de casco rígido ; trajes de buceo y pieles de buceo ; guantes , pasamontañas , sacos de dormir , botas hasta la rodilla , calcetines de neopreno y otras prendas de protección; material absorbente de radares ; Accesorios de plomería ; juntas , mangueras , sellos y correas ; espuma ( alfombrilla de ratón , traje de neopreno ); aparatos ortopédicos ; y propulsor de cohetes de combustible sólido ( ver AGM-114 Hellfire ).
Cuando Wallace Carothers llegó a DuPont en 1928, una de las tareas que asumió su grupo fue el desarrollo de nuevas fibras sintéticas para textiles . En ese momento, varios polímeros naturales como el látex y la celulosa eran de uso común, el rayón como semisintético a partir de celulosa nitrada se había mejorado recientemente y había comenzado a revolucionar las industrias textiles, [1] y también se conocían algunos polímeros totalmente sintéticos como la baquelita. y se usaban para ciertas aplicaciones, pero los polímeros totalmente sintéticos existentes no podían convertirse en fibras e hilarse, por lo que existía una gran oportunidad para fabricar hilos e hilados a partir de polímeros sintéticos para unir o reemplazar las fibras existentes en el mercado ( fibras naturales como como algodón , lana , lino y seda y fibras artificiales en los diversos tipos de rayón surgidos recientemente). [1]
El enfoque adoptado por el grupo de Carothers fue adaptar síntesis conocidas que producían polímeros de cadena corta para producir moléculas de cadena larga. La primera ruptura fue descubrir que la esterificación bifuncional podía producir largas cadenas de moléculas que hoy se conocen como poliésteres alifáticos , pero que en aquella época se llamaban superpolímeros. Luego estuvo la observación clave de Julian W. Hill en abril de 1930 en la que se vio que los superpolímeros podían estirarse en estado fundido para formar fibras delgadas y transparentes que eran mucho más fuertes que los polímeros en estado no estirado. Sin embargo, los superpolímeros que el grupo pudo sintetizar tenían un punto de ebullición demasiado bajo y una resistividad química insuficiente o tenían un punto de fusión demasiado alto para ser hilados. A finales de 1932 se interrumpió todo el proyecto.
Bolton, ahora director del departamento de Química, se negó a darse por vencido. Lo más probable es que estuviera al tanto del redescubrimiento del polietileno por Eric Fawcett y Reginald Gibson en Imperial Chemical Industries en 1933. A principios de 1934, Bolton instó a Carothers a continuar la investigación, y Carothers decidió echar otro vistazo a las poliamidas .
Carothers supuso que el problema con las poliamidas que se habían fabricado a partir del ácido ε-aminocaproico se debía a reacciones de ciclación , por lo que reemplazó el ácido ε-aminocaproico con ácido 9-aminononoico que no se ciclaba. Esto produjo resultados alentadores, por lo que el grupo de Carother preparó poliamidas a partir de una variedad de compuestos que incluían aminoácidos , ácidos dibase y diaminas . El principal candidato para el desarrollo fue la poliamida 5/10 hecha de pentametilendiamina y ácido sébico. Tenía el punto de fusión adecuado, las propiedades deseadas en forma de fibra y podía ser hilado sin formación de gel .
En ese momento, Bolton tomó una decisión audaz y característicamente visionaria. Decidió que no se podían fabricar fibras sintéticas prácticas a partir de aceite de ricino , la única fuente práctica de ácido sebácico . Utilizar un producto agrícola como materia prima primaria significaría que el nuevo material sintético tendría problemas de producción en masa muy similares a los que tenían las fibras naturales existentes. En lugar de eso, quería utilizar benceno como materia prima para producir ácido adípico y hexametilendiamina para producir una poliamida 6/6.
Este polímero se fabricó por primera vez a principios de 1935 y, gracias al desarrollo simultáneo de tecnologías de hilado de poliaminas , se pudo hilar hasta convertirlo en fibras. Las fibras tenían alta resistencia y elasticidad, eran insensibles a los disolventes comunes y se fundían a 263 °C, muy por encima de la temperatura de planchado.
Bolton insistió en que todos los aspectos de la síntesis de este polímero se resolvieran minuciosamente en una planta piloto en la Estación Experimental. Insistió en que el desarrollo comience con materiales puros y luego se adapte para utilizar materiales disponibles en una planta a granel.
El 27 de octubre de 1938, DuPont anunció que construiría una planta en Seaford, Delaware, para fabricar nailon , la primera fibra totalmente sintética del mundo. La planta de Seaford era esencialmente una versión ampliada de la planta piloto y tuvo un inicio notablemente sin problemas.