Elmer Keiser Bolton (23 de junio de 1886 - 30 de julio de 1968) fue un químico estadounidense y director de investigación de DuPont , notable 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 regentaba la tienda de muebles de Main Street, y tanto él como su hermano asistieron a la escuela pública en Frankford y luego a la universidad. Bolton fue a la Universidad Bucknell en Lewisburg , Pensilvania , y realizó el Curso Clásico , recibiendo una licenciatura en 1908. De allí fue a la Universidad de Harvard , recibiendo su título de AM en 1910 y su doctorado en química orgánica en 1913. Su asesor de tesis fue Charles Loring Jackson , y su disertación se centró en la química de las periodoquinonas.
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 durante la carrera de Bolton. Compartían intereses diversos, pero también un afán de superación en 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 . Allí trabajó en antocianinas, un programa importante para Willstätter, y publicó tres artículos sobre el aislamiento y las estructuras de los pigmentos de antocianina . 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 pagó sus estudios universitarios.
Bolton quedó muy impresionado por el enfoque lógico y cuidadoso de Willstätter para abordar un problema de investigación. Consideró que esto era el resultado de una buena formación en el sistema universitario alemán. También observó la relación entre las universidades alemanas y la industria, para la cual no había 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 sin duda condujo al desarrollo del caucho de neopreno años después en los laboratorios DuPont.
Bolton se casó con Margarite L. Duncan en 1916 y tuvieron tres hijos, una niña y dos varones. Se retiró de DuPont después de una distinguida carrera en 1951, pero continuó siguiendo 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, se importaban de Alemania. [1] La interrupción de este comercio por la guerra presentó un problema industrial al principio, pero al mismo tiempo ofreció una oportunidad para que las empresas 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 que los químicos orgánicos estadounidenses 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 en la Estación Experimental en las afueras de Wilmington , Delaware , donde se llevó a cabo la mayor parte de la investigación de DuPont. Al estar preparado para el avance, comenzó a trabajar en la síntesis de glicerol. En 1916, Bolton fue seleccionado para dirigir el Grupo de Tinturas que se había formado recientemente para investigar la síntesis de tintes. Estados Unidos tenía poco conocimiento 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 para ser asesor sobre tintes e intermedios. En 1918, se transfirió al Departamento de Colorantes y fue subdirector general de Lodi Works, donde se fabricaban colorantes de 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 eficacia en términos de costo y tiempo de la investigación, y que un proceso de fabricación debe perfeccionarse utilizando materiales puros, para luego adaptarlo para utilizar los materiales disponibles en la planta. El amigo de Bolton de Harvard, Roger Adams, 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 su capacidad en este puesto se hizo evidente rápidamente. La fabricación de colorantes requiere la síntesis de una gran cantidad de compuestos intermedios, y Bolton se dio cuenta de que estos podían 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 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 que pretendía proteger a los productores de caucho restringiendo la producción y evitando que los precios cayeran ruinosamente. Pero esto causó una gran preocupación en los Estados Unidos porque se necesitaba una oferta creciente de caucho para sostener el creciente número de automóviles en uso. [1] El caucho sintético como un producto práctico, duradero y asequible era un problema que había resistido los esfuerzos de los químicos durante muchas décadas. [1] Bolton vio esto 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 una atención considerable 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 a partir 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, que 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 podía modificarse para producir un compuesto estable que reemplazaría al butadieno en la reacción. Bolton trajo a Nieuwland al proyecto como consultor de DuPont, y Nieuwland enseñó a los químicos de DuPont cómo usar 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 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 en financiación para este fin. En 1928, Wallace Carothers , un profesor de la Universidad de Harvard, fue contratado para dirigir el grupo recién formado. Bolton trabajó 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 productos 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 Americana el 2 de noviembre de 1931, y fue nombrado con la marca registrada Duprene [1] (hoy el nombre genérico es neopreno ). Para entonces, la Ley Stevenson había sido derogada y la Gran Depresión había comenzado. 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 se convirtió en un sustituto del caucho natural, pero sí encontró un uso comercial en aplicaciones donde se necesitaba un compuesto de caucho que fuera más resistente a los aceites y la degradación al aire libre. Por lo tanto, hizo una importante contribución económica, aunque de una manera diferente a su concepción original: en lugar de reemplazar los suministros de caucho natural como se había previsto, los aumentó y extendió las aplicaciones del caucho (tanto en formas naturales como artificiales). [1] Hoy en día, las aplicaciones del neopreno incluyen: el bote inflable de casco rígido ; trajes de buceo y pieles de buceo ; guantes , pasamontañas , sacos de dormir , botas hasta la rodilla , calcetines de neopreno y otra ropa protectora; material absorbente de radar ; accesorios de plomería ; juntas , mangueras , sellos y cinturones ; espuma ( alfombrilla de ratón , traje de neopreno ); aparatos ortopédicos ; y propulsor de combustible sólido para cohetes ( véase 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 , se usaban comúnmente varios polímeros naturales como el látex y la celulosa ; 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 se podían convertir en fibras e hilarse en hilo, por lo que existía una gran oportunidad para fabricar hilo e hilo a partir de polímeros sintéticos para unir o reemplazar las fibras existentes en el mercado ( fibras naturales como el algodón , la lana , el lino y la seda y fibras artificiales en los diversos tipos de rayón que surgieron recientemente). [1]
El enfoque adoptado por el grupo de Carothers fue adaptar las síntesis conocidas que producían polímeros de cadena corta para producir moléculas de cadena larga. El primer avance fue el descubrimiento de que la esterificación bifuncional podía producir cadenas de moléculas largas que hoy se conocen como poliésteres alifáticos , pero que en ese momento se llamaban superpolímeros. Luego vino 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 fines de 1932, todo el proyecto se interrumpió.
Bolton, que en ese momento era el director del departamento de química, se negó a rendirse. Lo más probable es que estuviera al tanto del redescubrimiento del polietileno por parte de Eric Fawcett y Reginald Gibson en Imperial Chemical Industries en 1933. A principios de 1934, Bolton instó a Carothers a continuar con la investigación, y Carothers decidió volver a estudiar 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 ciclización , por lo que reemplazó el ácido ε-aminocaproico con ácido 9-aminonoico que no se ciclaba. Esto produjo resultados que fueron alentadores, por lo que el grupo de Carother preparó poliamidas a partir de una variedad de compuestos que incluían aminoácidos , ácidos dibásicos y diaminas . El candidato principal para el desarrollo fue la poliamida 5/10 hecha de pentametilendiamina y ácido sébico. Tenía el punto de fusión correcto, las propiedades deseadas en forma de fibra y podía hilarse sin formación de gel .
En ese momento, Bolton tomó una decisión audaz y típicamente visionaria: decidió que no era posible fabricar fibras sintéticas prácticas a partir de aceite de ricino , la única fuente práctica de ácido sebácico . Utilizar un producto agrícola como materia prima principal significaría que el nuevo material sintético tendría problemas de producción en masa muy similares a los que tenían las fibras naturales existentes. En su lugar, quería utilizar benceno como materia prima para fabricar ácido adípico y hexametilendiamina para fabricar una poliamida 6/6.
Este polímero se fabricó por primera vez a principios de 1935 y, gracias al desarrollo simultáneo de las tecnologías de hilado de poliaminas , se pudo hilar para formar fibras. Las fibras tenían una gran resistencia y elasticidad, eran insensibles a los disolventes comunes y se fundían a 263 °C, muy por encima de las temperaturas de planchado.
Bolton insistió en que cada aspecto de la síntesis de este polímero se estudiara a fondo en una planta piloto en la Estación Experimental. Insistió en que el desarrollo comenzara con materiales puros y luego se adaptara para utilizar materiales disponibles en una planta en grandes cantidades.
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, en esencia, una versión a mayor escala de la planta piloto y tuvo un arranque notablemente sin problemas.