Celuloide
Los celuloides son una clase de materiales producidos al mezclar nitrocelulosa y alcanfor, a menudo con colorantes y otros agentes añadidos. Una vez mucho más común para su uso como película fotográfica antes de la llegada de métodos más seguros, los usos contemporáneos comunes del celuloide son pelotas de tenis de mesa, instrumentos musicales, peines, equipos de oficina y púas de guitarra.
Historia
Nitrocelulosa
Los plásticos a base de nitrocelulosa son ligeramente anteriores al celuloide. El colodión, inventado en 1848 y utilizado como vendaje para heridas y emulsión para placas fotográficas, se seca hasta obtener una película similar al celuloide.
Alejandro Parkes
El primer celuloide como material a granel para la formación de objetos fue fabricado en 1855 en Birmingham, Inglaterra, por Alexander Parkes, quien nunca pudo ver su invento llegar a buen término, después de que su empresa quebrara debido a los costos de ampliación. Parkes patentó su descubrimiento como parkesina en 1862 después de darse cuenta de que quedaba un residuo sólido después de la evaporación del solvente del colodión fotográfico.
Parkes lo patentó como impermeabilizante de ropa para tejidos en el mismo año. Más tarde, Parkes exhibió Parkesine en la Exposición Internacional de Londres de 1862, donde recibió una medalla de bronce por sus esfuerzos. La introducción de Parkesine generalmente se considera como el nacimiento de la industria del plástico. La parkesina estaba hecha de celulosa tratada con ácido nítrico y un solvente. La compañía Parkesine dejó de operar en 1868. La Sociedad Histórica de Plásticos de Londres tiene fotografías de Parkesine. Hay una placa en la pared del sitio de Parkesine Works en Hackney, Londres.
John Wesley Hyatt
En la década de 1860, un estadounidense, John Wesley Hyatt, adquirió la patente de Parkes y comenzó a experimentar con nitrato de celulosa con la intención de fabricar bolas de billar, que hasta ese momento eran de marfil. Usó tela, polvo de marfil y goma laca, y el 6 de abril de 1869 patentó un método para cubrir bolas de billar con la adición de colodión. Con la ayuda de Peter Kinnear y otros inversores, Hyatt formó Albany Billiard Ball Company (1868–1986) en Albany, Nueva York, para fabricar el producto. En 1870, John y su hermano Isaiah patentaron un proceso para hacer un "material similar a un cuerno" con la inclusión de nitrato de celulosa y alcanfor. Alexander Parkes y Daniel Spill (ver más abajo) enumeraron el alcanfor durante sus experimentos anteriores, y llamaron a la mezcla resultante "xilonita", pero fueron los hermanos Hyatt quienes reconocieron el valor del alcanfor y su Uso como plastificante para nitrato de celulosa. Usaron calor y presión para simplificar la fabricación de estos compuestos. Isaiah Hyatt llamó al material "celuloide" en 1872. Más tarde, los Hyatt trasladaron su empresa, ahora llamada Celluloid Manufacturing Company, a Newark, Nueva Jersey.
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A lo largo de los años, celuloide se convirtió en el término de uso común para este tipo de plástico. En 1878, Hyatt pudo patentar un proceso para el moldeo por inyección de termoplásticos, aunque pasaron otros cincuenta años antes de que pudiera realizarse comercialmente, y en años posteriores se utilizó el celuloide como base para películas fotográficas.
Imitando marfil
El desarrollo del celuloide fue impulsado en parte por el deseo de reducir la dependencia del marfil, con su escasez causada por la caza excesiva. Un invento de 1883 permitió a los fabricantes de celuloide imitar el veteado característico del marfil y, a finales del siglo XIX, el celuloide se comercializaba como un sustituto del marfil más ligero (y tres veces más barato) con los nombres "Ivarine", "Ivaleur", "Marfil francés", "Marfil parisino", "Marfil granulado", "Piralina de marfil".
Derrame de Daniel y disputas legales
El inventor inglés Daniel Spill había trabajado con Parkes y formó Xylonite Co. para hacerse cargo de Parkes' patentes, describiendo los nuevos productos de plástico como Xylonita. Se opuso a los Hyatts' reclamos y persiguió a los hermanos en varios casos judiciales entre 1877 y 1884. Inicialmente, el juez falló a favor de Spill, pero finalmente se dictaminó que ninguna de las partes tenía un reclamo exclusivo y que el verdadero inventor del celuloide/xilonita fue Alexander. Parkes, debido a su mención del alcanfor en sus experimentos y patentes anteriores. El juez dictaminó que toda la fabricación de celuloide podría continuar tanto en Spill's British Xylonite Company como en Hyatt's' Empresa de fabricación de celuloide.
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El uso principal fue en las industrias cinematográfica y fotográfica, que usaban solo película de celuloide antes de la adopción de la película de seguridad de acetato en la década de 1950. El celuloide es altamente inflamable, difícil y costoso de producir y ya no se usa ampliamente.
Fotografía
El fotógrafo inglés John Carbutt fundó Keystone Dry Plate Works en 1879 con la intención de producir placas secas de gelatina. Se contrató a Celluloid Manufacturing Company para este trabajo, que se realizó cortando capas finas de bloques de celuloide y luego eliminando las marcas de corte con placas de presión calentadas. Después de esto, las tiras de celuloide se recubrieron con una emulsión de gelatina fotosensible. No se sabe exactamente cuánto tiempo le tomó a Carbutt estandarizar su proceso, pero ocurrió a más tardar en 1888. William Dickson usó una hoja de 15 pulgadas de ancho (380 mm) de la película de Carbutt para los primeros Experimentos cinematográficos de Edison en un cinetógrafo de tambor cilíndrico. Sin embargo, la base de la película de celuloide producida por este medio todavía se consideraba demasiado rígida para las necesidades de la fotografía cinematográfica.
En 1889, se desarrollaron celuloides más flexibles para películas fotográficas y tanto Hannibal Goodwin como Eastman Kodak Company obtuvieron patentes para un producto cinematográfico. (Ansco, que compró la patente de Goodwin después de su muerte, finalmente triunfó en una demanda por infracción de patente contra Kodak). Esta capacidad de producir imágenes fotográficas en un material flexible (a diferencia de una placa de vidrio o metal) fue un paso crucial para hacer posible el advenimiento de las películas.
Usos
La mayoría de las películas y fotografías antes del cambio generalizado a las películas de acetato en la década de 1950 estaban hechas de celuloide. Su alta inflamabilidad era legendaria, ya que se autoinflamaba cuando se exponía a temperaturas superiores a 150 °C frente al haz de un proyector de películas caliente. Si bien la película de celuloide era el estándar para las producciones teatrales de 35 mm hasta alrededor de 1950, las películas cinematográficas para uso amateur, como las películas de 16 mm y 8 mm, se basaban en una "base de seguridad" de acetato, al menos en los EE. UU.
El celuloide era útil para producir joyas, joyeros, accesorios para el cabello y muchos artículos más baratos que antes se fabricaban con marfil, cuerno u otros productos animales costosos. En estas aplicaciones, a menudo se lo denominaba "Ivorine" o "Marfil francés", después de una forma de celuloide desarrollada en Francia con líneas de grano hechas para parecerse al marfil. También se utilizó para juegos de tocador, muñecas, marcos de cuadros, amuletos, alfileres de sombreros, botones, hebillas, piezas de instrumentos de cuerda, acordeones, plumas estilográficas, mangos de cubiertos y artículos de cocina. La principal desventaja que tenía el material era que era inflamable. Pronto fue superado por Bakelite y Catalin. Las muñecas roly-poly soviéticas se fabricaban con celuloide en plantas de pólvora sin humo hasta 1996, y las pelotas de tenis de mesa, hasta 2014. "Los hermanos Parker... hicieron algunas versiones [de diábolos] con celuloide hueco, que, debido a su 'sin fricción' propiedades, hilado incluso más rápido que el acero."
Los relojes de estantería y otros muebles a menudo se cubrían con celuloide de manera similar a la chapa. Este celuloide se imprimió para parecerse a maderas costosas o materiales como mármol o granito. La compañía de relojes Seth Thomas llamó a su material de reloj de celuloide "adamantino". El celuloide permitió a los relojeros hacer el típico estilo victoriano tardío de reloj de sobremesa negro de tal manera que la caja de madera parecía mármol negro, y los diversos pilares y otros elementos decorativos de la caja parecían piedras semipreciosas.
El celuloide también era un material popular en la construcción de reglas de cálculo. Se usó principalmente para recubrir las caras de las reglas de cálculo de madera, como en los principios de A.W. Reglas de Faber, así como piezas finales del cursor, como en las reglas de Keuffel y Esser.
El celuloide se sigue utilizando para instrumentos musicales, especialmente acordeones y guitarras. El celuloide es muy robusto y fácil de moldear en formas difíciles, y tiene un gran desempeño acústico como cubierta para marcos de madera ya que no obstruye los poros naturales de la madera. Los instrumentos recubiertos con celuloide se pueden reconocer fácilmente por el patrón de llamas similar al nácar típico del material. Los gruesos paneles de celuloide se cuecen al baño maría, lo que los convierte en una sustancia parecida al cuero. Luego, los paneles se colocan en un molde y se dejan endurecer durante tres meses.
Formulación
Una formulación típica de celuloide puede contener de 70 a 80 partes de nitrocelulosa, nitrada al 11 % de nitrógeno, 30 partes de alcanfor, 0 a 14 partes de tinte, 1 a 5 partes de alcohol etílico, además de estabilizadores y otros agentes para aumentar la estabilidad y reducir la inflamabilidad..
Producción
El celuloide está hecho de una mezcla de productos químicos como nitrocelulosa, alcanfor, alcohol, así como colorantes y rellenos según el producto deseado. El primer paso es transformar la celulosa cruda en nitrocelulosa mediante la realización de una reacción de nitración. Esto se logra exponiendo las fibras de celulosa a una solución acuosa de ácido nítrico; los grupos hidroxilo (-OH) serán luego reemplazados por grupos nitrato (-ONO2) en la cadena de celulosa. La reacción puede producir productos mixtos, según el grado de sustitución de nitrógeno o el porcentaje de contenido de nitrógeno en cada molécula de celulosa; el nitrato de celulosa tiene 2,8 moléculas de nitrógeno por molécula de celulosa. Se determinó que también se usaría ácido sulfúrico en la reacción para, primero, catalizar los grupos de ácido nítrico para permitir la sustitución en la celulosa y, segundo, permitir que los grupos se adhieran fácil y uniformemente a la fibras, creando una nitrocelulosa de mejor calidad. Luego, el producto debe enjuagarse para eliminar los ácidos libres que no reaccionaron con las fibras, secarse y amasarse. Durante este tiempo, se agrega una solución de alcanfor al 50% en alcohol, que luego cambia la estructura macromolecular de la nitrocelulosa en un gel homogéneo de nitrocelulosa y alcanfor. La estructura química no se conoce bien, pero se determina que es una molécula de alcanfor por cada unidad de glucosa. Después de la mezcla, la masa se prensa en bloques a alta presión y luego se fabrica para su uso específico.
La nitración de celulosa es un proceso extremadamente inflamable en el que incluso las explosiones en las fábricas no son infrecuentes. Muchas fábricas de celuloide occidentales cerraron después de peligrosas explosiones, y solo dos fábricas en China siguen en funcionamiento.
Peligros ambientales
Deterioro
Existen muchas fuentes de deterioro del celuloide, como térmicas, químicas, fotoquímicas y físicas. El defecto más inherente es que a medida que envejece el celuloide, las moléculas de alcanfor se “exprimen” de la masa debido a la presión insostenible utilizada en la producción. Esa presión hace que las moléculas de nitrocelulosa se unan entre sí o cristalicen, y esto hace que las moléculas de alcanfor salgan del material. Una vez expuesto al medio ambiente, el alcanfor puede sublimarse a temperatura ambiente, dejando el plástico como nitrocelulosa quebradiza. Además, con la exposición a un exceso de calor, los grupos de nitrato pueden desprenderse y exponer los gases de nitrógeno, como el óxido nitroso y el óxido nítrico, al aire.
Otro factor que puede causar esto es el exceso de humedad, que puede acelerar el deterioro de la nitrocelulosa con la presencia de grupos de nitrato, ya sea recién fragmentados por el calor o aún atrapados como un ácido libre de la producción. Ambas fuentes permiten la acumulación de ácido nítrico. Otra forma de deterioro, el deterioro fotoquímico, es grave en el celuloide porque absorbe bien la luz ultravioleta. La luz absorbida provoca la rotura y el endurecimiento de la cadena.
Entre los coleccionistas de antigüedades, el deterioro del celuloide se conoce generalmente como "podredumbre del celuloide". Los procesos químicos involucrados no se comprenden perfectamente, pero se cree ampliamente que los gases liberados por una pieza que sufre la pudrición del celuloide pueden desencadenar la pudrición del celuloide en artículos cercanos de celuloide que anteriormente estaban intactos.
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