Elmer Keiser Bolton

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 por dirigir la investigación que condujo al descubrimiento del nailon ^{[ 1 ]} .

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 de Frankford y posteriormente a la universidad. Bolton estudió en la Universidad de Bucknell en Lewisburg , Pensilvania , donde cursó estudios clásicos y se licenció en 1908. De allí pasó a la Universidad de Harvard , donde obtuvo su máster en 1910 y su doctorado en química orgánica en 1913. Su director de tesis fue Charles Loring Jackson , y su disertación versó sobre la química de las periodoquinonas .

Otros destacados contemporáneos de Bolton en la Escuela de Posgrado 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 intereses diversos, pero también una gran ambición por alcanzar el éxito en la química orgánica. Años más tarde, Adams influyó significativamente 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 durante dos años en el Instituto Kaiser Wilhelm, a las afueras de Berlín , Alemania, con el profesor Richard Willstätter . Allí trabajó en antocianinas, un programa principal para Willstätter, y publicó tres artículos sobre el aislamiento y la estructura de los pigmentos de antocianina . Willstätter, aparentemente impresionado por la capacidad de Bolton pero frustrado por su tendencia a cometer errores aritméticos, comentó: «Debes haber sido cajero de banco». Para su sorpresa, Bolton respondió que sí, que así había sido cajero de banco y que de esa manera se había costeado sus estudios universitarios.

Bolton quedó muy impresionado por el enfoque meticuloso y lógico de Willstätter para abordar un problema de investigación. Consideraba que esto era el resultado de una excelente formación en el sistema universitario alemán. También observó la relación entre las universidades alemanas y la industria, que no tenía parangón en Estados Unidos. Otro aspecto de la investigación alemana que impresionó a Bolton fue el esfuerzo por crear caucho artificial. Este trabajo fue fundamental para la industria alemana y, posteriormente, para el esfuerzo bélico alemán en la Segunda Guerra Mundial, ya que Alemania no tenía fácil acceso a fuentes de caucho natural. Además, el enfoque empleado 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 hija y dos varones. Se jubiló de DuPont en 1951 tras una distinguida trayectoria profesional, pero siguió al tanto de la literatura científica. Falleció el 30 de julio de 1968, a los 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 los tintes textiles y algunos medicamentos, se importaban de Alemania. ^{[ 2 ]} La interrupción de este comercio por la guerra presentó inicialmente un problema industrial, pero al mismo tiempo ofreció una oportunidad para que las empresas químicas estadounidenses satisficieran una necesidad bélica y se consolidaran en este campo. ^{[ 2 ]} Cuando Bolton regresó de Alemania en 1915, descubrió que los químicos orgánicos estadounidenses se esforzaban por desarrollar métodos para fabricar estos compuestos. La empresa 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 realizaba la mayor parte de la investigación de DuPont. Preparado para ascender, comenzó a trabajar en la síntesis de glicerol. En 1916, Bolton fue seleccionado para dirigir el Grupo de Tintes , recién formado para investigar la síntesis de tintes. En ese momento, Estados Unidos tenía poco conocimiento sobre la fabricación de tintes, por lo que, a finales de 1916, Bolton viajó a Inglaterra para aprender sobre la tecnología británica en este campo. A su regreso, fue asignado a la oficina de Wilmington como asesor en tintes e intermedios. En 1918, se trasladó al Departamento de Colorantes y fue subdirector general de la planta de Lodi, donde se fabricaban colorantes para seda. En 1919, regresó al Departamento de Química como director 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 eficiencia temporal de la investigación, y que un proceso de fabricación debe perfeccionarse utilizando materiales puros, para luego adaptarlo a los materiales disponibles en la planta. Roger Adams, amigo de Bolton en 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 actividad investigadora 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 cargo fue rápidamente reconocida. La fabricación de colorantes requiere la síntesis de una gran cantidad de compuestos intermedios, y Bolton se dio cuenta de que estos podían utilizarse en muchas actividades fuera del Departamento de Colorantes. Para 1923, su laboratorio trabajaba 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 tetraetilplomo .

A principios de la década de 1920, la oferta y la demanda de caucho natural se convirtieron en una preocupación en el comercio internacional. ^{[ 2 ]} Tras una carrera por el caucho durante la Primera Guerra Mundial, hubo un excedente al finalizar 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 cayeran a niveles ruinosos. Sin embargo, esto causó gran preocupación en Estados Unidos, ya que se necesitaba una mayor oferta de caucho para abastecer el creciente número de automóviles en circulación. ^{[ 2 ]} El caucho sintético, como producto práctico, duradero y asequible, era un problema que había resistido los esfuerzos de los químicos durante muchas décadas. ^{[ 2 ]} Bolton vio en esto una oportunidad 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 atrajo considerable atención y otros científicos, como Thomas Edison, también se interesaron en el problema. ^{[ 2 ]}

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 logró mucho progreso. 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 usando un catalizador de óxido cuproso . Desafortunadamente, el polímero resultante explotaba al ser golpeado, pero Bolton creía que el proceso podía 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 usar su catalizador. ^{[ 2 ]} 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, CMA Stine, director químico de DuPont, convenció a la empresa para que emprendiera un proyecto de investigación fundamental sobre caucho sintético, obteniendo 250 000 dólares de financiación para tal fin. En 1928, Wallace Carothers , profesor de la Universidad de Harvard, fue contratado para dirigir el grupo recién formado. Bolton trabajó en este grupo y, en 1929, descubrió que su polímero podía convertirse fácilmente en 2- clorobutadieno ( cloropreno ) mediante la adición de cloruro de hidrógeno catalizada por cobre . Este material era resistente tanto a los productos químicos como a la luz, y poseía 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 fue nombrado con la marca registrada Duprene ^{[ 2 ]} (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 uso comercial en aplicaciones donde se necesitaba un compuesto de caucho que fuera más resistente a los aceites y a la degradación exterior. Así, 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 preveía, los aumentó y extendió las aplicaciones del caucho (tanto en formas naturales como artificiales). ^{[ 2 ]} Hoy en día, las aplicaciones del neopreno incluyen: la embarcación inflable de casco rígido ; trajes de buceo y trajes de buceo ; guantes , pasamontañas , sacos de dormir , botas hasta la rodilla , calcetines mojados y otras prendas de protección; material absorbente de radar ; accesorios de plomería ; juntas , mangueras , sellos y correas ; espuma ( alfombrillas para ratón , trajes de neopreno ); aparatos ortopédicos ; y propulsor de cohete de combustible sólido ( véase AGM-114 Hellfire ).

Cuando Wallace Carothers llegó a DuPont en 1928, una de las tareas que su grupo emprendió 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 derivado de la celulosa nitrada, se había mejorado recientemente y estaba revolucionando la industria textil, ^{[ 2 ]} y también se conocían y utilizaban algunos polímeros totalmente sintéticos como la baquelita para ciertas aplicaciones. Sin embargo, los polímeros totalmente sintéticos existentes no podían estirarse en fibras ni hilarse en hilo, por lo que existía una gran oportunidad para fabricar hilo y lana a partir de polímeros sintéticos para complementar o reemplazar las fibras existentes en el mercado ( fibras naturales como el algodón , la lana , el lino y la seda , y fibras artificiales como los diversos tipos de rayón que habían surgido recientemente). ^{[ 2 ]}

El enfoque adoptado por el grupo de Carothers consistió en adaptar síntesis conocidas que producían polímeros de cadena corta para producir moléculas de cadena larga. El primer avance se produjo al descubrir que la esterificación bifuncional podía generar cadenas moleculares largas, conocidas hoy como poliésteres alifáticos , pero que en aquel entonces se denominaban superpolímeros . Posteriormente, en abril de 1930, Julian W. Hill realizó una observación clave: los superpolímeros podían estirarse en estado fundido para formar fibras finas y transparentes, mucho más resistentes que los polímeros en estado sólido. Sin embargo, los superpolímeros que el grupo logró sintetizar presentaban un punto de ebullición demasiado bajo y una resistencia química insuficiente, o bien un punto de fusión demasiado alto para poder hilarse. A finales de 1932, el proyecto se abandonó por completo.

Bolton, ahora director del departamento de Química, se negó a darse por vencido. Probablemente estaba 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 volver a examinar las poliamidas .

Carothers supuso que el problema con las poliamidas que se habían fabricado a partir de ácido ε-aminocaproico se debía a reacciones de ciclación , por lo que reemplazó el ácido ε-aminocaproico por ácido 9-aminononoico , que no se ciclaba. Esto produjo resultados alentadores, por lo que el grupo de Carothers preparó poliamidas a partir de una variedad de compuestos, incluidos aminoácidos , ácidos dibásicos 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 hilarse sin formación de gel .

En este punto, Bolton tomó una decisión audaz y, como era de esperar, visionaria. Decidió que no se podían fabricar fibras sintéticas prácticas a partir de aceite de ricino , la única fuente viable de ácido sebácico . Utilizar un producto agrícola como materia prima principal implicaría que el nuevo material sintético presentaría problemas de producción en masa muy similares a los de las fibras naturales existentes. En cambio, optó por utilizar benceno como materia prima para la producción de ácido adípico y hexametilendiamina , con el fin de 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 convertir en fibras. Estas fibras presentaban alta 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 desarrollara minuciosamente 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 a granel en una planta.

El 27 de octubre de 1938, DuPont anunció la construcción de 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 su puesta en marcha transcurrió sin mayores problemas.

• EK Bolton, Desarrollo del nailon , Química industrial y de ingeniería, (enero de 1942)
• Veintiuna patentes estadounidenses

Universidad de Bucknell :

• • Doctorado honoris causa en Ciencias (1932)
  • Junta Directiva (1937-1967)
  • Miembro emérito del consejo directivo (1967-1968)
• Universidad de Delaware , Doctorado Honoris Causa en Ciencias (1942)
• Comités de visita del Instituto Tecnológico de Massachusetts (1938-1939)
• Comités de visita de la Universidad de Harvard (1940-1941)
• Sociedad Química Estadounidense :
  • Director regional (1936-1938)
  • Director general (1940-1943)
• Consejo Asesor de Noticias sobre Química Industrial e Ingeniería Química (1948-1949)
• La Medalla de la Industria Química (1941) ^{[ 3 ]}
• La Medalla Perkin (1945)
• Elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias (1946)
• La Medalla Willard Gibbs (1954)

• Memoria biográfica de la Academia Nacional de Ciencias . Archivada el 8 de abril de 2016 en Wayback Machine.