12 декабря 1939 года был открыт первый в мире завод по производству нейлона

26 октября 1995 года завод по производству нейлона DuPont в Сифорде, штат Делавэр, официально стал Национальным историческим памятником химической промышленности. Это звание было присвоено Американским химическим обществом (ACS), некоммерческой научно-образовательной организацией, объединяющей 150 000 химиков и инженеров-химиков. Надпись на памятной табличке начиналась со слов: «На этом месте 15 декабря 1939 года компания DuPont начала коммерческое производство нейлона».

Изображение: facebook.com/DelawarePublicArchives

«На этом месте 15 декабря 1939 года компания DuPont начала коммерческое производство нейлона. Среди первых успехов программы фундаментальных исследований, новой в американской химической промышленности, нейлон был первым полностью синтетическим волокном, которое использовалось в потребительских товарах. Полностью приготовленный из материалов, легко получаемых из угля, воздуха и воды, нейлон обладает свойствами, превосходящими его натуральные аналоги, такие как шёлк. Нейлон произвел революцию в текстильной промышленности и проложил путь к появлению множества синтетических материалов, оказавших огромное социальное и экономическое влияние на ткани повседневной жизни во всем мире».

Первый в мире завод по производству нейлона

DuPont разработала нейлон в рекордно короткие сроки, между созданием молекулы в лаборатории и запуском завода прошло всего 5 лет . Процесс был технически сложным, предполагал использование нового сырья, новых технологий формирования волокна и новых строительных материалов. Строительство завода длилось год и обошлось в 8 миллионов долларов. Первоначально на заводе в Сифорде работало 850 человек, а его мощность составляла 4 миллиона фунтов в год; DuPont объявила о расширении до того, как был произведен первый фунт. Завод в Сифорде работает и сегодня, на нем работает 1600 человек, а его мощность составляет 400 миллионов фунтов, что в 100 раз больше, чем в 1939 году.

«Суперполимеры»

Хотя нейлон имеет множество направлений применения, он прославился именно как текстильное волокно и произвел революцию в текстильной промышленности. Согласно журналу Fortune в 1940-м году, нейлон стал пятым основополагающим текстильным продуктом за 4000 лет; другие в этом списке — мерсеризованный хлопок, механическое массовое производство, синтетические красители и искусственный шёлк (вискоза). В свою очередь, нейлон привел к появлению множества других волокон и пластмасс, которые стали неотъемлемой частью развитого индустриального общества.

«Радикальный отход»

В 1926 году руководитель исследований DuPont, доктор Чарльз М.А. Стайн, предложил то, что он назвал «радикальным отходом от прежней политики» — программу «чистой науки» с «целью установления или открытия новых научных фактов» без предсказуемого практического применения. Стайн предложил исследования в нескольких областях, включая органический синтез и полимеризацию. Для руководства этим направлением он нанял доктора Уоллеса Карозерса из Гарвардского университета и предоставил ему штат новоиспеченных докторов наук из Колорадо, Джона Хопкинса, Иллинойса, Массачусетского технологического института и Мичигана. Карозерс решил сосредоточиться на полимерах, гигантских молекулах, которые являются строительными блоками таких привычных веществ как резина и хлопок. В то время большинство ученых полагали, что полимеры представляют собой агрегаты небольших молекул, связанных неизвестными или неопределенными силами, а не обычными химическими связями. Карозерс считал, что полимеры — это молекулы, соединенные друг с другом в длинные цепочки обычными связями. Чтобы проверить свою теорию, он предложил создавать полимеры, используя хорошо известные химические реакции для соединения множества небольших молекул. Через несколько дней после начала работы он написал, что намерен:

«…изучить реакции веществ x Ax на yBy, где A и B — двухвалентные радикалы, а x и y — функциональные группы, способные реагировать друг с другом. Если A и B довольно короткие, такие реакции приводят к простым кольцам, многие из которых были синтезированы этим методом. Там, где они длинные, образование маленьких колец невозможно. Следовательно, реакция должна приводить либо к большим кольцам, либо к длинным цепочкам».

Уоллес Карозерс в своей лаборатории на экспериментальной станции компании DuPont близ Уилмингтона, штат Делавэр.

Используя двухосновные кислоты и гликоли, ему удалось получить полиэфиры с молекулярной массой от 2300 до 5000. Затем он представил молекулярный перегонный куб, лабораторный инструмент, который позволил производить полиэфиры с молекулярной массой до 25000.

Волокнообразующие полимеры

Карозерс назвал эти материалы «суперполимерами». Это были жёсткие, непрозрачные, твёрдые вещества, которые при нагревании превращались в прозрачные вязкие жидкости. Его главный соратник, доктор Джулиан Хилл сделал два важных наблюдения: во-первых, нити можно получить, вытягивая их, подобные ириске, из расплавленного полимера; во-вторых, эти волокна при охлаждении можно вытягивать во много раз больше их исходной длины, что улучшает их свойства.

В сухом или влажном состоянии они стали прочными и эластичными — характеристиками многообещающего текстильного волокна. Нити также могут быть получены путем растворения полимера в хлороформе и пропускания вязкого раствора через стандартную фильеру из искусственного волокна.

Джулиан Хилл воспроизводит открытие первого искусственного полимера, растягивая вязкую жидкость в тонкое волокно.

В 1931 году компания подала заявку на патент на линейные конденсационные полимеры, и Карозерс и Хилл представили Американскому химическому обществу статью, в которой они раскрыли суперполиэфиры, которые можно экструдировать и вытягивать в волокно со свойствами, превосходящими шёлк.
Группа Карозерса экспериментировала со многими композициями, но ни одна из них не была «подходящей кандидатурой» для создания текстильного волокна. Их температуры плавления были слишком низкими, и они были слишком чувствительны к растворителям. Хотя его исследования продолжались, к 1933 году работа над полностью синтетическими волокнами остановила Уоллеса.

Разработка нейлона

В начале 1930-х годов Стайн был переведен в руководящий комитет DuPont, и Элмер К. Болтон сменил его на посту директора по химическим исследованиям. Главным приоритетом исследований Болтона было создание нового синтетического волокна. Так началось взаимодействие науки и коммерции, знаменующее процесс развития, — букву «D» в R&D (НИОКР).

Требовались новые технологии, чтобы производить сырьё и превращать его в волокно. Необходимо было определиться с рынком сбыта, что было важным выбором для материала, который мог бы конкурировать с хлопком, шёлком, шерстью и вискозой. Решение сосредоточиться на чулочно-носочных изделиях стало определяющим. Это был ограниченный рынок премиум-класса.

«Когда вы хотите разработать новое волокно для тканей, вам нужны тысячи фунтов», — сказал Кроуфорд Гринволт, научный руководитель отдела разработки нейлона, который позже стал президентом и главным исполнительным директором компании, — «Всё, что нам нужно было сделать, это по несколько граммов за раз, этого достаточно, чтобы связать один чулок».

Образец первого нейлона, выпущенного в 1939-м году на заводе в Делавэре.

Кроме того, необходимо было расширить масштабы технологии и построить завод, для которого потребовались строительные материалы, которые считались экспериментальными в то время — во время была Великой депрессии, не самый благоприятный момент, чтобы сделать ставку в 27 миллионов долларов — такова была стоимость нейлона, полученного в результате исследований и открытия Сифорда.

Возвращение в лабораторию

Воодушевленный Болтоном, в 1934-м году Карозерс предпринял новые попытки создания полимера, подходящего для производства волокон. Он выбрал эфир девятиуглеродной аминокислоты в качестве исходного материала и получил полиамид с высокой температурой плавления, фактически первый нейлон. Затем группа Каротерса исследовала 81 полиамидную композицию, включая 66 полимеров в памятную дату 28 февраля 1935 года. 66 полимеров были названы так потому, что каждое из реагирующих химических веществ, гексаметилендиамин и адипиновая кислота, имеет шесть атомов углерода. Полимер 66 был выбран для разработки отчасти потому, что оба вида сырья могут быть изготовлены из бензола, который легко получить из угля.

Регулировка вращающегося парового двигателя, апрель 1939 года.

Первоначальная разработка проходила в лаборатории на оборудовании, которое позволяло производить 100 фунтов нейлона в неделю. Операция была настолько капризной, что техники в прядильной комнате фактически ходили на цыпочках. Они предупреждали посетителей, чтобы те смотрели на операцию лишь «искоса, так как прямой взгляд полностью остановит процесс». В 1938-м году была построена экспериментальная установка, которая могла производить 500 фунтов нейлона в день. Экспериментальная установка имела решающее значение для запуска Seaford в рекордно короткие сроки.

Технические задачи

Технических задач было множество. Приведём некоторые для примера.

• Промежуточные химические вещества. На заводе в Белле, Западная Вирджиния, были разработаны новые процессы производства адипиновой кислоты и гексаметилендиамина, а также было разработано новое оборудование, позволяющее сохранять ингредиенты горячими во время транспортировки через Аппалачи в Делавэр.
• Прядение расплава. До появления нейлона прядение — экструзия полимера с образованием волокон (как паук «плетёт» свою паутину или шелкопряд — кокон) — производилось с растворителем. Нейлон можно было формовать из раствора, но его также можно было формовать путем плавления полимера. Хотя это давало преимущества, такого метода никогда не применялось. «Мне снились кошмары из-за прядения из расплава», — говорил Гринволт, — «Проблема заключалась в том, что температура плавления нейлона была очень близка к температуре разложения. Мы получали пузыри, потому что продуктами разложения были газы». Решение, простое в ретроспективе, заключалось в том, чтобы поддерживать полимер под высоким давлением — 4000 фунтов на квадратный дюйм. Для работы при таких давлениях были разработаны специальные насосы с небольшими зазорами и без смазки, не свитая самого полимера. Пришлось использовать новый сорт нержавеющей стали, устойчивый к трению.
  Высокие температуры, 550 °F (285 °C), создавали другие проблемы. Многие типы плавильных решеток с вращающимися ячейками разрабатывались с условием, чтобы поддерживал бы температуру нагретых поверхностей, несмотря на плохую теплопроводность полимера. Чтобы защитить горячий полимер от окисления, Дюпон использовал очищенный азот, который стал известен как «азот марки Сифорд». Кроме того, прядильный узел включал в себя радикально новые инженерные разработки для получения волокон требуемой однородности. До открытия завода было построено восемь различных прядильных агрегатов, каждый из которых воплощал новейшие идеи.
• Высокоскоростное прядение и холодное волочение. Для этого решающего шага было разработано специальное оборудование. Генераторы были сделаны так, чтобы наматывать пряжу со скоростью 2000 футов в минуту практически без изменений. Вытяжные валки, между которыми нить растягивалась на одинаковую величину, должны были изготавливаться с допуском 1/100 000 дюйма.
• Калибровка. Размер или покрытие поверхности сами по себе оказались серьезной проблемой. Первый вариант разъел вязальные спицы и склеил машины. Кандидат за кандидатом проходили испытания и терпели неудачу. Часы тикали. В конце концов DuPont поручил 30 ученым поработать над этой проблемой, и они не нашли ответа, пока в Сифорде не была изготовлена конструкционная сталь и не было установлено много другого оборудования.

Выход на публику

В текстильной промышленности возникли слухи о новом волокне. DuPont хранили молчание до тех пор, пока в сентябре 1938-го года не был выдан патент на нейлон. Разрешительные документы для открытия завода в Сифорде были получены 12 октября, а две недели спустя Стайн объявил о нейлоне в общенациональном эфире. 15 декабря 1939-го года на заводе началось производство — первое в истории. Это обошлось бы DuPont в 8 миллионов долларов, что составило шестую часть его чистой прибыли за 1938-й год.

Первый в мире завод по производству нейлона.

Нейлон с самого начала был бестселлером. До запуска Seaford компания DuPont выставила на продажу в Уилмингтоне 4000 пар чулок — они были распроданы за три часа. Семь месяцев спустя компания выставила на продажу 4 000 000 пар по всей стране — они были распроданы за четыре дня. Термин «нейлон», предназначенный для общего обозначения класса полимеров, стал ещё одним названием для чулок.

Сегодня нейлон составляет 20 процентов мирового производства волокна. Во всем мире ежегодно производится 8 миллиардов фунтов нейлона — 11/2 фунта на каждого человека на земле.

Для продвижения нейлона компания DuPont установила в Лос-Анджелесе двухтонный нейлоновый чулок высотой 35 футов. Актриса Мари Уилсон, чья нога, как говорят, была моделью для показа, машет фотографам с импровизированного стула.