Waldo Semon et l’invention du vinyle
Waldo Semon (10 septembre 1898 – 26 mai 1999), ingénieur chimiste américain qui a inventé le PVC plastifié (vinyle) et a apporté des contributions pionnières à la science des polymères. Il a dirigé la découverte de trois grandes nouvelles familles de polymères : le polyuréthane thermoplastique, le caoutchouc « naturel » synthétique et les caoutchoucs synthétiques résistants à l’huile.
Waldo Semon – Célèbre inventeur 
waldo Semon (né le 10 septembre 1898 à Demopolis, Ala., États-Unis – décédé le 26 mai 1999 à Hudson, Ohio), chimiste américain principalement connu pour sa découverte du chlorure de polyvinyle plastifié (PVC).
En 1912, le scientifique européen Klattes avait découvert que l’acide chlorhydrique combiné à l’acétylène donne du chlorure de vinyle. Un autre Européen, Ostromislenski, a breveté la même année la production d’un matériau caoutchouteux à partir de chlorure de vinyle. Cependant, ce n’est qu’en 1930, lorsque l’Américain Waldo L. Semon a avancé l’utilisation d’esters organiques à haut point d’ébullition, en particulier les phosphates, pour plastifier le chlorure de polyvinyle, donnant des masses caoutchouteuses, que le chlorure de polyvinyle a commencé à se généraliser. Le chlorure de polyvinyle plastifié a rapidement trouvé des applications comme isolant de câbles, substitut de cuir et dans l’emballage.
Pressé de trouver d’autres utilisations pour le caoutchouc, Semon a eu l’idée du chewing-gum, une forme de caoutchouc. Il breveta son idée en octobre 1931. Semon s’attendait à ce que le chewing-gum remplace le chewing-gum conventionnel. Son employeur, BF Goodrich, considéra cependant les bulles comme un défaut du produit et refusa de développer et de commercialiser l’invention de Semon. Une fois le délai écoulé sur le brevet, Bazooka a déposé le produit et Semon n’a plus eu d’intérêt financier dans la commercialisation de son invention.
Au cours de ses 37 années de carrière chez BF Goodrich, Semon a fait des découvertes importantes dans les domaines des antioxydants du caoutchouc diarylamine, des caoutchoucs synthétiques et du caoutchouc nitrile résistant à l’huile. De 1954 à 1961, il a été directeur de la recherche sur les polymères chez BF Goodrich où il a assuré le leadership technique qui a alimenté la découverte de trois grandes nouvelles familles de matériaux polymères : le polyuréthane thermoplastique, le caoutchouc « naturel » synthétique et les premiers caoutchoucs synthétiques résistants à l’huile.
Semon est né à Demopolis, en Alabama, en 1898. Il a déménagé dans le nord-ouest du Pacifique à l’âge de sept ans. En 1916, il entre à l’Université de Washington, déterminé à devenir chimiste. Il obtient son diplôme cum laude en 1920 puis poursuit ses études à l’Université de Washington, où il obtient son doctorat. en chimie en 1923. Après une courte période en tant qu’instructeur à l’université, Semon rejoint BF Goodrich. Après avoir pris sa retraite de cette société en 1963, il a été professeur-chercheur à la Kent State University. Au cours de sa carrière, Semon a obtenu 116 brevets. En reconnaissance de ses contributions à la science des polymères, Semon a reçu la médaille ACS Charles Goodyear, la médaille Edward W. Morely et le prix Thomas Midgely ; il a également été intronisé au National Inventors Hall of Fame.
Il a obtenu un doctorat de l’Université de Washington et a ensuite travaillé pour la société BF Goodrich à Akron, Ohio. Le PVC avait été préparé dès 1872, mais l’application commerciale du polymère était limitée par son extrême rigidité. Puis, en 1926, Semon, tout en essayant de déshydrohalogéner le PVC dans un solvant à haut point d’ébullition afin d’obtenir un polymère caoutchouteux qui pourrait se lier au métal, a produit ce qu’on appelle maintenant le PVC plastifié. La découverte de ce produit inerte souple est à l’origine du succès commercial du PVC. Sous la marque Koroseal, Goodrich a transformé le plastique en joints amortisseurs, en isolation de fils électriques et en produits en tissu enduit.:max_bytes(150000):strip_icc()/__opt__aboutcom__coeus__resources__content_migration__treehugger__images__2020__03__chemist_gloves_hold_beaker_during_experiment-36ead01c820a4225973b0a5e0e8f55ab.jpg)
Semon a apporté d’autres contributions pionnières à la science des polymères et, pendant la Seconde Guerre mondiale, son leadership technique a abouti au développement du caoutchouc styrène-butadiène, un substitut synthétique du caoutchouc naturel qui est encore largement utilisé dans les pneus automobiles.
Récompenses reçues par l’inventeur : Médaille Charles Goodyear
Waldo Semon et l’invention du vinyle
Le 10 septembre est l’anniversaire de Waldo Semon. Semon était l’ingénieur chimiste américain qui a inventé l’un des plastiques les plus utilisés au monde, le vinyle.
Le vinyle est la forme plastifiée du chlorure de polyvinyle ou PVC. Le PVC a été découvert à l’origine par le chimiste allemand August Wilhelm von Hoffman en 1872. Il a trouvé le matériau dur, cassant et un peu plus qu’une curiosité. Il a été redécouvert par un autre chimiste allemand, Friedrich Heinrich August Klatte. Klatte a trouvé les mêmes propriétés que von Hoffman et a mis son conteneur de PVC de côté pour une étude future. Au fil du temps, la lumière du soleil a polymérisé l’échantillon de Klatte en la forme rigide, mais moins cassante, que nous connaissons aujourd’hui. Klatte a obtenu un brevet en Allemagne mais n’a poursuivi aucune utilisation commerciale du matériau.
Semon travaillait comme ingénieur chimiste pour la société BF Goodrich en 1926. Il tentait de trouver un polymère adhésif qui aiderait à lier le caoutchouc au métal. Il tentait de traiter le PVC pour obtenir un polymère différent en éliminant le chlore à l’aide de solvants. Au lieu de produire un adhésif, il a trouvé une version flexible du PVC. Goodrich a commencé à commercialiser le produit sous le nom de Koroseal. Koroseal a été utilisé pour imperméabiliser les tissus, recouvrir les câbles électriques et comme joints pour les amortisseurs. Une autre société, Union Carbide utiliserait ce plastique mélangé à de l’acétate de vinyle pour l’industrie de la musique sous forme de disques vinyles.
Aujourd’hui, le PVC est le troisième plastique le plus utilisé après le polyéthylène et le polypropylène. Vous rencontrerez une forme de PVC plastifié presque partout. Il se trouve sur les côtés des maisons, des tuyaux d’arrosage, des pièces automobiles et le plus souvent dans la plomberie. On estime qu’aux États-Unis seulement, les tubes en PVC représentent jusqu’à 75 % de la plomberie.
Si cela ne suffisait pas, Semon a également inventé un caoutchouc synthétique connu sous le nom d’Ameripol et a grandement contribué au développement de substituts de caoutchouc styrène pendant la Seconde Guerre mondiale. L’une de ses inventions préférées était un type de chewing-gum synthétique. Cela ressemblait à de la gomme mais permettait au mâcheur de souffler de très grosses bulles. BF Goodrich ne croyait pas que quiconque mâcherait du faux chewing-gum avec lequel on pourrait faire des bulles et n’a pas commercialisé l’idée de Semon. Bubblegum sera inventé à nouveau par le comptable de la société Fleer Chewing Gum en 1928.
Waldo Semon – Caoutchouc, PVC et… chewing-gum ?
QU’EST-CE QUE le chewing-gum, le PVC et les pneus ont en commun ? Ils doivent tous leur succès commercial au même ingénieur chimiste né aux États-Unis – Waldo Semon.
Eh bien, le PVC et les pneus le font certainement. Bien que Semon ait inventé un chewing-gum synthétique idéal pour faire des bulles, son employeur n’a pas réussi à tirer parti de ce brevet particulier. Mais avec 216 brevets nationaux et internationaux parmi lesquels choisir, on pourrait être pardonné de passer à côté du potentiel de l’un d’entre eux ; surtout s’il est aussi éloigné du cœur de métier que le chewing-gum l’est d’un spécialiste du caoutchouc comme BFGoodrich.
L’importance commerciale durable du PVC ne peut être surestimée, tandis que la contribution de Semon au développement du caoutchouc synthétique a joué un rôle important dans la victoire des Alliés pendant la Seconde Guerre mondiale.
Le PVC avait été découvert deux fois, indépendamment, par le chimiste allemand Eugen Baumann en 1872 et l’inventeur Friedrich Klatte en 1913, qui ont également breveté un procédé de polymérisation associé utilisant la lumière du soleil. Mais le matériau était fragile et personne n’en avait d’applications commerciales.
« Les gens pensaient que le PVC était sans valeur à l’époque [dans les années 1920] », a commenté Semon lorsqu’il a été intronisé au National Inventors Hall of Fame des États-Unis en 1995. « Ils le jetaient à la poubelle. »
Aujourd’hui , le PVC est le deuxième plastique le plus produit au monde après le polyéthylène. Deux conduites d’eau sur trois sont en PVC, tout comme les trois quarts des conduites d’égouts sanitaires, avec d’autres applications allant du ruban isolant électrique et des cadres de fenêtre aux disques phonographiques et aux cartes de crédit.
L’ingrédient secret qui a transformé le PVC d’un déchet indésirable en un produit à usage millionnaire était un solvant qui a transformé le PVC d’un gaspillage d’espace dur et inexploitable en un polymère multi-usage flexible, rebondissant et résistant aux produits chimiques que nous connaissons aujourd’hui. À l’époque, les gens considéraient le PVC comme sans valeur. Ils le jetteraient à la poubelle
Un début pas si collant
Comme tant de découvertes, la percée de Semon dans le PVC s’est produite par accident, alors qu’il tentait de développer un adhésif qui collerait le caoutchouc au métal – déjà une grosse affaire pour BFGoodrich, qui avait repris Semon des mois plus tôt au milieu de 1926.
« Je pensais que si je pouvais commencer avec du chlorure de vinyle, le polymériser puis éliminer le chlore par une méthode ou une autre, je pourrais trouver les conditions pour obtenir un matériau adhésif », a déclaré Semon à l’American Chemical Society en 1966.
Synthétiser le chlorure de vinyle et laisser polymériser la lumière du soleil sur le toit du laboratoire était assez facile, mais éliminer le chlore s’est avéré plus problématique. « Parmi les choses que j’ai essayées, j’ai essayé de solvater le PVC dans un solvant à point d’ébullition élevé, puis de le traiter avec du zinc ou une amine organique forte. Imaginez ma surprise quand j’ai découvert que le PVC solvaté était flexible, résistant et qu’il rebondirait ! Lorsque j’ai découvert plus tard que le PVC plastifié résisterait aux alcalins, aux acides forts et à la plupart des solvants, il m’a semblé qu’il aurait toute une gamme de possibilités commerciales.
Le PVC n’était clairement pas un adhésif, mais Semon a vu son potentiel et a décidé de continuer malgré tout. Le PVC plastifié nécessitait beaucoup d’énergie pour chauffer et devait ensuite être refroidi dans le moule, ce qui rendait le processus à la fois long et coûteux. La solution consistait à produire le PVC brut sous la forme d’une poudre fine, puis à le mélanger avec un plastifiant jusqu’à ce qu’il ressemble à une pâte épaisse. « J’ai découvert que je pouvais ensuite étaler cette pâte sur du tissu ou la mettre dans des moules. Lorsqu’il a été chauffé, il a pris les mêmes propriétés que celles qui auraient été obtenues si je l’avais d’abord mélangé, puis moulé le produit, mais le traitement était beaucoup plus facile », a déclaré Semon. Connu sous le nom de technologie plastisol, le procédé est encore utilisé aujourd’hui.
Rideaux et voyages de camping
Comme si souvent, Semon a trouvé que c’est une chose de trouver un nouveau produit avec une application commerciale évidente et prometteuse, et une autre chose de le vendre à la direction. « Il a fallu beaucoup de temps pour vraiment intéresser quelqu’un au PVC », a-t-il déclaré. « BFGoodrich était à l’époque une entreprise de caoutchouc. Ils ne pensaient qu’au caoutchouc et ce n’était pas un produit en caoutchouc, j’ai donc eu une expérience très intéressante en vendant l’idée à la direction.
L’entreprise commercialisait le PVC pour quelques applications de niche telles que les talons de chaussures et les grilles métalliques recouvertes de PVC pour les laboratoires de chimie, mais le marché était trop limité pour financer le développement continu du PVC. C’est la possibilité d’appliquer du PVC sur les tissus – associée au penchant d’un cadre supérieur pour les vacances en camping – qui a catalysé la véritable percée.
« Ma femme fabriquait des rideaux pour le salon », a déclaré Semon dans une interview à la National Public Radio aux États-Unis. « J’ai apporté une partie du tissu au laboratoire et je l’ai enduit de PVC, et voilà, ça ressemblait à de la soie et c’était imperméable. Je suis devenu tellement enthousiaste, j’ai oublié le protocole et je suis allé directement voir le vice-président des ventes [qui, en l’occurrence, avait un grand amour pour le plein air et une longue expérience de se faire tremper dans sa tente supposée étanche], et il l’a regardé et il a dit : ‘Bon sang, qu’est-ce que tu veux dire par étanche ?’ Alors j’ai attrapé le tissu et l’ai mis sur le dessus de son courrier entrant et j’ai pris une carafe d’eau et je l’ai versé. Oh, il avait vraiment peur, mais il n’y avait pas de fuite… Je me suis souvent demandé ce qui serait arrivé à moi ou au PVC s’il y avait eu une fuite.
Semon a reçu le brevet pour le PVC plastifié en 1933, et les parapluies, imperméables et rideaux de douche recouverts de PVC ont suivi, tout comme les disques vinyles, les tuyaux d’arrosage et une foule d’autres produits.
La course en caoutchouc synthétique
Pendant ce temps, la montée d’Hitler en Allemagne a alimenté les craintes américaines que l’instabilité en Europe puisse couper l’Amérique du Nord des fournisseurs asiatiques de caoutchouc naturel dont elle dépendait pour tout, des pneus de voiture aux avions et aux chaussures. La mission particulière de Semon était de trouver un élastomère synthétique qui pourrait remplacer le caoutchouc naturel dans les pneus automobiles. Même sans que la guerre en Europe menace de couper les lignes d’approvisionnement, le caoutchouc naturel était rare : à la fin des années 1930, les États-Unis consommaient plus de la moitié de l’approvisionnement mondial en caoutchouc naturel, et l’essor de l’industrie automobile en particulier a alimenté une forte croissance continue – tout comme la perspective de la guerre, puisque pratiquement tous les véhicules utilisés pour la guerre utilisent de grandes quantités de caoutchouc.
Le début de la guerre en 1939 a entraîné la réduction redoutée des approvisionnements, laissant les États-Unis avec un stock qui ne durerait pas plus de 18 mois. Si aucune alternative synthétique viable n’a été trouvée à cette époque, il n’y avait aucun moyen pour les États-Unis de gagner la guerre.
La Première Guerre mondiale avait catalysé le développement du premier caoutchouc synthétique, le méthylisoprène polymérisé, mais le caoutchouc méthylique était une mauvaise imitation coûteuse et rapidement abandonnée. Des chercheurs allemands des années 1920 ont développé le « Buna » (butadiène polymérisé au sodium) et ont découvert que lorsqu’ils ajoutaient du styrène et du noir de carbone, le polymère résultant, connu sous le nom de Buna-S, était solide et durable.
Hélas, lorsque Semon s’est rendu en Allemagne en 1937 dans le but de les amener à partager la technologie, il les a trouvés quelque peu protecteurs des détails exacts du processus. Semon déclare : « Cependant, ce fut vraiment une expérience formidable pour moi de parcourir l’Allemagne avec des pneus en Buna-S ! Je suis revenu plus enthousiaste que jamais et convaincu que si l’Allemagne ne nous donnait pas sa méthode de fabrication du caoutchouc synthétique, nous pourrions développer notre propre procédé.
Il était de notoriété publique que le Buna-S était composé de butadiène et de styrène, donc « tout » ce que Semon et son équipe devaient faire était de trouver un autre système de monomères qui ne violerait pas le brevet allemand. Ce qui a suivi a été un marathon expérimental au cours duquel Semon et son équipe ont testé toutes les combinaisons de monomères et de comonomères diène auxquels ils pouvaient penser.
« Sur les 14 492 expériences que nous avons menées, il n’y en avait qu’environ 111 suffisamment prometteuses pour un développement plus détaillé, et parmi elles, seules six semblaient assez bonnes pour être plantées en pilote », a déclaré Semon.
La disponibilité commerciale a finalement tranché en faveur du butadiène et du méthacrylate de méthyle, déjà couramment utilisés pour fabriquer les fenêtres Lucite. Semon a découvert que la copolymérisation de 70 % de butadiène et de 30 % de MMA donnait un bon caoutchouc synthétique résistant à l’abrasion – pas la solution la moins chère, mais une solution pratiquement disponible et qui ferait l’affaire, dit-il.
Une usine pilote pour les soi-disant pneus en caoutchouc synthétique Ameripol a démarré en 1940 et, en 1944, quelque 50 usines à travers les États-Unis produisaient environ deux fois plus de caoutchouc synthétique que la production mondiale de caoutchouc naturel avant la guerre.
La gomme qui ne serait pas
Quant au chewing-gum, c’était hélas l’une des innovations de Semon qui n’a jamais vu le jour, même si Semon en était très fier. Une forme alternative de bubble-gum était déjà sur le marché, et la contribution de Semon était une variante synthétique qui se distinguait par les énormes bulles que l’on pouvait souffler avec. Cependant, BFGoodrich n’a pas vu le potentiel commercial de l’innovation et a mis le produit de côté. Évidemment, convaincre une entreprise de caoutchouc et de pneumatiques de se lancer dans le secteur alimentaire était un peu trop loin !
Waldo Semon et PVC plastifié
Waldo Semon a un jour fait un détour dans son laboratoire de recherche assigné et a fini par inventer le deuxième plastique le plus vendu au monde : le chlorure de polyvinyle, alias PVC, alias vinyle.
Semon est né le 10 septembre 1898 à Demopolis, en Alabama, mais a déménagé avec sa famille à l’âge de sept ans dans l’État de Washington. En 1916, il entre dans l’une des deux institutions où il fera l’essentiel de sa carrière : l’Université de Washington, à Seattle. Semon prévoyait de devenir chimiste et l’a fait. En 1920, il obtient avec distinction un BS en chimie. À peine trois ans plus tard, il obtient son doctorat (1923). Il enseigne encore quelques années comme instructeur, jusqu’à ce qu’il soit attiré par l’entreprise qui devient sa deuxième maison professionnelle, BFGoodrich (1926).
Le recruteur de Semon était un ancien mentor à UW, Harry Trumbull. Trumbull était devenu le chef de la recherche chimique de BFG depuis 1919 et, au milieu des années 1920, travaillait sur un procédé pour recouvrir le métal de caoutchouc. Trumbull pensait que cela pouvait être mieux réalisé avec un caoutchouc synthétique plutôt que naturel, et il a engagé Semon pour résoudre le problème.
Semon est arrivé à Akron, Ohio, à l’été 1926. Ses premières tentatives, utilisant du caoutchouc brut récupéré et un prototype allemand de caoutchouc synthétique, ont échoué. Lorsque Semon a parcouru toutes ses fournitures de caoutchouc, il a commencé à expérimenter des polymères organiques synthétiques — y compris le polychlorure de vinyle, ou PVC, une substance à l’époque considérée comme n’ayant pas plus de valeur que les déchets. Parce que le polymère était rigide à température ambiante, Semon l’a chauffé dans un solvant à point d’ébullition élevé : le résultat était une gelée élastique après refroidissement, mais non adhésive.
Semon réalisa instinctivement qu’il était à mi-chemin d’une percée majeure. Mis à l’écart de sa mission initiale, il continue d’expérimenter le PVC élastique, jusqu’à ce qu’il réussisse, « par accident » comme il le prétendra plus tard, à plastifier la substance. Le PVC a toujours été plus durable que le caoutchouc brut ; La première percée de Semon l’a rendu élastique et résistant; et sa deuxième percée l’a rendu moulable dans n’importe quelle forme requise. Les premières applications de Semon comprenaient, comme on pouvait s’y attendre, les semelles de chaussures, ainsi qu’un certain nombre de revêtements utiles, pour les manches d’outils, les fils et d’autres articles.
Semon ne s’est jamais reposé sur ses lauriers au laboratoire. En fait, en 1934, il avait dépassé la tâche que Trumbull lui avait initialement confiée, inventant plus d’une centaine de méthodes de fixation du caoutchouc synthétique sur le métal. Au fil du temps, Semon est devenu directeur de la recherche et a dirigé des équipes qui ont inventé d’autres familles de plastiques. Au total, Semon lui-même a obtenu 116 brevets américains.
Waldo Semon (1898-1999)
Qui a inventé le PVC plastifié (vinyle), tout en recherchant un adhésif synthétique. En 1926, il découvre comment rendre pliable le chlorure de polyvinyle dur et inutilisable, en le chauffant dans un solvant à haute température. Il est maintenant utilisé dans des centaines de produits tels que les carreaux de sol, le similicuir, les tuyaux d’arrosage, les rideaux de douche et les revêtements. Il est le deuxième en plastique polyéthylène en quantité fabriquée. Les autres contributions pionnières de Semon à la science des polymères comprenaient de nouveaux antioxydants pour le caoutchouc. De plus, son leadership technique a conduit à la découverte de trois grandes nouvelles familles de polymères : le polyuréthane thermoplastique, le caoutchouc « naturel » synthétique et les caoutchoucs synthétiques résistants à l’huile. Semon détenait 116 brevets américains.
https://www.thechemicalengineer.com/features/cewctw-waldo-semon-rubber-pvc-and-bubblegum/
https://sciencenotes.org/september-10-today-science-history-waldo-semon/
https://lemelson.mit.edu/resources/waldo-semon
https://todayinsci.com/S/Semon_Waldo/VinylPatent1929453.htm
http://www.madehow.com/inventorbios/10/Waldo-L-Semon.html