8/12/2019 US942699 Bakelite

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. i s a speci?cation.

UNITED S T A T E S , PATENT c l a r i o n .LEO H . BAEKELAND, 0 F _ . Y O N K E B S , NEW Y O R K .

msrnon o r MAKING INSOLUBLE r a o n u c ' r s o r r r r e u o n AND ronmnnmr,9 4 2 , 6 9 0 .No Drawing. - '

T o a l l whom i t may c o n c e r n :l l e i t k n o w n t h a t 1 , L e o I I . B a r n e s / m o ,a c i t i z e n o f t h e Umtcd S t a t e s , r e s i d i n g a t .S n u g l l o c k , , . ' l l a r m o n y l a r l c , Y o n k e r s , i nt h e c o u n t y o f \ \ e s t c h e s t e r a n d S t a t e o f NewY o r k , h a v e i n v e n t e d c e r t a i n new and u s e f u l .l m p r o v e m e u t s - i n M e t h o d s o f M a k i n g l i t -s o l u b l e C o n d e n s a t i o n l r o d u c t s ' o t l h e n o l sa m l l t o r m a l d c h j y d e , o f w h i c h t h e f o l l o w i n g

i n m y p r i o r a p p l i c a t i o n S e r f N o . 3 5 8 , 1 5 6 ,i i l e d l t e b r u a r y l b , 1 9 0 ? , l h a v e d e s c r i b e dand c l a i m e d a m e t h o d o f i n d u r a t i n g , r l i b r o u so r c e l l u l a r . m a t e r i a l s w h i c h c o n s i s t s i n i mp r e g n a t i n g o r m i x i n g t h e m w i t h a p h e n o l i cb o d y a n d f o r m a l d e h y d e , a n d c a u s i n g t h es a m e t o r e a c t . w i t h i n t h e b o d y o f t h e mater i a l t o y i e l d a n i n s o l u b l e i u d u r a t i n g c o nd e n s a t i o n J n ' o t l n c t , t h e r e a c t i o n b e i n g a c c e le s n ' c d by t h e use of heat or c o n . .e r u t c d i t( l e n s i n g a g e n t s . i n t h e c o u r s e o f t h i s r ea c t i o n c o n s i d e r a b l e q u a n t i t i e s o f w a t e r a r ep r o d u c e d , a n d a d r y i n g o p e r a t i o n i s r e s o r t e dto to expel i t . - _ _ -T h e p r e s e n t . i n r e u t i o n r e l a t e s t o i t h e p r od u c t i o n o f h a r d , i n s o l u b l e a n d i n f u s i b l e c o nd e n s a t i o n p r o d u c t s o f p h e n o l s a n d f o r m a ldehyde -l n p r a c t i c i n g t h e i n v e n t i o n 1 - r e a c t u p o n .a p h e n o l i c b o d y w i t h f o r m a l d e h y d e t o o bt a i n a r e a c t i o n n ' o d n c t w h i c h i s c a p a b l e o ft r a n s f o r n m t i o n y h e a t i n t o a n i n s o l u b l e a n di n f u s i b l e b o d y , and t h e n c o n v e r t t h i s r e a ct i o n p r o d u c t , e i t h e r a l o n e o r c o m p o u n d e d w i t h a s u i t a b l e l i l l i n g m a t e r i a l , i n t o s u c h i ns o l u b l e a n d i n l ' u s i b l c b o d y b y t h e c o m b i n e da c t i o n o f h e a t a n d p r e s s u r e . P r e f e r a b l yt h e w a t e r p r o d u c e d d u r i n g t h e r e a c t i o n o ra d d e d w i t h t h e r e a c t i n g b o d i e s i s s e p a r a t e db e f o r e h a r d e n i n g t h e r e a c t i o n p r o d u c t . Byp r o c c e d i m r i n t h i s manner a more c o m p l e t ec o n t r o l o f t - h c r e a c t i o n i s s e c u r e d a n d o t h e ri m p o r t a n t a d v a n t a g e s a r e a t t a i n e d a s h e r ei n a f t e r s e t f o r t h .

~ I f a mixture o f p h e n o l o r i t s homolognesa n d f o r m a l d e h y d e o r i t s p o l y m e r s b e h e a t ;e d , a l o n e o r i n p r e s e n c e 0 c a t a l y t i c o r c o nd e n s i n g a g e n t s , t h e f o r m a l d e h y d e b e i n gp r e s e n t i n a b o u t t h e m o l e cu l a r p r o p o r t i o nr e q u i r e d f o r t h e r e a c t i o n o r i n e x c e s s t h e r eo f , t h a t i s t o s a y , a p p r o x i m a t e l y e q u a l v o lu m e s o f c o m m e r c i a l p h e n o l o r c r e s y l i c a c i da n d c o m m e r c i a l f o r m a l d e h y d e , t h e s e b o d i e sr e a c t u p o n e a c h o t h e r a n d y i e l d a p r o d u c tc o n s i s t i n g o f t w o l i q u i d s w h i c h w i l l s o p

B p e e t n e ' a t l o a 0 1 L e t t e r s E a t e n - t . I : I a t e n t c d De c . 7 ' , 1909.Application ?led July 1 : , 1 9 07, Serial n o . .aaam.

a r a t e o r s t r a t i f o n s t a n d i n g . The l i g h t e ro r s u p e r n a t a n t i q u i d i s a n a q u e o u s s o l u t i o n ,w h i c h c o n t a i n s v t h e w a t e r r e s u l t i n g f r o m t h er e a c t i o n o r added w i t h t h e r e a g e n t s , w h e r ea s t h e h e a v i c r l i q n i d i s o i l y o r v i s c o u s i n .c h a r a c t e r a n d c o n t a i n s t h e t i r s t p r o d u c t s o f c h e m i c a l c o n d e n s a t i o n o r d e h y d r at i o n . Thel i q u i d s a r e r e a d i l y s e p a r a t e d , a n d t h e a q u c -o u s s o l u t i o n may b e r e j e c t e d o r t h e w a t e rmay b e e l i m i n a t e d b y e y a p o r a t i o n . l h eo i l y l i q u i d o b t a i n e d a s a b o v e ' d e s c r i b e d i sf o u n d t o b e s o l u b l e i n o r m i s c i b l e w i t h a l c o ~h o l , a c e t o n e , ) h e n o l a n d s i m i l a r s o l v e n t s o rm i x t u r e s o f t h e s a m e . T h i s o i l y l i q u i d m a yb e f u r t h e r s u b m i t t e d t o h e a t : on a w a t e r - o rs t e a m - b a t h s o a s t o t h i c k e n i t s l i c h t l y andt o d r i v e o t l a n y w a t e r w h i c h m i g t s t i l l b em i x e d w i t h ' i t . I f t h e r e a c t i o n b e p e r m i t t e dt o p r o c e e d f u r t h e r t h e c o n d e n s a t i o n p r o d u c tmay a c q u i r e ' a more v i s c o u s c h a r a c t e r , b ec o m i n g g e l a t i n o u s , o r s e m i - p l a s t i c i n c o n -s i s t c n c e ; " l ' h i s a n o d i ? m t i o n o f t h e ' r o d u c ti s i n s o l u b l e o r i n c o m p l e t e l y s o l u b l e 1 n a l c oh o l b u t s o l u b l e o r p a r t i a l l y s o l u b l e i n a c et o n e o r i n a m i x t u r e o f a c e t o n e and a l c o h o l . _ T h e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t h a v i n g e i t h e rt h e o i l y o r s e m i - p l a s t i c c h a r a c t e r may b es u b j e c t e d t o f u r t h c r t r e a t m e n t a s h e r e i n a f t e rd c s c r i b e d . - By h e a t i n g t h e s a i d c o n d e n s at i o n p r o d u c t i t i s f o u n d t o b e t r a n s f o r m e di n t o a . h a r d b o d y , u n a f f e c t e d b y m o i s t u r e ,i n s o l u b l e i n a l c o h o l a n d a c e t o n e , i n f u s i b l e ,a n d r e s i s t a n t t o a c i d s , a l k u l i e s a n d a l m o s ta l l o r d i n a r y r e a g e n t s . T h i s p r o d u c t ~ i sf o u n d t o b e s u i t a b l e f o r many p u r p o s e s , a n dmay b e e m p l o y e d e i t h e r a l o n e o r m a d m i x - ' t u r e w i t h o t h e r s o l i d , scmrhqmd o r 1 1 u i dm a t e r i a l s , a s f o r i n s t a n c e a s b e s t o s 6 r ,wood ? b e r , o t h e r ? b r o u s o r _ c e l l u l a r m a t er i a l s , r u b b e r , c a s e i n , l a m p b l a c k , m i c a , m i n -e r a l p o w d e r s a s z i n c o x i d , b a r i u m s u l f a t e ,e t c . , p i g m e n t s , d y e s , n i t r o c e l l u l o s e , a b r a s i v em a t e r i a l s , l i m e , s u l f a t e o f c a l c i u m , g r a p h i t e ,c e m e n t , powdered horn o r b o n e , pumices t o n e , t a l c u m , s t a r c h , c o l o p h o n n u n , r e s i n s o r

70

75

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9 5

1 0 0g u m s , s l a t e d u s t , e t c . , i n a c c o r d a n c e w i t h t h e 'p a r t i c u l a r u s es f o r w h i c h i t i s i n t e n d e d , a n di n mu ch t h e same manner a s i n d i a r u b b e r i sc o m p o u n d e d w i t h t h e a b o v e - n a m e d a n do t h e r m a t e r i a l s t o y i e l d v r i o u s v a l u a b l e' p r o d u c t s . - I n c o m p o u n d i n g t h e c o n d e n s at i o n o r d e h y d r a t i o n p r o d u c t i n t h i s m a n n e r ,t h e d e s i r e d m a t e r i a l s a r e m i x e d w i t h t h es a m e b e f o r e s u b m i t t i n g . i t t o t h e ? n a l h a rd e n i n g o p e r a t i o n b e l o w d e s c r i b e d . 1 1 0

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2/3

1 0

. 1 5

20

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Q .In o r d e r t o c o n v e r t t h e c o n d e n s a t i o n o rd e h y d r a t i o n - p r o d u c t i n t o t h e ? n a l p r o d u c ta b o v e - d e s c r i b e d I may s u b j e c t i t t o a t e m

p e r a t u r e w h i c h w i l l d e p e n d u p o n t h e s p ec i t i c r e s u l t s s o u g h t . I f i t b e d e s i r e d ' t o m o l dt h e m a t e r i a l d i r e c t l y t h e c o n d e n s a t i o n p r o du c t i s p o u r e d o r p r e s s e d i n t o a s u i t a b l e molda n d i s s u b m i t t e d t h e r e i n w h i l e m a i n t a i n i n ga p p r o p r i a t e p r e s s u r e t o a s u i t a b l e t e i n ) e ra t u r e , s a y a b o u t 1 1 0 - 1 4 0 0 . ; u n d e r t h e s ec o n d i t i o n s t h e r e i s o b t a i n e d i n from o n e t otwo h o u r s o r l e s s a h a r d , c o m p a c t , p e r f e c t l yhomogeneous mass s i m i l a r i n i t s p r o p e r t i e st o h a r d r u b b e r o r t o i v o r y , i n s o l u b l e i n a l c o - _h o l , a c e t o n e , a n d r e s i s t a n t t o h e a t o r i n f u s ib l e , and r e s i s t a n t t o m o i s t u r e a n d m o s tc h e m i c a l r e a g e n t s a s a b o v e d e s c r i b e d . I nc a s e t h e - ) r o d u c t b e . ? r s t mixed w i t h a s b e s t o s .l i b e r , r u b e r , p o w d e r e d s u b s t a n c e s o r o t h e rm a t e r i a l s a s a b o v e d e s c r i b e d , and h e a t b et h e r e a f t e r a p p l i e d a v c o m p o u n d i s o b t a i n e di i i - t h e f o r m o f h a r d m a s s e s c o n t a i n i n g t h ei n s o l u b l e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t d e s c r i b e d .S u c h m a s s e s may b e p r o d u c e d d i r e c t l y i nany d e s i r e d form by t h e u s e o f a s u i t a b l em o l d , o r t h e y may b e p r o d u c e d i i i a b l o c k o r i r r e g u l a r m a s s w h i c h may b e c u t , s a w e d ,t u r n e d o r o t h e r w i s e m a n i p u l a t e d t o a n ysuitable form or s i z e .S m a l l p r o o r t i o n s o f s o l v e n t s may b ea d d e d t o t h e i n i t i a l c o n d e n s a t i o n p r o d u c t i no r d e r t o f a c i l i t a t e t h e compounding o r mixi n g o f t h e s a m e , t h e r e s u l t i n g m i x t u r e b e i n gt h e n s u b m i t t e d t o t h e f i n a l b a k i n g o r h a rd e n i n o r process a s described. -W h i l e I h a v e i n d i c a t e d a b o v e a p r a c t i c a lh a r d e n i n g t e m p e r a t u r e o f 1 1 0 1 4 0 C . i ts h o u l d b e u n d e r s t o o d t h a t h i g h e r t e m p e ra t u r e s may b e e m p l o y e d , i n w h i c h c a s e t h et i m e r e q u i r e d f o r t h e h a r d e n i n w p r o c e s s i sc o n s i d e r a b l y r e d u c e d ; t h e h a r d e n i n g may

a l s o b e c o n d u c t e d a t 1 0 0 C . and e v e n a t

45

s o

5 5

60

6 5

l o w e r t e m p e r a t u r e s , m o r e p a r t i c u l a r l y f o ri m p r e g n a t i n g ? b r o u s o r i c e l u l a r m a t e r i a l s ,b u t i n t h i s c a s e t h e h a r d e n i n g i s f o u n d t ob e v e r y s l o w a n d s o m e d a y s may b e r e q u i r e df o r i t s c o m p l e t i o n . T h e h a r d e n i n g may b eg r e a t l y a c c e l e r a t e d b y a d d i n g s m a l l p r o p o rt i o n s o f c a t a l y t i c . a g e n t s , o r s o - e a l l e d c o nd e n s i n g a g e n t s , a s f o r i n s t a n e e z i n c c h l o r i d , o t h e r m e t a l l i c c h l o r i d s , a c i d s o r s a l t s . I n c a s e s u c h c o n d e n s i n g a g e n t s a r e added t h eh a r d e n i n g o c c u r s r a p i d l y a t r e l a t i v e l y l o wt e m p e r a t u r e s .T h e m o d e o f a p p l i c a t i o n o r c o m p o u n d i n go f t h e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t w i l l o f c o u r s ed e p e n d u p o n t h e r e s u l t s s o u g h t . I t o r t r e a ti n g o r i n d u r a t i n g w o o d , t h e s u r f a c e o n l ymay b e t r e a t e d , o r i t may b e t r e a t e dt h r o u g h o u t i t s m a s s s u b s t a n t i a l l y a s d es c r i b e d i n my c o p e n d i n e a p p l i c a t i o n a b o v er e f e r r e d t o ; t h e t r e a t e d m a t e r i a l i s t h e r ea f t e r s u b m i t t e d t o h e a t , s o m e c o n d e n s i n ga g e n t b e i n g a d d e d i f d e s i r e d . F o r f a c i l i t a ti n g t h e p e n e t r a t i o n o f w o o d o r t h e l i k e t h e

9 4 2 , 6 9 9c o n d e n s a t i o n p r o d u c t m a y b e s l i g h t l y h e a t e dt o r e n d e r i t more ' m o b i l e , o r s m a l l i r o p o rt i o n s o f s u i t a b l e s o l v e n t s m a y b e a d d e d .The l i n a l h e a t i n g o r b a k i n g b y w h i c h t h ec o n d e n s a t i o n p r o d u c t , a l o n e o r c o m p o u n d e d ,i s c o n v e r t e d i n t o , a n i n s o l u b l e b o d y s h o u l db e e t l e c t e d i n a c l o s e d v e s s e l i n c a s e t h e t e mp e r a t u r e e x c e e d 9 0 - 1 0 0 0 . ; w i t h o u t t h i sn - e c a u t i o u . v a p o r s o f f o r m a l d e h y d e a n d t h el i k e e s c a p e c a u s i n g f o a m a n d a i r b u b b l e s ;f u r t h e r m o r e t h e l o s s o f t h e r e a g e n t s a n d t h ed i s t u r b a n c e o f t h e p r o p o r t i o n s b e t w e e n t h e n ' i) r e v e n t s o b t a i n i n g a p r o d u c t o f maximumh a r d n e s s a n d u n i f o r m t e x t u r e . i n a c l o s e dv e s s e l u n d e r p r e s s u r e t h e ( m e r a t i o u p r o c e e d sw i t h p r e c i s i o n , a n d a u n i f o r m r e s u l t may b ealways obtained. _

I n s t e a d o f o r d i n a r y p h e n o l I may u s e c r e~ s o l a n d i t s h o m o l o g o u s , - o r o t h e r p h e n o l i cb o d i e s . I f d e s i r e d I m a y e m p l o y i n p l a c e o fc o m m e r c i a l f o r i m i h l e h y d e a s o l u t i o n o f a nh y d r o u s f o r m a l d e h y d e i n p h e n o l , o r t h ep o l y m e r o f f o r m a l d e h y d e w h i c h o n h e a t i n gs p l i t s u p i n t o a n h y d r o u s f o r m a l d e h y d e , m a ybe used. 1 _T h e i n i t i a l o i l y , v i s c o u s o r s e m i - p l a s t i cc o n d e n s a t i o n p r o d u c t . may b e o b t a i n e d v i n

70

9 0

v a r i o u s w a y s , a s f o r i n s t a n c e b y d g g c s t i n v ~ a s u i t a b l e m i x t u r e o f p h e n o l a n d o r m a l eh y d e i n a n a u t o c l a v e , o r m e r e l y b y b o i l i n ga m i x t u r e o f t h e s a m e i n a n o p e n ' v e s s e l p r ov i d e d w i t h a r e t u r n c o n d e n s e r i n o r d e r t oa v o i d l o s s a n d v a r i a t i o n o f _ p r o p o r t i o n s .. v e r y s ma l l p r o p o r t i o n o f m i n e r a l o r o r g a n i ca c i d , o r o f z i n c c h l o r i d , c a l c i u m c h l o r i d , o ro t h e r s a l t o r a g e n t f a v o r i n g c o n d e n s a t i o nmay b e a d d e d t o t h e m i x t u r e , t h e p r o p o r t i o nb e i n g - i n a l l c a s e s s o s m a l l a s t o a v o i d s u c he n e r g et i c r e a c t i o n a s w i l l n o t p e r m i t t h e i i it e r n i e d i a t e o i l y , v i s c o u s o r s e m i - p l a s t i c c o nd e n s a t i o n i r o d u c t t o b e o b t a i n e d . Or I maya d d a s o l i d s a l t a s f o r i n s t a n c e c a l c i u m c h l or i d t o t h e m i x t u r e o f p h e n o l a n d f o r m a l d eh y d e i n w h i c h c a s e t h e c a l c i u m c h l o r i d i mm e d i a t e l y a b s o r b s w a t e r a n d f o r m s t w o d i s - 't i n c t l a y e r s , t h e l o w e r o n e b e i n g f o r m e d b y av e r y d e n s e a q u e o u s s o l u t i o n o f c a l c i u m c h l o

1 0 0

105

r i d , t h e u p p e r o n e b y t h e d e h y d r a t e d i n i x - .t u r e .

I c l a i m :1 . l i e method o f p r o d u c i n g a h a r d , c o n ip a c t , i n s o l u b l e a n d i u t u s i b l e c o n d e n s a t i o np r o d u c t o f p h e n o l s a n d f o r m a l d e h y d e , w h i c hc o n s i s t s i n r e a c t i n g u p o n a p h e n o l i c b o d yw i t h f o r m a l d e h y d e , a n d t h e n c o n v e r t i n g ' t h e. r o d u c t i n t o a i a r d , i n s o l u b l e a n d i n f u s i b l eB o d y b y t h e c o m b i n e d a c t i o n . o f h e a t a n dpressure _2 . The m e t h o d o f m a k i n g a r t i c l e s c o n t a i ning a n i n s o l u b l e and i n t u s i b l c c o n d e n s a t i o np r o d u c t o f p h e n o l s a n d f o r m a l d e h y d e , w h i c hc o n s i s t s i n r e a c t i n g o n a p h e n o l i c b o d y w i t hf o r m a l d e h y d e, p r o d u c i n g t h e r e b y a r e a c t i o nr o d u c t c p b l e o f t r a n s f o r m a t i o n b y h e a t .i n t o a n i n s o l u b l e a n d - i n f u s i b l e b o d y , f o r m

1 1 5

120

8/12/2019 US942699 Bakelite

3/3

_ . i n g t h e a r t i c l e f r o m s a i d r e a c t i o n p r o d u c t ,

9 4 2 , 6 9 9

i n g t h e a r t i c l e f r o m s a i d r e a c t i o n p r o d u c t ,a n d r e n d e r i n g t h e a r t i c l e h a r d , i n s o l u b l e a n di n f u s i b l ' e b y a p p l i c a t i o n o f h e a t a n d p r e ssure ' ' _ -3 . The m e t h o d o f m a k i n g a r t i c l e s c o n t a i ni n g a n i n s o l u b l e a n d i u f u s i b l e c o m l e n s a t i o np r o d u c t o f p h e n o l s a n d f o r m a l d e h y d e , w h i c hc o n s i s t s ' i n r e a c t i n g o n a - p h e n o l i c b o d y w i t hf o r m a l d e h y d e , p r t u l u c i n ; r t h e r e b y a r c a c t i o nn ' o d u c t c a p a b l e o f t r a n s f o r m a t i o n b y h e a tl l l l O a n i n s o l u b l e a n d i n f u s i b l c b o d y , s e p a r a ti n g i ' a t e r f r o m t h e r e s u l t i n g p r o d u c t , f o r ma n d r e n d e r i n g t h e a r t i c l e h a r d , i n s o l u b l e a n di n f u s i b l e b y a p p l i c a t i o n o f h e a t a n d p r c s - .sure .. ~ l . The m e t h o d o f m a k i n g a r t i c l e s c o n t a i ni u g a n i n s o l u b l e a n d i n f u s i b l e c o n d e n s a t i o n 1 p r o d u c t . o f p h e n o l s a n d f o r m a l d e h y d e , w h i c h' m n s l s t s i n r e a c t i n g on a p h e n o l C body withf o r m a l d e h y d e , p r o d u c m g t h e r e b y a r e a c t i o n

8

p r o d u c t c a p a b l e o f t r a n s f o r m a t i o n b y - h e a ti n t o a n i n s o l u b l e a n d i n f n s i b l e b o d y , formi n g t h e a r t i c l e f r o m s a i d r e a c t i o n p r o d u c t .compounded w i t h a t i l t i n g m a t e r i a l , and r e n - 'd e r i n g t h e a r t i c l e h a r d , i n s o l u b l e a n d i n f u s ib l e b y a p p l i c a t i o n o f h e a t a n d p r e s s u r e .. 7 5 . Ina m e t h o d o f m a k i n g a r t i c l e s c o u t a i n i n c r a n i n s o l u b l e a n d i n f u s i b l e c o i u l e n s a t i o np r o d u c t o f p h e n o l s a n d f o r m a l d e h y d e , t h es t e p _ w h i c h c o n s i s t s i n c a u s i n g t h e w a t e r t os e p a r a t e f r o m t h e m i x t u r e o f a p h e n o l i c b o d ya n d a n a q u e o u s s o l u t i o n o f f o r m a l d e h y d e b ya d d i n g t o s a i d m i x t u r e a m e t a l l i c s a l t s o l u b l ei n w a t e r a n d a d a p t e d t o c a u s e s u c h s e p a r a tion i

. l n t e s t i m o n y w h e r eo f , I a l l i x a n y s i g n a t u r ei n pres e n c e of t \ ' q witnesses. ,LEO 1 L BAEKELAND.Witnesses: . _ _

F a c e R. Caner,l l a m a S . T a i w a n