mennessä seravo | marras 23, 2020 | Kemian historiaa
Sen lisäksi, että tervaa valmistettiin talonpoikaisin menetelmin massatuotantona, tervasta tuli Suomessa 1800-luvun puolivälissä tieteellisen tutkimuksen kohde, koska maasta ei löytynyt pieniä rauta- ja kuparikaivoksia lukuun ottamatta muita kuin maatalouden ja metsän tuottamia raaka-aineita. Puun kemiallisia ominaisuuksia tutkimalla etsittiin mahdollisuuksia uusien teollisuuden haarojen perustamiseksi esimerkiksi valmistamalla pikeä, tervaa, tärpättiä ja puuta hiiltämällä muodostuvia kaasuja.
Tervatuotteita on käytetty voitelu- ja polttoaineina jo esihistorialliselta ajalta lähtien
Ajatus puun kemiallisen rakenteen tutkimiseksi tuli Keski-Euroopasta, jossa 1800-luvun alussa orgaanisen kemian tutkimus oli löytämässä aivan uusia menetelmiä. Orgaanisen kemian kehitys perustui suurelta osin 1700-luvun lopulla muodostuneen hiiltoteollisuuden tarpeeseen nostaa tuotannon tasoa. Keski-Euroopan kaupungeissa oli tähän aikaan jo ongelmia ilman saasteiden kanssa, ja puun polttaminen kiellettiin usein kokonaan. Kaupunkien energiantarve tyydytettiin puu- tai kivihiilen avulla. Suurkaupunkien ympärille rakennettiin hiiltämöitä, joiden sivutuotteena syntyvät nestemäiset aineet joutuivat kemistien mielenkiinnon kohteeksi. Samalla tavoin tutkittiin kivihiilen kuivatislausta.
Tervatuotteita on käytetty voitelu- ja polttoaineina jo esihistorialliselta ajalta lähtien. Asiaan tieteellisin menetelmin perehtyvät kemistit oppivat pian erottamaan tervatuotteista eri tarkoituksiin paremmin sopivia ainesosia.
Tervatuotteiden valmistuksen ja niiden kemian tutkimus liittyi erityisesti Helsingin Teknillisen reaalikoulun ja tämän seuraajien, Polyteknillisen koulun, Polyteknillisen Opiston ja Teknillisen korkeakoulun, sekä Evon metsäkoulun toimintaan. Helsingin Teknillisen reaalikoulun opetusohjelmaan kuului sen toiminnan alusta 1849 lähtien teknillisen kemian opetus. Koulun ensimmäinen johtaja Anders Olivier Saelan oli kemisti.
Oppilaitoksessa seurattiin tarkkaan terpeenikemian ja alan tuotantolaitosten kehitystä. Koulun opettajakuntaan kuulunut ja sen pitkäaikainen johtaja Ernst Edvard Qvist työskenteli nuorena Kangasniemellä tervatehtaassa, ja piti myöhemmin omaa tervatehdasta Turengissa. Evon metsäopiston lähettyvillä toimi Savijärven tervatehdas, jossa oppilaitoksen johtaja Aleksander af Forselles teki kokeita tervatuotteiden jalostusasteen kohottamiseksi.
Qvist ja hänen oppilaansa, myöhemmin Polyteknillisen Opiston kemian professori Henrik Alfred Wahlforss julkaisivat 1865 tiedonannon tervan öljymäisen osan, reteenin esiintymisestä Turengin tervatehtaalta saadussa tervassa. Tätä voidaan pitää ensimmäisenä kotimaisena teknillistieteellisenä julkaisuna. Wahlforss laati kysymyksestä väitöskirjan Aleksanterin yliopistossa kolme vuotta myöhemmin.
kuva Kuortaneen Lions-clubin tervahaudalta v. 2016. Kuvaaja Antti Rissa.
Yksi orgaanisen kemian suurimmista käännekohdista
1800-luvun lopulla orgaanisiin raaka-aineisiin perustuva terpeenikemia eli huippukauttaan Suomessa. Alan perustutkimus eteni niin pitkälle, että Polyteknillisen Opiston ja Teknillisen korkeakoulun professori Gustaf Komppa onnistui vuonna 1903 syntetisoimaan kamferin. Tapausta pidetään orgaanisen kemian eräänä suurimmista käännekohdista koko maailmassa.
1800-luvun loppupuolella tervatuotteiden tutkimus keskittyi tärpätin jalostamiseen lamppuöljyksi. 1880-luvun kuluessa mineraaliöljypohjainen lamppuöljy oli mullistanut valaistustekniikan ja tärpätistä yritettiin etsiä tuontipolttoaineelle kotimaista vastinetta. Teknillisen korkeakoulun tutkija Sulo Viljo Hintikka kehitti tärpätistä laajamittaisen tuotantoon sopivan muunnelman vuonna 1918, mutta ensimmäisen maailmansodan päättymisen jälkeen avautunut maailmankauppa muutti markkinatilannetta siten, ettei kotimainen tuote ollut enää kilpailukykyinen.
1900-luvun alussa tervaa ja tärpättiä käytettiin Pohjois-Euroopassa yleisesti hidaskäyntisten teollisuuden voimakoneiden polttoaineena. 1920-luvun kuluessa mineraaliöljypohjaiset tuotteet kuitenkin valtasivat tältäkin osin markkinat. Todennäköisesti viimeinen kokeilu lamppuöljyn valmistamiseksi 1800-luvun retorttitekniikkaa käyttäen tehtiin Hyrynsalmen Löytöjoella 1920-luvulla.
Turveterva valittiin korkeaoktaanisen polttoaineen pääasialliseksi raaka-aineeksi
Kysymys kotimaisesta moottoripolttoaineesta otettiin kuitenkin uudelleen esille 1920-luvun lopulla, jolloin suurvallat alkoivat varustautua tulevaan suursotaan. Sekä Ruotsissa että Suomessa aloitettiin valtion tukemat projektit kotimaisen moottoripolttoaineen jalostamiseksi erityisesti lentokoneenmoottoreita varten. Gustaf Komppa kykeni jo 1920-luvun lopulla valmistamaan korkeaoktaanista polttoainetta orgaanisista raaka-aineista. Pääasialliseksi raaka-aineeksi valittiin turveterva, koska 1930-luvulla epäiltiin puuraaka-aineen riittävyyttä.
Toisen maailmansodan aikana kotimaista bensiiniä ei tarvittu. Sen sijaan Keskuslaboratorion ja Teknillisen korkeakoulun tervatuotteiden tutkimuksia käytettiin hyväksi rakennettaessa maan voiteluainehuollon järjestelmää. Käytännössä vuosina 1942–1947 sekä Suomen että Ruotsin teollisuus ja liikenne pyörivät mäntytervasta valmistetulla voiteluaineilla. Suomessa toimi lähinnä Keski- ja Pohjois-Suomen alueella kymmenkunta suurta tervatehdasta, joiden tuotteet jalostettiin voiteluöljyksi useassa tervaöljytehtaassa. Vuoden 1945 aikana raaka-aineen riittävyys nousi toden teolla ongelmaksi.
Tervaöljyjen valmistaminen oli toisen maailmansodan jälkeisenä aikana kansantaloudellisesti kannattamatonta, joten tuotannosta luovuttiin niin pian kuin mineraaliöljypohjaisia tuotteita vain oli saatavilla.
Kirjoittaja: Panu Nykänen
Eläköön terva yhdistys on keskittynyt tervakulttuurin ja erityisesti tervan valmistuksen edistämiseen.
Löydät lisätietoja ja ohjeita tervan valmistukseen heidän kotisivuiltaan https://elakoonterva.fi/
mennessä seravo | huhti 16, 2020 | Kemian historiaa
Suomalainen liimateollisuuden syntyhistoria liittyy vaneriteollisuuteen 1800-luvun lopulla. Kotitarveliimat ja puusepänteollisuuden käyttämät liimat keiteltiin pitkään kotioloissa.
Tärkkelysliimat olivat vielä 1960-luvulle tultaessa tavanomaisia askarteluliimoja, eivätkä vaneriteollisuuden käyttämät kasvipohjaiset tärkkelysliimat soveltuneet kuin kuivassa ilmanalassa käytettäväksi. Vaneriteollisuus käytti näiden lisäksi myös verialbumiinia, joka tunnettiin hyvin Pietarin alueen suurissa vaneritehtaissa. Venäläinen vaneriteollisuus sijoittui usein suurten teurastamoiden läheisyyteen.
Vanerin liimaustekniikka jaetaan kylmä- ja kuumaliimaukseen. Kylmäliimauksessa vanerin puristus ja liimaus tapahtuu ympäristön määräämässä lämpötilassa. Kylmäliimatut vanerilevyt vaativat noin vuorokauden vetäytymisajan paineen alaisena. Tämä menetelmä oli erityisesti venäläisten vaneritehtaiden käyttämä. Menetelmän mukana kehittyi vähitellen myös kuumentamista vaativia liima-aineita.
1920-luvulla kestävien liima-aineiden saatavuus muodostui todelliseksi ongelmaksi lentokoneteollisuuden yhteydessä. Lentokoneet valmistettiin 1940-luvulle saakka pääosin puusta ja tekstiileistä. Kaseiini eli maitopohjaiset liimat sopivat jotenkin lentokoneenrakennukseen, mutta Saksassa ja Yhdysvalloissa kehitettiin jo synteettisiä liimoja. Suomessa seurattiin kuitenkin tiiviisti keinoainepohjaisten liimojen kehitystä jo 1930-luvun alussa.
Oy Nokia Ab:n tytäryhtiö tuo markkinoille ureaformaldehydihartsiin perustuvat liima-aineet
Suurin yksittäinen kemianteollisuuden haara Suomessa oli itsenäisyyden ajan alkupuolella kumiteollisuus, jos puunjalostusteollisuutta ei lasketa mukaan. Oy Nokia Ab valmisti mm. polkupyörän ja autonrenkaita. Yhtiön tuotanto laajeni 1930-luvulla käsittämään myös muita teknillisiä kumitavaroita. Tampereella sijainneen Nokian tytäryhtiön Oy Suomen hihnatehtaat, myöhemmin Tammer Oy:n erityistuotteeksi tulivat ensimmäisenä maassa synteettiset kaurit, eli ureaformaldehydihartsiin perustuvat liima-aineet. Muita liima-aineiden valmistajia Suomessa olivat Oy Havi Ab, luuliima, Suomen Liima-ainetehdas, Oy Emulsio Ab ja Yhtyneet paperitehtaat Oy.
Muovi- ja keinoaineita valmisti lisäksi Sarvis Oy Tampereella. Vuonna 1933 Oy Hartsiteollisuus Ab käynnisti Tammisaaressa muovinpuristamon, jossa käsiteltiin bakeliittia. Tätä voitiin käyttää myös liima-aineena.
Vaikka kemianteollisuuden tuotanto kasvoi sotavuosina ja teknokemiallisen teollisuuden yritysten lukumäärä nelinkertaistui, ei tuotanto riittänyt takaamaan maan strategisen teollisuuden tarpeita. Suomi oli keinoaineiden suhteen täysin tuonnin varassa.
Lentokonevaneriliiman oikea käyttötapa keksittiin Suomessa vahingossa
Toiminimi Wilhelm Schauman valmisti Suomessa lentokonevaneria jo 1920-luvulla myös vientiin. Edward Wegelius kykeni kehittämään tuotetta edelleen seuraavan vuosikymmenen kuluessa. Lentokonevanerin liimauksessa käytetty Theodor Goldschmidtin kehittämä Tego-filmi oli Saksassa jätetty pois käytöstä, koska liimalla ei siellä saatu aikaan kestävää vaneria. Tego-filmin oikea käyttötapa keksittiin Suomessa vahingossa. Lentokonevanerin liimaus suoritettiin ohjeen mukaan täysin kuivilla viiluilla, mutta vaneriviilut olivat Wegeliuksen kokeissa kerran kostuneet vahingossa. Liimaus onnistui hyvin, mikä saatettiin ilmoittaa hämmästyneille saksalaisille.
Wegelius jatkoi Suomessa vaneritutkimuksiaan ja kehitti 1930-luvun lopulla koivuviilupuun, eli kolupuun joka kestää uskomattomia rasituksia. Koupuusta valmistettiin sodan aikana mm. lentokoneenpotkureita.
Kesällä 1939 käytiin kirjeenvaihtoa myös englantilaisen Aero Research Ltd:n kanssa synteettisen Aerolite-liiman ostamisesta Suomeen. Puutekniikan Kannatusyhdistys oli saanut liimasta näytteen, jolla voitiin suorittaa jonkinlaisia kokeita. Yhteys katkesi kuitenkin kokonaan sotavuosien aikana.
Yhteistyö Saksan kanssa sotavuosien aikana ei ollut avointa. Lentokoneteollisuus toimi ulkopoliittisena aseena, josta syystä koneen osien ja tietotaidon liikkumista rajoitettiin. Myös liimat olivat tarkoin varjeltuja salaisuuksia. Esimerkiksi melamiinihartsiliimaa Pressal Ka 29 saatiin Suomeen vain pieni näyte, joka ei riittänyt edes teknisen tutkimuksen tekemiseen.
Leijona kylmäliimaa – Liima jolla on perinteet -esittelylehtisiä. Kuva – Turun museokeskus
Kaksikomponenttiliimat jäivät suomalaiselle teollisuudelle mysteeriksi
Kaseiinin ja albumiinin saanti vaikeutui jo vuonna 1941. USA:ssa aloitettiin aivan 1930-luvun lopussa puurakenteisten lentokoneiden rakentaminen keinohartseja käyttämällä. Tiedot tutkimuksista saatiin Suomeen Ruotsin kautta. Aluksi käytettiin kaurit-tyyppisiä liimoja, pian mukaan tulivat nykyisinkin laajalti tunnetut kaksikomponenttiliimat.
Tammer Oy kykeni jo vuonna 1943 valmistamaan suuria määriä kaurit-liimoja, mutta kaksikomponenttiliimat jäivät suomalaiselle teollisuudelle mysteeriksi. Uusien menetelmien olemassaolosta saatiin tietoja tutkimalla alasammuttuja Neuvostoliiton käyttämiä Yhdysvalloissa valmistettuja lentokoneita.
Valtion Lentokonetehdas ei kyennyt käyttämään kunnolla edes kaurit-menetelmää, koska teollisuudesta ei löytynyt riittävän suurta autoklaavia. Ainoastaan VL Myrsky-hävittäjän kuljettajan istuin kyettiin valmistamaan muottiin puristamalla. Menetelmää kyettiin käyttämään laajemmin vasta sodan päättyessä VMT Pyörremyrsky- ja Tuuli-koneiden rakentamisessa.
Suomen Kumitehdas Osakeyhtiön Savion tuotantolaitoksen suojatekstiiliosaston tuotteita esittelemässä Yrjö Länsimäki (vas.) sekä Liima-, sively ja suojatekstiiliosaston johtaja diplomi-insinööri Runar Svensson (oik.) Kerminen, Väinö Johannes, valokuvaaja 1964 Keravan museo
Armi Töyrylä operoimassa liimatuubintäyttökonetta Oy Nokia Ab:n Savion tuotantolaitoksen Liima- ja sivelyosastolla marraskuussa 1970. valokuvaaja_ Kerminen, Väinö Johannes
Kirjoittaja: Panu Nykänen
mennessä seravo | maalis 31, 2020 | Kemian historiaa
Suomalaisen luonnontieteiden ja tekniikan tutkimuksen perusta rakennettiin 1850-luvun jälkeen tukevalle, kansainvälisen vertailun kestävälle pohjalle.
Aleksanteri II:n virkaan astumisen ja Krimin sodan jälkeen 1856 toistakymmentä vuotta voimassa olleet ulkomaanmatkailua rajoittaneet säädökset purettiin, ja nuoret suomalaiset tiedemiehet lähtivät joukoittain Eurooppaan. Matkat kohdistuivat etupäässä saksalaisen kielialueen tutkimuslaitoksiin ja yliopistoihin. Matkanteko oli pakko rajoittaa kesäkausiin, koska rautatieyhteydet ulkomaille syntyivät vasta 1870-luvun jälkeen ja jäätyneen Itämeren ylittäminen oli käytännössä mahdotonta ennen 1900-lukua. Lisäksi tutkijoiden viranhoito edellytti oleskelua lukukaudenaikana Helsingissä. Ainoastaan harvinaisella poikkeusluvalla saattoi jäädä talven yli ulkomaille.
Ruotsin vallan aikana yliopistotutkijoiden matkailu oli tavanomainen osa tutkimustyötä. Yhteydet Itämeren yli jatkuivat vielä autonomian ajan alussakin. J. J. Nervander ehti vielä kiertää keskieurooppalaisten instrumenttivalmistajien työpajoja 1830-luvun lopulla ennen rajojen sulkeutumista. Syynä tähän oli Venäjän pyrkimys pitää vallankumoukselliset aatteet rajojensa ulkopuolella. Poikkeuksiakin toki oli. A. E. Arppe pystyi hyvien suhteidensa vuoksi opiskelemaan 1840-luvun alussa Berzeliuksen laboratoriossa Tukholmassa. Hän vieläpä jatkoi opintojaan Mitscherlichin luona Berliinissä, Wöhlerin luona Göttingenissä ja Liebigin luona Gießenissä. Monelle muulle rajojen avautuminen merkitsi paluuta vanhaan eurooppalaiseen yliopistokulttuuriin.
Vuoden 1900 Pariisin Maailmannäyttelyn suuri sisääntuloportti.
Suomalaisen insinöörikunnan historian ensimmäinen virkamatka
Kemistit olivat tietenkin tiedematkailijoiden eturintamassa. Helsingin teknillisen reaalikoulun johtaja A. O. Saelan lähti ensimmäisen mahdollisuuden koittaessa kiertämään saksankielisiä maita. Hänen matkasuunnitelmansa oli kattava. Matka suuntautui nimittäin ”useampiin Saksan valtioihin”. Suomalaisen insinöörikunnan historian ensimmäisen virkamatkan aikana Saelanin matkatoverina oli vuorikonttorin ylimasuunimestari Anders Johan Wathén.
Saelanin matkan tärkein tavoite oli perehtyä Zürichissä vasta toimintansa aloittaneen uuden teknillisen oppilaitoksen (ETH) opetusohjelmaan. Vierailun seurauksena Helsingin Teknillinen reaalikoulu sai uudet säännöt joulukuussa 1858. Uudistuksella luotiin perusta Helsingin oppilaitoksen muuttumiselle teknilliseksi korkeakouluksi.
Polyteknillisen Opiston vakituiselle opettajakunnalle tiedematkailu oli 1800-luvun lopulla jopa pakollinen osa jatko- ja täydennyskoulutusta. Teknillisen koulutuksen rahoittaja Manufaktuurijohtokunta pyrki lähettämään opettajia ulkomaille mahdollisimman tasapuolisesti. Matkastipendejä jaettiin kuitenkin pääasiassa siten, että ulkomailta haettiin nopeasti kehittyvän tekniikan uusimmat virtaukset. Kysymyksessä oli harkittu teknologian siirto Venäjän keisarikunnan hyödyksi. Suomi tietenkin hyötyi valtavasti tästä politiikasta.
Apurahaa ulkomaan opintoihin
Vuodesta 1865 eteenpäin oli mahdollista hakea apurahaa ulkomaisissa korkeakouluissa suoritettavia opintoja varten. Varoja myönnettiin harkinnanvaraisesti, koska määräraha ei missään tapauksessa riittänyt kaikkien halukkaitten ulkomaanmatkoihin. Varakkaammat nuoret käyttivät opiskeluun omia varojaan. Esimerkiksi suomalaisen teknillisen kemian kantaisä Ernst Qvist teki lukuisat ulkomaille suuntautuvat opintomatkansa melkein kokonaan omin varoin.
Suurimmat panostukset valtio asetti luonnontieteiden kehittämiseen. 1890-luvulla Polyteknillisen Opiston 16-jäsenistä opettajakuntaa varten oli varattu 1 500 markan vuosittainen matkamääräraha. Kun yliopiston vastaava 18 000 mk:n määräraha oli tarkoitettu 75 opettajan ulkomaanmatkoja varten, oli suhde noin 2,5 kertainen yliopiston opettajakunnan hyväksi.
Polyteknillisen Opiston opettajat olivat 1800-luvun lopulle tultaessa aloittaneet säännönmukaisesti uransa saksalaiselle kielialueelle suuntautuneilla opintomatkoilla. Opintomatkailu oli viran saamisen ehdoton edellytys poikkeustapauksia lukuun ottamatta.
Ikuisen opiskelijan perintö
Vuodesta 1865 eteenpäin oli mahdollista hakea apurahaa ulkomaisissa korkeakouluissa suoritettavia opintoja varten. Varoja myönnettiin harkinnanvaraisesti, koska määräraha ei missään tapauksessa riittänyt kaikkien halukkaitten ulkomaanmatkoihin. Varakkaammat nuoret käyttivät opiskeluun omia varojaan. Esimerkiksi suomalaisen teknillisen kemian kantaisä Ernst Qvist teki lukuisat ulkomaille suuntautuvat opintomatkansa melkein kokonaan omin varoin.
Suurimmat panostukset valtio asetti luonnontieteiden kehittämiseen. 1890-luvulla Polyteknillisen Opiston 16-jäsenistä opettajakuntaa varten oli varattu 1 500 markan vuosittainen matkamääräraha. Kun yliopiston vastaava 18 000 mk:n määräraha oli tarkoitettu 75 opettajan ulkomaanmatkoja varten, oli suhde noin 2,5 kertainen yliopiston opettajakunnan hyväksi.
Polyteknillisen Opiston opettajat olivat 1800-luvun lopulle tultaessa aloittaneet säännönmukaisesti uransa saksalaiselle kielialueelle suuntautuneilla opintomatkoilla. Opintomatkailu oli viran saamisen ehdoton edellytys poikkeustapauksia lukuun ottamatta.
Henrik Alfred Wahlforss ja kollegat. Wahlforss kuvassa oikealla.
Matkakohteina maailman- ja teollisuusnäyttelyt
Tärkeän matkakohteen suomalaiselle virkamieskunnalle muodostivat vuoden 1851 Lontoon Crystal Palacen maailmannäyttelyn jälkeen lähes kaikissa Euroopan pääkaupungeissa tuotetut maailman- ja teollisuusnäyttelyt. Tukholmassa 1866 ja Pariisissa 1867 järjestettiin teollisuusnäyttelyt, joissa kummassakin vieraili koko joukko suomalaisia tieteentekijöitä. Polyteknillisen koulun opettajakunnasta Pariisissa kävi myös Ernst Qvist, joka matkusti jälleen omin varoin. Amerikan matkailu alkoi vuosisadan lopulla. August Fredrik Soldan oleskeli 1850-luvulla USA:ssa, mutta tämä johtui maastakarkoituksesta. Vuoden 1893 Chicagon maailmannäyttely sai virallisen vieraan Suomesta, kun C. E. Holmberg matkusti paikalle senaatin apurahan turvin.
Pariisin tunnetut suuret maailmannäyttelyt järjestettiin vuosina 1878 ja 1900. Jälkimmäiseen Polyteknillinen Opisto panosti sekä näytteillepanijana voittaen kultamitalin maailman parhaana teknillisenä korkeakouluna, että lähettämällä joukon varttuneempia opettajia opinto- ja tutustumismatkalle. Mahdollisuus valtion kustantamaan Pariisin-matkaan herätti Opiston opettajakollegiossa kiivaan taistelun matkarahoista, joita yritettiin tasata mahdollisimman monen halukkaan matkan hyväksi. Pariisissa kävi kaikkiaan yhdeksän Polyteknillisen Opiston opettajaa – noin puolet opettajakunnasta.
Gustaf Komppa toi Pariisin maailmannäyttelystä palatessaan ensimmäisen Suomessa tunnetun radioaktiivisen preparaatin.
Suomi ei suinkaan ennen ensimmäistä maailmansotaa ollut tieteen kannalta takapajuinen tai eristyksiin jäänyt maa. Ennemminkin päinvastoin. Suomalaisten tiedemiesten, kemistit mukaan luettuna toimintaympäristön horisontti oli kaukana ja kirkkaasti näkyvillä.
Suomen paviljonki Pariisin maailmannäyttelyssä vuonna 1900.
Kirjoittaja: Panu Nykänen
Kuvat: Wipedia ja Finna / Museovirasto – Musketti
