굿이어는 고무가 녹고 갈라지는 것을 막기 위해 유황과 함께 가열했다

1830년대의 천연고무는 열대 나무에서 유백색 수액으로 채취해 산으로 응고시킨 것으로, 유연하고 매력적이었지만 거의 쓸모가 없었다. 더운 여름에는 초기 제조업체 한 곳 이상에서 재고 전체가 녹아 악취 나는 반죽이 되었고, 추위에는 굳어서 갈라졌으며, 심지어 실온에서도 닿는 모든 것에 달라붙었다. 수많은 기업가들이 "고무 열풍"에 휩쓸렸다가 그럼에도 팔려고 하다가 파산했다.

찰스 굿이어는 이 문제에 사로잡혔다. 그의 첫 번째 실질적인 진전은 1834년에 질산이 고무 표면을 매끄럽고 건조하며 끈적이지 않게 만들면서 이루어졌고, 그것으로 보스턴에서 우편 가방에 대한 미국 우체국 계약을 따냈다. 그러나 더운 날 가방은 다시 녹았고, 그는 다시 빈털터리가 되었다. 그다음 그는 고무에 유황을 섞어 보았는데, 그것은 덜 끈적이고 온도에 더 안정적이게 만들었지만 여전히 너무 무른 상태였다.

1839년, 매사추세츠의 한 잡화점에서 유황을 첨가한 고무 덩어리를 들어 보이던 그는 그 일부를 뜨거운 배가 부른 난로 위에 던졌다. 그것을 긁어내자, 열에 닿은 부분이 놀랍도록 단단해진 것을 발견했다. 그 사고는 그가 압력 아래에서 유황-고무 혼합물을 가열하는 방법을 완성하기까지 5년 이상의 실험—주전자, 오븐, 다리미로 가열—을 촉발했으며, 그는 이 과정을 로마의 불의 신 이름을 따서 가황(vulcanization)이라고 불렀다.

핵심 통찰은 열과 유황이 한 일이다. 즉, 끈적한 표면을 단순히 덮은 것이 아니라 고무의 내부 구조를 바꾸어 사슬이 서로 미끄러지지 않게 한 것이다. 굿이어는 1844년에 미국 특허 3,633호를 받았다. 그는 그것으로 거의 아무것도 얻지 못했다. 경쟁자들이 그 과정을 훔쳤고, 그는 법정에서 재산과 건강을 탕진했으며, 1860년에 빚을 진 채 사망했다. 그러나 그가 발견한 반응은 현대 고무 및 타이어 산업을 가능하게 했다.

유황으로 고무를 가황하다

천연고무는 길고 얽힌 고분자 사슬로, 따뜻할 때 미끄러지고 부드러워지며, 추울 때 굳는다.

유황과 열은 사슬을 네트워크로 묶는 가교를 만들어 자유로운 미끄러짐을 막는다.

가교된 네트워크는 넓은 온도 범위에서 탄성을 유지하므로 더 이상 녹거나 갈라지지 않는다.

이 과정은 단순했고 고무 원료 자체에 작용했으므로 누구나 대규모로 재현할 수 있었다.

재료의 파손은 분자적 문제이지 배합의 문제가 아니다. 첨가제로 증상을 감추려 하기보다 사슬이 연결되는 방식을 고쳐야 한다.

굿이어는 1844년에 미국 특허 3,633호를 받았지만 경쟁자들이 그 과정을 모방했고 그는 남은 세월을 법정에서 보냈다. 그는 기술적인 문제로 유럽 특허를 잃었고 1860년에 20만 달러가 넘는 빚을 진 채 사망했으며, 사후에야 그의 가족은 로열티로 충분한 수입을 얻었다. 1898년 오하이오주 애크런에 설립된 굿이어 타이어 앤드 러버 컴퍼니는 그를 기리기 위해 이름을 붙였지만 그는 그 회사와 아무런 관련이 없었다. 오늘날 생산되는 고무의 절반은 합성 고무이지만, 그가 발견한 가황은 타이어 및 고무 산업의 기반이 된다.