この物語は、19世紀末、活気に満ちた「金ぴか時代」のアメリカから始まります。レオ・ヘンドリック・ベーケランドは 1863 年にベルギーに生まれました。彼は平凡な家庭の出身で、父親は平凡な職人、母親は使用人でした。しかし、知識への愛情から、彼は大学に進学して研究を続け、最終的には化学の教授になりました。 1889年に米国に移住し、工業製造業に参入した。
1905年に初めて「フェノール樹脂」と呼ばれる製品を合成した。世界初の完全合成プラスチックです。
その後、彼はこのプラスチックの特許を登録し、自分の名前にちなんで名付け（ベークライト、中国語では「ベークライト」または「ベークライト」と訳される）、大量生産を開始しました。 1940 年 5 月 20 日のタイム誌では、彼は「プラスチックの父」とも呼ばれました。
では、このプロセスはどのように機能するのでしょうか?このことから何を学べるでしょうか?以下でそれについて話しましょう。
古代の電話の中にはベークライトで作られているものもあります。画像ソース: pixabay
新しい素材が呼んでいる
安価な工業製品であるプラスチックは、天然素材の限界を打ち破り、絶縁性、安定性、耐腐食性に優れた普遍的な素材です。この発明により、ベークランド自身も産業の大物になりました。
一見すると、この物語は知識の応用と大きな成功への変換の物語です。しかし、プラスチックの誕生は順風満帆ではありませんでした。そしてベークランドは、かなりの偶然のおかげでプラスチックを合成することができました。
当時、化学素材産業に携わる人々の目的は一般的に 2 つありました。1つは天然素材の代替、もう1つは断熱材の開発です。
産業革命後、中流階級が台頭し、高級消費財の需要が大幅に増加しました。象牙、瑪瑙、琥珀などの天然素材の代わりに人工素材を使用して、大量生産できるようにしたいと考えている人もいます。
例えば、当時の消費者市場におけるビリヤードの玉の需要は非常に高かったのですが、象牙で作れば1個の象牙から8個のビリヤード玉が出来上がり、生産量が想像できるため、新素材の開発が儲かりました。
画像ソース: pixabay
人々は継続的な探求を通じて、木材や綿などの天然繊維を含む材料を、硝酸や樟脳を加えて加熱するなどの処理を行うとプラスチック材料を形成し、さまざまな形状に成形でき、質感が象牙に非常に似ていることを発見しました。この素材を「セルロイド」といいます。
ただし、この素材には非常に致命的な欠点があります。可燃性。
ビリヤードの球は常に打たれており、可燃性のセルロイド素材は時限爆弾だった。当時、ビリヤード場で時折不審な爆発音が聞こえても不思議ではなかった。
結局のところ、セルロイドの主成分はニトロセルロースですが、これは確かに非常に不安定です。信じられないかもしれませんが、周囲に可燃物がない安全で開けた場所で、ライターでピンポン球 (主にセルロイドでできています) に火をつけてみると、いかに早く燃えるかがわかります。
新興電力業界からも別の需要が生じています。
電気の発展により、合成材料への欲求が生まれました。人々は、電線やラインの絶縁ニーズを満たすために、安価に大量に生産できる合成材料を探しています。
ゴムに似たものが彼らの「モデル」だったが、熱帯植民地のゴム農園がフル稼働しても、電力の拡大には追いつけなかった。しかし当時、合成材料の「スキル ポイント」はそれほど遠くなく、良い材料に対する人々の想像力も非常に限られていました。
さらに重大な問題は、当時、天然素材の代替品を探すにしても、断熱材を探すにしても、実際には本当の化学研究からは程遠いものであったということだ。では、当時の化学者は何をしていたのでしょうか?
答えはすぐ近くにありますが...
実際、当時の化学者は「正しい答え」に非常に近かったのです。 1872 年という早い時期に、ドイツの化学者アドルフ・フォン・バイヤーは次のことを発見しました。フェノールとホルムアルデヒドの反応後、無色の樹脂状の濁った残留物が残ります。しかし、これらの残留物は当時の化学者によってゴミとして捨てられていました。
これは化学者が盲目であることを責めることはできません。これは、当時の化学産業が染料に大きな注目を集めていたためです。後の製薬産業も染料の製造から派生しました。
世界初の合成抗生物質である有名な「プロントシル」は、以前は赤い染料でした。開発した会社はドイツ語で「色」という意味もあるファルベンという会社です。
純粋な染料を見つけることに専念している化学者は、この一見役に立たない残留物には確かにあまり興味がありません。
ベイクランド氏自身の話に戻りましょう。製造業に入る前、彼は化学研究の経歴を持っていました。当時の学問としての化学の発展はその後ほど体系的ではなかったが、彼はこの学問に対して敏感になるよう、特に実験を重視するよう体系的に訓練された。
米国に来る前は、ベルギーのゲント大学で化学を教えており、そこでさまざまな手段を使用してイメージング技術を最適化する方法である光化学を研究していました。彼の研究内容は、さまざまな化学反応の触媒と条件を研究し、さまざまな変数を制御して最終製品の違いを観察します。
そのため、一方では、化学製品業界の人間にはないさまざまな条件や要素に対する敏感さを獲得しました。その一方で、当時最先端の新しい材料や大量生産された実験室製品も入手できました。たとえば、彼は Volex と呼ばれる写真用紙の発明に参加し、その特許は最終的にコダックに買収されました。
要約すると、Baekeland 氏は、研究を理解しているだけでなく、新しく発見された物質が何に使用できるかにも注目しています。
化学反応と合成材料の製造に対する二重の感受性により、彼はフェノールとホルムアルデヒドの反応の「副産物」の可能性を鋭く発見しました。試行錯誤を繰り返し、ついにフェノール樹脂プラスチックを合成し、特許を申請した。
ベークランドのインスピレーション
ベイクランド氏の成功だけを見れば、それは科学的な「感動的で爽快な記事」という決まり文句に陥ってしまうだろう。もう少し詳しく分析してみましょう。
Baekeland の成功はある意味偶然ですが、技術革新における重要な要素も明らかにしています。画期的なイノベーションは、多くの場合、既存の枠組みを打ち破ることから生まれます。
科学技術研究者でありオランダの社会学者でもあるウィーベ・E・ビッカーは、この現象を説明するために「技術フレーム」という用語を使用しました。人々が新しい技術発明を探求するとき、方向性がないわけではなく、既存のフレームワークから生まれることがよくあります。
このフレームワークは、「目的は何か」、「現在の問題は何か」、そして問題を解決するためのロジックを定義し、それに基づいて対応する戦略を策定し、対応する手段を採用し、対応する技術を適用するものです。このようなフレームワークはリソースを集中させて問題を解決するのに役立ちますが、場合によっては重要な新しい発見を見逃してしまう可能性もあります。
プラスチックの発明に遡ると、そのような枠組みも見えてきます。
まず第一に、当時は人々は「プラスチック」が何であるかを知りませんでした。発明のプロセス中、人々は既存のフレームワークの上に立って、すでに定義された問題と解決策から解決策を模索するだけでした。
当時の素材業界の人たちは、セルロイドがすでに存在していたため、セルロイドを燃えにくくすることに注力しました。彼らは溶液を変更し、反応温度と成形温度を調整し、安定剤を組み込むなどして問題を解決しました。
当時、彼らの素材に対する想像力は天然素材のみに基づいており、そこに生産コストや生産プロセスなどの考慮事項が追加されました。このフレームワークは当時としては成熟していましたが、解決できないボトルネックがあり、改善することしかできませんでしたが、突破するのは困難でした。
相手の化学者は、技術的な枠組みが全く違います。
合成染料および関連調製物の目標は、他の製品が単なるゴミまたは「副産物」である一方で、可能な限り純粋な化合物を見つけて抽出することです。フェノールとホルムアルデヒドの反応で生成される樹脂状の「プラスチック」の原型は精製が困難であったため、当時のほとんどの化学者によって無視されました。
この既存のフレームワークは明確な目標と行動経路を提供し、人々が既存の発明や製品を継続的に最適化するのに役立ちます。
しかし、画期的な新発明の鍵は、その「新しさ」とその予測不可能性にあります。有名な歴史社会学者トーマス・クーンも、科学の発展の研究において同様の概念、すなわち「パラダイム」を提案しました。
パラダイムは従来の科学の発展に役立ちますが、相対性理論や量子力学などの新しい科学概念の誕生には、元の説明の枠組みを打ち破るまったく異なるパラダイムが必要です。
画像ソース: pixabay
準備ができている人、そして既存の枠組みを打ち破り、自由な想像力と観察に取り組むことができる人には、チャンスは常に確保されています。ベークランドのプラスチック帝国は時代が生み出した英雄であり、勇気と柔軟な思考の賜物でもあります。
この種の考え方は、多くの場合、学際的かつ分野を超えたものです。そして私たちのイノベーションは「標準的な答え」を追求することではありません。規模や投資額の計算に限定されるものではなく、分野や枠組みに限定されるものでもありません。
現在、多くの科学技術分野は高度に専門化されており、特に専攻間のコミュニケーションが重要です。技術革新は、一人や一人の発明によって推進できるものではありません。今後の科学技術の進歩には、既存の枠組みの制約を打ち破り続けるために、異なる社会集団や異なる認知の枠組みの間での対立と議論が必要となります。
参考文献
[1]ビッカー、W.E. （1997年）。自転車、ベークライト、電球: 社会技術変化の理論に向けて。MITpress。
[2] Sovacool、B.K. (2006). 原子炉、兵器、X 線、およびソーラーパネル: SCOT、技術フレーム、認識文化、およびアクター ネットワーク理論を使用して技術を調査する。技術研究ジャーナル、32(1)、4-14。
[3]クーン、T.S. （2012年）。科学革命の構造。シカゴ大学出版局。
企画・制作
この記事はポピュラーサイエンス中国・星空プロジェクトの著作物です
中国科学技術協会科学普及部が制作
プロデューサー｜中国科学技術出版有限公司、北京中科銀河文化媒体有限公司
著者丨Zheng Li ポピュラーサイエンスクリエイター
国家軽工業プラスチック製品品質センターの上級エンジニア丨Li Zongpeng氏のレビュー
企画｜定澳