高分子材料の歴史をたどる-パート2

19世紀半ばに住んでいて、材料の世界に関わっている人にとって、それは革命的な発展の時代のように思えたに違いありません。 1846年のわずか1年で、ガッタパーチャは先月の記事で言及された電信線の絶縁体になりました。ビクトリア女王の馬車で使用するためにゴム製タイヤが製造されました。アレクサンダーパークスは、室温でゴムを加硫する技術を発見しました。そして、偶然ではあるが注目に値する実験が、ハイアットのビリヤードボール素材につながる技術開発を開始しました。

実験は、スイスのバーゼル大学で教鞭をとっている化学教授、クリスチアン・フリードリッヒ・シェーンベインによって行われました。彼は数年前にオゾンを発見し、硝酸と硫酸の混合物が優れた酸化剤であることを学びました。ある日、この酸性混合物をキッチンで蒸留している間、彼はフラスコをたたき、最も近い入手可能なアイテムである綿のエプロンで混乱をすばやく片付けました。彼がエプロンを熱いストーブに掛けて乾かそうとすると、すぐに炎上して消えました。ガンコットンとしても知られるニトロセルロースが作られ、それはすべてがこのセルロースの修飾を利用した一連の発明につながるでしょう。

ガンコットンの発見は、1840年代の軍拡競争を引き起こし、特許が出願され、発明をリバースエンジニアリングしようとしてライセンス料の支払いを避けたいと考えていた国々がありました。材料の極端な変動により、1840年代後半にヨーロッパとロシア全体でいくつかの壮大な事故が発生し、最終的に追加の開発が禁止され、さらなる実験への関心が失われました。

しかし、その間、硝酸セルロースを実験している研究室の1つは、硝酸セルロースをエーテルとアルコールの組み合わせに溶解して、コロジオンと呼ばれる物質を形成できることを発見しました。乾燥すると、材料は丈夫で透明になり、ワニスやラッカー、防水コーティング、または薄いフィルムとして機能する可能性があります。また、成形可能な固体としての可能性を示しました。多くの点で、ラバーやガッタパーチャと同じ機能を発揮しましたが、低コストの可能性を提供しました。

冷加硫のプロセスを開発した同じアレクサンダーパークスは、1856年にこの成形可能な材料の特許を取得しました。パーケシンとして知られ、1862年にロンドンで開催された万国博覧会で展示されました。今回のイベントでは、さまざまな商品の形で展示され、大きな期待を集めました。材料はビリヤードボールにさえ形成され、10年の終わりに来るより有名な開発を予想していました。パークスはさまざまな植物油を薬剤として使用しましたが、今日では必要な特性のバランスを実現するために可塑剤と呼んでいます。

しかし、低コストの約束は実現されませんでした。医学や写真などの他の用途でコロジオンを製造するために使用される溶媒は、より競争の激しい市場向けの成形可能な材料の大量生産には高すぎることが判明しました。材料を競争力のあるものにするために、パークスは低品質の綿廃棄物を使用してセルロースを製造し、材料が機械的特性を失い、それから製造された製品が寸法安定性に欠けるほど大量のヒマシ油可塑剤を添加しました。この製品は、ロット間のばらつきが大きく、最終的には商業ベンチャーとして運命づけられました。ただし、本発明は最初の成形可能なプラスチックと見なされており、最終的にハイアットの創設につながる改善への道を開きました。

先月の記事で言及されたマスタービリヤードプレーヤーであるマイケルフェランが、象牙を適切に置き換えることができる材料で作られたビリヤードボールに10,000ドルの賞金を提供したのはこの同じ時期でした。フェランはまた、ゴムで作られたビリヤードテーブルのクッション素材の発明者であり、彼はビリヤードテーブルを作る会社に興味を持っていました。彼はますます人気のある娯楽の成長を危険にさらす象牙の不足に鋭く気づいていました。プリンターのジョンウェズリーハイアットは、提供された賞品を請求する可能性に惹かれ、ビリヤードボールのさまざまな製造方法の実験を開始しました。

初期のバージョンは、さまざまな接着剤、ワニス、シェラック、およびその他の接着剤で一緒に保持された布、木、および紙片の組み合わせで構成されていました。ハイアットは、1865年に、シェラックと象牙または骨粉でコーティングされ、熱と圧力の下で処理されたリネン布から製造された模造象牙ボールの最初の特許を取得しました。この作品は象牙の適切な代替品ではなかったため、ハイアットは実験を続け、1868年に、紙と木材パルプをシェラックと組み合わせて再び高圧で処理するという別の試みについて、2番目の特許を取得しました。

ハイアットは、傷の治癒に広く使用され、印刷業界でラインワーカーを指先の擦り傷から保護するために使用されていたため、コロジオンに精通していたでしょう。それらの幸運な事故の別の1つで、ハイアットはある日、ボトルからこぼれて硬いフィルムを形成したコロジオンを発見しました。彼は最新バージョンのビリヤードボールをコロジオンに浸してコーティングし始めました。ハイアットは、堅固で成形可能な素材を作成することでパークスを悩ませていたのと同じ問題に遭遇しました。それで、彼は材料の粘度を上げることに取り組み続け、最終的に高熱と高圧の下で木の芯の周りに形成できる化合物を開発しました。これにより、1869年4月に、ビリヤードボールのこの改良された製造方法についてさらに別の特許が生成されました。

この発明は最終的にセルロイドと名付けられ、象牙に取って代わるためにハイアットによって発明された材料として知られていますが、この材料の名前は3年後まで考えられませんでした。興味深いことに、セルロイドのビリヤードボールは商業的に製造されたことはなく、10,000ドルの賞を検討するためにフェランの会社に提出されることもありませんでした。ハイアットは、象牙の完全な代替品という望ましい目標を達成することなく、20世紀初頭までビリヤードボールの問題に取り組み続けました。その成功は、1900年代の最初の10年間に、ハイアットが実験を開始するのと同時に生まれ、そのキャリアがハイアットといくつかの興味深い交差点を持っていた発明家からもたらされるでしょう。

ハイアットは、パークスの古い特許のいくつかを検討することにより、樟脳を可塑剤として使用してセルロイドを成形可能な塊にするための鍵を見つけました。パークスは樟脳を使用していましたが、他の溶媒と組み合わせた場合のみでした。ハイアットは、樟脳に焦点を当て、高圧と熱で作業を続けることで、パークスのコロジオンを、混合物に加える樟脳の量を変えるだけで、ゴムやガッタパーチャと同様の特性を持つ汎用性の高い素材に変換しました。

ハイアットが米国で改良されたビリヤードボールの作成に取り組んでいたとき、ダニエルスピルという名前のアレクサンダーパークスのパートナーは、英国でのパークスの失敗した商業ベンチャーを引き受け、成形可能な材料を作る上での樟脳の重要性も発見しました。彼はキシロナイトと呼んだ。並行した発明は、1877年から1884年まで法廷で拘束された不可避の特許紛争につながりました。最終的に、スピルとハイアットの発明の両方が、最初の発明者であると見なされたパークスの業績にまでさかのぼることができると決定されました。材料の。セルロイド製品のすべての製造を継続できることも判決の一部でした。

次のコラムでは、セルロイドがさまざまな形で使用されるようになり、別の重要なプラスチック加工技術の発明につながったセルロイドの運命をたどります。

著者について：Mike Sepe は独立したグローバルな材料および処理コンサルタントであり、その会社であるMichael P. Sepe、LLCはアリゾナ州セドナに拠点を置いています。彼はプラスチック業界で40年以上の経験があり、材料の選択、製造可能性の設計、プロセスでクライアントを支援しています。最適化、トラブルシューティング、および障害分析。連絡先：（928）203-0408•[email protected]。