高分子材料の歴史の追跡、パート4
ニトロセルロースベースのプラスチック製パーケシンがロンドンのグレートインターナショナルエキシビションで銅メダルを獲得した翌年の1863年、レオベークランドはベルギーで生まれました。読み書きのできない両親の息子であるベークランドは、21歳で博士号を取得し、ドイツのボン大学でフリードリッヒアウグストケクレの主任補佐官であるテオドールスワーツに師事しました。 Kekuléは、高分子化学の多くの中心であり、最初の真の合成高分子の物語の鍵となる化学物質の1つであるフェノールと密接に関連する化学物質であるベンゼンの構造を解明したことで知られています。ベークランドは写真愛好家でもあり、高校と大学時代に、ヨーロッパで作られた最初の写真用ドライプレートを製造するための工場を設立した地元の化学者と協力しました。
初期のドライプレートは、不快な臭いがして気質のある化学現像剤を使用していました。ベークランドはこれを認識し、博士号を取得して間もなく、現像液を活性化するために水に浸すことができる水溶性乳剤でコーティングされたドライプレートを発明しました。彼は1887年にベルギーでこの進歩の特許を取得しました。
1889年、ベークランドと彼の妻はニューヨークに旅行し、そこで彼は写真フィルム、紙、カメラを製造する会社の校長であるリチャード・アンソニーに会い、働きに行きました。これは、10年後にハンニバルグッドウィンからグッドウィンカメラアンドフィルムカンパニーを購入したのと同じ会社でした。グッドウィンはジョージイーストマン（イーストマンコダックの創設者）の2年前に実用的なセルロイドフィルムを開発しましたが、彼の特許の発行は11年間延期され、先月の記事で議論した訴訟につながりました。
ベークランドはアンソニーで2年間働いた後、病気になり、独立したコンサルタントとして生計を立てようとした後、拡大印刷用の印画紙の開発に専念しました。写真の初期の歴史では、印刷は太陽から提供される自然光の助けを借りて達成されていました。ベークランドの画期的な進歩は、2年間の研究の結果、塩化銀乳剤をコロイド状にした紙を製造しました。この紙は、太陽光を必要とせず、人工光で光を発するのに十分な感度があります。彼はその製品にVeloxという名前を付けました。
現時点では、ほとんどの人にとって、人工光の光源はガス灯でした。しかし、セルロイドの進歩の重要人物でもあるエジソンによる電灯の導入は、すぐにこれを変えるでしょう。プロの写真家は一般的にこの新しい紙を受け入れませんでしたが、それはアマチュアの写真家に非常に人気があり、ジョージ・イーストマン以外の誰もが注目を集める市場を作りました。 1898年、イーストマンはベークランドが2つのパートナーと設立した会社を750,000ドルで購入しました。これは、今日のドルで約2,200万ドルです。
化学およびエネルギー産業の他の主要なプレーヤーとのこれらの交差点のすべては、ベークランドが彼の重要な財政的安全のために現在従事することができた研究の舞台を単に設定しました。イーストマンへの彼の会社の売却の条件には、ベークランドが20年間写真の研究に従事することを妨げる競業避止義務が含まれていました。
化学のバックグラウンド、実験の才能、未解決の問題を特定するための優れた本能、そして生計を立てるために働く必要がないことで、ベークランドはニューヨーク州ヨンカーズに不動産を設立し、セルロイドの開発につながった。セルロイドは象牙の不足を解決するために開発されました。 19 の過去20年間の電気産業の急速な拡大 世紀と20世紀初頭まで続く センチュリーは、別の天然素材であるシェラックに新たなボトルネックを生み出しました。
シェラックは、樹液を木から抽出して樹脂を分泌するラックビートルによって作られています。これは木からこすり落とされ、加熱とろ過によって処理されて純粋な化合物を生成します。 1キログラム（2.2ポンド）のシェラックを生産するには、100,000匹以上の甲虫が必要であると推定されています。電化前の時代には、伝統的なシェラックの生産に関連する低料金は、ラッカーや木材製品の防腐剤の需要を満たすのに十分でした。しかし、電気産業は、その優れた電気絶縁特性と湿気に対するシール能力のために、シェラックに対する大きな需要を生み出しました。シェラックがレコード盤をプレスするための好ましい素材になり、エジソンの世界とのもう1つの交差点になったとき、需要はさらに大きく増加しました。 （彼は1877年に蓄音機を発明しました。）1940年代には、このアプリケーションでPVCがシェラックに取って代わりました。
シェラックの産業の歴史は、ゴムのそれと非常によく似ています。少量しか得られず、主に東南アジアで見られる天然高分子は、供給源から遠く離れたヨーロッパと北アメリカで起こっている技術の急速な発展における重要な制約となっていました。そして、天然ゴムのように、シェラックはいくつかの望ましい性能特性を欠いていました。まず、それは熱可塑性であり、融点は約75°C（167°F）です。そのため、適度な温度でも柔らかくなります。比較的高温を発生する高電圧絶縁体はシェラックを溶かします。また、木粉などのフィラーとブレンドして成形可能なコンパウンドを作成することもできますが、表面硬度が比較的低く、適用に手間がかかる可能性があります。
Baekelandによる5年間の研究の結果、1907年に「フェノールとホルムアルデヒドの不溶性凝縮生成物の製造方法の改善」に関する特許が取得されました。ベークランドはこの製品にベークライトという名前を付けました。この名前は今でも業界の文献に時折見られます。ベークライト博物館は、ベークライトから作られた製品の歴史を展示するために、1983年にイギリスのサマセットに開設されました。現在は閉鎖されており、新しい家を探していますが、まだウェブサイトがあります。ベークランドが樹脂を製造するために設計した原子炉は、バケライザーと名付けられました。
今日、この材料は、より一般的な呼称であるフェノールで知られています。特許のタイトルが示すように、それは縮合ポリマーであり、この化学反応の性質は、材料を作る際の多くの課題に貢献しました。しかし、その結果が最初の真の合成ポリマーであり、天然物に依存せず、その後改変された材料でした。そして、それは加硫ゴムのような熱硬化性ポリマーでしたが、硫黄を含まず、はるかに高い強度、剛性、耐熱性、および長期耐久性を示しました。雲母や磁器よりも電気抵抗が高く、シェラックよりも耐熱性が高く、ガラスやセラミックよりも耐衝撃性が高く、幅広い酸、アルコール、グリース、油に対して優れた耐性を備えた電気絶縁体としてすぐに普及しました。 。
そして、セルロイドとの驚くべき交差点で、フェノール樹脂は、今日私たちが象牙と同様の粘弾性特性と呼んでいるものを持っており、ビリヤードボールの理想的な材料であることが発見されました。これにより、象牙の合成代替品を提供するというジョンウェズリーハイアットの目的が達成されました。ハイアットは、1868年の設立以来、ビリヤードボール会社を運営し続け、セルロイドベースの配合を徐々に改良してきました。しかし、1912年に、彼はその優れた性能を認めてフェノールに変更しました。
ベークランドがフェノールの商業開発を開始した特許を取得した一方で、化合物のプロトタイプを生成する化学反応は、実際には30年以上前に発見されていました。一連の行き詰まりと幸運な事故を通じて、ホルムアルデヒドと他の有機化合物との反応を利用して有用な熱硬化性材料を生成する化学は、数人の才能のある化学者と発明者の努力によって発展しました。そして発明の後、商業化の挑戦と避けられない訴訟が続いた。ストーリーのこの部分については、次回の記事で説明します。
著者について：Michael Sepe アリゾナ州セドナを拠点とする独立した材料および加工コンサルタントであり、北米、ヨーロッパ、およびアジアにクライアントがいます。彼はプラスチック業界で45年以上の経験があり、材料の選択、製造可能性の設計、プロセスの最適化、トラブルシューティング、および故障分析でクライアントを支援しています。連絡先：（928）203-0408•[email protected]
樹脂