それはわずか100年前に偶然に発明されました。

物語は、19 世紀後半のアメリカ、繁栄を極めた「金ぴか時代」から始まります。

レオ・ヘンドリック・ベークランドは1863年にベルギーで生まれました。彼は貧しい家庭に生まれ、父親は普通の職人、母親は召使いでした。しかし、知識に対する愛情から、彼は大学に進学して研究を続け、最終的に化学の教授になりました。 1889年にアメリカに移住し、工業製造業に携わった。

1905年に彼は「フェノール樹脂」と呼ばれる物質を初めて人工的に合成しました。これは世界初の完全に人工的に合成されたプラスチックでした。その後、彼はそのプラスチックの特許を登録し、自分の名前にちなんで「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」）と名付け、大量生産を開始しました。 1940 年 5 月 20 日、彼はタイム誌によって「プラスチックの父」と呼ばれました。

それで、このプロセスはどのようなものですか?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お話ししましょう。

古い電話機の中には、ベークライト製のケースが付い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、絶縁性、安定性、耐腐食性などの特性により、天然素材の限界を打ち破り、万能素材となりました。ベークランド自身もこの発明によって産業界の大物となった。

一見すると、この物語は知識が応用され、大きな成功を収めたという物語です。しかし、プラスチックの誕生は順風満帆ではなかった。ベークランドがプラスチックを合成する能力も、多くの偶然によるものでした。

当時、化学材料業界に携わる人々の目標は、大きく分けて2つありました。1つは天然素材の代替、もう1つは絶縁材料の開発です。産業革命後、中流階級が出現し、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い、大量生産したいという人もいます。

たとえば、当時の消費者市場ではビリヤードボールの需要が非常に高かったのですが、象牙を使ってビリヤードボールを作った場合、象牙 1 個から作れるビリヤードボールは 8 個しかありませんでした。出力が想像できるので、新しい素材の開発が利益を生むようになりました。

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人々は継続的な研究を通じて、木材や綿などの天然繊維含有材料に、硝酸や樟脳を加えて加熱するなどの加工を施すことで、プラスチック材料に加工できることを発見しました。さまざまな形に成形することができ、その質感は象牙に非常に似ています。この素材はセルロイドと呼ばれます。

しかし、この素材には致命的な欠陥があります。それは、可燃性であるということです。ビリヤードのボールは絶えず打たれており、燃えやすいセルロイド素材と相まって、まるで時限爆弾のようでした。当時、ビリヤード場で不審な爆発音が時折聞こえたのも不思議ではない。結局のところ、セルロイドは主にニトロセルロースで構成されており、これは非常に不安定です。信じられないという方は、安全で開けた場所で、可燃物のない場所で、ライターでピンポン玉（主にセルロイド製）に火をつけてみてください。そうすれば、どれだけ早く燃えるかがわかるでしょう。

もう一つの需要は新興の電力業界から来ています。

電気の普及により合成材料への欲求が生まれました。人々は、電線や電線の絶縁ニーズを満たすために、安価で大量生産できる合成材料を見つけたいと考えていました。ゴムなどは彼らの「モデル」だったが、熱帯植民地のゴム農園がフル稼働していたとしても、電力拡大のペースに追いつくことはできなかった。しかし、当時は合成材料の「スキルポイント」はそこまで到達できず、人々の良い材料に対する想像力も非常に限られていました。

さらに重大な問題は、当時は天然素材の代替品を探していたにせよ、絶縁材料を探していたにせよ、実際の化学研究からは程遠いものだったということです。では、当時の化学者たちは何をしていたのでしょうか?

答えはすぐそこにあるが...

実際、当時の化学者たちは「正解」に非常に近かったのです。 1872 年早くも、ドイツの化学者アドルフ・フォン・バイヤーは、フェノールとホルムアルデヒドの反応後に、無色で樹脂状の濁った残留物が残ることを発見しました。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廃棄されました。

これは化学者の「盲目さ」のせいではありません。なぜなら、当時、化学業界の関心の大部分は染料に集中していたからです。後の製薬産業も染料の製造から生まれました。世界初の合成抗生物質として有名な「プロントシル」は、もともと赤色の染料でした。これを開発した会社は「Farben」と呼ばれ、ドイツ語で「色」を意味します。純粋な染料を見つけることに集中していた化学者たちは、もちろん、この一見役に立たない残留物にはあまり興味を示さなかった。

ベークランド自身について話しましょう。彼は製造業に入る前は化学研究者でした。学問としての化学は後ほど体系的ではなかったが、化学は彼にその主題に対する感受性、特に実験を重視する訓練を体系的に与えた。

彼は米国に来る前、ベルギーのゲント大学で化学を教えており、そこではさまざまな方法を使って画像技術を最適化する写真化学を研究していました。彼の研究は、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完成品の違いを観察することです。

一方で、これにより、化学業界の人々が持っていないさまざまな条件や要素に対する感受性が彼に与えられました。その一方で、彼は当時の最先端の新素材にアクセスし、自らが発明に携わった「ボレックス」と呼ばれる写真用紙などの実験室製品を大量生産することができ、その特許は最終的にコダック社に買収された。まとめると、ベークランド氏は研究を理解するだけでなく、新たに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。試行錯誤を重ねた末、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。

ベークランドの啓示

ベークランドの成功だけを見れば、科学的な「感動的で新鮮な論文」という決まり文句に少し陥ってしまうようなものだ。もう少し深く分析してみましょう。

ベークランドの成功は、ある意味では偶然ではあったが、科学技術革新における重要な要素も明らかにした。画期的な革新は、既存の枠組みを破ることから生まれることが多いのだ。オランダの社会学者で科学技術研究の学者である Wiebe E. Bijker 氏は、この現象を説明するために「技術的枠組み」という用語を使用しました。人々が新しい技術的発明を探求するとき、彼らは方向性がないわけではなく、多くの場合、既存の枠組みから来ています。

このフレームワークは、「目標は何か」、「現在の問題は何か」、そしてその問題をどのように解決するかというロジックを定義し、それに基づいて対応する戦略を策定し、対応する対策を講じ、対応するテクノロジーを適用します。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、重要な新しい発見を見逃してしまうこともあります。

プラスチックの発明に遡ると、そのような枠組みも見られます。

まず、当時の人々は「プラスチック」が何なのか知りませんでした。発明のプロセスにおいて、人々は既存の枠組みに立って、すでに定義された問題と解決策から解決策を模索していました。例えば、当時の素材業界の人々は、セルロイドがすでに存在していたため、セルロイドの難燃化に注力していました。彼らは、溶液の変更、反応温度と成形温度の調整、安定剤の添加などによって問題を解決しました。当時の彼らの素材に対する想像は、天然素材のみに基づいており、生産コスト、生産プロセス、その他の考慮事項が考慮されていました。このフレームワークは当時すでに成熟していましたが、解決できないボトルネックがありました。改善することはできても、突破するのは困難でした。

一方、化学者はまったく異なる技術的枠組みを持っています。合成染料とその関連製品の目的は、できるだけ純粋な化合物を見つけて抽出することであり、他の製品は単なるゴミまたは「副産物」です。フェノールとホルムアルデヒドの反応によって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ていました。

この既存のフレームワークは、人々が既存の発明や製品を継続的に最適化できるようにするための明確な目標と行動経路を提供します。しかし、画期的な新発明の鍵は、その「新しさ」と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、科学の発展に関する研究の中で、「パラダイム」という同様の概念を提唱しました。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的概念の誕生には、元の説明枠組みを破壊するまったく異なるパラダイムが必要です。

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チャンスは、常に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力を発揮できる人にやって来ます。ベークランドの造形帝国は、時代と彼の勇敢で柔軟な思考の両方の結果です。

こうした考え方は、多くの場合、学際的かつ分野横断的です。私たちのイノベーションは「標準的な答え」の追求ではありません。規模や投資の計算に限定されることはなく、分野や枠組みに限定されるべきでもありません。今日、科学技術の多くの分野は極めて専門化しており、専門職間のコミュニケーションは特に重要です。技術革新は一人の人間や一つの発明によって推進できるものではありません。将来の技術進歩には、既存の枠組みの制約を継続的に打ち破るために、さまざまな社会集団やさまざまな認知枠組みの間での対立と交流が必要になるでしょう。

参考文献

[1]バイカー、WE（1997）。自転車、ベークライト、電球について：社会技術的変化の理論に向けて。 MITプレス。

[2]ソバクール、BK（2006）。原子炉、兵器、X 線、太陽電池パネル: SCOT、技術的フレーム、認識文化、アクター ネットワーク理論を使用してテクノロジーを調査する。テクノロジー研究ジャーナル、32(1)、4-14。

[3]クーン、TS（2012）。科学革命の構造。シカゴ大学出版局。

企画・制作

この記事は科学普及中国-星空プロジェクトの作品です

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作｜中国科学技術出版有限公司、北京中科星和文化メディア有限公司

著者: 鄭 利、ポピュラーサイエンスクリエイター

監査丨国家軽工業プラスチック製品品質センター シニアエンジニア Li Zongpeng

企画｜丁宗

編集者: ディン・ゾン