Diese Geschichte beginnt in den Vereinigten Staaten am Ende des 19. Jahrhunderts, dem kraftvollen „Gilded Age“. Leo Hendrik Baekeland wurde 1863 in Belgien geboren. Er stammte aus einfachen Verhältnissen, sein Vater war ein einfacher Handwerker und seine Mutter eine Dienerin. Aber mit seiner Liebe zum Wissen ging er aufs College, setzte sein Studium fort und wurde schließlich Professor für Chemie. 1889 wanderte er in die USA aus und stieg in die industrielle Fertigung ein.

1905 synthetisierte er erstmals ein Produkt namens „Phenolharz“.Es ist der weltweit erste vollständig synthetische Kunststoff.

Anschließend meldete er ein Patent für diesen Kunststoff an, benannte ihn nach sich selbst (Bakelit, übersetzt als „Bakelit“ oder „Bakelit“ auf Chinesisch) und brachte ihn in die Massenproduktion. Am 20. Mai 1940 wurde er vom Time Magazine auch als „Vater des Kunststoffs“ bezeichnet.

Wie funktioniert dieser Prozess? Was können wir daraus lernen? Lassen Sie uns weiter unten darüber sprechen.

Einige alte Telefone bestehen aus Bakelit. Bildquelle: pixabay

Neue Materialien rufen

Kunststoff, ein billiges Industrieprodukt, hat die Grenzen natürlicher Materialien durchbrochen und ist isolierend, stabil und korrosionsbeständig, was es zu einem universellen Werkstoff macht. Mit dieser Erfindung wurde Baekeland selbst zum Industriemagnaten.

Auf den ersten Blick handelt es sich bei dieser Geschichte um die Umsetzung von Wissen in die Anwendung und großen Erfolg. Allerdings verlief die Geburt von Kunststoff nicht reibungslos. Und Baekeland war aufgrund einiger Zufälle in der Lage, Kunststoff zu synthetisieren.

Zu dieser Zeit verfolgten die in der chemischen Werkstoffindustrie tätigen Menschen im Allgemeinen zwei Ziele.Zum einen geht es darum, natürliche Materialien zu ersetzen, zum anderen um die Entwicklung von Dämmstoffen.

Nach der industriellen Revolution wuchs die Mittelschicht und die Nachfrage nach hochwertigen Konsumgütern nahm stark zu. Manche Menschen möchten natürliche Materialien wie Elfenbein, Achat, Bernstein usw. durch künstliche Materialien ersetzen, damit sie in Massenproduktion hergestellt werden können.

Beispielsweise war die Nachfrage nach Billardkugeln auf dem Verbrauchermarkt zu dieser Zeit sehr hoch, aber wenn sie aus Elfenbein bestanden, konnten aus einem Elfenbein acht Billardkugeln hergestellt werden, und die Produktion war vorstellbar, sodass es rentabel wurde, neue Materialien zu entwickeln.

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Durch kontinuierliche Forschung entdeckten die Menschen, dass natürliche faserhaltige Materialien wie Holz, Baumwolle usw. nach einiger Behandlung, Zugabe von Salpetersäure und Kampfer und Erhitzen plastische Materialien bilden können, die in verschiedene Formen geformt werden können und deren Textur Elfenbein sehr ähnlich ist. Dieses Material wird „Zelluloid“ genannt.

Dieses Material weist jedoch einen sehr fatalen Mangel auf:Entzündlich.

Ständig wurden Billardkugeln geschlagen und das brennbare Zelluloidmaterial war eine Zeitbombe. Kein Wunder, dass es damals in den Billardhallen gelegentlich verdächtige Explosionen gab.

Schließlich ist der Hauptbestandteil von Zelluloid Nitrozellulose, die allerdings sehr instabil ist. Wenn Sie mir nicht glauben, können Sie einen Tischtennisball (hauptsächlich aus Zelluloid) mit einem Feuerzeug an einem sicheren und offenen Ort ohne brennbare Gegenstände in der Nähe anzünden und spüren, wie schnell dieses Ding brennt.

Eine weitere Nachfrage kommt aus der aufstrebenden Energieindustrie.

Der Aufstieg der Elektrizität hat den Wunsch nach synthetischen Materialien geweckt. Die Menschen wollen ein synthetisches Material finden, das kostengünstig und in großen Mengen hergestellt werden kann, um den Isolationsbedarf von Drähten und Leitungen zu decken.

Etwas Ähnliches wie Gummi war ihr „Vorbild“, doch selbst wenn die Kautschukplantagen in den tropischen Kolonien auf Hochtouren liefen, konnten sie mit dem Ausbau der Elektrizität nicht mithalten. Aber zu dieser Zeit waren die „Fertigkeitspunkte“ synthetischer Materialien noch nicht so weit entfernt und auch die Vorstellungskraft der Menschen von guten Materialien war sehr begrenzt.

Das kritischere Problem besteht darin, dass man zu dieser Zeit, egal ob es um die Suche nach Ersatzstoffen für Naturmaterialien oder um Dämmstoffe ging, eigentlich noch weit von echter chemischer Forschung entfernt war. Was machten Chemiker damals?

Die Antwort liegt nahe, aber...

Tatsächlich waren die damaligen Chemiker der „richtigen Antwort“ sehr nahe. Bereits 1872 entdeckte der deutsche Chemiker Adolf von Baeyer dasNach der Reaktion von Phenol und Formaldehyd bleiben farblose, harzige und trübe Rückstände zurück.Doch diese Rückstände wurden damals von den Chemikern als Müll entsorgt.

Man kann es den Chemikern nicht vorwerfen, blind zu sein. Dies liegt daran, dass die chemische Industrie damals einen großen Teil ihrer Aufmerksamkeit auf Farbstoffe richtete. Auch die spätere Pharmaindustrie ging aus der Herstellung von Farbstoffen hervor.

Das berühmte „Prontosil“, das weltweit erste synthetische Antibiotikum, war früher ein roter Farbstoff. Das Unternehmen, das es entwickelt hat, heißt Farben, was auf Deutsch auch „Farbe“ bedeutet.

Chemiker, die sich der Suche nach reinen Farbstoffen widmen, sind an diesem scheinbar nutzlosen Rückstand sicherlich nicht allzu sehr interessiert.

Kommen wir zurück zu Baekeland selbst. Bevor er in die Fertigungsindustrie einstieg, hatte er Erfahrung in der chemischen Forschung. Auch wenn die Entwicklung des Fachs Chemie zu dieser Zeit nicht so systematisch verlief wie später, wurde er systematisch darin geschult, für das Fach sensibilisiert zu sein und insbesondere den Experimenten große Bedeutung beizumessen.

Bevor er in die USA kam, lehrte er Chemie an der Universität Gent in Belgien, wo er Photochemie studierte, also die Optimierung bildgebender Verfahren mit verschiedenen Mitteln. Der Inhalt seiner Forschung istUntersuchen Sie Katalysatoren und Bedingungen für verschiedene chemische Reaktionen und kontrollieren Sie verschiedene Variablen, um Unterschiede im Endprodukt zu beobachten.

Einerseits verlieh ihm dies eine Sensibilität für verschiedene Bedingungen und Elemente, die den Menschen in der Chemieindustrie fehlten. Andererseits standen ihm damals auch einige hochmoderne und neue Materialien sowie massenhaft hergestellte Laborprodukte zur Verfügung. Beispielsweise beteiligte er sich an der Erfindung eines Fotopapiers namens Volex, dessen Patent schließlich von Kodak aufgekauft wurde.

Um es zusammenzufassen:Baekeland versteht nicht nur die Forschung, sondern achtet auch darauf, wofür neu entdeckte Substanzen eingesetzt werden können.

Mit seiner doppelten Sensibilität für chemische Reaktionen und die Herstellung synthetischer Materialien entdeckte er scharfsinnig das Potenzial der „Nebenprodukte“ der Reaktion von Phenol und Formaldehyd. Durch ständiges Ausprobieren synthetisierte er schließlich Phenolharz-Kunststoff und meldete ein Patent an.

Baekelands Inspiration

Wenn wir nur den Erfolg von Baekeland sehen würden, würde er in das Klischee wissenschaftlicher „inspirierender und erfrischender Artikel“ verfallen. Lassen Sie es uns etwas genauer analysieren.

Baekelands Erfolg ist eher zufällig, offenbart aber auch ein wichtiges Element der technologischen Innovation:Bahnbrechende Innovationen entstehen oft dadurch, dass bestehende Rahmenbedingungen durchbrochen werden.

Der Wissenschafts- und Technologieforscher und niederländische Soziologe Wiebe E. Bijker verwendete den Begriff „technologischer Rahmen“, um dieses Phänomen zu erklären: Wenn Menschen neue technologische Erfindungen erforschen, sind sie nicht richtungslos und sie stammen oft aus einem bestehenden Rahmen.

Dieses Framework definiert „Was ist das Ziel“, „Was ist das aktuelle Problem“ und die Logik zur Lösung des Problems und entwickelt dann entsprechende Strategien, übernimmt entsprechende Mittel und wendet entsprechende Technologien auf dieser Grundlage an. Ein solcher Rahmen kann helfen, Ressourcen zu bündeln und Probleme zu lösen, aber manchmal kann er auch dazu führen, dass uns wichtige neue Entdeckungen entgehen.

Wenn wir auf die Erfindung des Kunststoffs zurückgehen, können wir auch ein solches Gerüst erkennen.

Erstens wussten die Menschen damals nicht, was „Kunststoff“ ist. Während des Erfindungsprozesses standen die Menschen einfach auf ihrem bestehenden Rahmen und erkundeten eine Lösung aus den bereits definierten Problemen und Lösungen.

Da Zelluloid bereits existierte, konzentrierten sich die damaligen Menschen in der Materialindustrie darauf, Zelluloid weniger entflammbar zu machen. Sie lösten das Problem, indem sie Lösungen änderten, Reaktions- und Formtemperaturen anpassten, Stabilisatoren einbauten und so weiter.

Zu dieser Zeit basierte ihre Vorstellung von Materialien nur auf natürlichen Materialien und kam dann mit Überlegungen wie Produktionskosten und Produktionsverfahren in Betracht. Dieses Framework war zu diesem Zeitpunkt ausgereift, hatte jedoch einen unlösbaren Engpass: Es konnte nur verbessert werden, aber es war schwierig, es zu durchbrechen.

Was die Chemiker auf der anderen Seite betrifft, so sind ihre technischen Rahmenbedingungen völlig anders.

Das Ziel synthetischer Farbstoffe und verwandter Präparate besteht darin, eine möglichst reine Verbindung zu finden und zu extrahieren, während andere Produkte nur Müll oder „Nebenprodukte“ sind. Der harzige „Kunststoff“-Prototyp, der bei der Reaktion von Phenol und Formaldehyd entstand, war schwer zu reinigen und wurde daher von den meisten Chemikern damals ignoriert.

Dieser bestehende Rahmen gibt klare Ziele und Verhaltensweisen vor, die dabei helfen können, bestehende Erfindungen und Produkte kontinuierlich zu optimieren.

Der Schlüssel zu einer bahnbrechenden neuen Erfindung liegt jedoch in ihrer „Neuheit“ und ihrer Unvorhersehbarkeit. Auch der berühmte historische Soziologe Thomas Kuhn schlug in seiner Untersuchung der wissenschaftlichen Entwicklung ein ähnliches Konzept, nämlich das „Paradigma“, vor.

Paradigmen können die Entwicklung der konventionellen Wissenschaft unterstützen, aber die Geburt neuer wissenschaftlicher Konzepte wie Relativitätstheorie und Quantenmechanik erfordert ein völlig anderes Paradigma, um den ursprünglichen Erklärungsrahmen zu sprengen.

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Gelegenheiten sind immer denen vorbehalten, die vorbereitet sind und den bestehenden Rahmen sprengen und sich auf eine ergebnisoffene Vorstellungskraft und Beobachtung einlassen können. Baekelands Plastikimperium ist ein Held der Zeit und das Ergebnis mutigen und flexiblen Denkens.

Diese Art des Denkens ist oft interdisziplinär und bereichsübergreifend. Und unsere Innovation ist nicht das Streben nach „Standardantworten“. Es kann nicht auf Größen- und Investitionsberechnungen beschränkt werden, noch sollte es auf Bereiche und Rahmenbedingungen beschränkt werden.

Heutzutage sind viele naturwissenschaftliche und technische Bereiche sehr spezialisiert und die Kommunikation zwischen den Fachbereichen ist besonders wichtig. Technologische Innovation kann nicht von einer Person oder einer Erfindung gefördert werden. Zukünftiger wissenschaftlicher und technologischer Fortschritt wird die Konfrontation und Diskussion zwischen verschiedenen sozialen Gruppen und unterschiedlichen kognitiven Rahmenbedingungen erfordern, um die Zwänge bestehender Rahmenbedingungen kontinuierlich zu durchbrechen.

Referenzen

[1]Bijker, W.E. (1997). Von Fahrrädern, Bakeliten und Glühbirnen: Auf dem Weg zur Theorie des soziotechnischen Wandels. MITpress.

[2]Sovacool, B.K. (2006).Reactors, Weapons, X-Rays, andSolarPanels:UsingSCOT,TechnologicalFrame,EpistemicCulture,andActorNetworkTheorytoInvestigateTechnology.JournalofTechnologyStudies,32(1),4-14.

[3]Kuhn, T.S. (2012). Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. Presse der University of Chicago.

Planung und Produktion

Dieser Artikel ist eine Arbeit des Popular Science China-Starry Sky Project

Produziert von der Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der China Association for Science and Technology

Produzent｜China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Galaxy Culture Media Co., Ltd.

Autor丨Zheng Li Popular Science Creator

Rezension丨Li ​​Zongpeng, leitender Ingenieur des National Light Industry Plastic Products Quality Center

Planung｜Ding'ao