Es wurde erst vor hundert Jahren durch Zufall erfunden.

Die Geschichte beginnt im späten 19. Jahrhundert in den Vereinigten Staaten, während des boomenden „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. Doch seine Liebe zum Wissen führte ihn ans College, wo er sein Studium fortsetzte und schließlich Professor für Chemie wurde. Im Jahr 1889 wanderte er in die USA aus und stieg in die industrielle Fertigungsbranche ein.

Im Jahr 1905 synthetisierte er erstmals künstlich ein Produkt namens „Phenolharz“, den weltweit ersten vollständig künstlich synthetisierten Kunststoff. Anschließend meldete er ein Patent für den Kunststoff an, benannte ihn nach sich selbst (Bakelite, ins Chinesische übersetzt als „Bakelit“ oder „Bakelit“) und brachte ihn in Massenproduktion. Am 20. Mai 1940 wurde er vom Time Magazine als „Vater der Kunststoffe“ bezeichnet.

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

Einige alte Telefone haben Gehäuse aus Bakelit. Bildquelle: pixabay

Neue Materialien rufen

Kunststoff, ein billiges Industrieprodukt, durchbrach die Grenzen natürlicher Materialien und wurde aufgrund seiner isolierenden, stabilen und korrosionsbeständigen Eigenschaften zu einem Allzweckmaterial. Baekeland selbst wurde mit dieser Erfindung zum Industriemagnaten.

Auf den ersten Blick handelt es sich hier um eine Geschichte, in der Wissen in die Praxis umgesetzt wird und große Erfolge erzielt werden. Die Geburt des Kunststoffs verlief jedoch nicht reibungslos. Auch Baekelands Fähigkeit, Kunststoff zu synthetisieren, war vielen Zufällen zu verdanken.

Damals verfolgten die in der chemischen Werkstoffindustrie tätigen Personen im Allgemeinen zwei Ziele: Zum einen den Ersatz natürlicher Werkstoffe, zum anderen die Entwicklung von Dämmstoffen. Nach der industriellen Revolution entstand eine Mittelschicht und die Nachfrage nach hochwertigen Konsumgütern stieg enorm. Manche Menschen möchten natürliche Materialien wie Elfenbein, Achat, Bernstein usw. durch künstliche Materialien ersetzen, um eine Massenproduktion zu ermöglichen.

Beispielsweise bestand damals auf dem Verbrauchermarkt eine sehr große Nachfrage nach Billardkugeln. Wenn jedoch Elfenbein zu ihrer Herstellung verwendet wurde, konnten aus einem Stück Elfenbein nur 8 Billardkugeln hergestellt werden. Die Ergebnisse sind vorstellbar, sodass die Entwicklung neuer Materialien rentabel wurde.

Bildquelle: pixabay

Durch kontinuierliche Forschung hat man herausgefunden, dass sich aus natürlichen faserhaltigen Materialien wie Holz und Baumwolle nach einiger Verarbeitung, Zugabe von Salpetersäure und Kampfer sowie Erhitzen Kunststoffe herstellen lassen. Sie können in verschiedene Formen gegossen werden und ihre Textur ist der von Elfenbein sehr ähnlich. Dieses Material wird Zelluloid genannt.

Dieses Material hat jedoch einen fatalen Nachteil: Es ist brennbar. Die Billardkugeln wurden ständig getroffen und wirkten in Kombination mit dem brennbaren Zelluloidmaterial wie eine Zeitbombe. Kein Wunder, dass es damals in den Billardhallen immer wieder zu verdächtigen Explosionen kam. Schließlich besteht Zelluloid hauptsächlich aus Nitrozellulose, die allerdings sehr instabil ist. Wenn Sie mir nicht glauben, versuchen Sie, einen Tischtennisball (hauptsächlich aus Zelluloid) mit einem Feuerzeug an einem sicheren und offenen Ort ohne brennbare Materialien anzuzünden, und Sie werden eine Vorstellung davon bekommen, wie schnell er brennt.

Eine weitere Nachfrage kommt aus der aufstrebenden Energiebranche.

Mit der zunehmenden Verbreitung der Elektrizität entstand ein Wunsch nach synthetischen Materialien. Man wollte ein synthetisches Material finden, das kostengünstig und in Massenproduktion hergestellt werden konnte und den Isolationsanforderungen elektrischer Drähte und Leitungen gerecht wurde. Dinge wie Kautschuk waren ihr „Vorbild“, doch selbst wenn die Kautschukplantagen in den tropischen Kolonien auf Hochtouren liefen, konnten sie mit dem Tempo des Elektrizitätsausbaus nicht Schritt halten. Doch damals reichten die „Fertigkeitspunkte“ synthetischer Materialien noch nicht so weit und auch die Vorstellungskraft der Menschen hinsichtlich guter Materialien war sehr begrenzt.

Kritischer ist, dass man damals, egal ob es um die Suche nach Ersatzstoffen für natürliche Materialien oder nach Isoliermaterialien ging, von echter chemischer Forschung weit entfernt war. Was also machten Chemiker damals?

Die Antwort liegt auf der Hand, aber ...

Tatsächlich waren die Chemiker damals der „richtigen Antwort“ sehr nahe. Bereits 1872 entdeckte der deutsche Chemiker Adolf von Baeyer, dass bei der Reaktion von Phenol und Formaldehyd ein farbloser, harziger und trüber Rückstand zurückbleibt. Doch diese Rückstände wurden von den Chemikern damals als Müll entsorgt.

Der „Blindheit“ der Chemiker kann man dies nicht zuschreiben, denn damals galt ein Großteil der Aufmerksamkeit der chemischen Industrie den Farbstoffen. Auch die spätere Pharmaindustrie entwickelte sich aus der Farbstoffherstellung. Das berühmte „Prontosil“, das erste synthetische Antibiotikum der Welt, war ursprünglich ein roter Farbstoff. Das Unternehmen, das es entwickelt hat, hieß Farben, was auf Deutsch auch „Farbe“ bedeutet. Chemiker, die sich auf die Suche nach reinen Farbstoffen konzentrierten, waren an diesem scheinbar nutzlosen Rückstand natürlich nicht sehr interessiert.

Lassen Sie uns über Baekeland selbst sprechen. Bevor er in die Fertigungsindustrie einstieg, war er tatsächlich als Chemieforscher tätig. Auch wenn die Chemie als Disziplin nicht so systematisch war wie später, wurde er durch sie systematisch geschult, ein Gespür für das Thema zu entwickeln und insbesondere großen Wert auf Experimente zu legen.

Bevor er in die USA kam, lehrte er Chemie an der Universität Gent in Belgien, wo er im Bereich der Fotochemie forschte, also der Frage, wie sich Bildgebungstechnologie mithilfe verschiedener Methoden optimieren lässt. Seine Forschung umfasst das Studium der Katalysatoren und Bedingungen verschiedener chemischer Reaktionen sowie die Kontrolle verschiedener Variablen, um die Unterschiede in den fertigen Produkten zu beobachten.

Dies hat ihm einerseits eine Sensibilität für verschiedene Bedingungen und Elemente verliehen, die den Menschen in der chemischen Industrie fehlte. Andererseits hatte er Zugang zu einigen damals hochmodernen neuen Materialien und konnte Laborprodukte in Massenproduktion herstellen, beispielsweise ein Fotopapier namens Volex, an dessen Erfindung er beteiligt war und dessen Patent schließlich von Kodak gekauft wurde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Baekeland nicht nur etwas von Forschung versteht, sondern auch darauf achtet, wofür die neu entdeckten Substanzen eingesetzt werden können.

Mit seiner doppelten Sensibilität für chemische Reaktionen und die Herstellung synthetischer Materialien entdeckte er mit großer Aufmerksamkeit das Potenzial der „Nebenprodukte“ der Reaktion zwischen Phenol und Formaldehyd. Nach fortwährendem Herumprobieren gelang es ihm schließlich, Phenolharzkunststoff zu synthetisieren und ein Patent darauf anzumelden.

Baekelands Offenbarung

Würden wir nur Baekelands Erfolg betrachten, wäre das ein bisschen so, als würden wir in das Klischee wissenschaftlicher „inspirierender und erfrischender Artikel“ verfallen. Lassen Sie uns das etwas genauer analysieren.

Baekelands Erfolg war eher zufällig, offenbarte aber auch ein wichtiges Element wissenschaftlicher und technologischer Innovation: Bahnbrechende Innovationen entstehen oft durch das Aufbrechen bestehender Rahmenbedingungen. Der niederländische Soziologe und Wissenschafts- und Technologieforscher Wiebe E. Bijker verwendete den Begriff „technologischer Rahmen“, um dieses Phänomen zu erklären: Wenn Menschen neue technologische Erfindungen erforschen, sind sie dabei nicht richtungslos, sondern folgen oft einem bestehenden Rahmen.

Dieser Rahmen definiert „Was ist das Ziel“, „Was ist das aktuelle Problem“ und die Logik zur Lösung des Problems. Auf dieser Grundlage werden dann entsprechende Strategien entwickelt, entsprechende Maßnahmen ergriffen und entsprechende Technologien angewendet. Ein solcher Rahmen hilft dabei, Ressourcen zu konzentrieren und Probleme zu lösen, kann aber manchmal dazu führen, dass wir wichtige neue Entdeckungen verpassen.

Auch bei der Erfindung des Kunststoffs ist ein solcher Rahmen erkennbar.

Erstens wussten die Leute damals nicht, was „Plastik“ war. Während des Erfindungsprozesses verließen sich die Leute einfach auf ihren bestehenden Rahmen und erkundeten eine Lösung aus den bereits definierten Problemen und Lösungen. Da Zelluloid bereits verfügbar war, konzentrierten sich die Leute in der damaligen Werkstoffindustrie beispielsweise darauf, Zelluloid weniger entflammbar zu machen. Sie lösten das Problem, indem sie Lösungen änderten, Reaktions- und Formtemperaturen anpassten, Stabilisatoren hinzufügten und so weiter. Damals basierten ihre Materialvorstellungen nur auf natürlichen Materialien und berücksichtigten dann auch Produktionskosten, Produktionsprozesse und andere Überlegungen. Dieses Framework war zu diesem Zeitpunkt bereits ausgereift, wies jedoch einen unlösbaren Engpass auf: Es konnte nur verbessert werden, ein Durchbruch war jedoch schwierig.

Chemiker verfügen dagegen über ganz andere fachliche Rahmenbedingungen. Das Ziel synthetischer Farbstoffe und der damit verbundenen Herstellung besteht darin, eine möglichst reine Verbindung zu finden und zu extrahieren, während andere Produkte lediglich Müll oder „Nebenprodukte“ sind. Der harzartige „Kunststoff“-Prototyp, der durch die Reaktion von Phenol und Formaldehyd hergestellt wurde, war schwer zu reinigen und wurde daher von den meisten Chemikern seinerzeit ignoriert.

Dieser bestehende Rahmen bietet klare Ziele und Verhaltenspfade, um Menschen dabei zu helfen, 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 Forschung zur Entwicklung der Wissenschaften einen ähnlichen Begriff vor, nämlich „Paradigma“. Paradigmen können die Entwicklung der konventionellen Wissenschaft unterstützen, doch die Entstehung neuer wissenschaftlicher Konzepte wie der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik erfordert völlig andere Paradigmen, die den ursprünglichen Erklärungsrahmen aufbrechen.

Bildquelle: pixabay

Chancen ergeben sich immer für diejenigen, die vorbereitet sind und die den bestehenden Rahmen durchbrechen und sich auf eine grenzenlose Vorstellungskraft und Beobachtung einlassen können. Baekelands Kunststoffimperium ist sowohl das Ergebnis der Zeit als auch seines mutigen und flexiblen Denkens.

Diese Art des Denkens ist oft interdisziplinär und bereichsübergreifend. Unsere Innovation besteht nicht darin, nach „Standardantworten“ zu streben. Es kann nicht auf Skalen- und Investitionsberechnungen beschränkt werden und sollte auch nicht auf Felder und Rahmenbedingungen beschränkt bleiben. Heutzutage sind viele Bereiche der Wissenschaft und Technologie hochspezialisiert und die Kommunikation zwischen den Berufen ist besonders wichtig. Technologische Innovationen können nicht von einer einzelnen Person oder einer einzelnen Erfindung vorangetrieben werden. Der zukünftige technologische Fortschritt erfordert Konfrontation und Austausch zwischen verschiedenen sozialen Gruppen und unterschiedlichen kognitiven Rahmenbedingungen, um die Beschränkungen bestehender Rahmenbedingungen kontinuierlich aufzubrechen.

Verweise

[1]Bijker, WE (1997). Von Fahrrädern, Bakelit und Glühbirnen: Auf dem Weg zu einer Theorie des soziotechnischen Wandels. MIT-Presse.

[2]Sovacool, BK (2006). Reaktoren, Waffen, Röntgenstrahlen und Solarmodule: Verwendung von SCOT, technologischem Rahmen, epistemischer Kultur und Akteur-Netzwerk-Theorie zur Untersuchung von Technologie. Journal of Technology Studies, 32(1), 4-14.

[3]Kuhn, TS (2012). Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. Verlag der Universität Chicago.

Planung und Produktion

Dieser Artikel ist ein Werk des Science Popularization China-Starry Sky Project

Produziert von: Abteilung für Wissenschaftspopularisierung der Chinesischen Vereinigung für Wissenschaft und Technologie

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

Autor: Zheng Li, populärwissenschaftlicher Autor

Audit丨Li Zongpeng, leitender Ingenieur, National Light Industry Plastics Product Quality Center

Planung｜Ding Zong

Herausgeber: Ding Zong