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ベークライト（/ ˈbeɪkəlaɪt / BAY - kə -lyte ）は、合成成分から作られた最初のプラスチックです。1907年にニューヨーク州ヨンカーズの化学者レオ・ベークランドによって開発され、1909年12月7日に特許を取得しました。[ 3 ]
ベークライトはどんな形にも成形できるため、商業的に成功を収めました。台所用品、宝飾品、パイプのステム、子供のおもちゃ、銃器など、さまざまな製品に使用されました。 [ 4 ]ベークライトは耐熱性と非導電性があるため、電気絶縁体やラジオや電話の筐体などの製品の製造にも使用されました。
合成プラスチックの誕生は、当時主に布地の染料や爆薬に注力していた化学産業にとって革命的な出来事でした。ベークライトの商業的成功は、他の合成プラスチックの開発につながりました。世界初の商業用合成プラスチックとして、ベークライトはアメリカ化学会によって国家歴史化学遺産に指定されました。[ 5 ]
正式には、ベークライトはポリオキシベンジルメチレングリコール無水物であり、フェノールとホルムアルデヒドの縮合反応によって生成される熱硬化性フェノールホルムアルデヒド樹脂である。
フェノールとアルデヒドの反応は1872年にアドルフ・フォン・バイヤーによって初めて報告されたが、当時は商業製品としての利用は考えられていなかった。[ 7 ]
レオ・ベークランドは、ベロックス写真用紙の発明ですでに裕福だったが、自宅の実験室でフェノールとホルムアルデヒドの反応の研究を始めた。化学者たちは、多くの天然樹脂や繊維がポリマーであることを認識し始めていた。ベークランドの当初の目的は、ラックカイガラムシ（特にケリア・ラッカ）の分泌物から自然に作られるため供給量が限られているシェラックの代替品を見つけることだった。彼はノボラックと呼ばれる可溶性のフェノール・ホルムアルデヒド・シェラックを製造したが、市場では成功しなかった[ 5 ] 。しかし、今日でも（例えばフォトレジストとして）使用されている。
その後、彼は木材をコーティングするのではなく、合成樹脂を含浸させることで強化する実験を始めた。[ 5 ]フェノールとホルムアルデヒドに加える圧力と温度を制御することで、彼は硬くて成形可能な材料を作り出し、それを自分の名前[ 8 ] [ 9 ]と、それに必要な熱硬化プロセスにちなんでベークライトと名付けた。これは最初に作られた合成熱硬化性 プラスチックであり、ベークランドはそれを使って作れる「千と一つの…品物」について推測した。 [ 10 ]： 58-59彼は綿、粉末ブロンズ、スレート粉など、さまざまな充填材を使用する可能性を検討したが、木材とアスベスト繊維で最も成功した[ 10 ]。ただし、アスベストは20世紀後半のより厳しい環境法のために、すべての製造業者によって徐々に放棄された。[ 11 ]： 9 [ 12 ]
ベークランドは多数の関連特許を出願した。[ 5 ]ベークライト、すなわち「フェノールとホルムアルデヒドの不溶性生成物の製造方法」は、1907年7月13日に出願され、1909年12月7日に特許が付与された。[ 13 ]彼はまた、ベルギー、カナダ、デンマーク、ハンガリー、日本、メキシコ、ロシア、スペインなど、他の国々でも特許保護を申請した。[ 14 ]彼は1909年2月5日にアメリカ化学会の会合で自身の発明を発表した。[ 15 ]
ベークランドは自宅の研究所で新素材の半商業生産を開始し、電気絶縁材として販売した。1909年の夏、彼はヨーロッパ大陸における権利をリュートガーAGに許諾した。当時設立された子会社であるベークライトAGは、ベークライトを工業規模で生産した最初の企業となった。
1910年までに、ベークランドは米国で拡張を正当化するのに十分な量の材料を生産していた。彼はニュージャージー州パースアンボイにジェネラルベークライト社を設立し、新しい工業材料を製造・販売する米国企業とし、他の国で生産するための海外とのつながりを築いた。[ 5 ]
ベークライト社は、1910年代から1920年代にかけて、小規模市場向けに「透明」な鋳造樹脂（充填剤を含まない）を製造していた。 [ 16 ]： 172-174 「人工琥珀」とも呼ばれる鋳造樹脂のブロックや棒は、パイプのステム、シガレットホルダー、ジュエリーなどの製品を作るために機械加工や彫刻が施された。[ 16 ] [ 17 ]しかし、成形プラスチックの需要の高まりにより、同社は鋳造樹脂ではなく成形に注力するようになった。[ 16 ]： 172-174
ベークライト社は、ベークランドに有利な特許訴訟の後、1922年にベークランドのジェネラル・ベークライト社、JW・アイルズワースが設立したコンデンサイト社、ローレンス・V・レッドマンが設立したレッドマノール化学製品会社の3社が合併して設立されました。[ 18 ]コンデンサイト社からベークライト社に移籍した広告・広報担当ディレクターのアラン・ブラウンの下、ベークライトは「千の用途がある素材」として積極的に販売されました。[ 10 ] : 58–59 [ 19 ]無限大記号の上に文字Bを特徴とする商標の出願は1925年8月25日に行われ、そのマークは1924年12月1日から使用されていると主張しました。商標出願には、さまざまな用途が記載されていました。[ 20 ]
1925年10月に発行されたプラスチック雑誌の創刊号では、表紙にベークライトが掲載され、アラン・ブラウンによる「ベークライトとは何か」という記事が掲載された。入手可能な色の範囲には、「黒、茶、赤、黄、緑、灰色、青、およびこれらの2つ以上のブレンド」が含まれていた。[ 21 ]記事では、ベークライトがさまざまな形状で入手できることが強調されていた。
ベークライトは、さまざまな用途に合わせて複数の形態で製造されています。これらの形態すべてにおいて、基本となるのはベークライト樹脂です。この種類には、宝飾品や喫煙具などに使用される透明な素材、電球を金属ベースに封入するためのセメント、電線コイルなどに含浸させるためのワニス、ハードウェアの表面保護のためのラッカー、工業機器に耐候性コーティングを施すためのエナメル、静音ギアや絶縁材に使用される積層ベークライト、そして無数の実用品や美観製品が作られる成形材料などがあります。成形材料は通常、セルロース系物質を初期の「未硬化」樹脂で含浸させることによって製造されます。[ 19 ]： 17
1925年の報告書で、米国関税委員会は合成フェノール樹脂の商業生産を「明らかにアメリカの成果」と称賛し、「しかし、数字を公表することは、事実上、個々の企業の生産を公開することになる」と指摘した。[ 22 ]
英国では、3つの英国のフェノールホルムアルデヒド樹脂供給業者（バーミンガムのダマールラッカー社、ダーリーデールのモールデンサイト社、ロンドンのレッドマノール化学製品会社）が合併して、1926年にベークライト社が設立されました。1928年頃、バーミンガムのタイズリーに新しいベークライト工場が開設されました。[ 23 ]この工場は1987年に閉鎖されるまで「英国におけるベークライト生産の中心」でした。[ 24 ]
フェノール樹脂および前駆体を製造する工場が、1931年にニュージャージー州バウンドブルックに開設された。 [ 10 ]： 75
1939年、これらの企業はユニオン・カーバイド・アンド・カーボン社に買収された。
2005年、ドイツのベークライト製造会社Bakelite AGは、オハイオ州コロンバスのBorden Chemical（現在のHexion Inc.）に買収された。 [ 25 ]
オリジナルのベークライト素材に加えて、これらの企業は最終的に幅広い他の製品を製造し、その多くは「ベークライトプラスチック」というブランド名で販売されました。これらには、カタリンに似た他のタイプの鋳造フェノール樹脂や、ポリオキシベンジルメチレングリコール無水物よりも鮮やかな色で製造できる尿素ホルムアルデヒド樹脂が含まれていました。[6][ 10 ]
ベークランドの熱と圧力に関する特許が 1927 年に失効すると、ベークライト社は他の企業との激しい競争に直面した。成形ベークライトは強度を高めるために充填剤を組み込んでいるため、目立たない暗い色で作られる傾向があった。[ 10 ] 1927 年に、カタリン社は、15 色の新しい色を導入できる別のプロセスでビーズ、バングル、イヤリングを製造した。半透明のジュエリー、ポーカー チップ、その他のフェノール樹脂製のアイテムは、1930 年代または 1940 年代にカタリン社によって Prystal という名前で導入された。[ 26 ] [ 27 ]マーブル模様のフェノール樹脂の製造も、カタリン社によるものかもしれない。
ベークライトの製造は多段階の工程です。まず、塩酸、塩化亜鉛、またはアンモニアなどの触媒の存在下でフェノールとホルムアルデヒドを加熱します。これにより、アルコール、アセトン、または追加のフェノールに溶解する液体の凝縮生成物であるベークライトAが生成されます。さらに加熱すると、生成物は部分的に溶解し、熱によって軟化することができます。加熱を続けると、「不溶性の硬いガム」が生成されます。しかし、この生成に必要な高温は、標準大気圧下では混合物の激しい発泡を引き起こし、冷却された材料が多孔質で壊れやすくなります。ベークランドの革新的な方法は、「最終凝縮生成物」を卵形の「ベークライザー」に入れることでした。ベークランドは、これを約150 ℃（302 °F）で加圧加熱することにより、通常発生する発泡を抑制することができました。結果として得られる物質は非常に硬く、融解せず、溶解しません。[ 6 ] : 67 [ 10 ] : 38–39
成形ベークライトは、フェノールとホルムアルデヒドの縮合反応によって、木粉またはアスベスト繊維を充填剤として、高圧・高温下で数分間の硬化時間で形成される。結果として硬質プラスチック材料が得られる。[ 28 ]多くの国がアスベストの製造を禁止したため、アスベストは充填剤として徐々に使用されなくなった。[ 11 ]： 9
ベークライトの成形プロセスには多くの利点があった。ベークライト樹脂は粉末状または部分的に硬化した成形済みスラグ状で供給できたため、鋳造速度が向上した。ベークライトなどの熱硬化性樹脂は成形サイクル中に熱と圧力を必要とするが、冷却せずに成形プロセスから取り出すことができたため、成形プロセスがさらに高速化された。また、滑らかで研磨された表面が得られるため、ベークライト製品は仕上げ加工が少なくて済んだ。[ 29 ]何百万もの部品を迅速かつ比較的安価に複製することができた。[ 10 ]： 42-43
ベークライト樹脂のもう一つの市場は、フェノールシート材料の製造でした。フェノールシートは、合成樹脂を含浸させた紙やガラスクロスの層に熱と圧力を加えることによって作られる、硬くて密度の高い材料です。[ 10 ]： 53紙、綿布、合成繊維、ガラス繊維、不織布はすべて、積層に使用できる材料です。熱と圧力を加えると、重合によって層が熱硬化性の工業用積層プラスチックに変化します。[ 30 ]
ベークライトフェノールシートは、さまざまな機械的、電気的、熱的要件を満たすために、多くの商業グレードとさまざまな添加剤で製造されています。一般的なタイプには次のものがあります。[ 31 ]
ベークライトには多くの重要な特性があります。非常に速く成形できるため、生産時間を短縮できます。成形品は滑らかで、形状を維持し、熱、傷、破壊溶剤に耐性があります。また、電気にも耐性があり、低い導電率で高く評価されています。柔軟性はありません。[ 10 ]： 44-45 [ 29 ] [ 32 ]
フェノール樹脂製品は、極端な湿度や常に湿っている状態ではわずかに膨張することがあります。[ 33 ]ベークライトは、こすったり燃やしたりすると、独特の刺激臭、甘ったるい臭い、または魚臭がします。[ 34 ]
ベークライトの特性は、電気、熱、化学作用に対する非常に高い耐性から、成形材料、接着剤または結合剤、ワニス、保護コーティングとして特に適しており、新興の電気産業や自動車産業にも適していた。[ 10 ]： 44-45
電気産業におけるベークライトの最も初期の商業的使用は、1908年にブーントン・ラバー・カンパニーのリチャード・W・シーベリーがウェストン電気機器会社のために製造した小さな絶縁ブッシングの成形であった。[ 10 ] : 43 [ 35 ]ベークライトはすぐに、電球や電子管（真空管）のベースやソケット、あらゆる種類の電気部品の支持部、自動車のディストリビューターキャップ、その他の絶縁体など、電話、ラジオ、その他の電気機器の非導電性部品に使用されるようになった。[ 10 ] [ 36 ] 1912年までには、その弾力性と音色が象牙に似ていたため、ビリヤードボールの製造に使用されるようになった。[ 37 ] [ 38 ]
第一次世界大戦中、ベークライトは特に電気系統で広く使用されました。重要なプロジェクトには、リバティ航空機エンジン[ 39 ]、無線電話とラジオ電話[ 40 ] 、 NBS-1爆撃機とDH-4B飛行機でのマイカルタベークライト製プロペラの使用[ 41 ] [ 42 ]などがあります。
ベークライトは入手しやすく、成形が容易で速かったため、コストが下がり、製品の入手が容易になり、電話やラジオが一般的な家庭用消費財となった。[ 10 ] : 116–117 [ 43 ] [ 44 ]また、発展途上の自動車産業にとっても非常に重要だった。[ 45 ]すぐに、パイプのステムやボタンからサックスのマウスピース、カメラ、初期の機関銃、家電製品の筐体まで、無数の他の消費財にも見られるようになった。ベークライトは、銃器のピストルグリップ、ハンドガード、バットストックにも非常によく使われた。また、カラシニコフ小銃のマガジンにも使われたが、 AKMの部品や初期のAK-74小銃の一部はベークライトを使用していると誤って認識されることが多いが、ほとんどはAG-4Sで作られていた。[ 46 ] 20世紀前半のその他の用途には、ナイフの柄や「スケール」などがある。[ 47 ]
1920年代から、ベークライトはジュエリーの素材として人気を博しました。[ 48 ]デザイナーのココ・シャネルは、コスチュームジュエリーコレクションにベークライトのブレスレットを取り入れました。[ 49 ] : 27–29エルザ・スキャパレッリなどのデザイナーは、ジュエリーだけでなく、特別にデザインされたドレスボタンにもベークライトを使用しました。[ 50 ] [ 51 ]後に、ヴォーグの編集者であるダイアナ・ヴリーランドはベークライトに熱心でした。[ 52 ]ベークライトは、ブライトリングの時計のプレゼンテーションボックスを作るためにも使用されました。[ 53 ]
1930 年までに、デザイナーのPaul T. Frankl はベークライトを「マテリア・ノヴァ」、つまり「我々の時代を表現するもの」とみなした。[ 10 ] : 107 1930 年代までに、ベークライトはチェスの駒、ポーカー チップ、[ 54 ]ドミノ、[ 55 ]麻雀セットなどのゲーム ピースに使用された。[ 56 ] [ 57 ]ベークライト製の台所用品、キャニスターや食器などは、耐熱性と耐欠け性で宣伝された。[ 58 ] [ 59 ] 1930 年代半ば、ノースランドはベークライトのコーティングである黒い「エボナイト」ベースのスキーのラインを販売した。[ 60 ] [ 61 ] 1935 年までに、ソリッド ボディのエレキ ギターに使用された。ジェリー バードなどの演奏家はベークライト ギターの音色を気に入ったが、チューニングを維持するのが難しいと感じた。[ 62 ]
チャールズ・プリンプトンは1933年にBAYKOの特許を取得し、1934年のクリスマスに向けて最初の組み立てセットを急いで発売した。彼はそのおもちゃをBayko Light Constructional Setsと名付けたが、「Bayko Light」という言葉は「Bakelite」という言葉をもじったものだった。[ 63 ]
第二次世界大戦中、ベークライトはパイロットのゴーグルや野戦電話など、さまざまな戦時装備に使用されました。[ 64 ]また、愛国的な戦時中のジュエリーにも使用されました。[ 65 ] [ 66 ] 1943年には、従来の材料が不足していたため、熱硬化性フェノール樹脂が硬貨の製造にも検討されました。米国では、造幣局が亜鉛メッキ鋼に決定する前に、ベークライトやその他の非金属材料が1セント硬貨への使用についてテストされました。[ 67 ] [ 68 ]
第二次世界大戦中、ベークライト製のボタンはイギリス軍の制服の一部でした。陸軍には茶色のボタン、空軍には黒色のボタンが使われていました。[ 69 ]
1947年、オランダの美術偽造犯ハン・ファン・メーヘレンは、化学者で学芸員のポール・B・コレマンスが、フェルメールの作品とされるものに、ファン・メーヘレンが絵具の硬化剤として使用したベークライトが含まれていることを証明した後、偽造罪で有罪判決を受けた。[ 70 ]
1940年代後半までに、多くの分野で新しい材料がベークライトに取って代わりました。[ 45 ]フェノール樹脂は、製造コストと複雑さ、脆さのため、今日では一般消費者向け製品ではあまり使用されていません。小型精密形状部品、成形ディスクブレーキシリンダー、鍋の取っ手、電気プラグ、スイッチ、電気アイロンの部品、プリント基板、中国、香港、インドで生産される安価なボードゲームや卓上ゲームの分野など、特定の特性が求められる用途では、今でも使用されています。ビリヤードボール、ドミノ、チェス、チェッカー、バックギャモンなどのボードゲームの駒などは、見た目、耐久性、美しい光沢、重量、音のためにベークライトで作られています。一般的なサイコロは、重量と音のためにベークライトで作られることもありますが、大部分はアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）などの熱可塑性ポリマーで作られています。ベークライトは、電線絶縁材、ブレーキパッド、関連する自動車部品、および産業用電気関連用途に引き続き使用されています。ベークライトの原料は、シート、ロッド、チューブの形で製造され、電子機器、発電、航空宇宙産業の産業用途向けに、さまざまな商用ブランド名で販売されています。[ 45 ]
フェノール樹脂は耐熱性が高く、燃えたり溶けたりするよりもくすぶる傾向があります。このため、フェノール樹脂は溶接やその他の高温用途で使用され、アブレーション式耐熱シールドによく使用されています。[ 71 ] ICBM弾頭や宇宙船の再突入用のソ連の耐熱シールドは、ベークライトを含浸させたアスベストテキスタイルで構成されていました。[ 72 ]ベークライトは金属組織学における金属サンプルの固定にも使用されます。[ 73 ]
ベークライト製品、特にジュエリーやラジオは人気のコレクターズアイテムとなっている。[ 45 ]
ベークライトという用語は、再販市場では、カタリンやファトゥランなど、鮮やかな色をした初期のプラスチックのさまざまな種類や、真のベークライト素材で作られた製品全般を指す言葉として使われることがある。 [ 44 ] [ 74 ]
その美観のため、アスベストを含まない現代のより安全な素材で作られた類似の素材であるフェイクライト（偽ベークライト）が存在する。[ 75 ]
米国特許商標庁は、 1909年12月7日にベークランドに「フェノールとホルムアルデヒドの不溶性製品の製造方法」の特許を付与した。[ 13 ]フェノールとホルムアルデヒドの硬くてコンパクトで不溶性で融解しない縮合生成物の製造は、現代のプラスチック産業の始まりとなった。[ 76 ]