エルマー・カイザー・ボルトン

エルマー・カイザー・ボルトン（1886年6月23日 - 1968年7月30日）は、アメリカの化学者であり、デュポン社の研究ディレクターであり、ネオプレンの開発とナイロンの発見につながる研究の指揮で有名です。

ボルトンは、ペンシルバニア州フィラデルフィアのフランクフォードで、二人の兄弟の長男として生まれた。父親はメインストリートで家具店を経営し、ボルトンと弟はフランクフォードの公立学校に通い、大学に進学した。ボルトンはペンシルバニア州ルイスバーグのバックネル大学に進学し、古典学課程を履修して、1908年に文学士号を取得した。その後、ハーバード大学に進学し、1910年に文学修士号、1913年に有機化学の博士号を取得した。指導教官はチャールズ・ローリング・ジャクソンで、博士論文はペリオドキノンの化学に関するものであった。

ハーバード大学院でボルトンと同時代に活躍した他の著名な人物としては、ロジャー・アダムス、ファリントン・ダニエルズ、フランク・C・ホイットモア、ジェームズ・B・サムナー、ジェームズ・ブライアント・コナントなどがいた。アダムスはボルトンのキャリアを通じて特に影響力があった。彼らは多様な興味を共有していたが、有機化学で成果を上げたいという意欲は共通していた。後年、アダムスは化学研究と大学生に対する産業界の支援に関するボルトンの考えに大きな影響を与えた。

1913年、ボルトンはシェルドンフェローシップを獲得し、ドイツのベルリン郊外にあるカイザーヴィルヘルム研究所でリチャード・ウィルステッター教授のもとで2年間働いた。ここでボルトンはウィルステッターの主要研究テーマであるアントシアニンの研究に取り組み、アントシアニン色素の単離と構造に関する3本の論文を発表した。ウィルステッターはボルトンの能力に感銘を受けたようで、彼が計算ミスをする傾向に苛立ち、「あなたは銀行の窓口係をしていたに違いない」とコメントした。驚いたことに、ボルトンは自分は銀行の窓口係をしており、それで大学の学費を稼いでいたと答えた。

ボルトンは、ウィルシュテッターが研究上の問題に取り組む際の慎重で論理的なアプローチに非常に感銘を受けました。彼は、これがドイツの大学制度で受けた優れた訓練の結果であると感じました。彼はまた、米国には同様の機関がなかったドイツの大学と産業の関係を観察しました。ボルトンが感銘を受けたドイツの研究のもう 1 つの側面は、人工ゴムを作成する取り組みでした。この研究はドイツの産業にとって重要であり、後にドイツは天然ゴムの供給源に容易にアクセスできなかったため、第二次世界大戦でのドイツの戦争努力にもつながりました。また、ドイツ人が採用したアプローチは、間違いなく、数年後にデュポン研究所でネオプレン ゴムの開発につながりました。

ボルトンは 1916 年にマーガリート L. ダンカンと結婚し、娘 1 人と息子 2 人の 3 人の子供をもうけた。ボルトンは 1951 年に輝かしい経歴を経てデュポン社を退職したが、科学文献の調査は続けた。1968 年 7 月 30 日、82 歳で死去。

1870年代から第一次世界大戦（1914年）の勃発まで、ドイツの有機化学産業は研究、開発、生産、輸出において世界をリードする存在であり、繊維染料や一部の医薬品など、アメリカで使用されているほとんどの有機化合物はドイツから輸入されていました。^[1]戦争によるこの貿易の混乱は当初産業上の問題を引き起こしましたが、同時にアメリカの化学会社にとっては戦時中の需要を満たし、この分野でより確固たる地位を築く機会となりました。^[1] 1915年にドイツから戻ったボルトンは、アメリカの有機化学者がこれらの化合物の製造方法の開発に苦闘していることを発見しました。デュポン社は化学者を必要としており、1915年にボルトンを雇いました。

ボルトンはデラウェア州ウィルミントン郊外の実験ステーションの化学部門に加わり、デュポンの研究のほとんどがここで行われました。昇進の準備を整えていた彼は、グリセロールの合成に取り組み始めました。1916年までにボルトンは、染料の合成を研究するために新設された染料グループのリーダーに選ばれました。当時、米国では染料製造に関する知識がほとんどなかったため、1916年後半にボルトンはこの分野における英国の技術を学ぶためにイギリスに渡り、帰国後、ウィルミントン事務所に配属され、染料と中間体の顧問に任命されました。1918年に彼は染料部門に異動し、絹の着色剤を製造していたロディ工場の副部長になりました。1919年に彼は有機部門のマネージャーとして化学部門に戻りました。この間、彼は製造プロセスの開発について多くを学び、2つの原則を開発しました。研究のコストと時間効率を最優先にし、純粋な材料を使用して製造工程を完成させ、その後、工場で利用可能な材料を使用するように調整する必要がある。ボルトンのハーバード大学時代の友人であるロジャー・アダムスは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校での研究でボルトンの哲学の多くを共有した。

1922年、デュポンは研究組織を再編し、研究事業全体を4つの部分に分け、それぞれを4つの生産エリアに割り当てました。ボルトンは染料部門の研究部長に任命され、その能力はすぐに認められました。染料の製造には多数の中間化合物の合成が必要であり、ボルトンはこれらが染料部門以外の多くの活動に使用できることに気づきました。1923年までに、彼の研究室は合成ゴムの製造のための促進剤の研究を始め、その後すぐに研究範囲をガソリンとゴムの酸化防止剤、浮遊剤、殺虫剤、種子消毒剤、およびテトラエチル鉛の大規模製造にまで広げました。

1920 年代初頭、天然ゴムの需給が国際貿易における懸念事項となった。^[1]第一次世界大戦中にゴムの争奪戦が起こった後、戦争が終わるとゴムが過剰供給となり、価格が下落した。1922 年 11 月、イギリスはスティーブンソン法を制定した。これは、生産を制限し、価格が破滅的な低水準にならないようにすることでゴム生産者を保護することを目的とした法律である。しかし、自動車の使用台数の増加に対応するためにゴムの供給拡大が必要だったため、米国では大きな懸念が生じた。^[1]実用的で耐久性があり、手頃な価格の商品としての合成ゴムは、化学者たちの努力を何十年も阻んできた問題であった。^{[1]ボルトンは、これがデュポンの合成ゴム研究を始める好機だと考えた。しかし、この研究が本格的に開始されたのは、ゴムの高価格がかなりの注目を集め、}トーマス・エジソンなどの他の科学者もこの問題に関心を持ち始めた 1925 年になってからであった。^[1]

ボルトンらのグループの合成ゴムの研究は、ジアセチレンの水素化で得られるブタジエンの重合から始まったが、当初はあまり進展がなかった。1925年末、ボルトンは、酸化第一銅触媒を使用してアセチレンを 重合する方法を発見していたノートルダム大学の化学者ジュリアス・アーサー・ニューランドと出会った。残念ながら、得られたポリマーは衝撃を受けると爆発してしまうが、ボルトンは、このプロセスを修正すれば、反応中のブタジエンに代わる安定した化合物を生成できると考えていた。ボルトンはニューランドをデュポンのコンサルタントとしてプロジェクトに迎え、ニューランドはデュポンの化学者に彼の触媒の使い方を教えた。^[1]ボルトンが探していた安定したポリマーを高収率で生成する連続フロー反応器が開発された。このポリマーは耐薬品性に​​優れていたが、光にさらされると劣化した。

1927年、デュポン社の化学部長CMAスタインは、同社に合成ゴムの基礎研究プロジェクトを引き受けるよう説得し、この目的のために25万ドルの資金提供を受けた。1928年、ハーバード大学の講師であるウォレス・カロザースが、新設されたグループのリーダーとして雇われた。ボルトンはこのグループで活動し、1929年までに、銅触媒による塩化水素の添加により、彼のポリマーが2-クロロブタジエン（クロロプレン）に容易に変換できることを発見した。この材料は、耐薬品性と耐光性の両方を備え、合成ゴムの特性を持っていた。

この新素材は1931年11月2日、アメリカ化学会ゴム部会で発表され、デュプレン^[1]という商標がつけられた（今日の一般名はネオプレン）。この頃までにスティーブンソン法は廃止され、大恐慌が始まっていた。ゴムの価格は低く、新素材のコストは天然ゴムの20倍だった。そのため、デュポンの最初のネオプレンは天然ゴムの代替品にはならなかったが、油や屋外での劣化に対してより耐性のあるゴム化合物が必要な用途で商業的に使用された。このように、当初の構想とは異なる方法ではあったものの、重要な経済的貢献を果たした。想定されていたように天然ゴムの供給を置き換えるのではなく、天然ゴムの供給を増強し、ゴム（天然および人工の両方の形態）の用途を拡大したのである^[1] 。今日、ネオプレンの用途には、硬質船体のインフレータブルボート、ダイビングスーツ、ダイブスキンなどがある。手袋、目出し帽、スリープサック、ニーハイブーツ、ウェットソックスおよびその他の防護服、レーダー吸収材、配管器具、ガスケット、ホース、シール、ベルト、フォーム（マウスパッド、ウェットスーツ）、整形外科用装具、および固体燃料ロケット推進剤（AGM-114 ヘルファイアを参照）。

ウォレス・カロザースが1928年にデュポン社に着任したとき、彼のグループが引き受けた仕事の1つは、繊維用の新しい合成繊維の開発でした。当時は、ラテックスやセルロースなどの天然ポリマーが数多く使用されていました。ニトロセルロースからの半合成レーヨンが最近改良され、繊維産業を一変させ始めていました。^[1]また、ベークライトなどの一部の完全合成ポリマーも知られており、特定の用途に使用されていましたが、既存の完全合成ポリマーを繊維に引き伸ばして糸に紡ぐことはできなかったため、合成ポリマーから糸やヤーンを製造し、市場の既存の繊維（綿、羊毛、麻、絹などの天然繊維と、最近登場したさまざまなタイプのレーヨンなどの人工繊維）に加わったり、置き換えたりする大きなチャンスがありました。^[1]

カロザースらのグループが採用したアプローチは、短鎖ポリマーを生成する既知の合成法を応用して長鎖分子を生成するというものだった。最初の画期的な発見は、二官能性エステル化によって、今日では脂肪族 ポリエステルとして知られているが、当時はスーパーポリマーと呼ばれていた長い分子鎖を生成できることだった。その後、 1930年4月にジュリアン・W・ヒルが重要な観察を行い、スーパーポリマーを溶融状態で延伸すると、延伸されていない状態のポリマーよりもはるかに強度の高い、薄く透明な繊維を形成できることがわかった。しかし、グループが合成できたスーパーポリマーは、沸点が低すぎて耐薬品性が不十分であるか、融点が高すぎて紡糸できなかった。1932年後半までに、プロジェクト全体が中止された。

化学部門の部長となったボルトンは諦めなかった。おそらく彼は、 1933 年にインペリアル化学工業のエリック・フォーセットとレジナルド・ギブソンがポリエチレンを再発見したことを知っていたのだろう。1934 年の初め、ボルトンはカロザースに研究を続けるよう促し、カロザースはポリアミドをもう一度調べることにしました。

カロザースは、ε-アミノカプロン酸から作られたポリアミドの問題は環化反応によるものだと推測し、ε-アミノカプロン酸を環化しない9-アミノノン酸に置き換えました。これにより有望な結果が得られたため、カロザースのグループは、アミノ酸、二塩基酸、ジアミンなど、さまざまな化合物からポリアミドを調製しました。開発の有力候補は、ペンタメチレンジアミンとセビン酸から作られた5/10ポリアミドになりました。これは適切な融点と、繊維の形で望ましい特性を持ち、ゲルを形成せずに紡ぐことができました。

この時点で、ボルトンは大胆かつ典型的な先見の明のある決断を下しました。彼は、セバシン酸の唯一の実用的な供給源であるヒマシ油からは実用的な合成繊維は作れないと判断しました。農産物を主な原料として使用すると、新しい合成材料は既存の天然繊維と非常によく似た大量生産の問題を抱えることになります。代わりに、彼はベンゼンを原料として使用してアジピン酸とヘキサメチレンジアミンの両方を製造し、6/6 ポリアミドを作ろうと考えました。

このポリマーは 1935 年初頭に初めて製造され、ポリアミン紡糸技術の同時開発により、繊維に紡ぐことが可能になりました。この繊維は強度と弾力性が高く、一般的な溶剤に耐性があり、アイロンがけ温度をはるかに上回る 263 °C で溶けます。

ボルトンは、このポリマーの合成のあらゆる側面を実験ステーションのパイロットプラントで徹底的に検討することを主張しました。彼は、開発は純粋な材料から始めて、その後、工場で大量に入手できる材料を使用するように適応させるべきだと主張しました。

1938 年 10 月 27 日、デュポン社はデラウェア州シーフォードに世界初の完全合成繊維であるナイロンを製造する工場を建設すると発表しました。シーフォード工場は基本的にパイロット工場の拡大版であり、驚くほど問題なく立ち上げられました。

• EK ボルトン、「ナイロンの開発」、工業化学および工学化学、(1942 年 1 月)
• 米国特許21件

バックネル大学:

• • 名誉理学博士号（1932年）
  • 理事会（1937-1967）
  • 名誉理事（1967-1968）
• デラウェア大学、名誉理学博士号（1942年）
• マサチューセッツ工科大学訪問委員会（1938-1939）
• ハーバード大学訪問委員会（1940-1941）
• アメリカ化学会:
  • 地域ディレクター（1936-1938）
  • 特別理事（1940-1943）
• 工業化学および化学工学ニュース諮問委員会（1948-1949）
• 化学産業賞（1941年）
• パーキン賞（1945年）
• 米国科学アカデミー会員に選出（1946年）
• ウィラード・ギブス・メダル（1954年）

• ダットン、ウィリアム S. (1942)、「デュポン：140年」、チャールズ・スクリブナー・サンズ、LCCN  42011897。
• ロバート・M・ジョイス『エルマー・カイザー・ボルトン伝記回想録 V.54 50 ページ』米国科学アカデミー (1983)
• パトリック・J・マクグラス著『科学者、ビジネス、そして国家、1890-1960』UNC Press（2002年1月3日）、ISBN 0-8078-2655-3 
• デュポンの遺産: エルマー・K・ボルトン
• デュポンの歴史: ジャクソン研究所
• 1903年: 基礎研究

• 米国科学アカデミー伝記。Wayback Machineで 2016-04-08 にアーカイブされました。