이 이야기는 활기가 넘치던 '도금 시대'인 19세기 말 미국에서 시작됩니다. Leo Hendrik Baekeland는 1863년 벨기에에서 태어났습니다. 그는 평범한 배경에서 태어났고, 그의 아버지는 평범한 장인이었고 그의 어머니는 하인이었습니다. 그러나 그는 지식에 대한 사랑으로 대학에 진학하여 공부를 계속했고 마침내 화학 교수가 되었습니다. 1889년에 그는 미국으로 이민하여 산업 제조업에 뛰어들었습니다.
1905년에 그는 처음으로 "페놀수지"라는 제품을 합성했습니다.세계 최초의 완전 합성 플라스틱입니다..
이후 그는 이 플라스틱에 대한 특허를 등록하고 자신의 이름을 딴 베이클라이트(중국어로 "베이클라이트" 또는 "베이클라이트"로 번역됨)라는 이름을 붙인 후 대량 생산에 들어갔습니다. 1940년 5월 20일 타임지는 그를 "플라스틱의 아버지"라고 불렀습니다.
그렇다면 이 과정은 어떻게 진행되나요? 우리는 이것으로부터 무엇을 배울 수 있습니까? 아래에서 그것에 대해 이야기합시다.
일부 고대 전화기는 베이클라이트로 만들어졌습니다. 이미지 출처 : 픽사베이
새로운 소재가 부르고 있다
값싼 공산품인 플라스틱은 천연재료의 한계를 뛰어넘어 단열성, 안정성, 내식성을 갖춘 만능 소재입니다. 이 발명으로 베이클랜드 자신은 산업계의 거물이 되었습니다.
언뜻 보면 이 이야기는 지식을 적용하고 큰 성공을 거두는 이야기 중 하나입니다. 그러나 플라스틱의 탄생은 순조롭게 진행되지 않았다. 그리고 베이클랜드는 꽤 많은 우연의 일치로 인해 플라스틱을 합성할 수 있었습니다.
당시 화학소재산업에 종사하는 사람들의 목적은 대체로 두 가지였다.하나는 천연재료를 대체하는 것이고, 다른 하나는 단열재를 개발하는 것이다.
산업 혁명 이후 중산층이 증가하고 고급 소비재에 대한 수요가 크게 증가했습니다. 어떤 사람들은 대량 생산이 가능하도록 상아, 마노, 호박 등과 같은 천연 재료를 대체하기 위해 인공 재료를 사용하고 싶어합니다.
예를 들어 당시 소비자 시장에서 당구공에 대한 수요는 매우 높았지만 상아로 만들면 상아 1개로 당구공 8개를 만들 수 있고 생산량도 상상할 수 있어 신소재 개발이 수익성이 있게 됐다.
이미지 출처 : 픽사베이
지속적인 탐구를 통해 사람들은 목재, 면 등과 같은 천연 섬유 함유 재료에 질산과 장뇌를 첨가하고 가열한 후 플라스틱 재료를 형성할 수 있으며, 이는 다양한 모양으로 성형할 수 있으며 질감이 상아와 매우 유사하다는 것을 발견했습니다. 이 소재를 '셀룰로이드'라고 합니다.
그러나 이 소재에는 매우 치명적인 단점이 있습니다.가연성.
당구공은 끊임없이 맞았고, 가연성 셀룰로이드 소재는 시한폭탄이었다. 당시 당구장에서는 가끔 수상한 폭발음이 들리는 것도 당연했다.
결국 셀룰로이드의 주성분은 니트로셀룰로오스인데, 이는 실제로 매우 불안정합니다. 믿기지 않는다면 주변에 인화성 물질이 없는 안전하고 개방된 장소에서 탁구공(주로 셀룰로이드로 구성)에 라이터로 불을 붙이면 이것이 얼마나 빨리 타는지 느낄 수 있습니다.
또 다른 수요는 신흥 전력 산업에서 발생합니다.
전기의 증가는 합성 물질에 대한 욕구를 불러일으켰습니다. 사람들은 전선과 라인의 절연 요구 사항을 충족하기 위해 저렴하고 대량으로 생산할 수 있는 합성 재료를 찾고 싶어합니다.
고무와 유사한 것이 그들의 "모델"이었지만 열대 식민지의 고무 농장이 최대 용량으로 운영되더라도 전력 확장을 따라잡을 수 없었습니다. 하지만 당시에는 합성재료의 '기술 포인트'가 그리 멀지 않았고, 좋은 재료에 대한 사람들의 상상도 매우 제한적이었습니다.
더 심각한 문제는 당시 천연재료의 대체재를 찾든, 단열재를 찾든 실제 화학 연구와는 거리가 멀었다는 점이다. 그렇다면 당시 화학자들은 무엇을 하고 있었습니까?
답은 가까이에 있지만...
사실 당시 화학자들은 '정답'에 매우 가까웠다. 1872년 초 독일의 화학자 아돌프 폰 바이어(Adolf von Baeyer)는 다음을 발견했습니다.페놀과 포름알데히드의 반응 후에는 무색의 수지성 탁한 잔류물이 남게 됩니다.그러나 이 잔류물은 당시 화학자들에 의해 쓰레기로 버려졌습니다.
이것은 화학자들이 눈이 멀었다고 비난할 수는 없습니다. 이는 당시 화학산업이 염료에 많은 관심을 기울였기 때문이다. 이후의 제약 산업도 염료 제조에서 파생되었습니다.
세계 최초의 합성 항생제인 유명한 "프론토실(Prontosil)"은 이전에는 빨간색 염료였습니다. 이를 개발한 회사는 독일어로 "색깔"을 의미하는 Farben이라고 합니다.
순수한 염료를 찾는 데 전념하는 화학자들은 겉보기에 쓸모없어 보이는 이 잔류물에는 확실히 별로 관심이 없습니다.
다시 베이클랜드로 돌아가 보겠습니다. 제조업에 입문하기 전에는 화학 연구에 대한 배경 지식이 있었습니다. 비록 당시의 학문으로서의 화학의 발전은 이후만큼 체계적이지는 않았지만, 그는 그 주제에 민감할 수 있도록, 특히 실험을 중요하게 여기도록 체계적으로 훈련받았다.
미국에 오기 전 그는 벨기에 겐트대학교에서 화학을 가르쳤고, 그곳에서 다양한 수단을 사용해 이미징 기술을 최적화하는 방법인 광화학을 공부했습니다. 그의 연구 내용은다양한 화학반응에 대한 촉매와 조건을 연구하고, 다양한 변수를 조절하여 완제품의 차이를 관찰합니다.
한편으로 이는 그에게 화학제품 산업에 종사하는 사람들이 갖지 못한 다양한 조건과 요소에 대한 감수성을 갖게 했습니다. 한편, 그는 당시의 일부 최첨단 신소재와 대량 생산된 실험실 제품도 접할 수 있었습니다. 예를 들어, 그는 Volex라는 인화지 발명에 참여했고, 결국 특허는 Kodak에 매각되었습니다.
요약하자면,베이클랜드는 연구를 이해할 뿐만 아니라 새로 발견된 물질이 어떤 용도로 사용될 수 있는지에도 주목합니다.
화학 반응과 합성 물질 제조에 대한 이중적인 민감성을 통해 그는 페놀과 포름알데히드 반응의 "부산물"의 잠재력을 예리하게 발견했습니다. 끊임없는 시행착오를 거쳐 마침내 페놀수지 플라스틱을 합성해 특허를 출원했다.
베이클랜드의 영감
베이클랜드의 성공만 본다면 과학적인 '영감적이고 신선한 기사'라는 진부한 표현에 빠지게 될 것이다. 조금 더 깊이 분석해 보겠습니다.
Baekeland의 성공은 다소 우연이지만 기술 혁신의 중요한 요소도 드러냅니다.획기적인 혁신은 기존 프레임워크를 깨는 데서 오는 경우가 많습니다.
과학 기술 연구 학자이자 네덜란드 사회학자인 Wiebe E. Bijker는 이러한 현상을 설명하기 위해 "기술적 프레임"이라는 용어를 사용했습니다. 사람들이 새로운 기술 발명을 탐색할 때 방향이 없는 것이 아니며 기존 프레임워크에서 나오는 경우가 많습니다.
이 프레임워크는 "목표는 무엇인가", "현재 문제는 무엇인가", 문제 해결 방법에 대한 논리를 정의하고 이를 기반으로 해당 전략을 개발하고 해당 수단을 채택하며 해당 기술을 적용합니다. 이러한 프레임워크는 리소스를 집중하고 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있지만 때로는 중요한 새로운 발견을 놓치게 만들 수도 있습니다.
플라스틱의 발명으로 돌아가 보면 그러한 틀도 볼 수 있습니다.
우선 당시 사람들은 '플라스틱'이 무엇인지 몰랐습니다. 발명 과정에서 사람들은 기존 프레임워크에 서서 이미 정의된 문제와 솔루션에서 솔루션을 탐색했습니다.
당시 소재 업계 사람들은 셀룰로이드가 이미 존재했기 때문에 셀룰로이드를 불연성으로 만드는 데 주력했습니다. 그들은 용액 변경, 반응 및 성형 온도 조정, 안정제 통합 등을 통해 문제를 해결했습니다.
당시 이들의 소재에 대한 상상력은 천연 소재에만 기반을 두고 여기에 생산 비용, 생산 과정 등의 고려 사항이 추가됐다. 이 프레임워크는 당시 성숙했지만 해결할 수 없는 병목 현상이 있었습니다. 개선할 수는 있었지만 돌파하기는 어려웠습니다.
반면에 화학자들의 기술적 틀은 완전히 다릅니다.
합성 염료 및 관련 제제의 목표는 가능한 한 순수한 화합물을 찾아 추출하는 반면, 다른 제품은 쓰레기 또는 "부산물"일 뿐입니다. 페놀과 포름알데히드의 반응으로 생성된 수지성 "플라스틱" 원형은 정제하기 어려웠기 때문에 당시 대부분의 화학자들은 이를 무시했습니다.
이 기존 프레임워크는 사람들이 기존 발명품과 제품을 지속적으로 최적화하는 데 도움이 될 수 있는 명확한 목표와 행동 경로를 제공합니다.
그러나 획기적인 새로운 발명의 핵심은 '새로움'과 예측 불가능성에 있습니다. 유명한 역사사회학자인 토마스 쿤(Thomas Kuhn)도 과학 발전에 대한 연구에서 유사한 개념, 즉 "패러다임"을 제안했습니다.
패러다임은 기존 과학의 발전을 도울 수 있지만, 상대성이론, 양자역학과 같은 새로운 과학 개념의 탄생은 원래의 설명 틀을 깨기 위해 전혀 다른 패러다임을 요구한다.
이미지 출처 : 픽사베이
기회는 항상 준비된 자, 기존의 틀을 깨고 자유로운 상상과 관찰에 참여할 수 있는 자에게 열려 있습니다. 백클랜드의 플라스틱 제국은 시대가 만들어낸 영웅이자 용기 있고 유연한 사고의 산물이기도 하다.
이런 종류의 사고는 종종 학제간, 분야 간입니다. 그리고 우리의 혁신은 "표준적인 답변"을 추구하는 것이 아닙니다. 규모와 투자의 계산에만 국한될 수도 없고, 분야와 프레임워크에만 국한되어서도 안 됩니다.
요즘에는 많은 과학기술 분야가 극도로 전문화되어 있어 전공자 간의 의사소통이 특히 중요합니다. 기술혁신은 한 사람이나 하나의 발명으로 촉진될 수 없습니다. 미래의 과학기술 발전은 기존 프레임워크의 제약을 지속적으로 깨기 위해 다양한 사회 집단과 다양한 인지 프레임워크 간의 대결과 토론을 요구할 것입니다.
참고자료
[1]바이커, W.E. (1997). 자전거, 베이클라이트, 전구: 사회기술변화이론을 향하여.MITpress.
[2]Sovacool, B.K.(2006). 원자로, 무기, 엑스레이 및 태양 전지판: SCOT 사용, 기술 프레임, 인식 문화 및 행위자 네트워크 이론을 조사하는 기술. 기술 연구 저널, 32(1), 4-14.
[3]쿤, T.S. (2012). 과학 혁명의 구조. 시카고 대학 출판부.
기획 및 제작
이 기사는 Popular Science China-Starry Sky Project의 작품입니다.
중국과학기술협회 과학보급부 제작
제작사│중국과기출판유한회사, 북경중과은하문화미디어유한회사
저자丨Zheng Li 대중과학 창작자
국가 경공업 플라스틱 제품 품질 센터 수석 엔지니어丨Li Zongpeng 검토
기획│딩아오