Στις 13 Ιουλίου του 1907, ο Leo H. Baekeland κατέθεσε αίτηση κατοχύρωσης πατέντας για την επεξεργασία ενός προϊόντος που είχε τεράστια επιρροή στην ανάπτυξη της τεχνολογίας και το οποίο άλλαξε άρδην τις συνήθειες μας. Το προϊόν αυτό ήταν ο βακελίτης, το πρώτο εξ ολοκλήρου συνθετικό πλαστικό, το οποίο μας εισήγαγε στην «εποχή του πλαστικού». Στόχος του εφευρέτη του Leo Hendrik Baekeland, ήταν να δημιουργήσει ένα υλικό το οποίο να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε καθημερινή βάση, υπό πολλές διαφορετικές μορφές.

Ο Δρόμος προς την Ανακάλυψη του Βακελίτη

 Ο Leo Hendrik Baekeland γεννήθηκε το 1863 στο Ghent του Βελγίου. Σπούδασε χημεία στο πανεπιστήμιο του Ghent, από το οποίο έλαβε και τον τίτλο του διδάκτορα. Το 1889 βραβεύτηκε με υποτροφία για να εργαστεί στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου θέλησε να συνεχίσει την διαδικασία εμφάνισης φωτογραφιών που είχε προηγουμένως εφεύρει. Πριν ταξιδέψει στις ΗΠΑ, ο Baekeland κατοχύρωσε στο Βέλγιο μια πατέντα εμφάνισης φωτογραφικού φιλμ σε νερό και ξεκίνησε την δική του επιχείρηση για την ανάπτυξη της μεθόδου αυτής. Δυστυχώς, η επιχείρηση δε στέφθηκε με επιτυχία, ζημιώνοντας σοβαρά τους γονείς του που είχαν επενδύσει στην επιχείρηση. Το γεγονός αυτό, καθώς και του ότι εκείνη την περίοδο οι ΗΠΑ ήταν θέλγητρο για τους Ευρωπαίους, επηρέασαν την επιλογή του. Το 1981, ο καθηγητής C. F. Chandler του πανεπιστημίου της Columbia έπεισε τον Baekeland να εργαστεί ως ειδικός της χημείας στην εταιρία A. & H. Anthony, η οποία ανέπτυσσε φωτογραφικό υλικό. 

 Στη συνέχεια, ο Baekeland εργάστηκε ανεξάρτητα ως σύμβουλος και συνέχισε την έρευνα του πάνω σε φωτογραφικό υλικό. Το 1892 ανακάλυψε ένα φωτογραφικό χαρτί γρήγορης εκτύπωσης που το ονόμασε Velox και δημιούργησε την Nepera Chemical Company για να αξιοποιήσει την ανακάλυψή του. Αν και αντιμετώπισε σοβαρά οικονομικά προβλήματα λόγω του κραχ του 1893, εργαζόταν εντατικά για να βελτιώσει την διαδικασία εκτύπωσης που είχε ανακαλύψει. Επτά χρόνια αργότερα πούλησε την ανακάλυψή του στην Eastman Kodak για το διόλου ευκαταφρόνητο ποσό των 750.000 δολαρίων. Το ποσό αυτό του έδωσε οικονομική ανεξαρτησία και του επέτρεψε να ξοδεύει χρόνο σε έρευνα πάνω σε προσωπικά ερευνητικά θέματα. Για τον σκοπό αυτόν, μετέτρεψε στάβλους στο Yonkers (κοντά στην Νέα Υόρκη) σε προσωπικό εργαστήριο. Αυτή ήταν και η πιο ευτυχισμένη περίοδος της ζωής του. Αφότου βελτίωσε τις γνώσεις του πάνω στην ηλεκτροχημεία μετά από την παραμονή του στο ηλεκτροχημικό εργαστήριο του τεχνολογικού ινστιτούτου του Charlottenburg (Βερολίνο), το 1904 συνεργάστηκε με τον C. P. Townsend για την κατασκευή εργοστασίου που θα εξέλισσε το ηλεκτρολυτικό στοιχείο του Townsend.  

Εικόνα 1. Ο Baekeland στο εργαστήριό του (1930).

 Ο συνδυασμός των εντατικών εργαστηριακών εργασιών πάνω τις φαινολικές ρητίνες που ξεκίνησε στο Yonkers το 1905, καθώς και η κατανόηση των ερευνών από τους συνεργάτες του χημικούς, οδήγησε τον Baekeland στην ανακάλυψη ενός νέου υλικού, το οποίο ονόμασε βακελίτη (Bakelite). Αν και η ανακάλυψη της φαινολικής φορμαλδεΰδης (ρητίνη) δεν αποδίδεται μονάχα στον Baekeland, εντούτοις ήταν ο πρώτος που ανέπτυξε μια ικανοποιητικά οικονομική διαδικασία παρασκευής της ρητίνης αυτής σε μεγάλη κλίμακα και με ελεγχόμενο τρόπο. Πέραν του πρωταρχικού του κινήτρου, που δεν ήταν άλλο από το να βγάλει πολλά χρήματα, όπως ο ίδιος ο Baekeland είχε εκμυστηρευτεί σε έναν φίλο του, ήθελε να αντικαταστήσει την γομαλάκα (shellac, μια φυσική ρητίνη) την οποία χρησιμοποιούσαν μέχρι τότε ως μονωτικό υλικό στην αναπτυσσομένη βιομηχανία ηλεκτρικών, και που ήταν ιδιαιτέρως ακριβή. Η ζήτηση για μονωτικά υλικά γρήγορα ξεπέρασε την παραγωγή της γομαλάκας, οπότε και η ανάγκη για ένα αντίστοιχο συνθετικό υλικό ήταν μεγάλη. Επομένως, ο βακελίτης βρήκε εξ αρχής μεγάλη απήχηση στην αγορά, ενώ η χρήση του επεκτάθηκε και σε πολλές άλλες εφαρμογές.

Ο βακελίτης, όπως κάθε μεγάλη επαναστατική πρόοδος, δε θα μπορούσε να ανακαλυφθεί χωρίς την συνεισφορά κι άλλων χημικών. Ο Baekeland ήταν πολύ καλά ενημερωμένος για την δουλεία συναδέλφων του πάνω σε αντιδράσεις μεταξύ αλδεΰδων και φαινολών. Ο ίδιος είχε μελετήσει διεξοδικά την μέχρι τότε βιβλιογραφία και είχε επαναλάβει πειράματα από άλλες δημοσιεύσεις και πατέντες. Η δημοσιευμένη γνώση πριν την εργασία του Baekeland μπορεί να συνοψιστεί στα εξής: παρουσία μιας βάσης ή ενός οξέος, φαινόλη και φορμαλδεΰδη αντιδρούν προς μια ρητίνη. Ανάλογα τις πειραματικές συνθήκες, η ρητίνη μπορεί να είναι από εύτηκτη και διαλυτή μέχρι θερμοσκληρυνόμενη. Πριν την ανακάλυψη του Baekeland, η συγκεκριμένη αντίδραση λάμβανε χώρα σε θερμοκρασίες μικρότερες των 100^oC. Το αποτέλεσμα ήταν η αντίδραση να χρειάζεται πολύ χρόνο για να ολοκληρωθεί, δίνοντας πορώδη υλικά εξ αιτίας της απελευθέρωσης της φορμαλδεΰδης κατά την διάρκεια της θέρμανσης. Τα υλικά αυτά δεν ήταν κατάλληλα για εμπορική χρήση. 

 Ο Baekeland ήταν ο πρώτος που είχε ευρεία αντίληψη των διαφορετικών αντιδράσεων και συνθηκών κι επομένως είχε καταλάβει απόλυτα την δυνητική αξία των φαινολικών ρητινών. Χώρισε τον σχηματισμό της φαινολικής φορμαλδεΰδης σε τρία διαφορετικά στάδια, τα οποία αντιστοιχούσαν σε τρία διαφορετικά προϊόντα (A, B και C). Το προϊόν A είναι διαλυτό σε διάφορους διαλύτες και μπορεί να λιωθεί. Το προϊόν B παράγεται με θέρμανση του A και μπορεί να διογκώνεται σε διάφορους διαλύτες, όπως η ακετόνη. Τέλος, το προϊόν C παράγεται από θέρμανση υπό πίεση, σε ή χωρίς καλούπι. Το προϊόν C δε μπορεί να θερμανθεί ή να διαλυθεί πλέον, και αποσυντίθεται πάνω από τους 300^oC.

Εικόνα 2. Χημική δομή του βακελίτη.

 Ο Baekeland αντιμετώπισε πρόβλημα με τον χαρακτηρισμό του νέου υλικού, διότι το προϊόν ήταν αδιάλυτο, δε μπορούσε να εξατμιστεί ούτε να κρυσταλλωθεί. Σήμερα γνωρίζουμε ότι η αντίδραση της φαινόλης με την φορμαλδεΰδη χωρίζεται σε τρία στάδια: 1) προσθήκη φορμαλδεΰδης στη φαινόλη, 2) σύνθεση του πολυμερούς και 3) δημιουργία σταυροδεσμών στο πολυμερές. Η ακριβέστερη δομή εξαρτάται από την τιμή του pH της αντίδρασης.

Η Άνοδος και η Πτώση του Βακελίτη

 Από την στιγμή που ο Baekeland ανακάλυψε μια απλή διαδικασία παραγωγής μικρών και μεγάλων ποσοτήτων βακελίτη, κατοχύρωσε την πατέντα της νέας του ανακάλυψης και ξεκίνησε τη βιομηχανική παρασκευή της ρητίνης. Τα πρώτα εργοστάσια ιδρύθηκαν το 1910 στις ΗΠΑ υπό το όνομα της General Bakelite Company. Στη συνέχεια ακολούθησαν εργοστάσια σε Γερμανία, Γαλλία, Καναδά, Ιταλία, Αγγλία, Σουηδία αλλά και Ιαπωνία, όπου ήταν το πρώτο εργοστάσιο Δυτικών συμφερόντων που ιδρύθηκε στην χώρα αυτή. Ειδικότερα, το εργοστάσιο στο Letmathe της Γερμανίας υπήρξε σημαντικό μέχρι την δεκαετία του ’70. 

 Αρχικώς, ο Baekeland δεν ενδιαφέρθηκε για το marketing των προϊόντων του. Όμως, σύντομα παρατήρησε ότι οι εν δυνάμει βιομηχανικοί συνεργάτες του ήταν αρκετά διστακτικοί να χρησιμοποιήσουν την νέα, αν και απλή, μέθοδό του. Ο ίδιος ο Baekeland ήταν πρόθυμος να συνεργαστεί μαζί τους αντί να τους πολεμήσει. Το αποτέλεσμα ήταν να εισχωρήσει σε βιομηχανική συνεργασία με άλλες εταιρίες, μεταξύ των οποίων και την Damard Lacquer Company που είχε ιδρυθεί το 1910 στην Βρετανία, και να δημιουργήσουν την Bakelite Ltd. Company. 

 Η παραγωγή του βακελίτη είναι στενά συνδεδεμένη με την ανάπτυξη του ηλεκτρισμού στις βιομηχανικές χώρες. Εκείνη την εποχή υπήρχε μεγάλη ζήτηση για ένα φθηνό μονωτικό υλικό για καλώδια και ηλεκτρικές συσκευές. Την λύση την έδωσε ο βακελίτης, μιας και αυτή ήταν η πρώτη του εφαρμογή. Στην συνέχεια, η καινοτομία του και η ανάπτυξη της έγχρωμης ρητίνης αποτέλεσε ελκυστικό υλικό για πλαίσιο ραδιόφωνων και άλλων ηλεκτρικών συσκευών. Μέχρι το 1928, είχε επιτευχθεί η παραγωγή διαφανών φαινολικών ρητινών από μια νέα διαδικασία, δεδομένου ότι η παλαιότερη διαδικασία έδινε μόνο σκοτεινόχρωμες ρητίνες που ήταν δύσκολο να βαφτούν. Την ίδια περίοδο, τα αποθέματα φυσικών προϊόντων, όπως ελεφαντόδοντο, είχαν αρχίσει να εξαντλούνται, με αποτέλεσμα να έχει αυξηθεί η ανάγκη για ένα νέο υλικό που θα τα αντικαταστήσει. Ο βακελίτης έδωσε την λύση και σε αυτό το πρόβλημα. Μάλιστα, διέθετε ιδιότητες ανώτερες από πολλά άλλα φυσικά προϊόντα: ήταν ανθεκτικός σε χημικά, θέρμανση και γδαρσίματα. 

 Ο ενθουσιασμός που επήλθε από τον βακελίτη αντικατοπτρίζεται πλήρως στο παρακάτω απόσπασμα από το περιοδικό “The Time” (Σεπτέμβριος του 1924): «Από την στιγμή που ο άνθρωπος ξυπνάει το πρωί και πλένει τα δόντια του με την οδοντόβουρτσα από βακελίτη μέχρι να κοιμηθεί το βράδυ στο κρεβάτι του από βακελίτη, όλα όσα αγγίζει, βλέπει και χρησιμοποιεί είναι κατασκευασμένα από το υλικό των χιλίων χρήσεων». Κι όντως, ο βακελίτης ήταν το υλικό των χιλίων χρήσεων, βρίσκοντας εφαρμογή στα πάντα! Από ραδιόφωνα, τηλέφωνα, κοσμήματα, φωτογραφικές μηχανές και τηλεοράσεις μέχρι εξαρτήματα αυτοκινήτων. Το Ford Model A για παράδειγμα ήταν εφοδιασμένο με εξαρτήματα από βακελίτη. Οι συσκευές αυτές άρχισαν να διεισδύουν στα νοικοκυριά των βιομηχανικά αναπτυγμένων χωρών. Οι χιλιάδες εφαρμογές του εξηγούν απόλυτα το σύμβολο του απείρου που συναντάμε στο λογότυπο της εταιρίας (Bakelite Corporation). Επί προσθέτως, η επιτυχία του υλικού αντικατοπτρίζεται και στις 400 περίπου πατέντες που κατοχύρωσε ο Baekeland για να προστατεύσει νομικά το προϊόν του.

Εικόνα 3. Το λογότυπο της Bakelite Corporation.

 Ο Baekeland επίσης έλαβε πολλά βραβεία και διακρίσεις για τις πολυάριθμα επιτεύγματά του. Τιμήθηκε με τον τίτλο του επίτιμου καθηγητή του πανεπιστημίου της Columbia στη Νέα Υόρκη (1917), διετέλεσε πρόεδρος της Ηλεκτροχημικής Ένωσης (1909), πρόεδρος του Αμερικάνικου Ινστιτούτου Χημικών Μηχανικών και πρόεδρος Αμερικάνικης Ένωσης Χημικών (ACS – 1924). Το 1936 εκλέχθηκε μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
 Πολλά αντικείμενα από βακελίτη χρίζουν ιστορικής σημασίας, ενώ άλλα απέκτησαν συλλεκτική αξία. Για παράδειγμα, ένα από τα πλέον διαβόητα αντικείμενα από βακελίτη ήταν το γερμανικό Volksempfänger (Λαϊκή Λήψη), ραδιόφωνο μιας συχνότητας, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για να διασπείρει την Ναζιστική προπαγάνδα. Ήταν επίσης γνωστό και ως “Goebbelsschnauze” (η μύτη του Goebbels), από τον Joseph Goebbels, των υπουργό «Λαϊκής Διαφώτισης και Προπαγάνδας».

Εικόνα 4. Το Volksempfänger VE301GW.

 Το 1939 εν τέλει, ο Baekeland πούλησε την επιχείρηση του στην γιγαντιαία Αμερικάνικη κατασκευαστική εταιρία Union Carbide and Carbon Corporation, θυγατρική πλέον της The Dow Chemical Company. Πέθανε στο Beacon της Νέας Υόρκης το 1944. Μέχρι την χρονολογία του θανάτου του, η παγκόσμια παραγωγή βακελίτη ανερχόταν στους 175.000 τόνους. 

 Παρ’ όλη την ποιότητα και τα θετικά του βακελίτη, η χρήση του υλικού άρχισε να εγκαταλείπεται μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο. Το κυριότερο βιομηχανικό ελάττωμά του ήταν η ακριβή παρασκευή της ρητίνης σε σχέση με την νέα γενιά πλαστικών, όπως το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), το πολυστυρένιο (PS), το nylon και οι πολυολεφίνες. Η σύνθεση των πλαστικών αυτών σε μεγάλες ποσότητες ήταν φθηνότερη, ενώ παράλληλα εκδήλωναν άριστες επιδόσεις. Τα νέα θερμοπλαστικά πολυμερή μπορούσαν να επεξεργαστούν εύκολα και τα μονομερή τους ήταν συνήθως παράγωγα του πετρελαίου. Αν και η παραγωγή της φαινυλικής φορμαλδεΰδης δεν έχει σταματήσει, η χρυσή εποχή του βακελίτη ανήκει αδιαμφισβήτητα στο παρελθόν. 

 Αν και η παραγωγή φαινολικών ρητινών σε σχέση με τα υπόλοιπα πλαστικά ελαττώθηκε σημαντικά με την πάροδο των ετών, κατά την διάρκεια της πετρελαϊκής κρίσης της δεκαετίας του ’70 υπήρχε ο προβληματισμός αν η παραγωγή βακελίτη θα μπορούσε να αναζωογονηθεί από την παρασκευή του μονομερούς από την πίσσα. Εν τούτοις, η αναζήτηση για υλικά φιλικότερα προς το περιβάλλον δεν επέτρεψε την εφαρμογή αυτής της επιλογής.

Η Κληρονομιά του Βακελίτη. Επιστημονική και Κοινωνικοοικονομική Επίδραση

 Πολλές αναφορές στον βακελίτη έγιναν μετά την ανακάλυψη και την εμπορική χρήση του. Αυτές χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: 1) Δημοσιεύσεις του ιδίου του Baekeland στις οποίες εξηγούσε την χημεία και την μηχανική του υλικού. 2) Δημοσιεύσεις πάνω στις ιδιότητές του, και μελέτες στις ηλεκτρικές ή μηχανικές ιδιότητες του. 3) Δημοσιεύσεις που περιγράφουν αντικείμενα από βακελίτη που χρησιμοποιήθηκαν σε αναλυτικές ή βιοχημικές εφαρμογές. 

 Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η παραγωγή σήμερα του βακελίτη δεν είναι σημαντική σε σχέση με άλλα υλικά. Επομένως, η πιο σημαντική κληρονομιά που μας άφησε ο βακελίτης δεν είναι το ίδιο το υλικό, αλλά το γεγονός ότι θεωρείται ο πραγματικός πατέρας όλων των μοντέρνων συνθετικών πλαστικών. Τα πρώτα πλαστικά ήταν απλώς αντικαταστάτες πολυτελών αγαθών, όπως του κεχριμπαριού και του ελεφαντόδοντου. Με την είσοδο του βακελίτη στην αγορά, τα πλαστικά απέκτησαν νέες εφαρμογές, όπως ηλεκτρικοί μονωτές και αργότερα δομικά υλικά. Δικαίως λοιπόν ο βακελίτης θεωρείται ως το εναρκτήριο της εισβολής των πλαστικών στην καθημερινή μας ζωή. Αργότερα, την σκυτάλη πήραν φθηνότερα πλαστικά και με καλύτερες ιδιότητες από τον βακελίτη, λόγω του ότι ήταν πιο πρακτικά για την βιομηχανική παραγωγή. Το 1979, η παραγωγή κατ’ όγκο των πλαστικών ξεπέρασε την αντίστοιχη του χάλυβα. 

 Η ανακάλυψη του βακελίτη είναι επίσης άρρηκτα συνδεδεμένη με την ανάπτυξη της Art Déco. Η ανάπτυξη του στυλ αυτού ευθύνεται στην εισροή αυτών των αντικειμένων στα νοικοκυριά. Την δεκαετία του ’30 η Coco Chanel χρησιμοποίησε τον βακελίτη σε διάφορα αξεσουάρ και κοσμήματα και το υλικό έγινε «της μόδας». Η φήμη του αναβιώθηκε από τον Andy Warhol, όταν το 1998, έναν χρόνο μετά τον θάνατό του, η συλλογή του από αντικείμενα βακελίτη πουλήθηκε στο Sotheby’s της Νέας Υόρκης.

 Συλλέκτες ανά την υφήλιο αναζητούν αντικείμενα καθημερινής χρήσης από την χρυσή εποχή του βακελίτη. Πρέπει να γνωρίζουν πώς να τα διαχωρίζουν από αντικείμενα κατασκευασμένα από άλλα πλαστικά ή από απομιμήσεις (οι οποίες λέγονται Fakelite αντί για Bakelite). Ένας τρόπος για να αποκαλύπτεται η διαφορά μεταξύ φαινολικής φορμαλδεΰδης και ουρικής φορμαλδεΰδης αποτελεί η εισαγωγή μιας ζεστής βελόνας στο υπό εξέταση αντικείμενο. Αν μας δώσει μυρωδιά ψαριού, τότε ήταν ουρική φορμαλδεΰδη, ενώ αν η μυρωδιά θυμίζει ιατρικά σκευάσματα φορμαλδεΰδης, τότε είναι βακελίτης. Μια άλλη διάσημη υπόδειξη για τους συλλέκτες αποτελεί το χαρακτηριστικό «κλανκ» που ακούγεται αν χτυπήσουμε ελαφρά δύο αντικείμενα από βακελίτη. 

Επίλογος

 Σε ένα γράμμα προς έναν φίλο του το 1934, ο Baekeland εξομολογήθηκε ότι στεναχωριόταν που δεν αφιέρωσε την δουλειά του για την «βελτίωση του ανθρώπινου γένους». Ωστόσο, παρατηρώντας τα αποτελέσματα που προέρχονται από τον βακελίτη, ο Baekeland εμφανίζεται να είναι ιδιαίτερα άδικος με τον εαυτό του. Οι ανακαλύψεις του χρησιμοποιήθηκαν εκτεταμένα στις τηλεπικοινωνίες, στην βιομηχανία ηλεκτρισμού και στην φωτογραφία. Επιπροσθέτως, ως ο «πατέρας των πλαστικών», θα είχε μείνει έκπληκτος από τον βαθμό χρησιμοποίησης των πλαστικών σήμερα• από μπιμπερό για μωρά μέχρι τεχνητά ανθρώπινα μέλη. Η ανακάλυψη του Baekeland ήταν ανεπιφύλακτα ένα αποφασιστικό βήμα για την ανθρωπότητα και μπορεί κάλλιστα να συγκριθεί με την ανακάλυψη της παραγωγής της αμμωνίας. Ο Baekeland κατάφερε να βρει ένα προϊόν το οποίο να δώσει λύση στην τεράστια ανάγκη που υπήρχε για φθηνά και εύκολα παραγόμενα υλικά με καλές μηχανικές ιδιότητες. Η χρήση του βακελίτη ήταν ο καθαγιασμός για την είσοδο των πλαστικών αντικειμένων στην καθημερινή μας ζωή. 

 Τέλος, ο Baekeland αποτελεί επίσης παράδειγμα ερευνητή, ειδικότερα για εκείνους που ασχολούνται με εφαρμοσμένη επιστήμη, διότι επέτυχε η ανακάλυψή του να οδηγηθεί «από το εργαστήριο στην βιομηχανία και από την βιομηχανία στο κοινό».

Επιμέλεια: Κωνσταντίνος Βογιατζής

Πηγη: Crespy, D.; Bozonnet, M.; Meier, M. Angew. Chem. 2008, 47, 3322.