In de 19e eeuw groeide de markt voor ivoorproducten tot een alarmerend punt. Deze grote vraag leidde tot de zoektocht naar kunstmatige vervangers, maar de eigenschappen van ivoor waren vrijwel onmogelijk te repliceren. De belangrijkste vervangers kwamen van Alexander Parkes en John Wesley Hyatt, uitvinders van de eerste kunstmatige kunststoffen:Parkesine en celluloid.

Deze vroege kunststoffen werden gemaakt met behulp van cellulosenitraat en kamfer. De betekenis van Parkesine- en celluloid-objecten in de geschiedenis van kunststoffen is goed begrepen; om die reden zijn ze verzameld door vooraanstaande musea over de hele wereld.

Het oorspronkelijke doel van Hyatt was om ivoren biljartballen te vervangen. De eigenschappen van ivoor werden zeer gewaardeerd, vooral in het biljartspel, dat volkomen afhankelijk was van de werking van dit materiaal. De moeilijkheden bij de verwerving van ivoor, de selectie en transformatie ervan, en de gevoeligheid voor relatieve vochtigheid en temperatuurschommelingen die tot barsten en breken leiden, waren echter niet ideaal.

Bovendien nam het aantal spelers toe en wist de industrie dat het aanbod niet onuitputtelijk was. In het National Museum of American History bevindt zich de originele biljartbal, ontwikkeld door Hyatt. Vermoedelijk is het het eerste celluloid-object dat ooit is gemaakt, gedateerd in 1868, en het grondlegger van de kunststofindustrie. De samenstelling ervan was echter onbekend.

Historici en wetenschappers hebben over de biljartballen van Hyatt geschreven vanwege hun betekenis in de geschiedenis van kunststoffen. Omdat ze de samenstelling ervan echter niet kenden, konden ze niet vaststellen in hoeverre er vervangende materialen waren gebruikt. Decennia lang werden verschillende ontwerpen voorgesteld, zoals biljartballen gemaakt van puur celluloid of biljartballen gemaakt van schellaksamenstellingen bedekt met een oplossing van cellulosenitraat.

De algemene interpretatie was dat de oorspronkelijke biljartbal van Hyatt faalde omdat de eigenschappen van celluloid, of andere vermeende materialen, de mechanische eigenschappen van ivoor niet konden benaderen. In een recent onderzoek gepubliceerd in PNAS Nexus , bepaalden we de samenstelling van de biljartballen van Hyatt en stelden een andere interpretatie voor.

Het belangrijkste composiet van John Wesley Hyatt

Om de samenstelling van de originele biljartbal van het Hyatt uit 1868 te bepalen, hadden we de steun nodig van het Smithsonian Institution, hun toestemming om micromonsters te verwerven, dat wil zeggen monsters die onzichtbaar zijn voor het blote oog, en moderne analytische technieken, namelijk elementaire en moleculaire spectroscopie en eiwitonderzoek. massale vingerafdruk.

De resultaten waren verrassend:Hyatts vroege experimenten met biljartballen resulteerden in de ontwikkeling van een vooraanstaand voorbeeld van een versterkt polymeercomposietmateriaal gemaakt met cellulosenitraat, een van cellulose afgeleid polymeer dat de bal bij elkaar houdt; kamfer, een plantaardig materiaal dat werkt als weekmaker voor cellulosenitraat; en gemalen runderbotten, een dierlijk bijproduct dat de noodzakelijke mechanische eigenschappen aan het systeem overbrengt.

We kwantificeerden de verhoudingen van gemalen bot tot celluloid met micro-Fourier-getransformeerde infraroodspectroscopie en vonden een correlatie met een formulering gepatenteerd door Hyatt op 4 mei 1869, van 75% gemalen bot tot 25% cellulosenitraat per gewicht. We stelden voor dat dit composiet versterkt celluloid zou worden genoemd. Maar was het gelukt?

Een geldbal gemaakt van versterkt celluloid

Door zorgvuldig naar de geschreven documenten met betrekking tot de biljartwereld te kijken, vonden we verwijzingen naar handelsnamen van biljartballen die tussen 1880 en 1960 werden verkocht, duidelijk verschillend van ivoor, maar waarvan de composities ook raadselachtig waren:Bonzoline, Crystalate en Ivorylene. Al deze biljartballen waren direct of indirect gerelateerd aan de Albany Billiard Ball Company, opgericht door Hyatt in 1868 in Albany, New York, VS. We analyseerden deze biljartballen en ontdekten dat hun composities onverwacht consistent waren met Hyatts versterkte celluloidcomposiet.

Het besef dat versterkt celluloid bijna 90 jaar lang werd verkocht, bewees het commerciële succes van Hyatts composiet uit 1868. Door naar de verhalen rond professionele spelers en hun materiaalkeuzes te kijken, konden we begrijpen hoe dit materiaal in de handel en cultuur terechtkwam.

Aanvankelijk bestonden er vooroordelen tegen het gebruik van de kunstmatige vervanger. De wedstrijd tussen Charles Dawson en John Roberts Jr. in 1899, bekend als de wedstrijd van de eeuw, belichaamde dit probleem. Roberts Jr. wilde met Bonzoline spelen, en Dawson betwistte:"Wie heeft er ooit gehoord van een geldwedstrijd van enig belang die met Bonzoline-ballen wordt gespeeld?"

Versterkte celluloid biljartballen waren echter uniformer dan hun ivoren tegenhangers. Dit voordeel leidde tot verbeterde prestaties van Roberts Jr. en andere invloedrijke spelers. Na verloop van tijd maakte zelfs Dawson reclame voor de Bonzoline-biljartballen. Versterkte celluloid presteerde goed en kostte de helft van de prijs van ivoor, wat de groei van het biljartspel over de hele wereld bevorderde en bijdroeg aan het voortbestaan ​​van olifanten. Hyatt maakte een geldbal met zijn inventieve schot richting een ivoren invaller.

Een inspiratie voor de toekomst?

Kijk naar een hedendaagse biljartbal van macroschaal tot microschaal. Het is waarschijnlijk samengesteld uit een fenol-formaldehyde-matrix, een vulmiddel en andere additieven – een systeem dat sterk lijkt op versterkt celluloid. Hoewel de kwaliteiten van fenol-formaldehyde-kunststoffen cruciaal waren om eerdere biljartbalmaterialen te overtreffen, zijn er tegenwoordig milieuvragen gerezen over dit materiaal als plasticvervuiler.

Als een jonge ingenieur, net zoals John Wesley Hyatt 155 jaar geleden deed, ernaar streeft een innovatief en ecologisch duurzaam alternatief te ontwikkelen voor hedendaagse biljartbalmaterialen door gebruik te maken van grondstoffen afkomstig uit biologische hulpbronnen, dan ligt er een rijke bron van inspiratie in het voorbeeld van Hyatt's samenstelling. Niet alleen omdat het de haalbaarheid van een dergelijke onderneming aantoont, maar ook omdat het de uitdagingen illustreert die moeten worden overwonnen om een ​​transformerende uitvinding te verwezenlijken.

Dit verhaal maakt deel uit van Science X Dialog, waar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over ScienceX Dialog en hoe u kunt deelnemen.

Meer informatie: Artur Neves et al, Beste biljartbal in de 19e eeuw:composietmaterialen gemaakt van celluloid en bot als vervanging voor ivoor, PNAS Nexus (2023). DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360

Journaalinformatie: PNAS Nexus

Artur Neves heeft een doctoraat in het behoud en herstel van cultureel erfgoed, toegekend door de NOVA Universiteit van Lissabon, Portugal, in 2023. In 2022 ontving hij een Fulbright-onderzoeksbeurs. Gehost door de afdeling Geschiedenis van de Universiteit van Maryland, werkte hij samen met culturele instellingen voor de interdisciplinaire studie van celluloid-erfgoed, waaronder het National Museum of American History van het Smithsonian Institution. Hij is nu een postdoctoraal onderzoeker in het project “Plastics Metamarphoses:reality and multiple approach to a material” en werkt aan de kunststofmateriaalcultuur in Portugal.