這個(ge) 故事開始於(yu) 19 世紀末的美國，轟轟烈烈的“鍍金時代”。

裏奧·亨德裏克·貝克蘭(lan) （Leo Hendrik Baekeland），1863 年出生於(yu) 比利時。他出身平凡，父親(qin) 是個(ge) 普通工匠，而母親(qin) 是個(ge) 仆人。但他憑借著對星空体育官网入口网站的愛好，讀上了大學並繼續深造、最後成為(wei) 了化學教授。1889 年，他移居美國，投入了工業(ye) 製造行業(ye) 。

1905 年，他第一次人工合成了一種叫“酚醛樹脂”的產(chan) 物，是世界上第一種完全由人工合成的塑料。他隨後注冊(ce) 了這種塑料的專(zhuan) 利，以自己的名字命名（Bakelite，中文翻譯為(wei) “電木”或者“膠木”），並投入了大量生產(chan) ，而他也在1940 年 5 月 20 日被《時代》周刊稱為(wei) “塑料之父”。

那麽(me) ，這個(ge) 過程是怎麽(me) 回事？我們(men) 又能從(cong) 中學到什麽(me) 呢？下麵咱們(men) 就來聊聊。

一些古老的電話，外殼材料就是電木。圖片來源：pixabay

新材料在召喚

塑料這種廉價(jia) 的工業(ye) 產(chan) 品，突破了天然材料的限製，絕緣、穩定、耐腐蝕，從(cong) 而成為(wei) 了萬(wan) 用材料，而貝克蘭(lan) 自己也憑借著這個(ge) 發明成為(wei) 了工業(ye) 大亨。

這個(ge) 故事乍一看是一個(ge) 星空体育官网入口网站轉化為(wei) 應用，並且獲得巨大成功的故事。然而，塑料的誕生並不是一帆風順的。而貝克蘭(lan) 能夠合成出塑料，也有著相當多的機緣巧合。

那時候，參與(yu) 化工材料行業(ye) 的人，大致都抱著兩(liang) 個(ge) 目的，一個(ge) 是代替天然材料，另一個(ge) 是開發絕緣材料。工業(ye) 革命之後，中產(chan) 階級崛起，對於(yu) 高檔消費品的需求大大提高。一部分人想要用人工材料來取代天然材料，例如象牙、瑪瑙、琥珀等等，使其可以量產(chan) 。

舉(ju) 個(ge) 例子，當時的消費市場，對台球的需求非常高，但如果使用象牙來造的話，一根象牙也就能製作 8 個(ge) 台球，產(chan) 量可想而知，於(yu) 是開發新材料變得有利可圖。

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在不斷摸索中，人們(men) 發現，天然含纖維的材料，例如木頭、棉花等，經過一些處理，加入硝酸和樟腦並加熱，就能形成具有可塑性的材料，能倒模做成不同的樣子，質感和象牙非常類似。這種材料被稱為(wei) “賽璐珞”（celluloid）。

然而，這種材料有一個(ge) 十分致命的缺點：易燃。而台球又不斷地承受著擊打，配上易燃的賽璐珞材料可謂是定時炸彈，也難怪當時的台球廳裏偶爾會(hui) 傳(chuan) 來可疑的爆響了。畢竟，賽璐珞主要成分是硝化纖維，的確很不穩定。不信你在安全空曠周圍沒有易燃物的地方，用打火機點個(ge) 乒乓球（主要成分是賽璐珞），就能稍微感受到這玩意燒起來有多快。

而另一種需求，則來自新興(xing) 的電力行業(ye) 。

電力的崛起帶來了對於(yu) 合成材料的渴求，人們(men) 想要找到一個(ge) 可以便宜、量產(chan) 的合成材料，以滿足電線線路的絕緣需求。類似於(yu) 橡膠的東(dong) 西是他們(men) 的“範本”，但即使熱帶殖民地的橡膠種植園開足馬力，也趕不上電力擴張的腳步。但那時候，合成材料的“技能點”還根本點不了那麽(me) 遠，人們(men) 對於(yu) 好材料的想象也十分有限。

更關(guan) 鍵的問題在於(yu) ，在當時，無論是找天然材料的代替物，還是找絕緣材料，其實都和真正的化學研究距離比較遠。那麽(me) 化學家那時候在幹什麽(me) 呢？

答案近在眼前，但是……

其實，當時的化學家距離“正確答案”已經很近了。早在 1872 年，德國化學家阿道夫·馮(feng) ·拜爾（Adolf von Baeyer）就發現，苯酚和甲醛反應後，會(hui) 有一些無色、樹脂狀、渾濁的殘留物遺留。但這些殘留物，被當時的化學家當作垃圾丟(diu) 棄了。

這不能怪化學家“有眼無珠”，這是因為(wei) 那時候的化學行業(ye) ，很大一部分注意力都集中在染料上，甚至後來的製藥行業(ye) ，都是由染料的製造而衍生出來的。鼎鼎大名的“百浪多息”（Prontosil），世界上第一種人工合成的抗生素，前身就是一種紅色染料，開發的公司名為(wei) 法本（Farben），也是德語的“顏色”的意思。一心尋找純淨染料的化學家，對這種看起來沒什麽(me) 用的殘留物，當然也就不太感冒了。

說回到貝克蘭(lan) 本人。他在投入製造業(ye) 之前，的的確確是化學研究出身，即使當時化學作為(wei) 一個(ge) 學科發展還沒有後來那麽(me) 成體(ti) 係，但也係統地訓練了他對學科的敏感，特別是對實驗的高度重視。

在他來美國之前，他在比利時的根特大學教授化學，而他研究的是照相化學，也就是如何使用各種手段優(you) 化成像技術。他的研究內(nei) 容，就是研究各種化學反應的催化劑和條件，控製各種變量，以觀察成品的不同。

這一方麵讓他擁有了化工製品行業(ye) 的人所沒有的、對各種條件和元素的敏感，另一方麵，他也得以接觸到當時一些前沿的、新的材料，並將實驗室製品批量生產(chan) ，比如他參與(yu) 發明的一種叫 Volex 的相紙，最後被柯達公司買(mai) 走專(zhuan) 利。總結起來就是，貝克蘭(lan) 既懂研究，同時也很注重新發現的物質能拿來做什麽(me) 。

憑借著對化學反應和合成材料製造的雙重敏感，他敏銳地發現了苯酚和甲醛反應的“副產(chan) 品”的潛力，並在不斷試錯中，最後合成了酚醛樹脂塑料並申請了專(zhuan) 利。

貝克蘭(lan) 的啟示

如果我們(men) 隻是看到貝克蘭(lan) 的成功，那就有點落入科學“勵誌爽文”的俗套了，下麵咱們(men) 稍微深入一點分析一下。

貝克蘭(lan) 的成功，有幾分時勢造英雄的偶然，但也揭示了科技創新中的一個(ge) 重要元素：突破性的創新，往往來自於(yu) 對既有框架的打破。科學技術研究學者、荷蘭(lan) 社會(hui) 學家維比·拜克爾（Wiebe E. Bijker）用“技術框架”（technological frame）一詞解釋了這個(ge) 現象：人們(men) 在探索新的技術發明的時候，並不是沒有方向的，往往是出自於(yu) 一套既有的框架。

而這個(ge) 框架，定義(yi) 了“什麽(me) 是目標”“什麽(me) 是當下的問題”，以及如何解決(jue) 問題的邏輯，然後在這個(ge) 基礎上發展相應的策略、采取相應的手段、應用相應的技術。這樣的框架有助於(yu) 集中資源，解決(jue) 問題，但有時候也會(hui) 導致我們(men) 錯過重要的新發現。

回到塑料的發明過程，我們(men) 也能看到這樣的框架。

首先，那時候人們(men) 還不知道什麽(me) 是“塑料”，在發明的過程中，人們(men) 隻是站在他們(men) 既有的框架上，從(cong) 已經定義(yi) 好的問題和解決(jue) 方式中，探索一個(ge) 方案。像當時材料行業(ye) 的人們(men) ，因為(wei) 已經有了賽璐珞，他們(men) 的重點是要使賽璐珞不那麽(me) 易燃，靠通過更換溶液、調整反應和製模溫度、摻入穩定劑等等來解決(jue) 問題。而當時他們(men) 對於(yu) 材料的想象，也隻建立在天然材料之上，然後再加入製作成本、製作工藝等考慮，這個(ge) 框架在當時已經成熟，但卻有無法解決(jue) 的瓶頸：隻能改良，難以突破。

而另一邊的化學家呢，他們(men) 的技術框架是截然不同的。合成染料及其相關(guan) 製劑的目標，是尋找到並盡可能提取出一種純淨的化合物，而其他的產(chan) 物隻是垃圾，或者“副產(chan) 品”罷了。在苯酚和甲醛的反應中，那種樹脂狀的“塑料”原型，很難進行提純，因此被那時候大部分的化學家所忽略。

這種既有的框架，提供了清楚的目標和行為(wei) 路徑，能夠幫助人們(men) 不斷地優(you) 化現有的發明和產(chan) 品。但突破性新發明的關(guan) 鍵，就在於(yu) 它的“新”，在於(yu) 它的不可預知。著名曆史社會(hui) 學家托馬斯·庫恩（Thomas Kuhn）在對於(yu) 科學發展的研究中，也提出了相似的概念，即“範式”（Paradigm）。範式能夠助益常規科學的發展，但類似於(yu) 相對論、量子力學等全新的科學概念的誕生，則需要有完全不同的範式，打破原有的解釋框架。

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機會(hui) 總是留給有準備的人，也留給了能夠打破既有框架，進行開放式的想象和觀察的人。貝克蘭(lan) 的塑料帝國，是時勢造英雄，也是具有膽識的靈活的思考的成果。

這種思考，往往是跨學科、跨領域的。而我們(men) 的創新，也不是對於(yu) “標準答案”的追求，不能僅(jin) 僅(jin) 局限於(yu) 對於(yu) 規模和投入的計算，也不宜限定領域和框架。當下，許多科學和技術領域都極度專(zhuan) 業(ye) 化，專(zhuan) 業(ye) 之間的交流就顯得尤其重要。技術的創新，也不是一個(ge) 人、一個(ge) 發明能夠促進的。未來的科技進步，需要不同社會(hui) 群體(ti) 、不同認知框架的交鋒和切磋，才能不斷地打破既有框架的束縛。

參考文獻

[1]Bijker, W. E. (1997). Of bicycles, bakelites, and bulbs: Toward a theory of sociotechnical change. MIT press.

[2]Sovacool, B. K. (2006). Reactors, Weapons, X-Rays, and Solar Panels: Using SCOT, Technological Frame, Epistemic Culture, and Actor Network Theory to Investigate Technology. Journal of Technology Studies, 32(1), 4-14.

[3]Kuhn, T. S. (2012). The structure of scientific revolutions. University of Chicago press.

策劃製作

本文為(wei) 科普中國-星空計劃作品

出品｜中國科協科普部

監製｜中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳(chuan) 媒有限公司

作者丨鄭李 科普創作者

審核丨李宗鵬 國家輕工業(ye) 塑料產(chan) 品質量中心 高級工程師

策劃｜丁崝

責編丨丁崝

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