No século XIX, o mercado de produtos de marfim aumentou a um nível alarmante. Esta elevada procura levou à procura de substitutos artificiais, mas as propriedades do marfim eram quase impossíveis de replicar. Os substitutos mais importantes vieram de Alexander Parkes e John Wesley Hyatt, inventores dos primeiros plásticos artificiais:Parkesine e celulóide.



Esses primeiros plásticos foram feitos com nitrato de celulose e cânfora. O significado da parkesina e dos objetos de celulóide na história dos plásticos é bem compreendido; por esse motivo, foram coletados por museus de destaque em todo o mundo.

O objetivo original do Hyatt era substituir as bolas de bilhar de marfim. As propriedades do marfim eram muito valorizadas, principalmente no jogo de bilhar, que dependia totalmente da mecânica deste material. No entanto, as dificuldades na aquisição do marfim, na sua selecção e transformação, e na sua susceptibilidade à humidade relativa e às flutuações de temperatura que levam à fissuração e à quebra não eram ideais.

Além disso, o número de players aumentava e a indústria sabia que a oferta não era inesgotável. No Museu Nacional de História Americana reside a bola de bilhar original desenvolvida pela Hyatt. Supostamente, é o primeiro objeto de celulóide já criado, datado de 1868, e é o objeto fundador da indústria do plástico. Contudo, sua composição era desconhecida.

Historiadores e cientistas escreveram sobre as bolas de bilhar do Hyatt devido à sua importância na história dos plásticos. No entanto, como não conheciam a sua composição, não puderam determinar até que ponto tinham sido utilizados materiais substitutos. Durante décadas, diversos designs foram propostos, como bolas de bilhar feitas de celulóide puro ou bolas de bilhar feitas de composições de goma-laca revestidas com solução de nitrato de celulose.

A interpretação comum era que a bola de bilhar original do Hyatt falhou porque as propriedades do celulóide, ou de qualquer outro suposto material, não se aproximavam das propriedades mecânicas do marfim. Em um estudo recente publicado no PNAS Nexus , determinamos a composição das bolas de bilhar do Hyatt e propusemos uma interpretação diferente.

Composto principal de John Wesley Hyatt

Para determinar a composição da bola de bilhar original de 1868 do Hyatt, precisámos do apoio do Smithsonian Institution, da sua autorização para adquirir microamostras, ou seja, amostras invisíveis a olho nu, e de técnicas analíticas modernas, nomeadamente espectroscopias elementares e moleculares e proteínas. impressão digital em massa.

Os resultados foram surpreendentes:os primeiros experimentos da Hyatt com bolas de bilhar resultaram no desenvolvimento de um excelente exemplo de um material compósito polimérico reforçado feito com nitrato de celulose, um polímero derivado de celulose que mantém a bola unida; cânfora, material vegetal que funciona como plastificante de nitrato de celulose; e osso bovino moído, subproduto animal que confere ao sistema as propriedades mecânicas necessárias.

Quantificamos as proporções de osso moído em relação ao celulóide com espectroscopia infravermelha transformada por micro-Fourier e encontramos uma correlação com uma formulação patenteada por Hyatt em 4 de maio de 1869, de 75% de osso moído para 25% de nitrato de celulose por peso. Propusemos que este compósito fosse chamado de celulóide reforçado. No entanto, foi bem sucedido?

Uma bola de dinheiro feita de celulóide reforçado

Ao examinarmos atentamente os registos escritos relacionados com o mundo do bilhar, encontrámos referências a nomes comerciais de bolas de bilhar vendidas entre as décadas de 1880 e 1960, claramente diferentes do marfim, mas cujas composições eram também enigmáticas:Bonzoline, Crystalate e Ivorylene. Todas essas bolas de bilhar estavam direta ou indiretamente relacionadas à Albany Billiard Ball Company, fundada pela Hyatt em 1868 em Albany, Nova York, EUA. Analisamos essas bolas de bilhar e descobrimos que suas composições eram inesperadamente consistentes com o composto de celulóide reforçado da Hyatt.

A constatação de que o celulóide reforçado foi vendido por quase 90 anos comprovou o sucesso comercial do compósito de 1868 da Hyatt. Olhar para as histórias que rodeiam os jogadores profissionais e as suas escolhas materiais permitiu-nos compreender como este material entrou no comércio e na cultura.

Inicialmente, houve preconceito contra o uso do substituto artificial. O jogo entre Charles Dawson e John Roberts Jr. em 1899, conhecido como o jogo do século, resumiu esse problema. Roberts Jr. queria jogar com Bonzoline, e Dawson contestou:"Quem já ouviu falar de uma partida por dinheiro de alguma importância sendo disputada com bolas Bonzoline?"

No entanto, as bolas de bilhar de celulóide reforçadas eram mais uniformes do que as de marfim. Essa vantagem levou a melhores desempenhos de Roberts Jr. e de outros jogadores influentes. Com o tempo, até Dawson estava divulgando as bolas de bilhar Bonzoline. O celulóide reforçado teve um bom desempenho e custou metade do preço do marfim, o que promoveu o crescimento do jogo de bilhar em todo o mundo e contribuiu para a sobrevivência dos elefantes. Hyatt ganhou muito dinheiro com seu chute inventivo em direção a um substituto de marfim.

Uma inspiração para o futuro?

Observe uma bola de bilhar contemporânea da macroescala à microescala. Provavelmente é composto por uma matriz de fenol-formaldeído, um enchimento e outros aditivos – um sistema muito semelhante ao celulóide reforçado. Embora as qualidades dos plásticos fenol-formaldeído tenham sido cruciais para superar os materiais anteriores das bolas de bilhar, hoje em dia têm sido levantadas questões ambientais sobre este material como um poluente plástico.

Se um jovem engenheiro, tal como John Wesley Hyatt fez há 155 anos, aspira a desenvolver uma alternativa inovadora e ambientalmente sustentável aos materiais contemporâneos das bolas de bilhar, utilizando matérias-primas derivadas de recursos biológicos, há uma rica fonte de inspiração no exemplo dado pelo engenheiro da Hyatt. composição. Não só porque demonstra a viabilidade de tal empreendimento, mas também porque ilustra os desafios que devem ser superados para realizar uma invenção transformadora.

Esta história faz parte do Science X Dialog, onde pesquisadores podem relatar descobertas de seus artigos de pesquisa publicados. Visite esta página para obter informações sobre o ScienceX Dialog e como participar.

Mais informações: Artur Neves et al, Melhor bola de bilhar do século XIX:Materiais compósitos de celulóide e osso como substitutos do marfim, PNAS Nexus (2023). DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360
Informações do diário: PNAS Nexus

Artur Neves é doutorado em Conservação e Restauro do Património Cultural pela Universidade NOVA de Lisboa, Portugal, em 2023. Em 2022, foi-lhe atribuída uma bolsa de investigação Fulbright. Hospedado pelo Departamento de História da Universidade de Maryland, trabalhou com instituições culturais para o estudo interdisciplinar da herança da celulóide, incluindo o Museu Nacional de História Americana do Smithsonian Institution. É actualmente bolseiro de pós-doutoramento no projecto “Metamarfoses Plásticas:realidade e múltiplas abordagens a um material” trabalhando na cultura dos materiais plásticos em Portugal.