エルマー・カイザー・ボルトン

エルマー・カイザー・ボルトン（1886年6月23日 - 1968年7月30日）は、アメリカの化学者であり、デュポン社の研究ディレクターであり、ネオプレンの開発とナイロンの発見につながる研究の指揮で有名である。

私生活

ボルトンはペンシルベニア州フィラデルフィアのフランクフォードで、2人兄弟の長男として生まれました。父親はメインストリートで家具店を経営し、彼と弟はフランクフォードの公立学校に通い、大学に進学しました。ボルトンはペンシルベニア州ルイスバーグのバックネル大学で古典学コースを修了し、1908年に学士号を取得しました。その後、ハーバード大学に進学し、1910年に修士号、1913年に有機化学の博士号を取得しました。指導教官はチャールズ・ローリング・ジャクソンで、博士論文はペリオドキノンの化学に関するものでした

ハーバード大学院でボルトンと同時代に活躍した著名な人物には、ロジャー・アダムス、ファリントン・ダニエルズ、フランク・C・ホイットモア、ジェームズ・B・サムナー、ジェームズ・ブライアント・コナントなどがいます。アダムスはボルトンのキャリアを通して特に大きな影響を与えました。二人は多様な関心を共有していましたが、有機化学における成功への情熱は共通していました。後年、アダムスはボルトンの化学研究と大学生への産業界の支援に関する考え方に大きな影響を与えました。

1913年、ボルトンはシェルドン・フェローシップを獲得し、ドイツのベルリン郊外にあるカイザー・ヴィルヘルム研究所でリヒャルト・ヴィルシュテッター教授と共に2年間研究を行いました。ここでボルトンはヴィルシュテッター教授の主要な研究テーマであるアントシアニンの研究に取り組み、アントシアニン色素の単離と構造に関する3本の論文を発表しました。ヴィルシュテッターはボルトンの能力に感銘を受けたものの、彼の計算ミスの多さに苛立ちを感じていたようで、「きっと銀行員だったんでしょう」とコメントしました。驚いたことに、ボルトンは自分も銀行員だったと答え、大学の学費をその仕事で稼いでいたと語りました。

ボルトンは、ウィルシュテッターが研究課題に取り組む際の慎重かつ論理的なアプローチに深く感銘を受けました。彼は、これがドイツの大学制度における優れた教育の成果であると感じました。また、彼はドイツの大学と産業界の関係にも注目しました。これはアメリカには存在しない関係です。ボルトンが感銘を受けたドイツの研究のもう一つの側面は、人工ゴムの開発でした。この研究はドイツの産業界にとって重要であり、後に第二次世界大戦におけるドイツの戦争遂行にも大きく貢献しました。なぜなら、ドイツは天然ゴムの供給源を容易に確保できなかったからです。さらに、ドイツ人が採用したこのアプローチは、間違いなく数年後のデュポン研究所におけるネオプレンゴムの開発につながりました。

ボルトンは1916年にマーガリート・L・ダンカンと結婚し、娘1人、息子2人の計3人の子供をもうけた。輝かしい経歴の後、1951年にデュポン社を退職したが、その後も科学文献の調査研究は続け、1968年7月30日に82歳で亡くなった。

第一次世界大戦とデュポン

1870年代から第一次世界大戦（1914年）の勃発まで、ドイツの有機化学産業は研究、開発、生産、輸出において世界をリードしていた。アメリカで使用されていた有機化合物のほとんどは、繊維染料や一部の医薬品など、ドイツから輸入されていた。[ 1 ]戦争によるこの産業の混乱は、当初は産業上の問題を引き起こしたが、同時にアメリカの化学会社にとっては戦時中の需要を満たし、この分野でより確固たる地位を築く機会となった。[ 1 ]ボルトンは1915年にドイツから帰国すると、アメリカの有機化学者たちがこれらの化合物の製造方法の開発に苦心しているのを発見した。デュポン社は化学者を必要としており、1915年にボルトンを雇った。

ボルトンはデラウェア州ウィルミントン郊外にある実験ステーションの化学部門に加わり、デュポンの研究のほとんどはここで行われました。昇進を期待されていた彼は、グリセロールの合成に着手しました。1916年までにボルトンは染料の合成を研究するために新設された染料グループのリーダーに選ばれました。当時、米国では染料製造についてほとんど知識がなかったため、1916年後半にボルトンはこの分野における英国の技術を学ぶためイギリスに渡り、帰国後ウィルミントン事務所に配属され、染料および中間体の顧問に任命されました。1918年に彼は染料部門に異動し、絹の染料を作るローディ工場の副部長になりました。1919年に彼は有機部門のマネージャーとして化学部門に戻りました。この間に彼は製造プロセスの開発について多くを学び、2つの原則を確立しました。研究の費用対効果と時間効率を最優先に考え、製造工程は純粋な原料を用いて完成させ、その後工場で利用可能な原料に合わせて調整すべきである。ボルトンのハーバード大学時代の友人、ロジャー・アダムスは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校での研究において、ボルトンの哲学の多くを共有した。

1922年、デュポン社は研究組織を再編し、研究事業全体を4つの部門に分割し、それぞれを4つの生産分野に割り当てました。ボルトンは染料部門の研究部長に任命され、その能力はすぐに認められました。染料の製造には多数の中間化合物の合成が必要であり、ボルトンはこれらが染料部門以外の多くの研究にも利用できることに気づきました。1923年までに、彼の研究室は合成ゴム製造用の促進剤の研究を始め、その後まもなく研究範囲を拡大し、ガソリンやゴムの酸化防止剤、浮遊剤、殺虫剤、種子消毒剤、そして四エチル鉛の大規模製造へと発展させました。

スティーブンソン法と合成ゴム

1920年代初頭、天然ゴムの需給は国際貿易における懸念事項となった。[ 1 ]第一次世界大戦中のゴム争奪戦の後、終戦とともに供給過剰となり、価格が下落した。1922年11月、イギリスはスティーブンソン法を制定した。これは、生産を制限し価格が破滅的な低水準にならないようにすることでゴム生産者を保護することを目的とした法律である。しかし、増加する自動車の使用台数を支えるためにはゴムの供給拡大が必要だったため、この法律はアメリカ合衆国で大きな懸念を引き起こした。[ 1 ]実用的で耐久性があり、手頃な価格の商品としての合成ゴムは、化学者たちの長年の努力を阻んできた問題であった。[ 1 ]ボルトンは、これがデュポン社における合成ゴムの研究を開始する好機だと考えた。しかし、この研究が本格的に開始されたのは、ゴム価格の高騰が大きな注目を集め、トーマス・エジソンなどの他の科学者もこの問題に関心を持ち始めた1925年になってからであった。[ 1 ]

ボルトンらのグループの合成ゴムの研究は、ジアセチレンの水素化で得られるブタジエンの重合から始まったが、当初はあまり進展がなかった。1925年末、ボルトンはノートルダム大学の化学者ジュリアス・アーサー・ニューランドと出会った。ニューランドは、亜酸化銅触媒を使用してアセチレン を重合する方法を発見していた。残念ながら、得られたポリマーは衝撃を受けると爆発してしまうが、ボルトンは、このプロセスを修正すれば、反応においてブタジエンに代わる安定した化合物を生成できると考えた。ボルトンはニューランドをデュポン社のコンサルタントとしてプロジェクトに迎え、ニューランドはデュポン社の化学者に彼の触媒の使用方法を教えた。[ 1 ]ボルトンが探していた安定したポリマーを高収率で生成する連続流通式反応器が開発された。このポリマーは耐薬品性が非常に高かったが、光にさらされると劣化した。

1927年、デュポン社の化学部門責任者であるCMAスタインは、同社に合成ゴムの基礎研究プロジェクトを引き受けるよう説得し、この目的のために25万ドルの資金提供を受けた。1928年、ハーバード大学の講師であったウォレス・カロザースが、新設されたグループのリーダーとして採用された。ボルトンはこのグループで活動し、1929年までに、彼のポリマーを銅触媒下で塩化水素を添加することで、容易に2-クロロブタジエン（クロロプレン）に変換できることを発見した。この材料は耐薬品性と耐光性を備え、合成ゴムの特性を備えていた。

この新素材は1931年11月2日、アメリカ化学会ゴム部会で発表され、デュプレン[ 1 ]の商標がつけられた（今日の一般名はネオプレン）。この頃までにスティーブンソン法は廃止され、世界恐慌が始まっていた。ゴムの価格は低く、新素材のコストは天然ゴムの20倍だった。そのため、デュポン社の最初のネオプレンは天然ゴムの代替品にはならなかったが、油や屋外劣化に対してより耐性のあるゴム化合物が必要な用途で商業的に使用されるようになった。このように、当初の構想とは異なる形でではあるが、重要な経済的貢献を果たした。つまり、当初の構想のように天然ゴムの供給を置き換えるのではなく、天然ゴムの供給を増強し、ゴム（天然および人工の両方の形態）の用途を拡大したのである[ 1 ] 。今日、ネオプレンの用途には、硬質船体のインフレータブルボート、ダイビングスーツ、ダイブスキンなどがある。手袋、バラクラバ、スリープサック、ニーハイブーツ、ウェットソックスおよびその他の防護服、レーダー吸収材、配管器具、ガスケット、ホース、シール、ベルト、フォーム（マウスパッド、ウェットスーツ）、整形外科用ブレース、および固体燃料ロケット推進剤（AGM-114 ヘルファイアを参照）。

合成繊維

ウォレス・カロザースが1928年にデュポン社に着任したとき、彼のグループが引き受けた仕事の一つは、繊維用の新しい合成繊維の開発だった。当時は、ラテックスやセルロースなど多くの天然ポリマーが一般的に使用されており、ニトロ化セルロースからの半合成レーヨンが最近改良され、繊維産業を一変させ始めていた。[ 1 ]また、ベークライトなどの完全に合成されたポリマーも知られており、特定の用途に使用されていたが、既存の完全に合成されたポリマーは繊維に引き伸ばされて糸に紡がれなかったため、合成ポリマーから糸やヤーンを製造し、市場の既存の繊維（綿、羊毛、麻、絹などの天然繊維と、最近登場したさまざまなタイプのレーヨンなどの人工繊維）に加わったり、置き換えたりする大きなチャンスがあった。[ 1 ]

カロザースらのグループは、短鎖ポリマーを生成する既知の合成法を応用して長鎖分子を生成するというアプローチをとった。最初の画期的成果は、二官能性エステル化によって、今日では脂肪族ポリエステルとして知られるが、当時はスーパーポリマーと呼ばれていた長い分子鎖を生成できることを発見したことであった。次に、1930年4月にジュリアン・W・ヒルが重要な観察を行い、スーパーポリマーを溶融状態で延伸すると、延伸されていない状態のポリマーよりもはるかに強度の高い、細く透明な繊維を形成できることが示された。しかし、グループが合成できたスーパーポリマーは、沸点が低すぎて化学耐性が不十分であったか、または融点が高すぎて紡糸できなかった。1932年後半までに、プロジェクト全体が中止された。

化学部門長となったボルトンは諦めなかった。おそらく彼は、 1933年にインペリアル・ケミカル・インダストリーズのエリック・フォーセットとレジナルド・ギブソンがポリエチレンを再発見したことを知っていたのだろう。1934年初頭、ボルトンはカロザースに研究を続けるよう促し、カロザースはポリアミドに再び注目することを決意した。

カロザースは、ε-アミノカプロン酸から製造されたポリアミドの問題は環化反応によるものと推測し、ε-アミノカプロン酸を環化しない9-アミノノン酸に置き換えました。この結果が有望であったため、カロザーのグループはアミノ酸、二塩基酸、ジアミンなど様々な化合物からポリアミドを合成しました。開発の最有力候補は、ペンタメチレンジアミンとセビン酸から製造された5/10ポリアミドでした。このポリアミドは適切な融点と繊維形状で所望の特性を示し、ゲル形成なしに紡糸することができました。

この時点で、ボルトンは大胆かつ彼らしい先見の明を持つ決断を下した。セバシン酸の唯一の実用的な供給源であるヒマシ油からは、実用的な合成繊維は作れないと彼は考えた。農産物を主原料とすることは、新たな合成素材が既存の天然繊維と同じような大量生産上の問題を抱えることを意味する。そこで彼は、ベンゼンを原料としてアジピン酸とヘキサメチレンジアミンを合成し、6/6ポリアミドを作ろうと考えた。

このポリマーは1935年初頭に初めて製造され、同時期に開発されたポリアミン紡糸技術のおかげで、繊維に紡糸できるようになりました。この繊維は高い強度と弾力性を持ち、一般的な溶剤に耐性があり、アイロンがけの温度をはるかに上回る263℃で融解しました。

ボルトンは、このポリマーの合成のあらゆる側面を実験ステーションのパイロットプラントで徹底的に検討することを主張した。彼は、開発はまず純粋な原料から始め、その後、プラントで大量に入手できる原料を利用できるように調整すべきだと主張した。

1938年10月27日、デュポン社はデラウェア州シーフォードに世界初の完全合成繊維であるナイロンを製造する工場を建設すると発表しました。シーフォード工場は実質的にパイロットプラントのスケールアップ版であり、驚くほどスムーズに立ち上げられました。

出版物

  • EKボルトン著『ナイロンの開発』、Industrial and Engineering Chemistry（1942年1月）
  • 米国特許21件

受賞歴

バックネル大学

参考文献

参考文献

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