Nel 19° secolo, il mercato dei prodotti in avorio aumentò fino a raggiungere un livello allarmante. Questa elevata domanda portò alla ricerca di sostituti artificiali, ma le proprietà dell’avorio erano quasi impossibili da replicare. I sostituti più importanti vennero da Alexander Parkes e John Wesley Hyatt, inventori della prima plastica artificiale:Parkesine e celluloide.
Queste prime plastiche venivano realizzate utilizzando nitrato di cellulosa e canfora. Il significato della Parkesine e degli oggetti in celluloide nella storia della plastica è ben compreso; per questo motivo sono stati collezionati da importanti musei di tutto il mondo.
L'obiettivo originale di Hyatt era quello di sostituire le palle da biliardo d'avorio. Le proprietà dell'avorio erano molto apprezzate, soprattutto nel gioco del biliardo, che dipendeva totalmente dalla meccanica di questo materiale. Tuttavia, le difficoltà nell'acquisizione dell'avorio, nella sua selezione e trasformazione, e la sua suscettibilità all'umidità relativa e alle fluttuazioni di temperatura che portano a screpolature e rotture non erano ideali.
Inoltre, il numero dei giocatori aumentava e l’industria sapeva che l’offerta non era inesauribile. Nel Museo Nazionale di Storia Americana risiede la palla da biliardo originale sviluppata da Hyatt. Presumibilmente, è il primo oggetto in celluloide mai creato, datato 1868, ed è l'oggetto fondatore dell'industria della plastica. Tuttavia, la sua composizione era sconosciuta.
Storici e scienziati hanno scritto delle palle da biliardo di Hyatt per il loro significato nella storia della plastica. Tuttavia, poiché non ne conoscevano la composizione, non potevano determinare in quale misura fossero stati utilizzati materiali sostitutivi. Per decenni sono stati proposti diversi design, come palline da biliardo realizzate in pura celluloide o palline da biliardo realizzate con composizioni di gommalacca rivestite con una soluzione di nitrato di cellulosa.
L'interpretazione comune era che la palla da biliardo originale di Hyatt fallì perché le proprietà della celluloide, o di qualsiasi altro presunto materiale, non potevano avvicinarsi alle proprietà meccaniche dell'avorio. In un recente studio pubblicato su PNAS Nexus , abbiamo determinato la composizione delle palle da biliardo di Hyatt e abbiamo proposto un'interpretazione diversa.
Per determinare la composizione della palla da biliardo originale dell'Hyatt del 1868, abbiamo richiesto il supporto della Smithsonian Institution, il loro permesso di acquisire microcampioni, cioè campioni invisibili a occhio nudo, e moderne tecniche analitiche, vale a dire spettroscopie elementari e molecolari e proteine impronta digitale di massa.
I risultati furono sorprendenti:i primi esperimenti di Hyatt con le palle da biliardo portarono allo sviluppo di un primo esempio di materiale composito polimerico rinforzato realizzato con nitrato di cellulosa, un polimero derivato dalla cellulosa che tiene insieme la palla; canfora, un materiale a base vegetale che funziona come plastificante del nitrato di cellulosa; e ossa di bovino macinate, un sottoprodotto di origine animale che conferisce al sistema le proprietà meccaniche necessarie.
Abbiamo quantificato le proporzioni tra osso macinato e celluloide con la spettroscopia infrarossa trasformata micro-Fourier e abbiamo trovato una correlazione con una formulazione brevettata da Hyatt il 4 maggio 1869, di 75% di osso macinato e 25% di nitrato di cellulosa in peso. Abbiamo proposto che questo composito venisse chiamato celluloide rinforzata. Tuttavia, aveva avuto successo?
Osservando con attenzione la documentazione scritta relativa al mondo del biliardo, abbiamo trovato riferimenti a nomi commerciali di bilie vendute dal 1880 agli anni '60, chiaramente diversi dall'avorio, ma le cui composizioni erano anch'esse enigmatiche:Bonzoline, Crystalate e Ivorylene. Tutte queste palle da biliardo erano direttamente o indirettamente collegate alla Albany Billiard Ball Company, fondata da Hyatt nel 1868 ad Albany, New York, Stati Uniti. Abbiamo analizzato queste palle da biliardo e abbiamo scoperto che le loro composizioni erano inaspettatamente coerenti con il composito di celluloide rinforzata di Hyatt.
La consapevolezza che la celluloide rinforzata è stata venduta per quasi 90 anni ha dimostrato il successo commerciale del composito Hyatt del 1868. Osservare le storie che circondano i giocatori professionisti e le loro scelte materiali ci ha permesso di capire come questo materiale è entrato nel commercio e nella cultura.
Inizialmente c'era un pregiudizio contro l'uso del sostituto artificiale. La partita tra Charles Dawson e John Roberts Jr. nel 1899, conosciuta come la partita del secolo, incarnava questo problema. Roberts Jr. voleva giocare con Bonzoline e Dawson ha contestato:"Chi ha mai sentito parlare di una partita a soldi di una certa importanza giocata con palline Bonzoline?"
Tuttavia, le palle da biliardo in celluloide rinforzata erano più uniformi rispetto alle loro controparti in avorio. Questo vantaggio ha portato a prestazioni migliori di Roberts Jr. e di altri giocatori influenti. Col tempo, anche Dawson cominciò a pubblicizzare le palle da biliardo Bonzoline. La celluloide rinforzata funzionava bene e costava la metà dell'avorio, il che favorì la crescita del gioco del biliardo in tutto il mondo e contribuì alla sopravvivenza degli elefanti. Hyatt ha fatto centro con il suo tiro creativo verso un sostituto dell'avorio.
Guarda una palla da biliardo contemporanea dalla macroscala alla microscala. Probabilmente è composto da una matrice di fenolo-formaldeide, un riempitivo e altri additivi, un sistema molto simile alla celluloide rinforzata. Sebbene le qualità della plastica fenolo-formaldeide siano state fondamentali per superare i precedenti materiali per palle da biliardo, al giorno d'oggi sono state sollevate questioni ambientali riguardo a questo materiale come inquinante della plastica.
Se un giovane ingegnere, proprio come fece John Wesley Hyatt 155 anni fa, aspira a sviluppare un’alternativa innovativa e sostenibile dal punto di vista ambientale ai materiali contemporanei per palle da biliardo utilizzando materie prime derivate da biorisorse, c’è una ricca fonte di ispirazione nell’esempio fornito da Hyatt’s composizione. Non solo perché dimostra la fattibilità di un simile sforzo, ma anche perché illustra le sfide che devono essere superate per realizzare un'invenzione trasformativa.
Questa storia fa parte di Science X Dialog, dove i ricercatori possono riportare i risultati dei loro articoli di ricerca pubblicati. Visita questa pagina per informazioni su ScienceX Dialog e su come partecipare.
Ulteriori informazioni: Artur Neves et al, La migliore palla da biliardo del 19° secolo:materiali compositi di celluloide e osso come sostituti dell'avorio, PNAS Nexus (2023). DOI:10.1093/pnasnexus/pgad360
Informazioni sul giornale: PNAS Nexus
Artur Neves ha conseguito un dottorato di ricerca in Conservazione e restauro del patrimonio culturale presso l'Università NOVA di Lisbona, Portogallo, nel 2023. Nel 2022 gli è stata assegnata una borsa di ricerca Fulbright. Ospitato dal Dipartimento di Storia dell'Università del Maryland, ha collaborato con istituzioni culturali per lo studio interdisciplinare del patrimonio di celluloide, tra cui il Museo Nazionale di Storia Americana dello Smithsonian Institution. Attualmente è ricercatore post-dottorato nel progetto “Plastics Metamarphoses:realtà e molteplici approcci a un materiale” lavorando sulla cultura dei materiali plastici in Portogallo.
