化學高分子材料管理論文

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1999年3月29日的美國《時代》周刊評出了20名在20世紀里最具影響力的科學家和思想家，其中唯一一名化學家就是貝克蘭（L．Baekeland），顯然這是因為在20世紀的化學領域里，對人類影響最大的莫過于出現了塑料及其他合成高分子材料，而貝克蘭又是有史以來第一位用簡單分子合成塑料的人。這一成功標志著人類使用的材料，從此開始由單一的天然產物，進入到廣泛使用合成高分子材料的新時代。

一、從天然樹脂到合成樹脂

一些樹木的分泌物常會形成樹脂，不過琥珀卻是樹脂的化石，蟲膠雖然也被看成樹脂，但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠制成的蟲膠漆，最初只用作木材的防腐劑，但隨著電機的發明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀后，天然產物已無法滿足電氣化的需要，促使人們不得不尋找新的廉價代用品。

早在1872年德國化學家拜耳（A．Bayer）首先發現苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物，但因它們無法用經典方法純化而停止實驗。20世紀以后，苯酚已經能從煤焦油中大量獲得，甲醛也作為防腐劑大量生產，因此二者的反應產物更加引人關注，希望開發出有用的產品，盡管先后有許多人為之花費了巨大勞動，但都沒有達到預期結果。1904年，貝克蘭和他的助手也開展這項研究，最初目的只是希望能制成代替天然樹脂的絕緣漆，經過三年的艱苦努力，終于在1907年的夏天，不僅制出了絕緣漆，而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite，它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。

Bakelite一經問世，很快廠商發現，它不但可以制造多種電絕緣品，而且還能制日用品，愛迪生（T．Edison）用于制造唱片，不久又在廣告中宣稱：已經用Bakelite制出上千種產品，于是一時間把貝克蘭的發明譽為20世紀的“煉金術”。

以煤焦油為原粒的酚醛樹脂，在1940年以前一直居各種合成樹脂產量之首，每年達20多萬噸，但此后隨著石油化工的發展，聚合型的合成樹脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產量也不斷擴大，隨著眾多年產這類產品10萬噸以上大型廠的建立，它們已成當今產量最多的四類合成樹脂。合成樹脂再加上添加劑，通過各種成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品種有幾十種，世界年產量在1．2億噸左右，我國也在500萬噸以上，它們已經成為生產、生活及國防建設的基礎材料。

二、從天然纖維到合成纖維

人類使用棉、毛、絲、麻等天然纖維的歷史已經有幾千年，但由于全球人口的不斷增加和對紡織品質量的更高要求，從19世紀起，人們就為尋求新的紡織品原料而努力。

1846年制成硝化纖維；1857年制成銅氨纖維；1865年制成醋酸纖維；1891年制成粘膠纖維。由于粘膠纖維的原料是來源豐富的木材漿粕、棉短絨及棉紗下腳料等，再加上制成的纖維性能好，以至它的產量到20世紀50年代已經超過羊毛。

盡管上述幾種稱為“纖維素纖維”或“人造纖維”的出現是繼紡織機械發明之后的又一次紡織革命，但它仍意味著人只是用化學方法，對天然植物纖維的再加工，而通過化學方法，制取全合成的、性能更為優異的紡織纖維階段，才迎來了第三次紡織革命。

1928年32歲的美國化學家卡羅塞斯（W．H．Carothers）博士從大學崗位上應聘到杜邦公司，負責對不久前才興起的高分子化學的基礎研究，他們研究了多種脂肪族二元酸與二醇或二元胺的縮合反應，由于保證了反應物料的嚴格配比，從而獲得分子量很高的縮聚物，但大多數產物的熔點偏低、不耐水，雖然有的可以抽絲，但不適于用做紡織纖維。反復不斷地失敗使卡羅塞斯在精神上受到很大打擊，以至身上經常攜帶著一小瓶準備自殺的氰化鉀。一直到工作6年后的1934年，終于在合成的數百種產品中，找到有希望成為優良紡織纖維的聚酰胺－66，尼龍（Nylon）是它在投產時公司使用的商品名。

杜邦公司為了使它工業化，動員了230多名各方面專家，花費2200萬美元，到1939年始正式投產。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大突破，也是高分子科學的重要進展。

尼龍投產后，杜邦公司馬上宣布他們生產了比蜘蛛絲還細，比鋼還結實的全新有機纖維。盡管當時第二次世界大戰已經開始，仍然引起各方面關注。用它織成的女絲襪，銷售第一天就賣出400萬雙，報紙上還報道了當時許多銷售店曾引起“尼龍騷動”的場面，可惜的是卡羅塞斯本人卻沒有看到這種情況。41歲的他，雖然知道尼龍的研究已經取得突破性進展，但卻總感到心力交瘁地被失敗所纏繞，終于在1937年服毒自殺，留下深深的遺憾。

1938年德國研制出聚酰胺－6，即聚己內酰胺；1941年英國制出了聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，商品名Dacron、“的確涼”、或滌綸；1939年德國人又研制出聚丙烯腈纖維，但到1949年才在美國投產，商品名Orlon，我國稱腈綸，此又出現多種新型合成纖維，滿足了多種需要，但從應用范圍和技術成熟等方面看，仍以上述幾種為主，其產量約占總量的90％。

三、從天然橡膠到合成橡膠

自然界中雖然含有橡膠的植物很多，但能大量采膠的主要是生長在熱帶雨區的巴西橡膠樹。從樹中流出的膠乳，經過凝膠等工藝制成的生橡膠，最初只用于制造一些防水織物、手套、水壺等，但它受溫度的影響很大，熱時變粘，冷時變硬、變脆，因而用途很少。

1839年美國一家小型橡膠廠的廠主古德易（Goodyear）經過反復摸索，發現生橡膠與硫黃混合加熱后能成為一種彈性好、不發粘的彈性體，這一發現推進了橡膠工業迅速發展。在這之前，橡膠的年產量只有388噸，但到1937年已增加到100萬噸，即100年間增加了2000倍，這在天然物質利用史上是十分罕見的，尤其是1920年以后，由于汽車工業興起，進一步擴大需求，以致世界各國開始把天然橡膠作為軍用戰略物資加以控制，這就迫使美、德等汽車大國，但卻是天然橡膠的窮國開展合成橡膠的研究，這種研究是以制造與天然橡膠相同物質為目的開始的，因為人們已知它是由多個異戊二烯分子通過順式加成形成的聚合體。

1914年爆發第一次世界大戰，德國由于受到海上封鎖，開展了強制性的合成橡膠研制和生產，終于實現了以電石為原料合成甲基橡膠的工作，到終戰的1918年，共生產出2350噸。

戰后，由于暫時性天然橡膠過剩，使合成橡膠的生產也告中止，但其研究工作仍在進行。先后研制成聚硫橡膠（1931年投產）、氯丁橡膠（1932年）、丁苯橡膠（1934年）、丁腈橡膠（1937年）等。

第二次世界大戰期間，尤其是日本偷襲珍珠港、占領東南亞后，美國開始擴大合成橡膠生產，并納入國防計劃，1942年產量達84．5萬噸，其中丁苯橡膠為70．5萬噸。1950年以后，由于出現了齊格勒納塔催化劑，在這種催化劑的作用下，生產出三種新型的定向聚合橡膠，其中的順丁橡膠，由于它的優異性能，到20世紀80年代產量已上升到僅次于丁苯橡膠的第二位。此后又有熱塑性橡膠、粉末橡膠和液體橡膠等問世，進一步滿足了尖端科技發展的需要。

回顧過去，展望未來，在新世紀里新技術將更加迅猛發展，與此同時，作為技術革命物質基礎的，以合成高分子為代表的新材料的研制和開發，也將越來越起著重要作用。

參考文獻

1吳祺．20世紀最具影響力的化學家之一——貝克蘭．大學化學，2000，（6）：55

2甘景鎬，等．天然高分子化學．北京：高等教育出版社，1993，288