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聚乙烯蠟廠家分享高分子發(fā)展歷史得知道的人和事

文章出處：網(wǎng)責(zé)任編輯：青島賽諾作者：青島賽諾人氣：-發(fā)表時(shí)間：2016-09-22 16:12:00【大中小】

聚乙烯蠟顏料助劑整合平臺(tái)

作為聚乙烯蠟生產(chǎn)廠家，同為化工領(lǐng)域企業(yè)我們必須要銘記這些高分子發(fā)展歷史。

1、第一種塑料的出現(xiàn)——賽璐珞——John Wesley Hyatt——美國(guó)

屬于我們主角的故事開始于19世紀(jì)，在那時(shí)，化學(xué)已經(jīng)從煉金術(shù)時(shí)代的雛形中脫胎出來(lái)，拉瓦錫已在前一個(gè)世紀(jì)奠定了現(xiàn)代化學(xué)的基礎(chǔ)。19世紀(jì)的歐洲化學(xué)界極為熱鬧，幾乎我們能夠叫上名兒的經(jīng)典化學(xué)家都在此時(shí)紛紛亮相，而最有新意的幾件新材料也在此時(shí)得到了應(yīng)用，對(duì)后世產(chǎn)生極大影響的材料之一便是纖維素。和以往不同的是，這時(shí)的應(yīng)用不再是簡(jiǎn)單的拿來(lái)主義，而是經(jīng)過(guò)了化學(xué)改性。

纖維素其實(shí)就是木頭里的主要成分，但更純凈的纖維素則來(lái)自于棉花，其化學(xué)本質(zhì)是葡萄糖的聚合物，自然界中廣泛存在。在此之前，纖維素主要以木器、棉布和紙張的形式被古人使用，但纖維素之所以在19世紀(jì)被大舉使用，還得感謝炸藥在本世紀(jì)的快速進(jìn)步。如果高中時(shí)代有幸選擇了化學(xué)，而且又極度幸運(yùn)地接觸了硝化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作，或許會(huì)熟悉硝化棉這一奇葩。把棉花加入到濃硝酸或者發(fā)煙硝酸中，滴上幾滴濃硫酸作催化劑，神奇的硝化棉便誕生了，經(jīng)過(guò)純化干燥處理，這種傳統(tǒng)的烈性無(wú)煙炸藥便可以應(yīng)用了。最好玩的并不是拿火柴去點(diǎn)著硝化棉，而且這也很危險(xiǎn)，因此實(shí)際大多數(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)都會(huì)“教唆”采用五號(hào)電池和導(dǎo)線去點(diǎn)爆，但如果用廢打火機(jī)的打火器點(diǎn)爆則更有快感（好吧，我邪惡了，非專業(yè)人士請(qǐng)勿模仿）。當(dāng)用量很小時(shí)，由于燃燒速度快溫度低，硝化棉確實(shí)能在不造成破壞的前提下帶來(lái)很多樂趣。不用多解釋，硝化棉中的主要成分就是硝基纖維素，也就是纖維素分子中的羥基形成硝酸酯基的結(jié)構(gòu)。

如果不是材料方面的專家們相中硝基纖維素，這種物質(zhì)或許會(huì)因?yàn)檎ㄋ幹钢Z貝爾開發(fā)出的硝基甘油而逐漸被人淡忘——19世紀(jì)的后半葉，隨著化學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對(duì)于硝基纖維素的研究也得到加深，特別是對(duì)于它的溶解與定型工藝，人們想到了更多新的應(yīng)用方式。

經(jīng)過(guò)近二十年的積淀，終于在1872年，美國(guó)出現(xiàn)了第一家生產(chǎn)硝基纖維素的工廠，但不是應(yīng)用于炸藥。最初，工廠的奠基者JohnWesley Hyatt是考慮用硝基纖維素來(lái)生產(chǎn)臺(tái)球，因?yàn)榻?jīng)過(guò)特殊工藝生產(chǎn)出來(lái)的硝基纖維素不僅足夠硬而且還很有韌性，其觸感和物理特性與臺(tái)球的傳統(tǒng)材料象牙都沒有太大的差異——除了一點(diǎn)就著的脾氣以外。在140年前，這個(gè)發(fā)明已足夠在材料學(xué)的歷史上畫上濃重的一筆了，所以很快它就有了一個(gè)商業(yè)化的名字——賽璐珞，而且在很短的時(shí)間里就替代了很多原先由木器、金屬制作的領(lǐng)域，特別是在新興的電影膠卷方面，簡(jiǎn)直是神來(lái)之筆。這也就是歷史上的第一種塑料，甚至直到如今，我們的國(guó)球——乒乓球還是由這個(gè)材料制作。所以如果沒條件去玩硝化棉，把乒乓球磨碎了也能大致體會(huì)一下，不過(guò)鑒于不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)，沒有保障措施還是不要冒險(xiǎn)。

賽璐珞，也就是硝基纖維素，目前仍被廣泛使用。

與前面所說(shuō)的“鞣革”技術(shù)不同，這種改性已經(jīng)拓展了原料的應(yīng)用領(lǐng)域——皮和革都是用于制衣，但纖維素和硝基纖維素的性質(zhì)與用途卻完全不同，人類第一次利用化學(xué)反應(yīng)合成出了新型有機(jī)材料。

這還只是第一步，纖維素本身就是高分子，合成硝化纖維素還只是一次改性反應(yīng)，故而稱不上太大的進(jìn)步，但“塑料”的大門就此打開，一場(chǎng)材料革命就此展開，而且當(dāng)時(shí)也沒有人能夠預(yù)見，塑料替代原有材料的速度遠(yuǎn)超過(guò)青銅、鐵器替代原有材料的步伐，紀(jì)年單位不再是世紀(jì)而只是年，頂多也只是年代。

2、新學(xué)科的誕生——酚醛樹脂——Baeyer——德國(guó)

1907年，一種全新的材料得到了工業(yè)化，由于其突出的絕緣性能，它至今仍然廣泛地應(yīng)用于電學(xué)材料上，比如墻壁上的開關(guān)——因此它的商業(yè)名稱就叫做“電木”，學(xué)名酚醛樹脂。

雖不是第一種塑料，但歷史上對(duì)酚醛樹脂的評(píng)價(jià)甚至高于硝基纖維素，因?yàn)樗怯梢活惾碌幕瘜W(xué)反應(yīng)——聚合反應(yīng)合成而來(lái)。這個(gè)反應(yīng)其實(shí)早在酚醛樹脂商業(yè)化之前的三十多年就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了，1872年，德國(guó)的天才化學(xué)家Baeyer就在實(shí)驗(yàn)室用甲醛和苯酚合成出了酚醛樹脂。如果受過(guò)有機(jī)化學(xué)機(jī)理折磨的人應(yīng)該不會(huì)對(duì)Baeyer的名字感到陌生，特別是剛剛接觸親核反應(yīng)的時(shí)候，Baeyer-Villiger重排的機(jī)理是一定要記住的。因?yàn)樵谟袡C(jī)化學(xué)特別是染料方面的貢獻(xiàn)，他獲得過(guò)1905年的諾貝爾獎(jiǎng)，20世紀(jì)初因?yàn)閯倓偝霈F(xiàn)諾貝爾獎(jiǎng)，基本又不存在分享，所以那個(gè)時(shí)候別說(shuō)獲獎(jiǎng)，能夠獲得提名的都是超級(jí)大牛了，Baeyer是第五位獲獎(jiǎng)的化學(xué)家，在他之前是Von’t Hoff（代表作為范特霍夫定律）、Fischer（代表作為費(fèi)歇爾投影式）、Arrhenius（代表作為阿倫尼烏斯方程）和Ramsey（代表作為發(fā)現(xiàn)稀有氣體）幾位有幸活到諾貝爾死的大科學(xué)家。如果Baeyer能活得更久等來(lái)聚合反應(yīng)的大發(fā)展，那么合成酚醛樹脂的成果足可獲得又一項(xiàng)提名。

19世紀(jì)大師級(jí)化學(xué)家Baeyer

聚合反應(yīng)如同一項(xiàng)神奇的魔法，實(shí)現(xiàn)了古代煉金術(shù)士點(diǎn)石成金的夢(mèng)想。就拿酚醛樹脂為例，原料甲醛和苯酚都是小分子，分子量分別是30和94，高中化學(xué)習(xí)題常常會(huì)用這兩個(gè)數(shù)字的倍數(shù)出考題。但經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)之后，酚醛樹脂的分子量便了不得了，幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)甚至趨向于無(wú)窮大。需要解釋一下“趨向于無(wú)窮大”并非數(shù)學(xué)方面的定義，只是說(shuō)由于甲醛與苯酚反應(yīng)時(shí)形成交聯(lián)狀結(jié)構(gòu)，因此存在一種可能性即一整塊酚醛樹脂就是一個(gè)分子，這時(shí)計(jì)算出的分子量數(shù)據(jù)已經(jīng)沒有意義，一般都會(huì)用“無(wú)窮大”來(lái)形容，其實(shí)也就是10的23次方數(shù)量級(jí)。

半透明的酚醛樹脂，理論上一塊塑料就是一個(gè)分子

所以，酚醛樹脂的出現(xiàn)意味著人類第一次用非生物手段硬生生地造出了高分子，這首先證明高分子不僅只有蛋白質(zhì)、淀粉、核糖核酸這些生物大分子，更關(guān)鍵是提供了一種制造新材料的手段，并且也由此產(chǎn)生一項(xiàng)新的學(xué)科——高分子化學(xué)。

3、高分子化學(xué)——Staudinger——德國(guó)

但這個(gè)學(xué)科也不是一蹴而就，甚至多有波折，因?yàn)橹钡椒尤渲呀?jīng)出現(xiàn)，很多科學(xué)家并沒有認(rèn)識(shí)這種材料具有超高分子量，而是認(rèn)為與氫氧化鐵這些膠體物質(zhì)一樣，通過(guò)一些次級(jí)鍵結(jié)構(gòu)堆積出的“大分子”，只有Staudinger，一位來(lái)自德國(guó)的化學(xué)家冷靜地指出這些新材料是通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合的大分子，并且在20世紀(jì)20年代掀起一場(chǎng)大辯論。不過(guò)客觀的一些觀察現(xiàn)象最終支持了Staudinger的觀點(diǎn)，高分子化學(xué)由此真正奠立，他本人也由是獲得了1953年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。最初高分子化學(xué)還只是有機(jī)化學(xué)的分支，但如今它已是化學(xué)學(xué)科下的一門二級(jí)學(xué)科。

高分子學(xué)科的奠基人Staudinger

4、每個(gè)化學(xué)界巨頭都會(huì)發(fā)展各自的高分子板塊

塑料業(yè)的高速發(fā)展

在隨后的數(shù)十年內(nèi)，人造高分子的步伐明顯加快，并且也由此奠定了很多大型化學(xué)公司的發(fā)展基礎(chǔ)，例如杜邦公司在1930年開發(fā)出的尼龍（聚酰胺），到目前為止的快100年以來(lái)，仍然沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可以超越；拜耳公司在1937年開發(fā)出聚氨酯材料，而聚氨酯材料也成為拜耳公司最響亮的產(chǎn)品之一；1930年，巴斯夫公司成為全球第一家工業(yè)化生產(chǎn)聚苯乙烯的公司，而這項(xiàng)業(yè)務(wù)也被巴斯夫保留至今；陶氏的環(huán)氧樹脂、3M的聚丙烯酸酯、ICI的聚乙烯……基本上每個(gè)化學(xué)界巨頭都會(huì)發(fā)展各自的高分子板塊。

5、齊格勒與納塔，他們的發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)了一個(gè)時(shí)代

聚丙烯塑料——Ziegler-Natta——意大利+德國(guó)

然而有一種塑料卻姍姍來(lái)遲，并不是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，卻是因?yàn)樾阅鼙辉嵅《貌坏桨l(fā)展，這便是目前在食品行業(yè)叱咤風(fēng)云的聚丙烯塑料。直到1954年，一位叫做Natta的意大利化學(xué)家才第一次在實(shí)驗(yàn)室聚合出了具有利用價(jià)值的聚丙烯，聯(lián)想到原材料丙烯如此易得，再聯(lián)想到聚乙烯早在1899年就被發(fā)明的事實(shí)，聚丙烯確實(shí)來(lái)得太晚了。在此之前的數(shù)十年里，對(duì)聚丙烯的開發(fā)一直有人在嘗試，但無(wú)一例外都失敗了。Natta的成功在于選擇了一類更靠譜的催化劑系統(tǒng)，也就是鈦鋁催化劑，在這種催化劑體系下，聚丙烯的結(jié)構(gòu)不再是原先那么混亂，專業(yè)術(shù)語(yǔ)稱之為“全同聚丙烯”、“間同聚丙烯”或“規(guī)整聚丙烯”，聽起來(lái)好像不咋樣，其實(shí)對(duì)于高分子化學(xué)就是一次劃時(shí)代的變革。就在Natta合成出全同聚丙烯的前一年，德國(guó)科學(xué)家Ziegler也用鈦鋁催化劑系統(tǒng)折騰出了一種新型的聚乙烯，也是一種具備更優(yōu)結(jié)構(gòu)的材料，所以鈦鋁催化劑系統(tǒng)又被稱之為Ziegler-Natta催化劑，在后來(lái)的高分子合成中具有統(tǒng)治性地位。正是由于這二位在這項(xiàng)技術(shù)的突出貢獻(xiàn)，1963年，他們分享了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。從第一次發(fā)現(xiàn)到獲獎(jiǎng)僅有不到十年時(shí)間，在化學(xué)獎(jiǎng)中并不多見。

齊格勒與納塔，他們的發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)了一個(gè)時(shí)代

6、高分子理論的奠基者Flory先生

1974年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)也是由一位天才的高分子化學(xué)家獲得，那便是高分子理論的奠基者Flory先生。如果到了大學(xué)還在化學(xué)圈里混著的一定會(huì)對(duì)他的大名如雷貫耳，一般的高分子教材都是每隔幾頁(yè)都要說(shuō)起這位老先生。到目前為止，能夠?qū)σ粋€(gè)二級(jí)學(xué)科的理論知識(shí)提出壟斷性理論系統(tǒng)的沒幾個(gè)科學(xué)家，F(xiàn)lory是其中之一。高分子化學(xué)發(fā)展的時(shí)間較短，在Flory之前，幾乎還只有各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中要提煉出一些理論指導(dǎo)的確不是一件易事，所以Flory花了一生時(shí)間完成這項(xiàng)偉業(yè)，對(duì)于塑料工業(yè)而言，這就如同點(diǎn)亮了一盞燈，讓工業(yè)操作也變得有章可依。

現(xiàn)代高分子理論的重要貢獻(xiàn)者Flory

直到目前，高分子化學(xué)以及作為產(chǎn)品代表的塑料還都處在發(fā)展的初期，上升空間也是不可限量。為此，最后還要再講一個(gè)故事，當(dāng)然照例一定也是與諾貝爾獎(jiǎng)得主有關(guān)的才行——導(dǎo)電塑料。很多人印象中的塑料都是一些柔軟有韌性的非金屬材料，但有人偏偏就能造出導(dǎo)電性與銀差不多的塑料，難以置信。2000年，日本科學(xué)家白川英樹、美國(guó)科學(xué)家Alan Heeger及AlanMacDiarmid（看來(lái)叫Alan這個(gè)名字比較容易發(fā)）因在聚乙炔方面的突出貢獻(xiàn)共同捧起諾貝爾獎(jiǎng)，而聚乙炔的核心特點(diǎn)就是具有出色的導(dǎo)電性，摻入鹵素后可媲美銀。所以，塑料連導(dǎo)電性都可以不遜于最易導(dǎo)電的金屬，未來(lái)還能有什么新的特征出現(xiàn)，真的很難想象。

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