第三十七章材料家族的后起之秀
塑料的发明
提起塑料，生活在今天的人们实在是太熟悉了。人们几乎无时无刻不
在与塑料打交道。然而，塑料的诞生只有100多年的历史，它是材料世界中的后起之秀，它
的发明为人类文明开创了新的时代。
人造“象牙”能屈能伸
塑料的诞生，要从上个世纪赛璐珞的诞生说起。
1870年美国一位印刷工人J·W·海厄特用硝化纤维素经植物油和樟脑软化制成了最早发展的
塑料——赛璐珞，并取得了专利。赛璐珞的发明极具戏剧色彩，因为它最初是应娱乐而不是
工业
生产的要求被发明的。以前，台球是用象牙做的，价格昂贵而又来源稀少，因为它只能从大
象身上获取。19世纪60年代，有人出了1万美元的奖金，征求象牙的最好替代品。这种代用
品必须满足对台球的种种要求，如硬度、弹性、抗热、防潮和没有纹理等。许多人跃跃欲试
，海厄特也是其中之一。一开始，他的工作毫无进展，直到他后来听说有一位科学家帕克斯
有一种妙法，可以使胶木素变成可塑性物质，然后又可以转变为坚硬的固体。于是，海厄特
开始着手改进生产这种物质的方法，即少用价格昂贵的乙醇和乙醚，而同时提高温度和压力
。到了1869年，海厄特发明了赛璐珞(celluloicl，意为假象牙)并用它制造出了廉价的台球
，从而赢得了这笔奖金。
而赛璐珞的用途远远超出了在台球桌上滚动的范围。它能够在水的沸点温度下模塑成型；它
可以在较低的温度下被切割、钻孔或锯开；它可以是坚硬的团块，也可以制成柔软的薄片。
赛璐珞可以用来制造电影软片、玩具、文具，可以制成柔软的薄片。第一种实用的照相底片
也正是用赛璐珞造出的。
但是由于赛璐珞含有硝酸银，所以非常容易着火，而且燃烧起来非常迅速，特别是做成薄片
状时，更是如此。所以，人们开始对它进行不断的研究和改进。到了20世纪初，真正意义上
的塑料诞生了。
酚醛塑料冷热均灵
塑料是指可用模塑或其他方法加工成制品的合成材料。第一个真正意义上的塑料，也就是第
一个全合成的塑料是在1909年由L·贝克兰用苯酚和甲醛制成的酚醛塑料。
1905年，贝克兰沿着前辈科学家的足迹，开始研究酚与醛的反应，其目的是寻找虫胶的替
代物。虫胶是紫胶虫的分泌物，呈淡黄色，可以用来制清漆、电器绝缘材料等。因数
以万计的小虫才可分泌出1磅虫胶，加上电气工业的迅猛发展，使虫胶供不应求，价格飞涨
。贝克兰首先查阅资料，把拜耳等人做过的实验全部重做了一遍。这使他对这方面的研究
进展有了充分的了解。
在实验中他注意到，往苯酚和甲醛的混合物里加酸，会生成一种黏稠、能溶解在酒精或丙酮
里的物质，但它难以固化成型。如果再加上碱，则生成的产物又硬又脆，既无法溶解也不熔
化。他还发现，反应的情形随反应温度不同也有所不同，但基本上都是这两类产物。
前人的研究即于此，但1907年6月，贝克兰毅然踏上了一条前人从未涉足的研究之路。他把
苯酚、甲醛和碱混合在试管里后密封、加热，看到了一种新物质的生成。他设想：只要把这
种团块用作模塑材料，单独使用，或与别的固体(如石棉、酪蛋白、氧化锌、淀粉、不同的
无机物粉末等)混合起来固化成型，就有可能获得一种价格低廉的物质来取代赛璐珞了。
贝克兰又花了很长时间，做了几百次实验，每次实验都改变配方、温度，并在实验中仔细观
察发生的一切变化，并记录下来进行分析比较；从而研究新材料的性质、最佳制作方法和应
用性。
一年半以后，被称为“贝克兰塑料”的酚醛树脂正式问世了。他发现，把酚醛树脂研成粉末
，加进一定量的锯木粉、陶土或是石棉，再放进模子里经过高温加压成型后，就可以做成又
硬又韧、不导电、不怕酸碱、不怕冷热的酚醛塑料了。它是在实验室中由小分子制成的第一
种有用的高聚物，人们习惯性地把它叫做“电木”。
酚醛塑料呈乳白色，它很快就在很多地方取代了钢铁、木材、水泥和玻璃等材料，发挥了它
自己的优质特性，并常被用来制作绝缘体、胶粘剂和层压剂等。
高压聚乙烯神秘显身手
酚醛塑料问世以后，全世界掀起一股塑料热。但很快，人们发现酚醛塑料一经成形便不可更
改，也不能再加以利用。于是，化学家们开始研究其他的新型塑料。
1909年冬天，德国最大的化学公司——巴登公司用高压可以使原先难以进行的化学反应得以
实现的消息，很快引起了英国卜内门公司的法乌斯特和吉布森两人的注意，他们也希望一种
新的塑料能在高压制造下产生。
他俩准备用乙烯和苯甲醛作为反应物生成新物质苯乙醛。为此，他们制造了一个能耐一两
千个大气压的容器，结果却失败了，他们没能制成苯乙醛，只是在反应釜器壁上发现一层白
色的石蜡状的薄膜。
经过分析，原来这层白色薄膜是聚乙烯，也是一种新型塑料。他俩果断决定，停止试制苯乙
醛，全力研究聚乙烯。可是，他俩却再也没能重复试制出这层神秘的聚乙烯薄膜，而只能退
下阵来。
1935年，卜内门公司的研究人员派林和帕顿总结了法乌斯特和吉布森的经验教训，再次投入
到聚乙烯的研制中去。他们试验了50次，进行到第51次试验时，意外事件发生了，反应器密
封情况不好，有少量空气混入乙烯压缩气中，进入了反应器。
面对突如其来的情况，大家有点手足无措，但与派林和帕顿紧急商量后，决定冒一次险，将
试验继续按正常程序进行下去。
试验结束后，反应器中出现了一些白色粉末，这正是他们梦寐以求的聚乙烯粉末。难道聚乙
烯的产生与反应器泄漏有关?
他们马不停蹄地进行了验证，将一些空气有意识地通入乙烯压缩气中，果然，聚乙烯又生成
了。实验终于成功了!
1938年，他们为生产高压聚乙烯申请并取得了专利。
聚氯乙烯柳暗花明
1872年，德国化学家鲍曼教授在一起偶然条件中发现自己制得的一瓶氯乙烯气体在阳光的照
射下，变成了一些白色粉末，经过思考和试验，他得到了答案：阳光作用下，一个个乙烯分
子组合成了聚氯乙烯。
但是，聚氯乙烯粉末很坚硬，难以加工处理，鲍曼试了很长时间，也找不到合适的方法。
1909年，美国化学家贝克兰发明酚醛塑料后，美国和德国的一些化学家想起了37年前鲍曼的
聚氯乙烯。他们进一步研究了聚氯乙烯的制作方法，了解到氯乙烯在紫外线的照射下，会自
动聚合起来，转变成聚氯乙烯。鲍曼的那只玻璃瓶正是由于放在窗前，阳光中的紫外线促成
了氯乙烯的聚合。但是，他们和鲍曼一样，也无法踏上加工聚氯乙烯的理想之路。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村。1920年，终于出现了转机。
这一年，美国伯克豪森的瓦克尔公司制成了化学物质——“聚醋酸乙烯酯”，这是一种相
当粘
稠的油状物质。公司里一名工程师想，能不能将坚硬的聚氯乙烯粉末和粘稠的聚醋酸乙烯酯
糅合在一起呢?他很快发现，这一想法行不通，两种物质表面上看是混合了，可一段时间后
，聚氯乙烯粉末就沉了下去。
“怎样才能将它们真正混合起来呢?”他再一次分析了这两种物质，“能不能使氯乙烯和醋
酸乙烯酯这两种小分子互相聚合呢?”
经过反复试验，这位工程师终于制成了一种新的含有醋酸乙烯酯的聚氯乙烯，这种物质在较
低温度下就可以加工了。
许多国家的化学家们从瓦克尔公司的成功中深受启发，化学家们又发明了一系列容易加工的
聚氯乙烯。以后，人们又发明了能和聚氯乙烯混合，并使其变软的增塑剂，如今的聚氯乙烯
软塑料，绝大多数都是加了增塑剂制成的。
塑料之王神通广大
1938年夏天，美国杜邦化学公司的杰克森实验室里，化学家普伦基特博士正在研制
氟氯烃和
四氟乙烯。当时，还没有大量制取四氟乙烯的能力，普伦基特只能在实验室里一点一点地制
取。他总共需要100磅四氟乙烯，但每天只能制取一点点，他只得和助手一起，天天
呆在实验室里，制好一点就灌到钢瓶里去，慢慢积累。
10天以后，普伦基特吩咐雷伯特去将装四氟乙烯的钢瓶拿来，准备做下面的实验。当他们
接好导管打开阀门，准备将四氟乙烯引到一个大玻璃瓶中时，怪事发生了：钢瓶仅流出半磅
左右四氟乙烯以后，流量计就不动了。
拆掉阀门以后，他们还是看不清里面究竟发生了什么事情，只得用钢锯将钢瓶锯成了两半，
这才发现有一堆紧贴瓶底的白色粉末在里面。
普伦基特顿时茅塞顿开，原来是四氟乙烯自动聚合了，这白色粉末就是聚四氟乙烯!
1941年，普伦基特将制造聚四氟乙烯的专利公布以后，在全世界塑料研究人员中引起了巨大
的轰动。
1957年，当时还在杜邦公司工作的科学家戈尔认为，聚四氟乙烯除了用来生产电线电缆、医
疗用品外，还应有更多的用途，他将目标定在了新兴的电子计算机工业上：如果能用聚四氟
乙烯制作带状电缆，必定可以提高计算机的工作效率。于是，他开始这方面研究。
他在自己家的地下室里建了一个实验室，开始研究聚四氟乙烯带状电缆， 但是却接连失败
了。
有一天，戈尔采用3M公司制造一种密封带的方法，将铜导线合在两片带子之间，果然制成了
一小段带状电缆。
戈尔为此成立了自己的公司——戈尔联合公司。
到1969年，戈尔公司业务虽有了很大发展，但由于市场竞争激烈，只有降低产品成本，才能
继续发展。戈尔的儿子鲍勃此时已经得了博士学位，成了戈尔公司的一名主力，他正设法降
低聚四氟乙烯的成本。
“如果将聚四氟乙烯拉长，将空气引进去，不就能降低成本了?”鲍勃想，然而书上写得明
明白白，聚四氟乙烯很容易断裂不能大幅度拉伸。不过，鲍勃还是决定试一下。
他把一根根聚四氟乙烯棒放在烘箱内加热，然后戴上石棉手套，握住棒的两端，小心翼翼地
往外拉，可每一次棒都断成了两截，烘箱内只剩下最后一根了，鲍勃不顾一切地往外猛地一
拉，意外的事情发生了，一英尺的棒一下子拉得足有两臂长!
第二天，他重复上一天的动作奋力一拉，结果根根成功，这不正是降低聚四氟乙烯成本的好
办法吗?鲍勃的成功为聚四氟乙烯的应用开辟了许多新的领域，终于，用它制作的登山服
、睡袋、帐篷、人造心血管等新产品被源源不断地开发了出来。聚四氟乙烯本领高超，在
摄氏250度高温中不会熔化，在摄氏零下260度超低温中也不会变脆；任何强酸强碱，其至能
溶解黄金的王水也拿它无可奈何；它特别光滑，连冰也望尘莫及；它不怕电，头发丝厚薄的
一层膜，就能抵挡1500伏的高压；它不沾脏，油、水都沾不到它身上。所以，人们又称“聚
四氟乙烯”为“塑料王”。
