Science 版 (精华区)

发信人: emacs (In the Name of Love), 信区: Science
标  题: 分子·聚合物与塑料· 高聚物
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日13:03:07 星期六), 站内信件



　　　　　　           高聚物

                
    赛璐珞问世还不到半个世纪，化学家们便摆脱了必须用赛璐珞作
为塑料的基本原料的束缚。早在1872年，拜耳（他后来合成出靛蓝）
就发现，当酚和乙醛一起加热时，会得到一种黏稠的树胶状物质。由
于他只对由反应分离出来的小分子感兴趣，结果便忽略了留在长颈瓶
底部的这种渣滓（19世纪的有机化学家们对于沾污玻璃器皿的渣滓一
般都是这种态度）。37年后，在比利时出生的美国化学家贝克兰用甲
醛进行了实验，发现在一定的条件下，这种反应会生成一种树脂，而
且，如果在压力下继续加热，这种树脂首先变成柔软的固体，继而又
变成坚硬而不可溶解的物质。这种树脂在柔软时可进行模塑，而且在
变硬后，模塑的形状就永久地保留下来。当树脂变硬后将其研成粉末，
装入模子，再通过加热加压可以使之合为一体。利用这种方法，即使
是非常复杂的形状，也可以既便当又迅速地压制出来。此外，这种产
品一般不受周围环境的影响。

    贝克兰用自己的姓氏命名他自己的产品，即命名为贝克兰树脂
（酚醛塑料）。酚醛塑料属于热固性塑料，这种塑料一旦冷却定形之
后，就不能再通过加热使之变软（当然，猛烈加热会使之毁坏）。另
有一些塑料，如纤维素衍生物，则能反复软化，这种塑料称之为热塑
性塑料。酚醛塑料有多种用途，如用作绝缘体、胶黏剂和层压剂等等。
尽管这种塑料是古老的热固性塑料，但至今仍然是用途最为广泛。

    酚醛塑料是在实验室中由小分子制成的第一种有用的高聚物。化
学家们首次圆满地完成了这项特殊任务。当然，这不是血红素和奎宁
意义上的合成，因为要合成这两种物质，化学家们必须将排在最后的
每一个原子安放在适当的位置，而且几乎是每次只安放1个。制造高
聚物则仅要求将构成高聚物的小单元在适当的条件下混合在一起，然
后设计一个能够使这些单元自动形成长链的反应就行了，而无须化学
家们加以特殊的照料。然而，化学家们能够运用各种方法间接地改变
长链的性质，如变换原料的成分或比例，添加少量的酸、碱或各种能
够作为催化剂并能控制反应的具体性质的物质。

    由于成功地制成了酚醛塑料，化学家们自然要转向其他可能的原
料，以寻求更多的可以成为有用塑料的合成高聚物。随着时间的推移，
他们获得了许多成功。

    例如，英国化学家们在本世纪30年代发现，在高温高压条件下，
乙烯气体（CH=CH2）能够形成很长的链。碳原子之间的双键中有1个
键打开并与相邻的分子连接。这个过程一次又一次地重复进行，结果
就产生了一种叫做聚乙烯的长链分子。

    石蜡分子也是由乙烯单元构成的一种长链，但聚乙烯分子的链甚
至更长。因此，聚乙烯像石蜡，但并不仅仅如此而已。聚乙烯具有石
蜡那样的暗白色，有滑腻感、电绝缘性和防水性，比重较小（它大概
是能够在水上漂浮的惟一的一种塑料）。而且，在最佳状态下，它比
石蜡更坚韧、更柔软。

    最初，制造聚乙烯需要具有很大危险性的高压，而且产品的熔点
相当低——仅稍高干水的沸点。在低于这个熔点的温度下，它就开始
变软，成为毫无用处的东西。显然，这是由于碳链具有分支，从而使
分子不能形成密集结晶点阵的缘故。1953年，一位名叫齐格勒的德国
化学家发现了一种能生产无分支聚乙烯链的方法，而且这种方法无须
使用高压。这种新型聚乙烯比原先的聚乙烯更柔韧、更坚固，而且在
水的沸点温度下也不会变得太软。齐格勒利用一种新型催化剂实现了
这一反应。这种催化剂是一种含有金属离子（如铝或钛）的树脂，其
中的金属离子与碳链两侧的带负电的原子团相连。

    在听说齐格勒为聚合物的形成研究出一种金属有机催化剂之后，
意大利化学家纳塔开始将这一技术应用于丙烯（连结有1个小的一碳
甲基CH3的乙烯）。他在10个星期之内就发现了这样的情况，即在所
获得的聚合物中，所有甲基都朝着同一方向，而不是随意地朝向一方
或另一方（在此之前形成的聚合物大都如此）。这种等规聚合物（纳
塔的妻子给起的名字）证明具有优良的性能，而且现在已能够随意制
取了。换句话说，化学家们已经能够比以往任何时候都更加精确地设
计高聚物了。由于齐格勒和纳塔在这一领域所做出的成就，他们分享
了1963年的诺贝尔化学奖。

    原子弹工程提供了另一种有用的高聚物，它是聚乙烯的另一个新
属。为了从天然铀中分离出铀-235，核物理学家们不得不将天然铀与
氟结合来生成六氟化铀。氟是所有物质中最活泼的元素，几乎能腐蚀
所有物质。在为装氟的容器寻找能不受氟腐蚀的润滑剂和密封剂的过
程中，物理学家们选中了碳氟化合物——碳已经与氟（取代氢）结合
的物成。

    直到那时，碳氟化合物仍然是实验室中的珍品。直到1926年，人
们才获得了纯净的四氟化碳（CF4）——这类分子中的第一种（也是
最简单的一种）分子。目前，化学家们仍在努力研究这些有意义的物
质的化学性质。在已经研究过的碳氟化合物中，其中之一是1933年首
次合成的四氟乙烯（CF2＝CF），可以看出，它实际上是4个氢原子
被4个氟原子所取代的乙烯。这就必然会使人们想到，四氟乙烯也应
像乙烯那样，能形成聚合物。第二次世界大战之后，杜邦公司的化学
家们制造出了一种长链聚合物，正如聚乙烯是CH2CH2CH2……的单调
地重复一样，这种聚合物也是CF2CF2CF2……的单调地重复。这种聚
合物的商品名称是特氟隆。

    特氟隆与聚乙烯相似，但并不仅此而已。碳-氟键比碳-氢键更牢
固，因而也就更不易受环境的影响。特氟隆不溶于任何物质，不会被
任何物质所弄湿，是优良的电绝缘体，其耐热性甚至比新型的、经过
改进的聚乙烯还要好。就家庭主妇而言，特氟隆最为人所熟知的用途
便是用作煎锅的衬里，这样就能使要煎炸的食物不会过分油腻，因为
食物不会粘在不同任何物质亲和的碳氟聚合物上。

    还有一种有趣的化合物，它并不是真正的碳氟化合物，而是本书
前面提到的氟里昂（CF2Cl2）。它是1932年作为致冷剂所推销的商品。
它比大型制冷装置所使用的氨或二氧化硫要昂贵；但从另一方面看，
氟里昂无臭、无毒、不可燃，因而偶然漏失所造成的危险是很小的。
为了证明氟里昂的无害性，它的发现者米奇利深深地吸了一口氟里昂，
然后在一根点燃的蜡烛上方缓缓吐出，结果蜡烛熄灭了，而米奇利毫
无损害。正是由于采用了氟里昂，室内空调才成了第二次世界大战以
来美国这个地方的一大特色。



【三思言论集】　欢迎给制作人来信：jasper_uk@sina.com



--
What a friend we have in EMACS,
  All our text-problems to halt!
What a privilege to keypress
  Control-meta-ESC-shift-alt!

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]