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        從尼龍的發明看技術創新的艱難曲折

        坯布2019-07-09 來源:功能性紡織品技術

          日常生活中,尼龍制品比比皆是。今年恰逢尼龍制品首次投放市場80周年。尼龍從發明到進入市場,是技術創新的一個成功的案例,然而走過的創新之路頗為艱難。

          大自然似乎十分吝嗇。據統計,10只蠶一生只能吐出5克絲,每頭綿羊1年只能提供5千克羊毛,每畝棉田每年也只能提供50千克棉花。為了徹底解決穿衣問題,人們不能滿足于自然界的恩賜,而應另辟蹊徑,用人工方法制造出纖維。

          最早進行合成纖維嘗試的是德國化學家克拉特。他把聚氯乙烯溶解在氯苯中,蒸發后成糊狀,放到針筒中擠壓到熱水中,一條條細絲就出來了,但這種細絲相當脆弱,稍微加熱就變成爛泥狀,克拉特的嘗試未能成功。

          美國著名的杜邦化學公司很早就重視基礎科學研究,1928年成立了基礎化學研究所,請來了哈佛大學的化學教師卡羅瑟斯為負責人??_瑟斯不負眾望,合成了氯丁橡膠,其成本低、質量好。1932年,杜邦公司實現了氯丁橡膠的工業化生產,獲得了豐厚的利潤。

           卡羅瑟斯接著致力于人工合成纖維。他從克拉特的失敗中得到啟示:只要找到合適的基礎材料,合成纖維是有可能獲得成功的??_瑟斯的實驗室熱火朝天,工作人員辛勤地做著各種實驗。幾千種化學藥品從世界各地源源不斷地運來,新的實驗方案不斷推出。但是工作并不順利,幾百次實驗都失敗了,數十萬美元的研究經費也用光了,但杜邦公司的老板堅決支持卡羅瑟斯,他表示:“卡羅瑟斯要多少錢,就給他多少錢?!?/p>

           杜邦公司的大力支持,使卡羅瑟斯底氣十足,毫不氣餒地做了一個又一個的實驗,并在1930年夏終于取得了進展??_瑟斯的助手希爾博士用乙二醇和癸二酸在催化劑的作用下進行縮合反應來制取聚酯。他們發現這種熔融聚合物能拉伸成長纖維狀的細絲,具有可紡性。在冷卻后還能繼續拉伸,其拉伸長度可達最初長度的數倍。然而這種熔融聚合物存在著熔點低、易水解等缺點,還不能實際應用,卡羅瑟斯轉向對另一種高聚物聚酰胺的研究。1934年,卡羅瑟斯用二元胺代替二元醇制成了聚酰胺。聚酰胺在熔融狀態下也能拉成絲,在室溫下可以拉伸到原來長度的三至四倍,不規則的長鏈分子在冷拉后分子鏈沿纖維平行排列,因此大大增加纖維的強度和彈性。

          卡羅瑟斯他們合成了上百種聚酰胺,1935年2月選中了由己二膠和己二酸反應所生成的聚合物,并把它命名為尼龍。這是一種有商業價值的合成纖維,其熔點為2630C,超過了熨燙溫度,可以用作紡織品;并具有高強度,與截面積相同的鋼絲的強度一樣。

          要使在實驗室里合成的尼龍投入到工業化生產,又是一個艱難的歷程。這要求實現原料己二酸、己二胺的大批量生產,還要解決熔體紡絲過程中的輸送、計量、卷繞等問題。杜邦公司采用新催化技術,用廉價的苯酚大量生產出己二酸,隨后又發明了用己二酸生產己二胺的新工藝。設計出新的特殊機械設備、耐熔融聚合物高溫作用的新合金材料、首創了熔體紡絲和成纖新技術、工業縮聚反應工藝,對纖維生產工藝進行自動控制等。經過不懈努力,解決了一個又一個難題,杜邦公司在1938年10月宣布尼龍實驗工廠正式投產。

           用尼龍織成的新品很快投入市場,1939年夏季紐約世界商品交易會展出了尼龍絲襪,它既薄又輕、還結實,廣受歡迎。尼龍絲襪成為女士搶購的商品。杜邦公司的廣告語:“我們生產和鋼絲一樣結實、像蜘蛛絲那樣細的具有美麗光澤的尼龍絲”傳遍全美國,風靡全世界。1940第一個尼龍纖維工廠正式投產,起初設計年產300萬磅,后來擴大到800萬磅。尼龍的生產規模發展飛快,許多國家都紛紛引進專利建廠。

           卡羅瑟斯開創的合成纖維事業方興未艾。令人扼腕的是,1937年秋他不幸去世,時年41周歲。他一生發表了有關合成纖維和合成橡膠的科學論文54篇,獲得52項專利。他的助手普洛萊繼往開來,深入研究了一系列縮聚反應,提出縮聚反應中的基本原理,建立起高分子溶液、高分子構型和構象的統計力學,因此榮獲1974年諾貝爾化學獎。

          杜邦公司從高聚物的基礎研究到人工合成纖維尼龍的投產,前后歷時11年,耗資2200萬美元,其間有230名專家參加有關的研究工作,可以說是歷盡艱難曲折。我們從中可得到若干有益的啟示。

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