从尼龙的发明看技术创新的艰难曲折

时间:2019年07月08日来源:功能性纺织品技术作者:

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  日常生活中,尼龙制品比比皆是。今年恰逢尼龙制品首次投放市场80周年。尼龙从发明到进入市场,是技术创新的一个成功的案例,然而走过的创新之路颇为艰难。

  大自然似乎十分吝啬。据统计,10只蚕一生只能吐出5克丝,每头绵羊1年只能提供5千克羊毛,每亩棉田每年也只能提供50千克棉花。为了彻底解决穿衣问题,人们不能满足于自然界的恩赐,而应另辟蹊径,用人工方法制造出纤维。

  最早进行合成纤维尝试的是德国化学家克拉特。他把聚氯乙烯溶解在氯苯中,蒸发后成糊状,放到针筒中挤压到热水中,一条条细丝就出来了,但这种细丝相当脆弱,稍微加热就变成烂泥状,克拉特的尝试未能成功。

  美国著名的杜邦化学公司很早就重视基础科学研究,1928年成立了基础化学研究所,请来了哈佛大学的化学教师卡罗瑟斯为负责人。卡罗瑟斯不负众望,合成了氯丁橡胶,其成本低、质量好。1932年,杜邦公司实现了氯丁橡胶的工业化生产,获得了丰厚的利润。

  从尼龙的发明看技术创新的艰难曲折1.png     卡罗瑟斯接着致力于人工合成纤维。他从克拉特的失败中得到启示:只要找到合适的基础材料,合成纤维是有可能获得成功的。卡罗瑟斯的实验室热火朝天,工作人员辛勤地做着各种实验。几千种化学药品从世界各地源源不断地运来,新的实验方案不断推出。但是工作并不顺利,几百次实验都失败了,数十万美元的研究经费也用光了,但杜邦公司的老板坚决支持卡罗瑟斯,他表示:“卡罗瑟斯要多少钱,就给他多少钱。”

  从尼龙的发明看技术创新的艰难曲折2.png     杜邦公司的大力支持,使卡罗瑟斯底气十足,毫不气馁地做了一个又一个的实验,并在1930年夏终于取得了进展。卡罗瑟斯的助手希尔博士用乙二醇和癸二酸在催化剂的作用下进行缩合反应来制取聚酯。他们发现这种熔融聚合物能拉伸成长纤维状的细丝,具有可纺性。在冷却后还能继续拉伸,其拉伸长度可达最初长度的数倍。然而这种熔融聚合物存在着熔点低、易水解等缺点,还不能实际应用,卡罗瑟斯转向对另一种高聚物聚酰胺的研究。1934年,卡罗瑟斯用二元胺代替二元醇制成了聚酰胺。聚酰胺在熔融状态下也能拉成丝,在室温下可以拉伸到原来长度的三至四倍,不规则的长链分子在冷拉后分子链沿纤维平行排列,因此大大增加纤维的强度和弹性。

  卡罗瑟斯他们合成了上百种聚酰胺,1935年2月选中了由己二胶和己二酸反应所生成的聚合物,并把它命名为尼龙。这是一种有商业价值的合成纤维,其熔点为2630C,超过了熨烫温度,可以用作纺织品;并具有高强度,与截面积相同的钢丝的强度一样。

  要使在实验室里合成的尼龙投入到工业化生产,又是一个艰难的历程。这要求实现原料己二酸、己二胺的大批量生产,还要解决熔体纺丝过程中的输送、计量、卷绕等问题。杜邦公司采用新催化技术,用廉价的苯酚大量生产出己二酸,随后又发明了用己二酸生产己二胺的新工艺。设计出新的特殊机械设备、耐熔融聚合物高温作用的新合金材料、首创了熔体纺丝和成纤新技术、工业缩聚反应工艺,对纤维生产工艺进行自动控制等。经过不懈努力,解决了一个又一个难题,杜邦公司在1938年10月宣布尼龙实验工厂正式投产。

  从尼龙的发明看技术创新的艰难曲折3.png     用尼龙织成的新品很快投入市场,1939年夏季纽约世界商品交易会展出了尼龙丝袜,它既薄又轻、还结实,广受欢迎。尼龙丝袜成为女士抢购的商品。杜邦公司的广告语:“我们生产和钢丝一样结实、像蜘蛛丝那样细的具有美丽光泽的尼龙丝”传遍全美国,风靡全世界。1940第一个尼龙纤维工厂正式投产,起初设计年产300万磅,后来扩大到800万磅。尼龙的生产规模发展飞快,许多国家都纷纷引进专利建厂。

  从尼龙的发明看技术创新的艰难曲折4.png     卡罗瑟斯开创的合成纤维事业方兴未艾。令人扼腕的是,1937年秋他不幸去世,时年41周岁。他一生发表了有关合成纤维和合成橡胶的科学论文54篇,获得52项专利。他的助手普洛莱继往开来,深入研究了一系列缩聚反应,提出缩聚反应中的基本原理,建立起高分子溶液、高分子构型和构象的统计力学,因此荣获1974年诺贝尔化学奖。

  杜邦公司从高聚物的基础研究到人工合成纤维尼龙的投产,前后历时11年,耗资2200万美元,其间有230名专家参加有关的研究工作,可以说是历尽艰难曲折。我们从中可得到若干有益的启示。

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