追溯高分子材料的历史——第 2 部分

对于生活在 19 世纪中叶并涉足材料世界的人来说，这似乎是一个革命性的发展时期。仅仅一年，即 1846 年，牙胶就形成了上个月文章中提到的电报线绝缘层；橡胶轮胎是为维多利亚女王的马车制造的； Alexander Parkes 发现了一种在室温下硫化橡胶的技术；一个偶然但值得注意的实验开始了导致凯悦台球材料的技术发展。

该实验由瑞士巴塞尔大学的化学教授 Christian Friedrich Schonbein 进行。几年前他发现了臭氧，并了解到硝酸和硫酸的混合物是一种极好的氧化剂。有一天，他在厨房里蒸馏这种酸性混合物时，打翻了烧瓶，并迅速用最近的可用物品——棉围裙清理了烂摊子。当他试图将围裙挂在热炉子上晾干时，它立即燃烧起来并消失了。硝化纤维素，也被称为枪棉，已经被创造出来，它将导致一系列的发明，这些发明都利用了纤维素的这种改性。

枪棉的发现引发了 1840 年代的军备竞赛，专利申请和希望避免支付许可费的国家试图对发明进行逆向工程。 1840 年代后期，这种材料的极端波动导致整个欧洲和俄罗斯发生了一些引人注目的事故，最终导致禁止进一步开发并失去对进一步实验的兴趣。

然而，在那段时间，一个实验室用硝酸纤维素进行实验发现，它可以溶解在乙醚和酒精的混合物中，形成一种叫做火棉胶的物质。干燥后，这种材料变得坚韧透明，可以用作清漆或漆、防水涂层或薄膜。它还显示出作为可模压固体的潜力。在许多方面，它表现出与橡胶和古塔胶相同的功能，但提供了更低成本的可能性。

1856 年，开发冷硫化工艺的亚历山大·帕克斯 (Alexander Parkes) 获得了这种可模压材料的专利。它被称为 Parkesine，曾在 1862 年在伦敦举行的世界博览会——世界博览会上展出。获得铜牌在本次活动中，材料以多种不同产品的形式展出，令人寄予厚望。这种材料甚至被制成了一个台球，预计将在本世纪末出现更为知名的发展。 Parkes 使用各种植物油作为添加剂，今天我们将其称为增塑剂，以实现所需的性能平衡。

但降低成本的承诺从未实现。事实证明，用于生产用于医学和摄影等其他用途的火棉胶的溶剂对于用于更具竞争力的市场的可模压材料的大规模生产来说过于昂贵。为了使材料具有竞争力，Parkes 使用劣质棉花废料来制造纤维素，并添加了大量蓖麻油增塑剂，以至于材料失去了机械性能，并且由其制成的产品缺乏尺寸稳定性。该产品的批次间差异很大，最终注定了它作为商业风险的地位。然而，该发明被认为是第一个可模压塑料，它为最终导致 Hyatt 创建的改进铺平了道路。

就在同一时期，上个月文章中提到的台球大师迈克尔·费兰 (Michael Phelan) 提供了 10,000 美元的奖金，以购买一种可以充分替代象牙的材料制成的台球。 Phelan 还是一种由橡胶制成的台球桌垫子材料的发明者，他在一家制造台球桌的公司中拥有权益。他敏锐地意识到象牙短缺危及日益流行的消遣的发展。印刷商约翰·韦斯利·凯厄特 (John Wesley Hyatt) 被领取所提供奖品的前景所吸引，并开始尝试不同的制作台球的方法。

最初的版本包括用各种胶水、清漆、虫胶和其他粘合剂粘合在一起的布、木头和纸片的组合。 Hyatt 于 1865 年获得了他的第一个仿象牙球专利，该球由涂有虫胶和象牙或骨粉的亚麻布制成，并在加热和压力下加工。这种创造并不能完全替代象牙，因此 Hyatt 继续进行试验并在 1868 年获得了第二项专利，用于另一种尝试，即将纸和木浆与虫胶结合，并再次在高温和高压下加工。

凯悦对火棉胶很熟悉，因为它广泛用于伤口愈合，并用于印刷行业以保护生产线工人免受指尖擦伤。在另一次幸运的事故中，有一天，凯悦发现了一些从瓶子里溢出的火棉胶，形成了一层坚硬的薄膜。他开始将最新版本的台球浸入火棉胶中。凯悦遇到了困扰帕克斯的相同问题，因为它创造了一种坚固的、可成型的材料。因此，他继续致力于增加材料的粘度，最终开发出一种可以在高温高压下围绕木芯形成的化合物。这在 1869 年 4 月为这种改进的台球制造方法产生了另一项专利。

这项发明最终被命名为赛璐珞，并被称为凯悦发明的替代象牙的材料，尽管直到三年后才想到这种材料的名称。有趣的是，赛璐珞台球从未商业化生产，也从未提交给 Phelan 的公司以考虑 10,000 美元的奖励。直到 20 世纪初期，凯悦将继续致力于解决台球问题，但未能实现完美替代象牙的理想目标。这一成功发生在 1900 年代的第一个十年，来自一位发明家，他出生在凯悦开始他的实验的同时，他的职业生涯与凯悦有一些有趣的交集。

凯悦通过审查帕克斯的一些旧专利，发现了使用樟脑作为增塑剂将赛璐珞制成可成型物质的关键。帕克斯曾使用樟脑，但只能与其他溶剂一起使用。通过专注于樟脑并继续在高压和高温下使用他的工作，凯悦将帕克斯的火棉胶转化为一种多功能材料，只需改变添加到混合物中的樟脑量，即可具有类似于橡胶或古塔胶的特性。

在 Hyatt 在美国致力于制造改良台球期间，Alexander Parkes 的一位合伙人 Daniel Spill 接手了 Parkes 在英国失败的商业冒险，并发现了樟脑在制造可成型材料方面的重要性。他叫木龙石。平行发明导致不可避免的专利纠纷，从 1877 年到 1884 年一直在法庭上纠缠不清。最终决定 Spill 和 Hyatt 的发明都可以追溯到帕克斯的工作，帕克斯被认为是原始发明人的材料。这也是所有赛璐珞产品生产可以继续进行的裁决的一部分。

在我们的下一个专栏中，我们将关注赛璐珞的命运，因为它发现越来越多的使用形式导致了另一种重要的塑料加工技术的发明。

关于作者：Mike Sepe 是一名独立的全球材料和加工顾问，其公司 Michael P. Sepe, LLC 位于亚利桑那州塞多纳。他在塑料行业拥有 40 多年的经验，并协助客户进行材料选择、可制造性设计、加工优化、故障排除和故障分析。联系方式：(928) 203-0408 • [email protected]。