追溯高分子材料的历史，第 4 部分

1863 年，也就是基于硝基纤维素的塑料 Parkesine 在伦敦国际博览会上获得铜牌的次年，Leo Baekeland 在比利时出生。 Baekeland 父母不识字，21 岁时获得博士学位，师从德国波恩大学弗里德里希·奥古斯特·凯库勒 (Friedrich August Kekulé) 的首席助理西奥多·斯瓦茨 (Theodore Swarts)。 Kekulé 因研究苯的结构而受到赞誉，苯是大部分聚合物化学的核心化学物质，与苯酚密切相关，苯酚是第一个真正合成聚合物故事的关键化学物质之一。 Baekeland 也是一位摄影爱好者，在他高中和大学期间，他曾与当地的一位化学家合作，后者建立了一家工厂，生产了欧洲制造的第一批摄影干版。

早期的干版使用化学显影剂，这些显影剂闻起来令人不快，使用起来可能会喜怒无常。 Baekeland 意识到了这一点，在获得博士学位后不久，他发明了一种涂有水溶性乳液的干版，可以浸入水中激活显影剂。 1887年他在比利时获得了这项进步的专利。

1889 年，贝克兰德和他的妻子前往纽约，在那里他遇到了理查德·安东尼（Richard Anthony）并为他工作，后者是一家制造胶卷、相纸和相机的公司的负责人。十年后，这家公司从汉尼拔古德温手中收购了古德温相机和电影公司。古德温比乔治·伊士曼（伊士曼柯达的创始人）早两年开发了一种可行的赛璐珞胶卷，但他的专利申请被推迟了 11 年，导致了我们上个月文章中讨论的诉讼。

Baekeland 为 Anthony 工作了两年，然后在生病和试图以独立顾问的身份谋生的一些艰难时期之后，他专注于开发一种用于打印放大的相纸。在摄影的早期历史中，印刷是借助太阳提供的自然光完成的。 Baekeland 在经过两年的研究后取得了突破，生产出一种含有胶体状态的氯化银乳剂的纸，这种乳剂对光足够敏感，可以用人造光显影，不需要阳光。他将产品命名为 Velox。

对于此时的大多数人来说，人造光的来源应该是煤气灯。然而，爱迪生（也是赛璐珞进步的关键人物）引入的电灯很快就会改变这种状况。虽然专业摄影师一般不接受这种新纸张，但它在业余摄影师中非常受欢迎，并创造了一个引起乔治·伊士曼 (George Eastman) 关注的市场。 1898 年，伊士曼以 75 万美元收购了贝克兰与两位合伙人共同创立的公司，以今天的美元计算，约为 2200 万美元。

所有这些与化学和能源行业其他主要参与者的交叉点只是为 Baekeland 现在能够从事的研究奠定了基础，因为他有重要的财务保障。将他的公司出售给 Eastman 的条件包括一项竞业禁止协议，该协议禁止 Baekeland 在 20 年内从事任何摄影研究。

凭借化学背景、实验天赋、发现未解决问题的良好本能，并且无需为谋生，贝克兰在纽约扬克斯建立了一个庄园，并开始着手解决一个紧迫的问题，该问题类似于导致了赛璐珞的发展。赛璐珞的出现是为了解决象牙短缺的问题。 19 近二十年来电气工业的快速扩张 世纪并持续到 20 世纪初 世纪创造了另一种天然材料虫胶的新瓶颈。

紫胶是由紫胶甲虫从树木中提取汁液并分泌树脂时制成的。这是从树上刮下来的，通过加热和过滤处理以生产纯化合物。据估计，生产一公斤（2.2 磅）虫胶需要超过 100,000 只紫胶甲虫。在前电气化时代，与传统虫胶生产相关的低利率足以满足对漆和木制品防腐剂的需求。但是，由于虫胶优异的电绝缘性能和防潮密封能力，电气行业对虫胶产生了巨大的需求。当虫胶成为压制留声机唱片的首选材料时，需求增加到更大的程度，这是与爱迪生世界的另一个交叉点。 （他于 1877 年发明了留声机。）在 1940 年代，PVC 将在此应用中取代虫胶。

虫胶的工业历史与橡胶的工业历史有着惊人的相似之处。一种只能少量提取并主要在东南亚发现的天然聚合物已成为欧洲和北美技术快速发展的关键制约因素，远离源头。和天然橡胶一样，虫胶缺乏一些理想的性能特征。首先，它是一种热塑性塑料，熔点约为 75 摄氏度（167 华氏度）。因此，即使在中等温度下它也会软化。产生相对较高温度的高压绝缘体会熔化虫胶。虽然它可以与木粉等填料混合制成可模压的化合物，但它的表面硬度相对较低，应用起来可能需要大量劳动。

Baekeland 经过五年的研究，于 1907 年获得了“制造酚类和甲醛不溶性缩合物方法的改进”专利。 Baekeland 将产品命名为 Bakelite，这个名称仍然偶尔出现在行业文献中。 1983 年，英国萨默塞特甚至开设了电木博物馆，以展示电木产品的历史。虽然它现在已经关闭并正在寻找新家，但它仍然有一个网站。 Baekeland 设计的用于生产树脂的反应器被命名为 Bakelizer。

今天，这种材料以其更通用的名称酚醛树脂而闻名。正如专利名称所暗示的那样，它是一种缩聚物，这种化学反应的性质导致了制造这种材料的许多挑战。但结果是第一个真正合成的聚合物，这种材料不依赖于随后被改性的天然产物。它是一种类似于硫化橡胶的热固性聚合物，但不含硫，具有更高的强度、刚度、耐热性和长期耐用性。它立即作为电绝缘体进入市场，比云母或瓷器具有更好的电阻，比虫胶更耐热，比玻璃或陶瓷具有更好的抗冲击性，并且对各种酸、醇、油脂和油具有优异的耐受性.

在与赛璐珞的非凡交集中，人们发现酚醛具有我们今天所说的与象牙相似的粘弹性，使其成为台球的理想材料。这实现了约翰·韦斯利·凯悦 (John Wesley Hyatt) 为象牙提供合成替代品的目标。自 1868 年成立以来，凯悦一直在经营他的台球公司，逐步改进他的赛璐珞配方。然而，1912年，他改用酚醛，以表彰其优越的性能。

虽然 Baekeland 获得了启动酚类商业开发的专利，但产生该化合物原型的化学反应实际上早在 30 多年前就已被发现。通过一系列的死胡同和幸运的事故，通过几位才华横溢的化学家和发明家的努力，利用甲醛和其他有机化合物之间的反应来生产有用的热固性材料的化学方法得到了发展。而在发明之后，随之而来的是商业化的挑战和不可避免的诉讼。我们将在下一部分中查看故事的这一部分。

关于作者：Michael Sepe 是一家位于亚利桑那州塞多纳的独立材料和加工顾问，客户遍及北美、欧洲和亚洲。他在塑料行业拥有超过 45 年的经验，并协助客户进行材料选择、可制造性设计、工艺优化、故障排除和故障分析。联系方式：(928) 203-0408 •[email protected]