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塑料的发明及发展回顾(一)

时间:2019-08-29 来源:建材网 点击量:载入中...

提起塑料,应该每个人都不陌生,从儿童玩具到仪器容器,从电脑外壳到汽车部件,从牙刷牙缸到飞机零件,塑料制品在我们的生活中随处可见。但是也许很少有人知道,究竟什么样的材料才叫塑料?塑料都有哪些品种?塑料较早是什么时候由谁发明的?塑料工业是怎么发展到今天这种繁荣景象的?今天就让我们来全面了解一下我们生活中必不可少的材料———塑料。

塑料的英文名称“plastic”来自希腊语“plastikos”,意思是“成型”,“可成型”=“具有可塑性”,作为形容词经常被使用,就产生了“塑料”一词。“塑”的汉字本义是指“用泥土抟成人物形象”,“塑性”引申为“能自由成型”之意,“塑料”也就是具有可塑性的材料。

1926年3月,美国《塑料》杂志对塑料这样定义押“一种能塑造成各种形状的材料,不像非塑性物质那样需要切凿。”比较严格意义上的定义一般来说是指以树脂为主要成分,加入(或不加)增塑剂、填充剂、润滑剂,着色剂等添加剂,在一定温度和压力下塑造成一定形状,并在常温下能保持既定形状的有机高分子材料。其中树脂是指加工成塑料制品前的有机聚合物(通常是指人工合成的高分子),在常温下为固体或液体。树脂约占塑料总重量的40%~100%,其本性决定了塑料的基本性能,但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂组成,不含或少含添加剂,如有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。打个比方来说,塑料与树脂的区别就好比面包与面粉,面包加工之前的主要成分叫面粉,塑料加工之前的主要成分叫高分子树脂。

塑料与合成橡胶和合成纤维一起,作为以合成树脂为基础的三大合成材料,历经百年就达到了今天无处不在的普及程度,而且还在以不可思议的速度继续发展,不可谓不是人间奇迹!其中塑料集轻质、高强和价廉诸优点于一身,有60多个大类300多个品种,应用领域广泛,在很多方面成功取代金属、玻璃和木料,因而在合成树脂终端产品中占优势(80%以上)。

1907年以煤焦油为原料的酚醛塑料面世,标志着塑料时代的正式开始。此后随着电气的普及,市场对绝缘材料的强烈需求推动塑料工业的飞速发展;石油炼制工业的兴起和石油化工的发展又给塑料工业注入了新鲜血液,尼龙丝袜的发明就像一次空前浩大的革命,把人们从天然织物的禁锢中彻底解放,成为包括塑料在内的合成材料工业的里程碑;二战后以石油产品为原料的树脂合成工艺迅速取代了煤化工在工业原料中的主体地位,各种塑料新品种如雨后春笋般涌现,让人应接不暇,真可谓是百花争艳,难说谁较美。塑料的普及给人们的生活带来了方便,带来了多样的色彩,同时也带来了对环境的危害。环保问题让人们对塑料产生了厌恶情绪,但科学研究是无止境的,高科技必然能让塑料和自然和谐相处!

塑料时代的开始———靠前种合成塑料酚醛塑料(PF)的出现

任何商品都必须有需求才会有发展,塑料也不例外。靠前种完全合成的塑料PF与19世纪后期一种天然的绝缘材料———虫胶有关。当时刚刚萌芽的电力工业蕴藏着绝缘材料的巨大市场,但产自于东南亚的虫胶由于供不应求而价格飞涨,当时化学家已经开始认识到很多可用作涂料、黏合剂和织物的天然树脂和纤维都是聚合物,即结构重复的大分子,开始寻找能合成聚合物的成分和方法。如果谁能发明一种能代替虫胶的廉价商品,那无疑将获得巨大成功。美籍比利时人列奥·贝克兰(LeoBaekeland)经过多年努力终于成为这个幸运者。

贝克兰是个天才的发明家,他1889年开始到美国从事化学研究,为纽约一家摄影供应商工作,几年后发明了Velox照相纸,这种相纸可以在灯光下而不是必须在阳光下才能显影。

1893年,贝克兰辞职创办了Nepera化学公司,后来经过两次谈判,摄影器材商柯达以85万美元(相当于现在1500万美元)的天价买断了Velox照相纸的专利权。

从1904年开始,贝克兰开始研究苯酚和甲醛的反应。


尽管早在1872年,德国化学家拜尔就发现了这个反应能产生一些粘糊糊的东西,但拜尔的兴趣在合成染料上,对这种东西不感兴趣。后来的科学家也对这个反应进行过研究,但因为无法准确控制化学反应没找到它的利用价值。

贝克兰解决了这个问题。他发明了一种名叫贝克利泽(Bakelizer)的实验装置,可以准确调节加热温度和压力,能有效控制化学反应。贝克兰用这种装置成功得到了酚醛树脂,将其模压后得到半透明的硬塑料,这种塑料不易燃烧,成型后不再熔化,也不能溶解到溶剂甚至是酸液中去。

他用自己的名字给这种新材料命名为贝克利特(bakelite),并于1907年7月14日注册了贝克利特的专利。从这一天起,靠前种合成塑料———酚醛塑料贝克利特诞生了。贝克利只比他的英国同行詹姆斯·斯温伯恩爵士早一天递交专利申请,否则英文里酚醛塑料可能要叫“斯温伯莱特”了。酚醛树脂以煤焦油为原料合成,是世界上靠前个人工合成的树脂,向粉状的酚醛树脂中添加木屑混合均匀后在高温高压下模压成型就得到了酚醛塑料。毫无疑问,它是人类所制造的靠前种全合成材料,它的诞生标志着人类社会正式进入了塑料时代。它的发明被认为是20世纪的炼金术,它的发明人贝克兰于1924年被选为美国化学学会会长,被1940年5月20日的《时代》周刊称为“塑料之父”。

1909年2月8日,贝克兰在美国化学协会纽约分会的一次会议上公开了这种塑料。

1910年,他创办了通用酚醛塑料公司,在新泽西的工厂开始生产。任何东西只要畅销,很快就会有冒牌货出现。靠前次世界大战后无线电、收音机等电气工业的迅猛发展更增加了对电木的需求,这样贝克利很快就有了竞争对手,特别是Redmanol和Condensite两种塑料,爱迪生曾试图用它们制成留声机唱片控制市场,但未成功。假冒酚醛塑料的出现使贝克兰很早就在产品上采用了类似今天“IntelInside”的真品标签。


1926年专利保护到期,大批同类产品涌入市场。经过谈判,贝克兰与对手合并,拥有了一个真正的酚醛塑料帝国。

1939年贝克兰打算金盆洗手,儿子乔治·华盛顿·贝克兰却无意从商,公司以1650万美元(相当于今天2亿美元)出售给联碳公司。

在酚醛塑料工业化后出现的靠前个无色塑料是脲醛塑料,由奥地利化学家约翰在1918年制得,20世纪20年代曾在欧洲被用作玻璃代用品,后来常用于压制一般电工材料和生活日用品。

1920年苯胺-甲醛塑料诞生。这种塑料具有良好的耐水性、耐油性和高的介电性能,适用于制造绝缘材料。

到20世纪30年代,又出现了以尿素为原料的三聚氰胺-甲醛树脂,这种树脂制成的塑料比脲醛塑料硬度更高,有更好的耐水、耐热、耐电弧性,可作耐电弧绝缘材料。这三种塑料统称氨基塑料,它们都具有质地坚硬、耐刮痕、无色、半透明等优点,加入色料可制成彩色鲜艳的制品,俗称电玉。电玉和电木因其卓越的电绝缘性能,为推动当时电气工业和仪器制造工业的发展起了积极作用。

氨基塑料和酚醛塑料还有个共同特点———具有热固性,即受热固化成型后不能再重复加热软化冷却硬化的加工过程,制品只能一次成型使用,不能反复塑造,这样的塑料被称为热固性塑料,还有环氧树脂、不饱和聚酯也属于这类塑料。这类塑料尽管不可循环利用,但由于价格低廉又绝缘质轻,结实耐用耐腐蚀,所以直到今天仍然在我们的生活中随处可见。

塑料时代发展的里程碑———聚酰胺(PA)的发明

二十世纪的两次世界大战,既是人类社会的灾难,同时也是塑料工业发展的推动剂。一战后,伴随着高分子化学理论的逐步完善和煤化学工业的日益成熟,以及石油化工的方兴未艾,塑料工业飞速发展,现今较常用的60余种塑料中有将近20个品种在此期间工业化,在这段时期一类与热固性塑料截然不同的塑料品种———热塑性塑料大放异彩。

热塑性塑料顾名思义,就是可以经历多次加热软化冷却硬化加工过程的塑料。这种塑料制品经一次成型使用废弃后还能反复塑造再加以利用,因此也被称为可再生塑料。一次成型的热塑性塑料废弃回收后的废料被称为再生料。再生料不能再用作食品包装,但可在工业上广泛应用。我们日常生活中使用的大部分塑料都属于这类塑料。

20世纪30~40年代,热塑性塑料品种和产量急剧增加,聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃)、尼龙穴即聚酰胺,PA雪、高压聚乙烯(LDPE)、氟塑料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、有机硅树脂等塑料制品相继工业化生产,并迅速广泛应用于机电、航空、汽车、建筑、农业等领域和日常生活中。在这些塑料新星中,较耀眼的明星莫过于聚酰胺,也就是诞生于杜邦公司的尼龙。

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