裡奧·貝克蘭發明第一種塑料——電木的故事

2021-01-08 化學者

1899年,相紙的發明已經使裡奧·貝克蘭(Leo Baekeland)變得富有。在紐約揚克斯莊園,他維護了一個家庭實驗室,他和他的助手參與了許多項目的研究。

與當時的其他科學家一樣,裡奧·貝克蘭和他的助手了解到了酚醛樹脂的潛力。化學文獻包括數十年前德國化學家阿道夫·馮·拜爾和他的學生沃納·克萊伯格撰寫的報告。馮·拜爾(Von Baeyer)報告說,當他將一種常見的消毒劑苯酚與甲醛混合時,會形成一種堅硬的不溶性物質,破壞了他的實驗室設備,因為一旦形成,就無法去除。克利堡(Kleeburg)報告了類似的經歷,他將這種物質描述為一種堅硬的無定形物質,難溶且不溶,因此很少使用。

合成樹脂樣品

1902年,德國化學家阿道夫·魯夫特(Adolf Luft)為通過改性Kleeburg的成分製成的樹脂申請了專利,以期使其能夠與賽璐璐商業競爭。至少有七位其他科學家嘗試了苯酚和甲醛的組合,以試圖製造出商業上可行的塑料,但是沒有人能夠創造出有用的產品。

為了利用自然產生的蟲膠(用於在20世紀初期對電纜進行絕緣)的短缺,Baekeland和Thurlow以及其他一些研究人員正在嘗試使用可溶性樹脂。(紫膠是由東亞紫膠蟲分泌的一種樹脂製成的;它是通過勞動密集型工藝從這些昆蟲所居住的樹木上刮下硬化的沉積物而收穫的。)最終,他們開發出了一種酚醛紫膠,稱為諾沃拉克,但這不是商業上的成功。到1907初夏,貝克蘭(Baekeland)將他的工作重點從試圖製造木器塗料轉變為試圖通過實際上用合成樹脂浸漬來增強木材的強度。

塑料管道製品

1907年6月18日,貝克蘭(Baekeland)開始製作一個新的實驗。他的筆記本(現在在史密森尼國家歷史博物館的檔案中心),記錄了他將苯酚和甲醛混合物應用於各種木材的測試結果。其中,第二天的實驗說明:

所有這些測試均在濃縮臥式蒸煮器中進行,並且設備相當緊湊。儘管已經滲出的一小部分口香糖非常堅硬,但木頭塊的表面並不硬。我開始認為甲醛會在其起作用之前就蒸發掉,並且正確的方法是將黏性液體浸漬,該黏性液體是通過將甲醛HCHO和苯酚C 6 H 5 OH一起煮沸而無需催化劑而得到的。為了確定這可能達到的程度,我在密封罐中加熱了一部分這種液體,以確定是否進一步分離出。或這僅僅是硬酚膠中酚的過量溶液,那麼通過簡單的露天蒸發,我將能夠完成固化,而在密閉的密封管中則不會成功。

我還加熱了一個充滿石棉纖維和液體混合物的開口管。還有一個用石棉纖維和液體的混合物夯實的密封管。一切都在140°C -159°C下加熱4小時。

日常生活塑料製品

1909年2月,貝克蘭(Baekeland)在美國化學會紐約分會的演講中首次公開宣布了他的發明。他說,先前的反應導致了緩慢的過程和易碎的產品。然後他通過使用少量的鹼,成功地製備了固體初始縮合產物,其性質極大地簡化了所有操作過程。

貝克蘭(Baekeland)在該領域的第一項專利已於1906年獲得授權。他總共獲得了400多個與電木的製造和應用相關的專利。他在實驗室開始半商業化生產,1910年,當日產量達到180升(其中絕大部分用於電絕緣體)時,他成立了一家美國公司,以製造和銷售他的新型工業材料。到1930年,電木木公司在新澤西州的邦德布魯克佔領了128英畝的工廠。

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