現(xiàn)在的廚具市場上,有一種很時(shí)髦的商品,那就是不粘鍋。它的問世給我們的生活帶來了很大的方便。人們可以不必?fù)?dān)心煮肉時(shí)一不小心就會燒焦,也不必?fù)?dān)心煎魚時(shí)魚片會粘在鍋壁上——當(dāng)然也有報(bào)導(dǎo)說不粘鍋對人體有不良作用。從外觀看,不粘鍋與普通鍋沒有什么區(qū)別,那它怎么會具有如此神奇的功能呢?
原來,不粘鍋是在鍋的內(nèi)表面多涂了一層叫作“特氟隆”的東西。特氟隆是商品名,又稱氟塑,聚四氟乙烯就是特氟隆家族中最先被發(fā)現(xiàn)的成員。聚四氟乙烯不吸潮、不會燃燒,對氧和紫外線穩(wěn)定,在各種氣候條件下也不會發(fā)生什么變化。它還有良好的電學(xué)性能和耐輻射性能。而耐腐蝕的本領(lǐng)更是出眾,直到現(xiàn)在人們還沒有發(fā)現(xiàn)任何一種溶劑能夠把它溶解。就是腐蝕性最強(qiáng)的“王水”(濃鹽酸和濃硝酸體積比1 ∶ 3的混合物),雖然可以腐蝕金和鉑,但對它也無能為力。因?yàn)槿绱耍幽芄I(yè)中的強(qiáng)腐蝕劑五氟化鈾也終于找到了棲身之所。正是這些特點(diǎn)它博得了“塑料王”的美譽(yù)。
這個(gè)赫赫有名的塑料之王,是怎樣被發(fā)現(xiàn)的呢?這要從1938年說起。美國杜邦公司新澤西州實(shí)驗(yàn)室里,年輕化學(xué)家普隆基特正在研究改進(jìn)公司生產(chǎn)的氟利昂制冷劑的方法。實(shí)驗(yàn)中,他需要用到四氟乙烯。但是四氟乙烯的沸點(diǎn)很低,不能在常溫下保存。普隆基特便把制得的四氟乙烯貯存在鋼瓶里,再把鋼瓶放在冷藏箱中,箱內(nèi)四周放滿了干冰L5bjCosO7axRoRq4O4Mari0RWopcKoyDd3Pwron+bV0=(固體二氧化碳,用作冷凍劑)。然而當(dāng)普隆基特從冷藏箱中取出貯存四氟乙烯的鋼瓶,接通鋼瓶和反應(yīng)器之間的管道,想把四氟乙烯氣體輸送到反應(yīng)器中時(shí),他發(fā)現(xiàn),鋼瓶上的氣壓表顯示的氣體壓力是零,而管道流量計(jì)上也沒有指示有四氟乙烯氣體通到反應(yīng)器中。那么,鋼瓶中的四氟乙烯氣體究竟到哪里去了呢?普隆基特掂了掂鋼瓶,很奇怪,鋼瓶的重量似乎沒有減少。
普隆基特決心探究明白。他放倒鋼瓶不斷敲打,最后終于從鋼瓶中倒出了少量白色粉末。他認(rèn)為可能是鋼瓶中原來所存在的其他殘留物。隨后,一不做,二不休,他干脆用鋸把鋼瓶鋸開,此時(shí)真相大白,原來鋼瓶內(nèi)壁附滿一層白色蠟狀的固體物質(zhì)。
根據(jù)質(zhì)量守恒定律,普隆基特推斷,這種新的固體物質(zhì),很可能是由四氟乙烯變化而成的。然而,當(dāng)時(shí)化學(xué)界卻流行著一種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)——全氟烯烴不可能發(fā)生聚合,只有含氟烯烴單體分子上至少存在一個(gè)氫原子或一個(gè)非氟鹵原子(氯、溴、碘)時(shí)才能發(fā)生聚合反應(yīng)。按此錯(cuò)誤的理論,鋼瓶中的物質(zhì)不可能是四氟乙烯的聚合體。
面對這樣的情景,普隆基特決心用實(shí)驗(yàn)來揭開這個(gè)謎底。他又將四氟乙烯小心地裝到鋼瓶中,并置于干冰里,結(jié)果如上次情況一樣,得到許多白色固體。對產(chǎn)品化驗(yàn)分析,證明其中不含氯,只含有48.4%的氟。
普隆基特又進(jìn)行了多次同樣實(shí)驗(yàn),都得到了同一現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn),要使四氟乙烯聚合成聚四氟乙烯,必須滿足兩個(gè)外界條件:一是反應(yīng)要在加壓下進(jìn)行;二是需要有氧氣存在。而鋼瓶中恰恰符合這兩個(gè)條件,四氟乙烯氣體是被壓縮到鋼瓶中的;而鋼瓶中有可能存在著殘留的氧氣。正是這個(gè)認(rèn)識為聚四氟乙烯投入工業(yè)生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。
普隆基特獲得成功后,于1941年以專利的形式將聚四氟乙烯的合成研究成果公布于世。聚四氟乙烯這種塑料之王就是這樣問世的。
“塑料王”雖然有許多優(yōu)良性能,但對其產(chǎn)品加工開發(fā)卻異常困難。杜邦公司另一位化學(xué)家戈?duì)柪^續(xù)了普隆基特的工作,并在開發(fā)聚四氟乙烯產(chǎn)品中進(jìn)行了開拓性研究。
最初戈?duì)栂胗镁鬯姆蚁┲圃祀娎|的包敷涂層,由于聚四氟乙烯熔點(diǎn)很高,需要323℃才熔化,結(jié)果多次實(shí)驗(yàn)慘遭失敗。后來戈?duì)枌㈦娎|夾在兩條聚四氟乙烯帶中間,用黏合劑將兩條帶邊緣黏合起來,巧妙地制成了聚四氟乙烯電纜。
當(dāng)時(shí),正值二戰(zhàn)爆發(fā)初期,軍事上迫切需要性能良好的材料,這促進(jìn)了對聚四氟乙烯的應(yīng)用研究,使聚四氟乙烯很快用于戰(zhàn)艦、飛機(jī)、雷達(dá)設(shè)備的電路絕緣,以及原子反應(yīng)堆和原子彈耐化學(xué)腐蝕的密封墊圈等,此時(shí),這個(gè)塑料之王終于顯出了王者的風(fēng)范。
聚四氟乙烯會有這么多的優(yōu)良性能還得從其分子結(jié)構(gòu)說起。乙烯(CH2=CH2)分子中所有的氫原子被氟原子所取代,就變成了四氟乙烯分子(CF2=CF2),而四氟乙烯分子“手拉手”連接就形成了聚四氟乙烯。在分子中,氟原子跟碳原子結(jié)合得十分牢固,氟原子的大小恰好能在碳原子長鏈的表面形成一個(gè)緊密的保護(hù)層,保護(hù)著碳原子長鏈不受外來因素的侵襲。這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu),具有很大的惰性,難以再跟其他物質(zhì)分子結(jié)合。
如今的聚四氟乙烯,已廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、機(jī)械加工、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、電器工業(yè)和超低溫等研究領(lǐng)域。例如,它既耐低溫又耐高溫,可做宇宙服的涂層、高溫輸液管道、液氫輸送管道及配件;它耐腐蝕,可用于制作化工生產(chǎn)的反應(yīng)罐、防腐襯里、蓄電池外殼等。
編輯/姚晟