杜邦工程塑料尼龙塑料的历史

杜邦从雅克·布兰登伯格 (Jacques Brandenberger) 创立的法国公司那里获得了玻璃纸的权利，从而涉足了纤维素业务。尽管玻璃纸具有创新性，但它的防潮层较差，

这一缺陷在 1927 年由杜邦的 William Hale Charch 解决。同年，杜邦开始了一项资助材料科学纯研究的计划。这与迄今为止的公司参与科学研究的方式背道而驰。

 

在美国，创新通常来自私营企业家或学术界，然后通过技术转让、收购或许可被制造公司采用。为了支持这种材料开发的新方法，华莱士卡罗瑟斯被哈佛聘用，

并于 1928 年 2 月上旬加入了杜邦在实验站的纯研究工作。

 

Carothers 在整个学校学习期间一直专注于化学，并成为一名讲师，先是在伊利诺伊大学工作了两年，然后是哈佛大学。

在 Carothers 获得大学位的同时，Hermann Staudinger 正在推进他当时有争议的理论，即橡胶和纤维素等聚合物实际上是由很大尺寸的单个分子组成的。

他于 1920 年先提出这一点，并于 1922 年进一步发表了该主题，创造了大分子一词。

 

Staudinger 的想法与关于聚合物性质的传统观点相冲突。1926 年，当施陶丁格接任他将在德国弗莱堡大学担任余下职业生涯的职位时，

他的前任建议他放弃超大分子的想法，声称分子量更大的分子超过 5000 不存在，无法合成。正如我们之前所指出的，突破性的想法经常会发生变化，

而历史上公认的创新者往往是那些解决难题的人。

 

尼龙”这个名字源于寻找一种可以生产“不跑”丝袜的纤维。

聚合物这个词的使用，以及它们可以合成的想法，可以追溯到法国化学家 Marcellin Berthelot，他使用硫酸等催化剂促进与乙烯和丙烯等低沸点化合物的反应，从而创造出更长的时间。

 -链烃，他称之为聚乙烯。这些分子的分子量仍然相对较低，可能略高于 200 克/摩尔。后来，德国化学家埃米尔·费舍尔（Emil Fischer）创造了一种分子量为 4200 的材料，

传统观点认为这是实用上限。

聚合物一词的使用以及它们可以合成的想法可以追溯到 Marcellin Berthelot。

但施陶丁格是无情的。1920 年代，Staudinger 与有名物理学家 Gustav Mie 合作发现了聚甲醛 (POM)，也称为缩醛。尽管由于热稳定性问题，

POM 在接下来的 30 年内不会商业化，但 Staudinger 能够证明由这种聚合物形成的晶体的尺寸比单个分子小得多。此外，Staudinger 和 Mie 能够用他们创造的合成材料生产纤维，

这表明这些材料可以提供天然纤维的替代品。

 

Wallace Carothers 是关注施陶丁格作品的人之一。Carothers 和他的团队的任务是制造可以以纤维形式使用的合成材料，他们在特拉华州威尔明顿的一个实验室工作，

该实验室后来被称为 Purity Hall，目标是创造一种具有分子量超过4200。基础研究的纯度没有持续多久。到 1929 年底，Carothers 合成高分子量材料的努力没有其他表现，

他的直接BOSS开始要求一些可以商业化的实际成果。他不必等太久。

 

1930 年初，在研究基于乙炔的化合物时，Carothers 团队的成员 Arnold M. Collins 分离出液体化合物氯丁二烯，主要是氯化丁二烯。在另一个意外发现的例子中，

柯林斯将未知物质搁置了一段时间，当他回到试管时，发现物质凝结成固体，掉落时会弹起。氯丁二烯液体自发聚合成聚氯丁二烯，是一种真正意义上的合成橡胶。

当通过硫化交联时，它成为一种有用的材料，与天然橡胶相比，它具有更好的耐候性和耐油脂性和耐油性。今天，这种材料在作为 Duprene 出售几年后通常被称为氯丁橡胶。

 

氯丁橡胶是通过自由基加成聚合产生的，这是一种相对容易进行的反应。但它不能变成纤维。用于开发合成纤维的化学过程采用缩合反应，这是一个更具挑战性的控制过程，

因为它会产生阻碍聚合过程的副产物。这些发展始于 Carothers 团队另一名成员 Julian Hill 的努力。

在合成聚氯丁二烯的同一年，希尔终于打破了分子量障碍，将双官能酸与双官能醇（一种乙二醇）反应，生产出平均分子量为 12,000 克/摩尔的聚酯。冷拔工艺将有助于开发尼龙。

为了证实 Staudinger 的理论，Carothers 观察到随着分子量的增加，机械性能得到改善，尤其是延展性，这表现为在不破坏纤维的情况下显着拉伸纤维的能力。这允许冷拔过程。

但是希尔创造的聚酯与我们今天使用的聚酯类型不同。他的材料太溶于水而不能洗涤，而且熔点太低，无法熨烫由纤维制成的织物。

 

作为一种真正的工程热塑性塑料，尼龙的用途已经从女装扩展到结构和半结构汽车部件，例如前端模块。（照片：巴斯夫）

然而，冷拔过程将有助于开发五年后的解决方案。在将制造合成纤维的努力搁置一段时间后，Carothers 在 1934 年又回到了这个问题上，用双官能胺代替了乙二醇。

同年，Carothers 团队的另一名成员 Donald Coffman 创造了一种基于氨基化学的纤维，解决了与聚酯相关的所有缺点。

但是反应的化学过程很复杂，Carothers 和他的团队尝试了不同的变化。一年之内，他们将领域缩小到两种选择，尼龙 5/10 和尼龙 6/6。Carothers 更喜欢尼龙 5/10，

但选择了尼龙 6/6，因为它更容易从苯制备中间体，苯易于获得。

 

这种材料被称为 Fiber 66，并迅速从几磅扩大到 2000 磅。 Paul Flory 是一位物理化学家，后来因其在聚合物方面的工作而获得诺贝尔奖，

他通过开发一种稳定聚合物的策略来协助该计划棘手的缩合反应。Carothers 自己开发了一个方程，该方程描述了单体转化为聚合物的程度与该聚合物的后来分子量之间的关系。

1938 年，杜邦开始在特拉华州建造一家工厂，该工厂可生产 1200 万磅尼龙纤维。Carothers 其他不会看到这一成就。

1937 年 4 月 29 日，他一生大部分时间都深受抑郁症的困扰，因摄入氰化物在费城死亡。

1938 年，杜邦开始在特拉华州建造一家工厂，该工厂可生产 1200 万磅尼龙纤维。

Carothers 和他的团队开发的聚合物是一大类聚酰胺中的一种，该术语恰当地用于描述这些材料。有许多关于尼龙这个词作为聚合物描述的起源的虚构故事。

今天，命名过程可能会移交给一家广告公司，该公司将收取八位数的费用。但这似乎是一个相对笨拙的过程，由杜邦化学部门的主要人推动，他们收到了数百份提案，

后来以“norun”一词开始，然后通过几个语言步骤慢慢演变为尼龙。

 

十年的生产是纤维，首先用于丝袜，然后在第二次世上大战期间用于降落伞、轮胎帘布、防弹衣和蚊帐，然后回到 1945 年的时装业。

但这些特性很容易适应其他类型的熔体加工，如注塑和挤出，成为一种真正的工程热塑性塑料。