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创新者 利奥·贝克兰德:塑料缔造者

来源:球王会官方网址  作者:球王会官网登录  2022-09-30 01:00:32

  塑料发明至今仍旧在不断改变着世界。当塑料应用大放异彩的时候,人们才发现这项馈赠所带来的代价是沉痛的。

  塑料与合成橡胶、合成纤维合称为现代三大合成材料,至今已有百年历史。自从第一个塑料制品出现之后,这种特殊的化工产品就成为了许多日常生活用品的制作原料。大到家用电器,小到普通玩件、儿童玩具,塑料的身影在人们的生活中可以说是无处不在。

  1999年,美国《科学》杂志进行“20世纪改变人类生活的20项科学发现”的评选,美籍比利时化学家——利奥·贝克兰德(Leo Baekeland)发明的塑料位列其中。

  19世纪50年代,摄影师亚历山大·帕克斯在暗房里的实验导致了最初的塑料产生。它是胶棉与樟脑混合后产生的一种可弯曲的硬材料。帕克斯称其为“帕克辛”,这是一种热塑性塑料,由纤维素制成,同时也是一种生物基塑料。之后,帕克斯用该材料制作出梳子、笔、钮扣等各类物品,并且参展了1862年的伦敦世博会,获得了铜奖,这便是最早的塑料。

  然而缺乏商业意识的帕克斯却把商机留给了一位美国印刷工人约翰·卫斯里·海厄特。当时台球在美国已是一种非常盛行的娱乐活动,但台球的制作材料来自于象牙,而且随着非洲大象的不断减少,制作台球的原料也越来越难获得,于是在1860年,美国一家工厂的老板悬赏1万美元来征求制造台球用的象牙替代品。

  高额的悬赏让很多人都跃跃欲试。1869年,海厄特经过多次试验,改进制造工序,把焦木素(纤维素二硝酸酯的俗名)和少量的樟脑及乙醇混合在一起,在热压下制作成各种形状的制品。该混合物具有受热会软、受冷变硬的特性,外貌酷似象牙。海厄特就利用这种特性,制造出了廉价的台球,并将该混合物命名为“赛璐珞”(假象牙)。

  据说海厄特最后并没有去领取那1万美元的悬赏,而是利用该发明在1872年建立了一个生产赛璐珞的工厂,除用来生产台球外,还用来制作马车和汽车的风挡及电影胶片,从此开创了塑料工业的先河。1877年,英国也开始用赛璐珞生产假象牙和台球等塑料制品。

  “赛璐珞”是第一种用化学方法制成的塑料。也正是因为它的出现,人们造出了第一种实用的照相底片,后来“赛璐珞”塑料几乎成为电影工业的同义词。虽然早期的塑料也曾被广泛使用,但其容易着火的特性限制了它制造产品的范围。

  第一个真正意义上的塑料——“贝克莱特”(即酚酣塑料),出自利奥·贝克兰德之手。该材料是一种性能良好且耐高温的合成塑料,并在1909年获得了发明专利。幸运的是,他比英国同行詹姆斯·斯温伯恩爵士早一天提交了专利申请,否则酚醛塑料可能要叫作“斯温伯莱特”。

  1863年11月14日,利奥·贝克兰德出生于比利时根特的一个普通家庭,其父亲卡勒尔是一位鞋匠,他的母亲罗莎丽亚是一名佣人。贝克兰德的父亲一直反对他接受教育,母亲则认为贝克兰德有学习的天赋。事实也确实如此。1884年,21岁的贝克兰德就获得了根特大学的博士学位,24岁时就成为比利时布鲁日高等师范学院的物理和化学教授。

  在1889年,贝克兰德获得了一笔旅行奖学金,求知欲极强的他便去到美国开始了化学方面的研究,这也为他后期对塑料的发明创新打下了基础。

  最初,贝克兰德是在美国纽约为一家摄影供应商工作,也正是这种有利的环境使得他几年后发明了Velox照相纸,这种相纸不仅在阳光下可以显影,甚至在灯光下也可以显现。而他的这项发明也让他获得人生中的第一桶金。1898年,柯达以75万美元的价格购得Velox照相纸的专利权。掘得第一桶金之后,贝克兰德便买下纽约附近扬克斯的一座豪宅,并将一个谷仓改成设备齐全的私人实验室,甚至还与人合作建立了试验工厂。

  贝克兰德不仅在科研上有着过人的天赋,在经商上也有着敏锐的头脑。当时刚刚萌芽的电力工业蕴藏着绝缘材料的巨大市场,贝克兰德便嗅到了商机,几个世纪以来,天然的绝缘材料虫胶一直依靠南亚的家庭手工业生产,于是贝克兰德将寻找虫胶替代品作为第一个商业目标。

  1904年,利奥·贝克兰德开始研制能代替天然树脂的绝缘漆。在进行苯酚和甲醛的反应实验过程中,偶然发现生成一种黄色胶状物,粘在烧瓶内壁上,该物质不易冲洗,并且适当加热后会变得更加坚硬。凭借一名优秀科学家应有的洞察力,贝克兰德通过对苯酚与甲醛之间的反应的深入研究,终于在1907年的夏天有了新的发现——这种在一定的条件下生成一种不溶不熔的树脂,在其中加入木粉后,继续在高压下加热,变得柔软可塑,而且在其冷却变硬后,模塑的形状就被永远地保留下来了,这种树脂可以重复利用且不受周围环境影响。

  从此,贝克兰德这位商人发明家不仅建立了塑料王国,更是创造了巨大财富,年仅36岁的他就成为了百万富翁。

  作为科学家,贝克兰德可谓名利双收。酚醛树脂的问世,让人们制造出包括日用品等多种电绝缘品,甚至爱迪生也用它来制造唱片。一时间,贝克兰德的发明被誉为20世纪的“炼金术”,贝克兰德也被称为“现代塑料工业的奠基人”。他拥有超过100项专利,荣誉职位数不胜数。1944年,贝克兰德去世,一年后,美国的塑料年产量就超过40万吨,到1979年,甚至超过了工业时代的代表——钢。

  塑料的发明至今仍旧在不断改变着世界,其迅猛发展的背后,也带来了废弃塑料及垃圾废塑料引起的一系列社会问题。相关数据显示,全世界平均每秒钟就有一卡车的塑料垃圾被倒入海中,预计到2050年,海中的塑料数量将超过鱼类总量。全球每年用掉的塑料袋将多达5万亿个。

  当塑料应用大放异彩的时候,人们才发现这项馈赠所带来的代价是沉痛的。由于塑料的分子结构稳定,埋在地下200年也可能不会腐烂或降解,而且大量的塑料废弃物填埋在地下,会破坏土壤的通透性,使土壤板结,影响植物的生长。家畜误食了混入饲料或残留在野外的塑料,也会因消化道梗阻而死亡。对塑料进行燃烧又会释放大量有毒物质,给人类健康带来严重威胁。

  废塑料引发的“白色污染”不得不引起重视。2007年,国务院办公厅发布了《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,明确规定自2008年6月1日起“限塑”,通过提高使用成本的方式减少塑料制品使用量。2020年1月19日,国家发展改革委、生态环境部联合发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》,要求到2022年底,一次性塑料制品消费量明显减少,替代产品得到推广,塑料废弃物资源化能源化利用比例大幅提升。为进一步落实新“限塑令”,2020年7月,国家发展改革委、生态环境部、工业和信息化部等九部门又联合发布《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,详细界定禁、限塑管理的细化标准。

  除了限塑令,目前人类在想尽办法研究环保处理塑料废弃物的方法,大力开发无污染的可再生、可持续能源,既能满足当前发展需要,又不损害生态。比如2010年,法国的雷米·卢卡斯(RémyLucas)成立了Algopack,这是第一家将海藻用作生物质的生物塑料公司。海藻生物塑料在土壤中12周内和水中5小时内就可以完成生物降解。

  目前,很多国家都采取焚烧(热能源再生)或再加工制造(制品再生)的办法处理废弃塑料。虽然这两种办法能使废弃塑料得到再生利用,达到了节约资源的目的,但是由于废弃塑料在焚烧或再加工时会产生对人体有害的气体,且对环境污染严重,所以说废弃塑料的处理至今仍是环保工作中令人头疼的一大难题。

  一百多年前的“塑料之父”利奥·贝克兰德怎么也想不到,这项意外的发明给人们带极大便利的同时,也在给这个蓝色星球制造灾难。

  数字“1”代表着聚对苯二甲酸乙二醇酯,即PET。用途:主要用于矿泉水瓶、碳酸、果汁饮料瓶和酱油醋瓶等。

  数字“2”代表着高密度聚乙烯,即HDPE。用途:HDPE与其他塑料制成复合薄膜,还用于水产品。

  数字“3”代表着聚氯乙烯,即PVC。用途:用来制造静脉注射输液袋及一次性无菌输注器具。

  数字“4”是低密度聚乙烯,即LDPE。用途:大量用于包装,主要用于生产食品的保鲜膜和装食品的塑料袋。

  数字“5”是聚丙烯,即PP。用途:一是做容器,可做微波炉餐盒,二做是包装薄膜,常用于点心、面包、水果等的包装。

  数字“6”为聚苯乙烯,即PS。用途:PS在包装上主要加工成薄膜和泡沫塑料使用。薄膜用于水果、蔬菜的包装,泡沫塑料多用于碗装方便面盒和快餐盒等。

  数字“7”是聚碳酸酯,即PC或其他塑料。用途:PC材质制成塑料容器,使用时不要加热,也不要在阳光下直晒,否则可能会释放有毒的双酚A,温度愈高释放愈多,速度也愈快。


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