1999年3月29日的美国时代周刊评出了20名在20世纪里...

1999年3月29日的美国《时代》周刊评出了20名在20世纪里最具影响力的科学家和思想家，其中唯一一名化学家就是贝克兰（Ｌ．Ｂａｅｋｅｌａｎｄ），显然这是因为在20世纪的化学领域里，对人类影响最大的莫过于出现了塑料及其他合成高分子材料，而贝克兰又是有史以来第一位用简单分子合成塑料的人。这一成功标志着人类使用的材料，从此开始由单一的天然产物，进入到广泛使用合成高分子材料的新时代。

从天然树脂到合成树脂

一些树木的分泌物常会形成树脂，不过琥珀却是树脂的化石，虫胶虽然也被看成树脂，但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆，最初只用作木材的防腐剂，但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后，天然产物已无法满足电气化的需要，促使人们不得不寻找新的廉价代用品。

早在1872年德国化学家拜耳（Ａ．Ｂａｙｅｒ）首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物，但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后，苯酚已经能从煤焦油中大量获得，甲醛也作为防腐剂大量生产，因此二者的反应产物更加引人关注，希望开发出有用的产品，尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动，但都没有达到预期结果。1904年，贝克兰和他的助手也开展这项研究，最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆，经过三年的艰苦努力，终于在1907年的夏天，不仅制出了绝缘漆，而且还制出了真正的合成可塑性材料——Ｂａｋｅｌｉｔｅ，它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。

Ｂａｋｅｌｉｔｅ一经问世，很快厂商发现，它不但可以制造多种电绝缘品，而且还能制日用品，爱迪生（Ｔ．Ｅｄｉｓｏｎ）用于制造唱片，不久又在广告中宣称：已经用Ｂａｋｅｌｉｔｅ制出上千种产品，于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”?BR>以煤焦油为原粒的酚醛树脂，在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首，每年达20多万吨，但此后随着石油化工的发展，聚合型的合成树脂如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大，随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立，它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂，通过各种成型方法即得到塑料制品，到今天塑料的品种有几十种，世界年产量在1．2亿吨左右，我国也在500万吨以上，它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。

“树脂”与“塑料”

塑料是由树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂所组成的，它的主要成分是树脂。树脂就是指还没有跟各种添加剂混合的高聚物。有时这两个名词也常混用、因为有些塑料基本上是由合成树脂所组成的，不含或少含其他添加剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。

第一种人工合成的塑料--酚醛塑料

20世纪初，随着电力和电器工业的发展，需要使用大量有绝缘性能的材料。当时应用最广的是虫胶，它是一种漆片，是从东南亚产的一种叫做紫胶虫的昆虫中分泌出来的淡黄色天然树脂，可以用它制造成各种绝缘材料。

由于虫胶制品与传统的陶瓷绝缘材料相比，有其独特的优点，即陶瓷的绝缘性能虽好，但很容易破碎，虫胶绝缘材料则不会破损。因此，全世界对虫胶的需求量与日俱增。可是，令人头痛的是：为了生产0.45千克虫胶，竟然需要15万个紫胶虫在将近6个月的时间才能分泌出来。而在当时，世界上虫胶的消耗量已相当可观，仅仅以美国的统计为例，每年就要消耗45万千克虫胶，也就是说每年要有1500亿个紫胶虫在分泌树脂。

对于这样一种笨拙的生产绝缘材料的方法，化学家岂能熟视无睹，不加以改进呢？1907年，比利时化学家贝克兰德认识到了寻找虫胶代用品的经济价值。但究竟如何下手呢？对于训练有素的化学家来说，他一开始就想到，有没有人已经做过这类研究？也就是说，他应该查一查文献，有没有前人的经验可以借鉴，即使没有成功的经验，那些失败的教训也是一种宝贵的财富。

贝克兰德从文献上看到，早在1872年，德国著名的有机化学家、合成染料工业的奠基人--拜耳曾经做过这样的研究：把通常做消毒用的石炭酸（即苯酚）跟医学和生物学上防腐用的福尔马林（即甲醛）混合起来，便生成了一种树脂状的物质。将这种物质加热，它会发泡并产生恶臭。待这种物质重新冷却以后，

又会凝固。变成坚硬而多孔的不溶于水的灰色固体。

做完这一研究以后，拜耳便认为这种树脂状物质在工业和应用上毫无价值。他特别考虑到，这种物质不溶于水，会牢牢地附着在反应容器的器壁上，很难取下来，也不好清洗，是一种难以生产的产品。因此，拜耳就放弃了这项研究，唯一留给世人的只有在文献中的那一段描述。

我们不难看出，拜耳并没有从自己的研究中获得宝贵的材料，而是轻易地让这种宝贵的材料从自己的眼皮底下溜走了，这不能不认为是19世纪德国有机化学界的一大憾事。

看到了拜耳等人的文献，贝克兰德却并不认为这种被拜耳废弃的物质是毫无工业价值的，他决心重新打开这扇探索的大门，开发虫胶的代用品。

贝克兰凭着直觉意识到，这种树脂的难溶不熔的特性可能具有很高的实用价值。耐磨、抗腐蚀，正是他要寻找的虫胶代用品的基本要求。1907年，贝克兰德重复前人关于苯酚甲醛树脂的研究工作，开发这种树脂的用途。

他在重复前人工作的基础上，深人研究了苯酚与甲醛的反应，得到了两种不同的树脂：一种树脂具有可溶可熔的性质，能作虫胶代用品；另一种是不溶不熔的树脂。他改进了前人的技术，达到了可以模塑的水平，这就是他发明的酚醛塑料。

贝克兰德合成这种物质所用的原料和拜耳一样，也是苯酚和甲醛，只是改变了反应的条件，如反应的温度、压力等。他设计的反应设备也比拜耳新颖得多，这些便是贝克兰德获得成功的关键。

如果把酚醛树脂放在模具中，在冷却以后就可以铸造成各种形状的坚硬固体，这种固体能精确地重现模具的轮廓。如果将酚醛树脂跟锯木屑混合在一起，也可以铸造成各种形状的制品，这种材料被称为电木。如果添加了各种颜色的着色材料，电木就更加丰富多彩了。

酚醛树脂和电木是一种优良的绝缘材料，比虫胶的性能更好。它们有足够的强度和硬度，而且密度很小，是一种轻型材料。酚醛树脂和电木不但可以铸造成型，还可以像金属那样用机床进行机械加工，做成所需形状。酚醛树脂和电木对于热、酸、气候变化不敏感，因此性质很稳定。生产这种绝缘材料的最大优点是原料很便宜，苯酚是从廉价的煤焦油中提炼出来的；制造甲醛的原料是煤。

酚醛塑料可以用作电器上的旋钮和按键、电灯插座、电器插头、线圈盘、电闸和配电盘，以及各种仪器、仪表和照相机的外壳。

贝克兰德研究酚醛树脂持续5年之久，先后获得过100多项专利，他的科研成果引起了化学和化学工业中一场不小的变革，他本人也成为世界上第一次用人工方法合成高分子化合物的科学家。

贝克兰德的发明不仅给我们带来了如此有用的材料，更重要的是他激起了人们对合成高分子的热情。从那以后，形形色色的合成高分子材料就不断被发明出来。

塑料

也许是因为塑料制品在日常生活中太普遍了，大家对塑料一词熟悉得不能再熟悉了。从字面上理解，塑料指所有可以塑造的材料。但我们所说的塑料，单指人造塑料，也就是用人工方法合成的高分子物质。其实，正是因为有了这种物质，才有了塑料一词。

大家知道，在纤维素中的部分羟基被硝化后会得到焦木素。焦木素溶于乙醇和乙醚的混合物，再加入樟脑等蒸发后会得到一种物质，它受热后变软，冷却后变硬，这种物质被称为“赛璐珞”。它就是于1865年问世的首批人造塑料。

使塑料从化学实验室中的珍品一跃而成为公众关注的对象，是塑料被引入台球室这一戏剧性事件引发的。以前的台球是用象牙做的，象牙只能来源于死了的大象，数量自然非常有限。19世纪60年代初，有人悬赏1万美元征求台球的最好代用品。1869年，美国的海厄特利用“赛璐珞”制出了廉价台球，从而赢得了这笔奖金。从此，赛璐珞被用来制造各种物品，从儿童玩具到衬衫领子中都有赛璐珞。它还用来做胶状银化合物的片基，这就是第一张实用照相底片。但是由于赛璐珞中含硝基，极易着火而引起火灾。

赛璐珞是由纤维素制成的。因此，它仍然属于天然高分子化合物。到1909年，人们已能用小分子合成塑料。美国的贝克兰德把苯酚和甲醛放在一起加热得到的酚醛树脂，被称为贝克兰德塑料。酚醛树脂也是通过缩合反应制备的。到了20世纪30年代，人们发现乙烯在高温高压下能形成很长的链。这是因为乙烯中两个碳原子间的双键在高温下有一个键会打开并与相邻分子连接，这样多次重复，就形成了聚乙烯。聚乙烯是一种石蜡状物质，像石蜡一样，呈暗白色，有滑腻感，对电绝缘而且防水，但比石蜡更坚固柔软。