“不粘锅”与“塑料王”

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  现在的厨具市场上,有一种很时髦的商品,那就是不粘锅。它的问世给我们的生活带来了很大的方便。人们可以不必担心煮肉时一不小心就会烧焦,也不必担心煎鱼时鱼片会粘在锅壁上——当然也有报导说不粘锅对人体有不良作用。从外观看,不粘锅与普通锅没有什么区别,那它怎么会具有如此神奇的功能呢?
  原来,不粘锅是在锅的内表面多涂了一层叫作“特氟隆”的东西。特氟隆是商品名,又称氟塑,聚四氟乙烯就是特氟隆家族中最先被发现的成员。聚四氟乙烯不吸潮、不会燃烧,对氧和紫外线稳定,在各种气候条件下也不会发生什么变化。它还有良好的电学性能和耐辐射性能。而耐腐蚀的本领更是出众,直到现在人们还没有发现任何一种溶剂能够把它溶解。就是腐蚀性最强的“王水”(浓盐酸和浓硝酸体积比1 ∶ 3的混合物),虽然可以腐蚀金和铂,但对它也无能为力。因为如此,原子能工业中的强腐蚀剂五氟化铀也终于找到了栖身之所。正是这些特点它博得了“塑料王”的美誉。
  这个赫赫有名的塑料之王,是怎样被发现的呢?这要从1938年说起。美国杜邦公司新泽西州实验室里,年轻化学家普隆基特正在研究改进公司生产的氟利昂制冷剂的方法。实验中,他需要用到四氟乙烯。但是四氟乙烯的沸点很低,不能在常温下保存。普隆基特便把制得的四氟乙烯贮存在钢瓶里,再把钢瓶放在冷藏箱中,箱内四周放满了干冰(固体二氧化碳,用作冷冻剂)。然而当普隆基特从冷藏箱中取出贮存四氟乙烯的钢瓶,接通钢瓶和反应器之间的管道,想把四氟乙烯气体输送到反应器中时,他发现,钢瓶上的气压表显示的气体压力是零,而管道流量计上也没有指示有四氟乙烯气体通到反应器中。那么,钢瓶中的四氟乙烯气体究竟到哪里去了呢?普隆基特掂了掂钢瓶,很奇怪,钢瓶的重量似乎没有减少。
  普隆基特决心探究明白。他放倒钢瓶不断敲打,最后终于从钢瓶中倒出了少量白色粉末。他认为可能是钢瓶中原来所存在的其他残留物。随后,一不做,二不休,他干脆用锯把钢瓶锯开,此时真相大白,原来钢瓶内壁附满一层白色蜡状的固体物质。
  根据质量守恒定律,普隆基特推断,这种新的固体物质,很可能是由四氟乙烯变化而成的。然而,当时化学界却流行着一种错误的观点——全氟烯烃不可能发生聚合,只有含氟烯烃单体分子上至少存在一个氢原子或一个非氟卤原子(氯、溴、碘)时才能发生聚合反应。按此错误的理论,钢瓶中的物质不可能是四氟乙烯的聚合体。
  面对这样的情景,普隆基特决心用实验来揭开这个谜底。他又将四氟乙烯小心地装到钢瓶中,并置于干冰里,结果如上次情况一样,得到许多白色固体。对产品化验分析,证明其中不含氯,只含有48.4%的氟。
  普隆基特又进行了多次同样实验,都得到了同一现象。他发现,要使四氟乙烯聚合成聚四氟乙烯,必须满足两个外界条件:一是反应要在加压下进行;二是需要有氧气存在。而钢瓶中恰恰符合这两个条件,四氟乙烯气体是被压缩到钢瓶中的;而钢瓶中有可能存在着残留的氧气。正是这个认识为聚四氟乙烯投入工业生产打下了基础。
  普隆基特获得成功后,于1941年以专利的形式将聚四氟乙烯的合成研究成果公布于世。聚四氟乙烯这种塑料之王就是这样问世的。
  “塑料王”虽然有许多优良性能,但对其产品加工开发却异常困难。杜邦公司另一位化学家戈尔继续了普隆基特的工作,并在开发聚四氟乙烯产品中进行了开拓性研究。
  最初戈尔想用聚四氟乙烯制造电缆的包敷涂层,由于聚四氟乙烯熔点很高,需要323℃才熔化,结果多次实验惨遭失败。后来戈尔将电缆夹在两条聚四氟乙烯带中间,用黏合剂将两条带边缘黏合起来,巧妙地制成了聚四氟乙烯电缆。
  当时,正值二战爆发初期,军事上迫切需要性能良好的材料,这促进了对聚四氟乙烯的应用研究,使聚四氟乙烯很快用于战舰、飞机、雷达设备的电路绝缘,以及原子反应堆和原子弹耐化学腐蚀的密封垫圈等,此时,这个塑料之王终于显出了王者的风范。
  聚四氟乙烯会有这么多的优良性能还得从其分子结构说起。乙烯(CH2=CH2)分子中所有的氢原子被氟原子所取代,就变成了四氟乙烯分子(CF2=CF2),而四氟乙烯分子“手拉手”连接就形成了聚四氟乙烯。在分子中,氟原子跟碳原子结合得十分牢固,氟原子的大小恰好能在碳原子长链的表面形成一个紧密的保护层,保护着碳原子长链不受外来因素的侵袭。这种稳定结构,具有很大的惰性,难以再跟其他物质分子结合。
  如今的聚四氟乙烯,已广泛应用于化学工业、机械加工、食品工业、医药工业、电器工业和超低温等研究领域。例如,它既耐低温又耐高温,可做宇宙服的涂层、高温输液管道、液氢输送管道及配件;它耐腐蚀,可用于制作化工生产的反应罐、防腐衬里、蓄电池外壳等。
  编辑/姚晟
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