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塑料界都会犯的一个错误,尼龙不是一种材料而是一个“商标”——杜邦公司的传奇发明

小蜜 TK生物基材料 2022-05-01


本文作者:

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奥德拉·J·沃尔夫 

曾任 Roy Eddleman 研究所副所长和《Chemical Heritage》(现为 Distillations)的主编

1938 年,当尼龙首次进入公众视野时,尼龙被声称具有其他产品无法比拟的创新性。它的前身人造丝曾被吹捧为“人造丝绸”,这个词同时暗示着对于天然材料的模仿。

但是尼龙的诞生却被其制造商杜邦公司视为一种全新的人工合成物。作为第一种商业上可行的合成纤维,尼龙迎来了一场基于对舒适性、易用性和一次性加以追求的时尚革命。

尼龙因其强度、弹性、重量和抗霉性在了第二次世界大战得到了广泛应用 。在幕后,尼龙的发明也悄然改变了化学工业,证明聚合物的合成可以像其他化学产品一样被预测和设计。


今天,尼龙被应用在牙刷、地毯、球拍和吉他弦、外科缝合线、汽车零件,当然还有袜子——无处不在。


01尼龙——“创新性”的科学研究


杜邦公司 于 1920 年首次涉足人造纤维领域,当时它以 400 万美元收购了法国人造丝公司 Comptoir des Textiles Artificiels 60% 的股权。合并后的公司名为杜邦纤维公司,最终成为杜邦公司的人造丝部门。

尽管事实证明人造丝很受欢迎且有利可图,但杜邦公司在改善脆性纤维的质地和性能方面花费了大量资源——仅在1934 年,该公司就在人造丝研究上花费了 100 万美元。

1926 年 12 月,杜邦化学部主任 Charles MA Stine 向公司执行委员会发送了一份备忘录,暗示该委员会在错误的地方寻找创新。Stine 认为,与其投资于与人造丝或氨等现有产品直接相关的实际研究,杜邦公司更应该资助“纯科学的工作”。


这项工作将围绕“建立或发现新的科学对象”而不是执着于“将已有的科学发现更好地应用于性能改善”的研究。

Stine 的提议在工业界并不新鲜——通用电气和贝尔电话公司都经营着自己的研究实验室——但他坚持科学研究应该是“纯粹的”,“创新的”、不单纯以利润为导向的,这对于一家需要实际盈利的公司来说是一个相当激进的想法。

尽管如此,杜邦执行委员会于 1927 年 3 月还是批准了对Stine 提案稍加修改的版本。Stine每月获得 25,000 美元用于研究,并被告知可以聘请 25 名他能找到的最好的化学家。

该委员会还批准了建立一个新实验室的资金,该实验室很快被杜邦化学家称为“Purity Hall”。(纯粹科学实验室)

Stine 在吸引化学家加入杜邦方面遇到的困难比他预期的要大得多,这主要是因为学术科学家怀疑他们是否真的能够被允许在一个工业化环境中进行纯粹的科学研究。

然而,一年后,当他说服哈佛大学年轻的有机化学讲师Carothers(卡尔斯)加入杜邦时,他获得了意想不到的收获。

尼龙的发明者杜邦科学家:Carothers (卡尔斯

卡尔斯提议将他的研究集中在聚合方向上,聚合是单个短分子形成长链大分子的过程,在卡尔斯的开创性工作之前,大多数化学家合成聚合物很大程度取决于充满偶然性“配方”。

此外,人们对聚合物的性质知之甚少,一些研究人员确信聚合物树脂代表了复杂的系统结构,而其他人则主张由德国化学家赫尔曼·施陶丁格提出的长链分子理论。

卡尔斯希望通过利用已知反应性的小分子合成聚合物,来提供对施陶丁格长链分子理论的明确证明。

卡尔斯的成功几乎是立竿见影的。1930 年 4 月,卡尔斯小组的研究员 Julian W. Hill(希尔) 通过将二醇和二酸结合,生产出一种分子量超过 12,000 的长聚合酯——这是第一种“聚酯”。

希尔的聚酯纤维有一个非凡的特性:冷却后,细而脆的长丝可以被拉成原来长度四倍的弹性线。然而,杜邦研究人员很快意识到,这种第一种聚酯永远不会成为得到商业化应用,因为它的低熔点使得洗涤和熨烫变得不切实际。

在接下来的四年里,制造商业上可行的合成纤维的尝试受到低熔点和高水溶性这两个双重问题的阻碍。1934 年,杜邦公司新任化学主管 Elmer Bolton (博尔顿)敦促卡尔斯回到这个问题上来。

卡尔斯表示同意,但这次他将专注于聚酰胺(PA)而不是聚酯。

一年之内,卡尔斯小组的六名研究人员将这个领域缩小到两种可能性:聚酰胺 5,10,由五亚甲基二胺和癸二酸制成;和聚酰胺6,6,由六亚甲基二胺和己二酸制成。(分子以起始材料中的碳原子数命名)

尼龙66的合成

卡尔斯更喜欢聚酰胺 5,10,但博尔顿选择聚酰胺 6,6(就是日后最常用的尼龙66)因为中间体可以更容易地从苯制备,苯是一种易于获得的起始材料,源自煤焦油。

在实验室担任技术员的化学工程师约瑟夫·拉博夫斯基 (Joseph Labovsky) 后来回忆说,实验室工作人员正在将聚酰胺 6, 6的产量

“从 1 盎司放大到 1 磅、2 磅、50 磅、250 磅,最终达到 2,000 磅。(0.9t) ” 

Paul Flory 是一位年轻的物理化学家,后来因其在聚合物方面的工作而获得诺贝尔化学奖,他通过开发聚合反应动力学的数学模型帮助研究人员稳定反应。1938 年,杜邦开始在特拉华州西福德建造尼龙生产设施,每年可生产高达 1200 万磅(5440t)的合成纤维。

杜邦公司是时候向美国公众介绍尼龙了。


02尼龙66迅速占据纤维市场


尼龙的特性使其成为适合多种用途的理想材料,但杜邦很早就决定将重点放在一个单一的市场:女士全式袜子。

随着下衣在 1930 年代继续流行,丝绸和人造丝长袜已成为每个女人衣橱中越来越必要的一部分。


杜邦公司打造的巨型广告

美国女性平均每年购买八双丝袜,日本丝绸生产商每年的收入超过 7000 万美元。杜邦从未打算直接生产丝袜;相反,杜邦公司将向针织和销售袜子的工厂提供尼龙线。

根据 1941 年尼龙部门经理 Ernest Gladding 的说法,尼龙这个名字最初是“Nuron”,这不仅意味着新奇,而且巧妙地将“no run”拼写成倒退。

不幸的是,Nuron和其他密切相关的词造成了商标冲突,因此该部门提出了“Nilon”。而将i更改为y则消除了围绕发音的任何歧义,“尼龙”(nylon)于是诞生了。

杜邦公司随后决定不为该名称注册商标,而是希望鼓励消费者将尼龙视为一种通用的预先存在的材料,如木材或玻璃。

1949年,杜邦

1939 年 10 月,第一双限量版尼龙丝袜在特拉华州的威尔明顿开始销售。1940 年杜邦生产了 260 万磅尼龙,总销售额为 900 万美元;第二年,该公司售出价值 2500 万美元的尼龙纱线。

在尼龙面世后的两年内,杜邦公司就占据了 30% 的全式针织品市场。

但事实证明,美国女性享受的尼龙袜的自由是短暂的。

1941 年 11 月,随着第二次世界大战的不断加剧,杜邦将其尼龙生产从消费品转向军用生产,以替代日本丝绸:1940 年,杜邦 90% 的尼龙都用于长袜,但到 1942 年,几乎所有尼龙都用于降落伞和轮胎帘线。

尼龙最终将用于滑翔机拖绳、飞机油箱、防弹衣、鞋带、蚊帐和吊床。面对巨大的消费需求,尼龙不可避免地进入了黑市;在当时,曾有企业家从转手尼龙长袜中赚了 10万美元。

几乎在战争一结束,杜邦就重新开始生产尼龙消费品,第一批丝袜于 1945 年 9 月返回商店。在丝袜出现的每个地方,报纸都报道了“尼龙骚乱”,其中有数百,有时是数千名妇女排队以争夺有限的丝袜供应。

尼龙的时代

Labovsky 回忆说,在整个 1940 年代,需求一直如此之高,以至于杜邦要求其所有客户,无论账户有多大或有多大信誉,都必须提前付款:“需求如此之大. 我们必须确保需要尼龙的客户有钱购买。每个人都想要尼龙。”

一部分是为了满足市场需求,一部分是为了避免反垄断诉讼,杜邦最终在 1951 年授权了外部生产商生产尼龙。


03尼龙的“落寞”与重生



尼龙丝袜只是时尚革命的开始。廉价且色彩丰富的合成纤维有望带来一个易于护理、可洗可穿、一次性使用的未来。到 1950 年代,尼龙和其他合成纤维可以在内衣、袜子、衬裙、假皮草大衣、仿羊毛毛衣套装等等服饰中找到。

杜邦在开发他们的新产品方面非常成功,直到 1939 年,英国的 ICI 才获得生产尼龙纤维的许可证。

英国ICI 很快意识到他们需要一家经验丰富的纺织公司的专业知识,并与 Courtaulds 建立了合作伙伴关系,并于 1940 年 1 月创建了 British Nylon Spinners 的名称。但用于纺丝的尼龙聚合物和最初的挤出机械必须从美国进口。

1947 年,英国诺丁汉制造了第一条尼龙长袜

在 40 和 50 年代,尼龙成为享有盛誉的新材料,呈现给购买大众的形象是现代、卫生、科技的创新。1958 年,Bri-Nylon 商标名称成立。


BRI-NYLON 尼龙袜

到了1960 年代后期,合成材料已经大规模地进入大众市场——并由此而垮台。由于过度曝光,尼龙和涤纶似乎突然过时了,它们闪亮的光泽开始显得俗气。

而在雷切尔·卡森( Rachel Carson) 《寂静的春天》(首部描写环境危害的书籍 ) 和日益增长的环保运动之后,消费者开始转向天然纤维,尤其是棉花和羊毛。

1965 年合成纤维占世界纺织品产量的 63%;到 1970 年代初,这个数字下降到 45%。尽管合成纤维在 1990 年代重新流行起来,因为技术创新改善了它们的手感和性能,但合成纤维再也不会像 1950 年代和 1960 年代那样主导市场。

然而,尼龙仍然存在。我们可能不会经常穿着它,但在我们的家、办公室、休闲活动和交通工具中,其他种类的尼龙仍然围绕着我们。

尼龙的发现带来的聚合物革命给我们留下了一个塑料世界,我们的祖父母那一代是无法辨认的。

如今,全球制造商生产约 800 万磅尼龙,约占所有合成纤维的 12%。尼龙可能不再是杜邦最赚钱的产品,但它仍然是其最重要的发明之一。

而迈入21世纪,合成材料的生物基转型成为众多品牌的选择,由石油基聚乙烯转向生物基聚乙烯,由尼龙66转向生物基尼龙56,传统化工产品在一个追求可持续发展的年代爆发出全新的活力。



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