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哈佛大学“青椒”被杜邦公司挖走了:尼龙的故事 精选

已有 7476 次阅读 2019-8-7 09:37 |个人分类:科技与创新政策|系统分类:人物纪事| 工业科学家, 尼龙, 高分子


       卡罗瑟斯博士(W.H.Carothers,1896~1937),被杜邦公司从哈佛大学挖走了,从一个“青椒“学者变成为了工业化学家(industrial chemist)。卡罗瑟斯在杜邦公司做出了具有划时代意义的两个发明:合成橡胶氯丁橡胶和合成纤维尼龙。而且他对高分子化学这门科学的建立和发展也做出了杰出的贡献。

      卡罗瑟斯1924年在伊利诺斯大学获得博士学位,并留校任教;1926年,进入美国最著名的高等学府哈佛大学。

       1928年,杜邦公司实施一项"开创杜邦技术"的基础研究计划,经费是每年25万美元。发起和领导这项计划的是杜邦公司的化学研究部主任斯丁(C.M.A.Stine)博士。为了使计划能够顺利进行,斯丁主任开始在全美国物色网罗最优秀的化学家。

     他们物色到美国哈佛大学的年轻化学家卡罗瑟斯,那时他正在做高分子化学方面的理论研究。卡罗瑟斯向斯丁提出了三个条件,第一,建造新的实验室和配备助手;第二,研究课题不受限制,继续从事基础研究课题;第三,提高工资,哈佛的年薪是3500美元,到杜邦后,至少要提高到5000美元,以补偿他离开哈佛而失去的自由和稳定。这三个条件斯丁全部答应了。很快,公司专门为他建造了一座名为"理论堂"的实验室。

      这样卡罗瑟斯来到了杜邦公司,从此开始了他形容为“像煤矿工人那样的工业奴役生活”。早上8点到实验室,忙于思考、抽烟、阅读、谈话、做实验,直到下午5点下班。但是卡罗瑟斯仍然感到很愉快,他说:"没有人过问我如何安排时间,未来的计划是什么,一切都由我自己决定。"最令卡罗瑟斯高兴的是"研究资金,简直没有限制,我愿花多少,就花多少"。

    卡罗瑟斯就这样在杜邦公司做研究。虽然他进行的是基础科学研究,但是,他却做出了两项后来震惊世界的发明,那就是合成橡胶和合成纤维。他发明的合成橡胶是氯丁橡胶,杜邦公司立即使之工业化了。这些我们在前面已经讲过了。现在我们来讲合成纤维的发明和工业化。

    卡罗瑟斯在合成聚合物时发现,聚合过程中水分子的形成,是阻碍小分子结成更长的"链条"的关键。卡罗瑟斯将一种新的实验仪器——分子蒸馏器应用到聚合中,终于解决了这一难题。1930年的一天,卡罗瑟斯的助手希尔(Hill)兴奋地跑到卡罗瑟斯的实验室,他手里拿着一根玻璃棒,玻璃棒的另一端上附着雪白透明的细丝。他告诉卡罗瑟斯说,聚合实验后,容器里形成了一堆东西,怎么洗也洗不掉,就用玻璃棒去挖,一拉,拉出了一根根细丝。卡罗瑟斯用手拉了一下,很有弹性。卡罗瑟斯点点头,很满意,他满意的倒不是他们合成出来了具有应用价值的合成纤维,而是对分子蒸馏器的成功应用感到满意。卡罗瑟斯是一个具有理想主义的科学家,对科学的实际应用没有兴趣。卡罗瑟斯指导助手们用分子蒸馏器合成更多的聚合物,并对它们的化学性质和化学结构展开深入的研究,根本就不考虑这些合成纤维的工业应用问题。

    1930年斯丁被提升到公司的执委会,波尔顿(E.K.Bolton)成为化学研究部主任。跟斯丁不同,波尔顿是坚持认为,科学研究必须为实现企业利润服务,他上台后,对卡罗瑟斯的研究工作实行较为严格的指导和控制。比如,他不允许卡罗瑟斯发表合成纤维方面的论文,要他们申请专利。对此卡罗瑟斯甚为不满,闹情绪,但最终还是服从了领导。

    卡罗瑟斯在实验室里合成出来了几百种聚酰胺,它们能拉制出在强度 韧性 弹性和耐水性等方面都很好的丝线。卡罗瑟斯称它们叫尼龙(nylon)。这个词是怎样来的呢?原来,卡罗瑟斯患有阵发性神经痛,是个有孤独僻的虚无主义者(nihilist)。他将nyl(虚无)和杜邦公司名称的字尾on连接起来,创造了"尼龙"。

CAROTHERS nylon.jpg

(来自 https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/carotherspolymers.html

    1935年春,卡罗瑟斯确定戊二胺和癸二酸是合成纤维的最优秀的原料,合成的多聚酰胺,他称之为尼龙5—10。研究部主任波尔顿说,尼龙5—10的熔点太低,而且原料昂贵,工业上没有应用价值,就叫卡罗瑟斯用己二胺(含有6个碳原子)和己二酸(也含有6个碳原子)来合成尼龙66。卡罗瑟斯身不由己,奉命合成尼龙66,为此他不得不放弃了自己的研究计划。1937年春,卡罗瑟斯完成了对尼龙66的研究,同年注册了尼龙66的专利。

    在尼龙66发明出来以后,杜邦公司的总经理决定以“最短的时间,把试管和柜台之间的距离连接起来”。从公司的各个部门调集了230个化学家和工程技术人员,投入巨大的资金,开始有组织地从事"追捕猎物"的行动。1938年建成中间试验装置。这年还发动广告攻势,主题是"用煤、空气和水制成的纤维,跟钢丝一样结实,像蜘蛛丝一样纤细,那就是光泽美丽的尼龙丝"。

nylon stocking.jpg

美女就爱尼龙袜


      1939年开始大规模生产尼龙。1940年向市场上投放400万双尼龙袜,人们如潮水一样涌向柜台,四天内就销售一空。这年,杜邦公司共销售了6400万双尼龙袜,大发利市。

      但是,尼龙的发明者没能看到这一天。就在尼龙研究庆功之时,卡罗瑟斯神经病发作 ,跑到一家旅馆,服氰化钾自杀了。这场悲剧的时间是1937年4月29日,卡罗瑟斯41岁生日后的第三天。人们公认尼龙是化学工业中划时代的革命性的成果。并公认卡罗瑟斯是合成纤维工业的开创者。另外,在卡罗瑟斯自杀之前,卡罗瑟斯被提名为诺贝尔奖的候选人,以表彰他在高分子化学领域作出的杰出贡献。有人说,在工业界中的科学家中,只有美国通用电气公司的朗格姆勒,堪与卡罗瑟斯媲美。朗格姆勒在通用电气公司的工业研究实验室里做出了卓越的科学成就,1932年荣获诺贝尔化学奖。

    杜邦公司为尼龙的研制和工业化生产投入了巨额资金。据估计,杜邦公司从对聚合物的基础研究到工业化生产尼龙,历时11年,投资2200万美元,其中研究投资100万美元,设备投资2100万美元。这是一笔巨大的投资,但是它所带来的回报,不知要超过多少倍。1963年,尼龙的销售额就已达到投资的10倍。用管理学的术语讲,尼龙是"现金牛"产品,意思是尼龙像一头生产钞票的“母牛”,源源不断地为杜邦公司产生利润。

    第二次世界大战期间,尼龙用于制造降落伞,飞机轮胎的帘子线、滑翔机托绳等战略物质,为赢得战争的胜利做出了巨大的贡献。值得一提,二战中,杜邦公司接受了美国军方的定单,参与著名的"曼哈顿计划",制造原子弹。别以为杜邦公司想从中赚巨额的利润,实际上,杜邦公司只想从这一耗资22亿美元的项目中,赚一美元的利润。1945年8月6日和9日,杜邦公司制造出来的两枚取名为"小男孩"和"胖子"的原子弹,分别投在日本的广岛和长崎,倾刻间,两座城市化为废墟。

   迄至1953年,杜邦公司一直垄断美国的尼龙生产。1953年一些美国化工企业获得杜邦公司的许可证,开始生产尼龙。现在杜邦公司的尼龙产品有1000多种。


 (摘自 拙著 刘立:《德国化学工业的兴起》,2008年版。首版1999年。)



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