來源:中國科普網| 2021-12-14 14:30:12
有機硅是一種高分子合成材料,日常生活中常見到它的身影,如小孩奶嘴、水杯蓋密封墊、玻璃窗密封條等,正是利用了有機硅在耐高低溫、防水、絕緣等性能上的優勢。有機硅工業在中國的起步,一般認為是1970年代江西星火廠,而學術理論的研究則可上溯到1960年代的晨光化工研究院,乃至更早些的北京化工試驗所和沈陽化工研究院在解放初的工作。不過,這還并不是有機硅概念在中國的最早介紹與起步研究。事實上,在抗日戰爭尚未結束時,即民國末期,國內便已有對silicone這種新型有機高分子材料的報道和初步研究。國際有機硅工業制造肇始自1940年代初,也就是說中國對有機硅材料的認識是毫無遲滯、相當及時的。
Silicone的中文譯名最初并不是有機硅,而是出現過幾個不同的名字:矽力孔,矽力剛,矽力康……本文以這些譯名為線索,輔以當時時代背景的特點,試對有機硅在中國的早期傳播情形作一還原,以說明有機硅材料問世之初便迅速傳入東方大國,并獲得了相當的關注。
一、矽力孔
1945年,《北大化訊》雜志上登載的一篇題為《矽力孔》的文章,堪為國內最早對有機硅概念的引介。文章開篇寫道“如今美國有一種極其新奇的人造樹脂,名叫‘矽力孔’(silicones)。這多能的新來者,具有驚人的威力,為近卅年來可塑體的進展放一異彩!”
《北大化訊》是北京大學化學系主辦的一本公開發行的學術雜志,1944年創刊,受眾面不算大,但對中國化學界產生的影響卻十分深遠,原因之一即在于它常能將國際上有關化學的最新動向與最新發明及時的介紹到國內來。有機硅材料便是其中的一個例子。眾所周知,有機硅材料最早由英國化學家基平(F. Kipping)等人實現實驗室的合成,時間在1930年代,而真正實現工業投產則是1940年代初。因此,1945年的這篇《矽力孔》的報道不可不謂相當及時。
關于有機硅的合成方法,在今天已是公開的科學知識,但在當時則還屬秘方,“它的制法,雖尚未被保守秘密,而且那些研究‘矽力孔’的科學家,也許在多多少少的變動著他們的綜合手續,但無論如何,我們深知‘矽力孔’是由石油、細沙和食鹽水混制而成。”《矽力孔》的推測顯然不錯,但還十分粗略,也反映出當時(即便是北大)國內對有機硅的具體技術細節還知之甚少。
接下來文章生動的介紹了有機硅的幾種應用,從硅油、硅脂到硅橡皮(橡膠)十分全面。在硅油防水性方面,“……現在美國有一種紙煙,能在水中浸漬很久而不被濕壞,這是因為在紙和煙草的纖維上,涂了一層‘矽力孔’……試想,于大雨滂沱中,我們穿著‘矽力孔’噴過的衣帽,仍能干燥如初,該是怎樣令人神往的事。”而在絕緣性方面,“……一部三匹馬力的電動機換用‘矽力孔’絕緣之后,即有十匹馬力了。”
文章不僅描述生動,而且和當時正在進行的抗戰相聯系,突出了學以致用的考慮。比如介紹有機硅耐受溫度區間較寬的特點時,“飛機滑潤油最好摻加一些膏脂狀的‘矽力孔’……是一種適應溫度劇變的良劑……尤其是戰斗機,……很需要這適應溫度劇變的調節劑。”關于有機硅橡皮耐高溫的特性,更直接舉了B-29戰斗機的例子,“‘矽力孔’橡皮的制造,經過長期的試驗卒告成功……目下怒吼于東京上空的B-29所裝用的輸油管、排氣活塞,和軍艦探海燈上,透鏡邊沿的緩沖材料,都非用這種新橡皮不可……”
不過,文章并非對‘矽力孔’一味褒獎,而是也指出了它在引伸性上的缺點,比如做不了車胎。但“工程師們也深信這一困難并非不可解除的,有它遠大的前途”。今天,有機硅越來越廣泛的應用,越來越重要的地位,無疑已印證了當年的期待。
《矽力孔》作者郅如茂,1936年考入北大化學系,寫這篇文章時在西南聯合大學讀研究生,解放后在油脂化工領域供職,翻譯了大量的國際標準。我們感謝郅先生在有機硅材料的先驅性工作。
二、矽力康
在郅如茂的《矽力孔》之后,翌年即1946年,《真理與自由》雜志上也刊登了一篇介紹silicone的文章,但沒有用矽力孔的譯法,而改譯為“矽力康”。作者佚名。“要是你的收音機曾經敷了矽力康,明年夏季你就可以帶它去游泳,上了海灘之后,你扭動開關就可以聽你的音樂了”。顯然,文章的開首一節也是說明有機硅材料的防水性。然后接著提及了有機硅的一個妙用,“……敷在眼鏡上,會供給一個新的表面,使眼鏡明亮清晰到一兩星期之久”,文章開頭的表述,在體現防水的同時也突出了防塵性。
文章還描述了一則“失傳”的應用,今天聽來已十分新鮮,“……另一種矽力康是一種脂肪,像透明藍寶石的色澤,從來沒有一種脂肪像這樣的。它在油煎鍋上是不會融解的。在零下六十度又不會凍硬”。然后,作者筆鋒一轉,也聯系到當時的戰爭,“要是希特勒在蘇聯的第一個冬季時,擁有一種矽力康脂肪,他的大炮在零下四十度時,就不致因為其脂肪凍硬而崩解,終會變成不能使用。”讀過之后,也才恍悟,這里的脂肪應該說的是潤滑油吧。該文譯于1946年,文末稱“美國軍隊已把這種物質作許多的使用,制造矽力康的第一所工廠已在今春大規模開工了”。這里的工廠指的應該便是道康寧的有機硅工廠。
《真理與自由》于1946年在上海創刊,是一本周刊。此雜志應時而生,所刊內容一如其名,多探討真理、追求自由,是一本時政雜志,但也刊載一些科學知識方面的內容,比如以上有關有機硅的介紹?上У氖,此刊發行時間不長便?。
同一年在《大眾科學》雜志上也有類似介紹有機硅的報道,一位署名“婉”的作者簡要介紹了新出現的有機硅材料及其特點,“最近發明用含矽化合物制造人造樹脂,它的抗熱性遠較有機樹脂為強,所以它的主要用途便是制備絕緣體,另一矽化合物的新貢獻,稱為干膜……水蒸氣不能在其上面凝結,即在極潮濕的情況下,仍能保持干燥表面”。不難看出,這里的干膜也是說的有機硅的防水作用。
值得一提的是,《大眾科學》在1946年的首期發刊詞中說,“苦戰了八年多,終于科學結束了戰爭,帶來了勝利(指原子彈,筆者注)”。接著對國家現狀做了一番毫不留情的自我剖析:“八年來,歐美科學驚人的發展,顯得我們更加落伍了,原子能已為別國人士所驅使利用,而我們還在購買快要送入陳列館的洋貨。百分之八十以上的人民,還逗留在困苦與愚昧的生活之中,長與饑餓為伍!崎嶇的道路,鴿籠是的茅屋,無數的蚤蟲、蟻蠅、老鼠和臭蟲,這一切,難道不是我們的責任與恥辱?”即使今天聽來依然振聾發聵!
三、矽力剛
如之前的文章一樣,1947年《電世界》上這篇《電器新天地:介紹電器新出品》也注意突出新材料與時局的關系,于開頭便指出“二次大戰,產生了不少絕緣新物質,像百賴斯替物質(plastic,筆者按),纖維玻璃絲(fibreglass)及矽力剛橡膠(silicone rubber)之類”。這里又貢獻了silicone的一個譯法,矽力剛。而這一“剛”字比較前兩者,在照顧音譯的同時也更有意譯的成分。有機硅做成橡膠時,在機械性能上的確能做到出色的剛性與韌性。
文章也相應介紹了有機硅最具優勢的特點,耐溫性和絕緣性,同時又補充了耐腐蝕性。這些性能使其能夠“在大戰期間,多用于探海燈充電器及運用于特高溫度之軍用電器等,作邊緣墊襯及護套,高速轉軸之橡膠封套,電機變壓器、電冰箱、X光設備等內之卷圓襯以及各種電器等”。更難得可貴的是,此文附有矽力剛的實物照片,如圖1,并且和常規橡膠的性能進行了比較,讓當時的讀者可以一目了然,有一個感性認識——要知道,在當時的國內,有機硅還很難見到成品實物的。
有機硅橡膠圈、環、片等產品,及其與普通橡膠的耐久性比較(左上)
該文作者呂維松,寫作此文時為上海交通大學電機專業在讀本科生,1948年畢業當年曾接受地下黨關于“組裝電臺”的求助。解放后呂先生發揮自身優長,曾于1960年代領銜發明著名的“頻敏電阻器”,在當時屬于世界先進水平。呂先生也被譽為“頻敏電阻器之父”。
仍是《電世界》雜志,在另一期上又有一則介紹有機硅的報道,應用為感應電機的墊圈?吹某鰜,有機硅已經頗受電學界的關注,應用也最為活躍。
《電世界》雜志1946年創刊,月刊,發行量相當大,是一本影響廣泛的科學刊物。解放后得以繼續發行,到60年代被迫中斷,新時期以來復刊,直到今天仍是電氣領域新材料的重要學術刊物。
四、膠質矽和新矽屬
1948年《紡織建設月刊》報道了有機硅的另一重要應用,與前面多突出耐熱、防水的特性不同,該文介紹有機硅的乳液可以增加紗線摩擦力,從而大大提高紡織工業的生產效率。
“有一種膠質矽,名謂矽通(Syton)的,是美國孟塞東化學公司(今譯孟山都,筆者注)發明并且制造推銷的出品。”此處對有機硅譯為膠質矽,矽通是商品名,是由有機硅與油類乳化的混合物產品。它的具體功能是“使纖維間產生摩擦力,在牽伸時能減少纖維互相滑跌的現象。因纖維間‘牽制(drag)’的緣故,對于牽伸的控制更行完美,排列愈加平行,紗的均勻度更提高,強度同折裂強度增強。”
同年《工業月刊(西安)》雜志一篇題為《新矽屬的新用途》則提到有機硅更廣泛的用途,除以上的戰斗機耐高溫、雨衣防水、鏡片防塵等,也提到一種新型用途,即用于高爾夫球的制作,“美國橡膠公司首先制造出一種高爾夫球,中心含有矽化物制成的小球,剛剛行銷于市場。”無獨有偶,1949年一本上海發行的英文雜志《The China Press》也專門報道了silicone用于Golf的情形,“在球中心填充一種有機硅物質,彈跳性會比其它橡膠更好。填充操作是在2500磅的壓力下進行的,一種新型電繞線機確保球體的均勻性。”看起來,當時高爾夫球制作曾是有機硅的一個重要應用點。
《新矽屬的新用途》還提到了一個關鍵問題——成本問題。的確,在有機硅剛被發明時,還不能像今天這樣普及,成本必然很高,應用也局限在軍事、奢侈品這樣的場合,或用量很小、對成本不太敏感的地方。當然,這和其他材料的發展情形是類似的,每一種新材料都需要經歷一個市場普及的過程。
五、結語
通過以上關于有機硅的幾個不同譯名,我們得以宏觀同時也不失細節的了解到,在民國末期的1940年代,有機硅材料已經被及時的譯介到中國來,這與它在西方誕生的時間幾乎是同步的。有機硅的概念原理因之在中國很快得到廣泛關注與嘗試,雖然在大批量制造上,還為時尚遠,但作為先聲,這為后續尤其新中國建立之后的有機硅工業的迅速發展奠定了基礎。
如今,中國的有機硅材料工業已經在世界范圍內處于領先地位,無論是生產規模還是品類上。在有機硅新技術、新產品開發方面,中國也已經歷奮起直追的階段,躋身國際先進水平之列。當然,科技無限,創新無限,只有保持發展,才能不落于后。這或許可看作這段有機硅材料史帶給我們的最好的啟示。
(編輯:侯程方 作者:admin)
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