橡胶硫化和查里•古德意

胶大

科目  化学
3 y# T6 |4 D( |6 b5 J年级  
文件  hxs0119.doc
标题  橡胶硫化和查里•古德意
关键词  橡胶/化学史
) X/ X3 Y. ~3 e7 B3 V' I, b内容

        经过五年多的试验，查里•古德意（１８００—１８６０）一个美国发明家在１８３９年偶然将已经混有硫粉、铅黄（PbO）和橡胶的样品放入炽热的
% h( {0 ^* j3 f7 G炉上；在高温下，橡胶与硫发生了化学反应（一个至今尚未搞清楚的过程），使一个本来有嗅味，夏天发生粘软；而冬天变硬脆，易被许多溶剂溶解的不大有用的物质变成了稳定的，可制成数百种，多用途的商品。
+ i# \( ?7 m' q) X古德意的早年生活
4 C/ U) T- N1 C0 n    查里•古德意是阿玛萨（Amasa）和辛西娅•古德意(Cynthia Goudyew)  （母亲是巴塔人）的长子，１８００年%%月２９日生于康涅狄格洲的钮黑文，父亲是个发明者，能创造一些小五金和农具，古德意家族在制造业中颇有名气，四代人中曾有七项发明。在少年时期，他不引人注目，在康涅狄格州的南格狄格学校读书，一直到１８１７年才成为费城的五金制造者的学徒，在那里他一直干到１８２１年，才转回到钮黑文，跟父亲一起经商。１８２４年８月２４日，古德意和南格狄格一个小旅馆老板的女儿克拉丽莎（Clarissa Beecher）结婚，他们生了九个小孩。
9 R+ }6 ~  E/ X+ T% ~. h% ]    １８２６年古德意和他父亲在费城创建了美国第一个冶金炉。１８３０年，由于过分扩展赊欠，导致他们破产，使他更多地和贫穷连在一起；由于债务追迫，几次遭受监禁，在监狱中，他仍进行着多次有关橡胶的试验，为了满足逐渐扩大
的家庭的糊口，他不得不常变卖家具和其他一些用具。由于财力缺乏，使他不能继续他的五金业，古德意成为一专业发明者，１８３０年至１８３４年，他取得了六项机器发明的专利。古德意在他的早期生涯中就对橡胶深感兴趣，他称它为
“弹性树胶”，并且运用它们在他的某些发明中进行了不成功的试验。   
橡        胶        史
    大概第一个看到橡胶的白种人是哥伦布，在他第二次发现新大陆的航行中，看到海地的印地安人用一种树汁做成球做游戏，虽然它较重，但能弹飞，并且跳起来比西班牙制的充满气的球更好，这些土著人用一种类似牛奶的白色乳液放在木制的模子中，用烟熏的方法，蒸发掉水份来固化橡胶而制成球。第一个建议橡胶用于体育以外用途的是在１６１５年的Juan.de Torguema da他是一个西班牙的历史学家，在他的书“君主政体指南”中指出：土著人在他们的外套上刷上一层胶浆来防水，也用来制取天然防雨鞋，也常涂在某些陶制瓶的外层，使其保持
' u3 k0 m6 d% p干燥。但是当他把橡胶带到欧洲时，却被送进博物馆中保存达到二个世纪之久。
    １７３５年对橡胶感兴趣的法兰西数学家，地理学家Charlos Marie de Condamine(1701～1774)，他带领一支远征队到南美洲，把几根用天然橡胶做得的棒带回法国，并描述了土著人制备橡胶棒的方法。他提到橡胶是一种从巴西三
/ E# H" m2 X* W叶胶树上流下的浆。最早给予橡胶以正确的植物学命名是在１７７５年。由于从橡胶树上流下的汁会迅速硬化，为了能制成与天然形状不同的物品，因此要寻找合适的溶剂。１７６３年二个法国人化学家Pitrre Joseph Maoquer(1718～1784)
5 P$ Q' L& Y3 C2 I6 J、物理学家Herissant指出：松节油可作橡胶的溶剂。几年后Maoquer发现，在实验室中，如不计成本，乙醚是橡胶更好的溶剂，乙醚能使橡胶形成条状而从松节油中游离出来。德国的Frederick是好多个人中的一个，他用溶解在乙醚中的橡胶制成了一双骑马用的长统靴。
1 `( b' j) Q, d    因为橡胶能擦去铅笔留在纸上的痕迹，１７７０年英国化学家、牧师，就是后来发现氧气的约瑟夫•普里斯特利（Joseph Priestley 1733～1804） 建议把从前叫橡胶的制品称为橡皮。１７９１年英国的制造商Sanue Pea用松节油为溶剂
1 _0 k( I5 r( ?7 h的方法，取得了做防水衣服的专利，这是橡胶最早用于的工业生产。
    约于１８２０年左右，苏格兰人化学家、发明家查尔斯•赫斯尼思(Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｈａｃｉｎｉｏｓｈ１７６６－１８４３）又发现了煤焦油，石脑油等这些便宜的橡胶溶剂，由于橡胶在遇热时发粘，而寒冷时又发脆，他把溶解在石脑油中橡胶放在二层布中，这样避免了做成橡胶衣服后，衣服之间的粘合。１８２３年他在格兰斯哥（英）建立了第一个制造雨衣的工厂。用这种二层布做成的防水衣服，不久便称为雨衣。
, s8 N1 R$ v: f7 }    现代橡胶工业开始于１８２０年。英国商人发明家托马斯汉考卡（Thomas Hancock１７８６－１８６５）建立了世界上第一个橡胶工厂，并成为玛辛托斯（Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ）的同事和合作者。汉考卡把片状橡胶分割成粒状椽胶，并把它用于防水和做衣服上。他还发明了炼胶机，把那些浪费的零碎的小胶粒炼成大块，以便使它可用于更多制品；他首先把橡胶和其他材料结合起来，并浇在各种形状的模型中。以后，由于古德意被拒绝取得英国的专利，他掠夺了古德意
的橡胶硫化的发现。１８３２年麻省罗克斯巴勒（Roxbary）印地安橡胶公司这个新建的美国橡胶工业中心开始生产橡胶制成的瓶子、雨衣、套鞋。但这些制品在冬天会变硬，而在夏天会变软。
    １８３４年仲夏，古德意参观了钮约的印地安橡胶公司，在那里他了解到：最终产品的不稳定性是折磨着现代橡胶工业的问题。由于橡胶具有弹性、塑性、耐用、强度高和绝缘、防水等有价值的特性，促使古德意把生命的四分之一时间
都化在专心于橡胶的实验、材料的改进和橡胶的推广上。而最大的不幸是他的收支的困难和健康以及家庭的状况。这些可用他的二卷论文中第一卷６２５页关于弹性物的评价上看出：
    “这些树胶的最明显的特性：跟其它所有物质最大的不同是有明显的弹性，它能伸长至自身长度的八倍，而不破裂，而后恢复至原来的形状，这可能是其它一些惰性物质所没有的。当首次被发现时，引起了人们极大兴趣和好奇，任何人都可以考验它们，并检验出这些弹性胶的特性，这难道不是上帝创造的智慧吗？”
" v2 L( I) \3 n! X% E2 E% m    古德意像许多在工场里的工人一样，既不是化学家，也不是科学家。和其他人一样，多次采用了尝试的方法。他的第一个成功改进是：发明了橡胶薄片在１８３５年收到了纽约机械学会一个银质奖状。他主张用橡胶来制造薄片，在橡胶中加一些镁、氧化钙，来减少它的粘性；但是并不理想，在热水中，仍变得很软，拿出来又会成为棍状。为了改进它们的性质，１８３６年，古德意用硝酸、硝酸铜等处理这些薄片。１８３７年６月１７日，他取得了这个专利，称为“酸气过程”。罗克斯巴勒印地安橡胶中心，用这些薄片做台面，布和其他用品，由于酸气过程只影响薄片的表面，而对其内层不起作用，故它不能用于制作厚的物品。罗克斯巴勒公司不久就把它们投入了市场。
橡胶硫化的发现  
    １８３８年古德意从纳撒尼尔（Ｎａｔｈａｎi ｅｌ）海沃德（Ｈａｙｗａｒｄ）手中买下了曾为他工作的麻省沃伯（Ｗｏｈｕｒｎ）的艾格印地安橡胶公司，古德意自己承认：
: Y# F- h0 L3 X( }/ X9 ~0 d4 K0 G    “因为他的（海沃德）发明：（在他的论文中，古德意总是为第三人称），通过在橡胶炉中混有硫而形成了新材料。而这对古德意来说：是成为敲开橡胶之门的关键。”
    海沃德已经能用松节油作为溶剂，他也常加入少量硫到橡胶化合物中。有一次他偶然将硫粉撤在椽胶织物表面，并放在阳光上晒。古德意发现，这块干燥表面和“酸气过程”的橡胶表面很相像，就竭力主张海沃德为这一过程申请专利，并把这一过程称作“曝光”。海沃德接受了这个意见，并把这个专利卖给了古德意。可见海沃德已掌握了橡胶硫化的真蒂：加硫和加热。如果他能把硫化的温度比太阳光提高几度，那么他就会比古德意早找到橡胶硫化的关键。但是，跟所有的橡胶制造者一样，他一味只是为了防止橡胶熔化而不愿加热。
/ a# w6 Y( h, n- v7 H- C' v    第二年，即１９３９年１月，经过了五年的试验，古德意已有了许多重大发现。而这些发现的不真实故事充斥在书籍、期刊、报刊……。这些情况可用古德意自己的话来说明：
    当在工厂，在居住地，一个个地拜访请教，制造厂发明者（古德意）做类似的实验来弄清对同一物质（橡胶和氧化铅、疏）加热的影响。他惊奇地发现，当他不小心将样品放入炽热的炉中，便生成像皮革一样的物体，他马上让其弟（纳森古德意Nelson Goodyear—美国硬橡胶的发明者，以及在场的其他人观察，他开始认识到制备弹性胶的关键：并不像以前所知的，弹性胶在较高温度下会分解的结论。这个发现和它的价值不是同时得到的。是经过许多次呼吁，一些新制的物质的优点显示出来后才得出的。
- h4 {4 l0 g) t, ^2 g! j4 p& q2 ~    因此他推断：在达到一定温度时，碳化过程会停止，而这些树胶的天然粘性会脱去，形成具有比天然橡胶更好的性质的东西。经过进一步的加热试验，他对这些推断进行了修改，他发现：在硫沸点以下，任何热量都不会使印地安橡胶碳化。
    他又做了在明火下的相同热试验，得到树胶碳化的同样结论：在稍高于织物碳化点时，产物仍得到理想的结果。织物的线、边没有碳化，而是完全的硫化。  
; A% @' S3 o' w9 P; l    关于他的偶然发现，古德意间接引证了（Ｎｅｗｔｏｎ）牛顿和（Ｐａｓｔｅａｒ）帕斯特的意见：
    “当一个苹果掉下来，它就暗示了一个重要事实：可能以前一直感兴趣的事物出现了。”发明家也承认：这次发现不是科学家、化学家研究的结果，他不愿意承认，是一次普通事故的结果，是一次不合常理的运用和观察的结果。
    古德意不顾家庭极端贫困，身体有病和债务缠身，及时运用他的硫化过程去制造产品。１８４１年他制造了橡胶薄片，１８４３年又发明出其它一些物品。同时，在这一年，他破了产，又进入监狱， １８４１ 年１１月６日美国专利局承认了他的发明。新产品组成的原始文件写道：
; |0 r. ^7 S  a) g+ V, ~        一磅弹性胶加 ～ 磅硫粉，  ～1磅白铅。１８４３年７月５日，他利用这文件申请美国专利。１８４４年６月１４日得到批准，（专利号３６３３）并从产品的制造和专利的得益上付给他的债权人。
    古德意最早称自己的产品为“防火胶”，因为虽然它能燃烧，但在１３８℃ 时也不熔化，而通常使用时不可能达到这样的温度，他还根据它的配料是硫和铅而命名为“金属弹性胶”。托马  斯•汉考卡的朋友威廉•布罗克登（Ｗi１１ｉａｎ Ｂｒｏｃｋｄｏｎ）用“硫化”命名这个过程。“硫化”像古罗马的火神一样迅速成为大众化，古德意虽然不愿，但也迅速地在他的专著“硫化橡胶”中，使用了“硫化”一词。
古德意的晚年生活
* C! Z. X5 Q3 P8 A! w3 V    古德意发现“橡胶硫化”挽救了危机中的橡胶工业，并且出现了盈余数百万美元的企业。但是由于这个过程是如此简单以致几乎任何人都能自行掌握它。许多人在不经许可情况下，就采用这一方法。为此，古德意化了大部份时间来进行对侵犯他的专利作斗争。
    最著名的是１８５１年被称为“古德意大印地安橡胶案”在美国Ｎ•杰西逊（Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）所管的地方法院开庭。休（ｓｈｏｅ）的同事们反对古德意不饶恕敌人。霍拉斯（Ｈ.Ｄ Ｈｏｒａｓｅ）是侵权最大的敌人。在审讯中，古德意的最大代理人，传奇人物美国的国务卿Ｄ•韦伯斯特（Ｄ•Ｗｅｂｓｔｅｒ1 ７８２－１８５２）研究了美国最大的１９世纪商业法并受到了广泛的压力。１８５２年９月２８日在新泽州的仑登，古德意取得完全的胜利。然后古德意化时间，利用他的所有在实验中有价值的发现，发明和产品往返于他的债务人的三个国家中：美国、英国、法国。
6 O% h: h5 H- Q5 c1 q, m    古德意为了证明他已完成了橡胶硫化的使
命，为此他在欧洲花了整整六年时间。例如
& @2 g$ X# c$ V8 ?3 c: f% r    １８５１年５月１日维多利亚女王召开的大型展览会中，在伦敦海伦公园，“古德意硫化橡胶厅”（这个展览厅整整化了他借来的３０，０００美元）吸引了大众的眼睛，三房一套的大厅中，每一件东西都是用橡胶做成的—墙、房栋、屋檐、家具、地毯、装饰品等等，它们占据了建筑物的大部份空间。这也曾在美国展览过，展出了橡胶梳、画、钮扣、音响仪器、仪表、氢气球等。
    古德意是仅有的三个被授于国会勋章人中的一个。有６千万人参观了他的展品，这远远地超过了托马斯•汉考卡。古德意为了在英国人面前显示自己，而把展品做得非常精致，以致失去了和汉考卡抗衡的机会，从而失去了在英国的专利。１８５１年英国商业协会认为，汉考卡为独立的发明者，而古德意还在其后，虽然，这些物质是古德意制取的，但他没有揭示其化合或制取过程。
    同样，古德意也不能在法国从他的发现中得到好处。１８４４年４月１６日，比汉考卡英国专利１８４４年５月３０日早六个星期，古德意获得了法国专利，第一次在其他国家公开发表硫化过程，当然他还隐藏了一些重要细节，他希望在法国专利发表以前，能在美国制造出硫化橡胶鞋。１８５５年在巴黎国际展览会上，他的大型展品被拿破仑三世（路易斯•拿破仑）授于英雄荣誉勋章和军团英雄十字勋章。第二次授于古德意勋章的是在法国的Clichy。他的在巴黎的债
权人，因为古的法国专利被批准后不能产生很多的钱来还他而控告了他，古的儿子查里带着这些勋章送进了他的牢房。
& U1 s& n  Y' z7 P5 B4 Q    １８５３年３月，与古德意共享梦想、苦难、贫穷３０年的妻子去世了，他古怪、偏见，对橡胶的执着，使得他的许多朋友离开了他。这样一来，孤独，不习惯，便紧随着他，不久，１８５４年５月３０日在伦敦他又结婚了。他的第二个妻子芳妮•瓦德尔（Ｆａｎｎｙ  Ｗａｒｄｅｌｌ）是个英国人，为他养育了三个孩子，其中只有一个比父亲长寿。１８５８年古德意又回到了钮黑文，以自己的名誉典当了妻子的珠宝手饰，来支付他的旅行。１８５９年，他移居美国首都华盛顿，１８６０年６月１日死于纽约，在那里生病迫使他不能去参加他的第一妻子生的第三个女儿辛西奶Cynthia的葬礼。他死后负债估计为２００，００Ｏ到６００，０００美元之间。
# B  A1 v# X. `2 n0 ~他对未来的见解
+ [2 ~( w+ a" }( R    C．德意的硫化过程涉及到橡胶单体—异戊二烯的交叉键合。这是今天数十亿美元工业的基础，他的发现的深远意义是众所周知的。他在论文“弹性胶”第一卷中写到：“这一过程不是简单物质性质的改善。总而言之，事实上是一个新物质的产生。”
    古德意的论文描述了当时所有的“橡胶”的性质、化学结构、稳定性以及关于他的硫化发现的描述和自传。
    古德意认为橡胶可以制成生活中的任何东西，在一个多世纪前，他就预言，各种人造橡胶将在“新的”“现代”领域中得到应用。他的论文第二卷标题为：“硫化弹性胶的利用和直接制取的说明”。有关产品和制取过程的细节有６００多条。其中有许多在今天仍是有益的。当然他忽视了目前橡胶的几种最重要的利用。如特殊轮胎，每年消耗了天然橡胶和合成橡胶总产量的６０% －７０% 。但这种用途他是不可能预见的。因为那时工业上马力和蒸气力还没有被电动机和
电力所代替。
. f% e9 `# v8 N% F- w    第三十章是古德意对橡胶的展望。他指出了橡胶的广泛应用。包括：地坪、帐蓬、房屋、船、野营制品……以及在医学、外科、哲学、光学和数学仪器、音乐、体育、体操上应用和玩具、游泳用具等。论文中还指出它们的性质及如何保
' }- P0 [$ ^' m5 F护延长使用寿命。其中有关医学外科学上的应用，一直到今天仍在使用。他为有病的、伤脚的设计的水床至今对健康仍有根大帮助。虽然也有许多建议，今天看来似乎可笑、离奇，如墙、桌子、家庭用具……
    自古德意时代到今天，橡胶技术有了飞跃的发展，橡胶用途迅速得到开拓。今天一半以上的橡胶制品来自于合成橡胶、橡胶公司成了世界上最大托拉斯之一。古德意的名字也只留在“古德意轮胎”和“古德意飞艇”中。实际上，人们相反相信，既不是古德意本人，也不是古德意的家庭成员或后代提议的，也不是古德意本身与橡胶公司有密切的关系，而这归功于美国著名发明家弗兰克．Ａ．赛伯杰（Fronk A Seiberling）是在他的建议下，为了纪念这位美国发明家和橡胶工业创始人（指古德意）建立起现代生活必需的工业而命名的。

liujun0818

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海瀚

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