意外的產物–鐵氟龍
在化學史上,許多產物是無意中發現的,其中一個是著名的鐵氟龍(teflon)。鐵氟龍的學名是聚四氟乙烯,是氟碳聚合物,無色、無味、光滑、耐高溫、不怕酸或鹼。
 
 
 
化學家常常要做很多實驗才能找到所要的產物,也就是把試料A加上試料B,在不同實驗條件下(如溫度、壓力、pH 值、溶劑等)產生不同的產物。在化學史上,就有許多產物是無意中發現的,本文介紹一個美國杜邦公司的著名產品–鐵氟龍(teflon)。
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鐵氟龍是杜邦註冊的商標,學名是聚四氟乙烯,是氟碳聚合物。它是一種無色、無味、光滑、耐高溫、不怕酸或鹼的塑膠材料,應用於不沾鍋、太空梭零件、真空設備等。

發明者

羅義‧甫南克(Roy J. Plunkett, 1910–1994)是鐵氟龍的發明者,他出生於俄亥俄卅的紐卡斯鎮(New Carlisle),1936年獲得俄亥俄大學的化學博士學位,同年進入杜邦公司擔任化學研究員,二年後無意中發明了鐵氟龍(美國專利第 2,230,654 號)。

靈機一動

甫南克在杜邦公司的工作是有關氟里昂(Freon, chlorofluorocarbon)的製造,氟里昂是做為冷凍劑與清潔劑用的,製造原料是四氟乙烯。1938 年 4 月,有一天早上他的助理在實驗時,扭開一個裝有四氟乙烯的高壓氣缸瓶(gas cylinder),但沒有氣體釋放出來,助理問甫南克是否昨天他把四氟乙烯用光了,甫南克很肯定地說:「沒用過。」他們就用鐵絲穿插氣缸瓶的口,以確認開關並沒有問題。接著就測量氣缸瓶的重量,發現跟進貨時一樣,比一般空瓶重多了。

甫南克一時好奇,就要工場的工人把鑄鐵製造的氣缸瓶鋸開,他發現裡面有一堆白色粉末,就用手抓一把,這些粉末非常滑潤,嗅一嗅,也沒有什麼味道,仔細查看,這些粉末也不會沾黏在氣缸瓶壁上。以他化學博士的訓練,他進一步做化學分析,發現這些白色粉末是四氟乙烯的聚合物。後來測試物理化學性質,發現這些粉末能耐高溫、耐酸、耐鹼、防腐、具有低表面摩擦力等性質。他也找出製造四氟乙烯聚合物的方法,並申請專利,杜邦就以鐵氟龍做為商標。

廣泛用途

時值第二次世界大戰,美國正在製造第1顆原子彈(以鈾–235 為放射性材料),需要一種耐高溫、不怕酸和鹼的材料來做密封墊。國防部向杜邦公司求助,鐵氟龍就派上用場,也成了軍事t密用品,不准公開販賣。一直到大戰結束,1946 年杜邦才推鐵氟龍上市。

不黏壁而耐高溫的特性,使得鐵氟龍很快就普遍應用在日常用品中,最早期的應用是廚房的不沾鍋、爐、用具等,這些用具鍍有一層鐵氟龍。後來也應用在家具用品,可以防水、防污。鐵氟龍又有絕緣性質,可以當電線、電纜的保護外層,美國太空船的許多零件也都使用鐵氟龍材料。另外,橋梁間的溫差調節空隙也是以鐵氟龍為材料。

杜邦公司的鐵氟龍工作團隊有二十幾人,其中有一位員工叫高爾(William L. Gore)對鐵氟龍的應用有特別的貢獻。例如用鐵氟龍來做電線的保護外層是他想出來的,他又設計露營用的鐵氟龍帳篷,可防水,還有透風功能。後來高爾自己成立公司推出許多鐵氟龍的產品,如鐵氟龍纖維(Gore-Tex)做防水、防風的紡織品。1960 年代,正逢半導體晶體起飛,於是高爾就把鐵氟龍用在各種電腦材料上。

1970 年代,高爾全家到丹佛滑雪,在一個偶然的場合,碰到一位外科醫師愛斯曼(Ben Eiseman)。高爾告訴愛斯曼醫師有關鐵氟龍的耐溫、潤滑特性,愛斯曼靈機一動就向高爾要些鐵氟龍材料。愛斯曼說他先前試了許多材料來做人體器官、關節的代替品,但人體的免疫系統都呈現排斥現象。

愛斯曼先把鐵氟龍材料試用在豬的身上,豬沒有排斥,而且效果十分良好。幾次動物實驗後,都沒有排斥現象,他就試用鐵氟龍材料做人造膝蓋關節(一種人工關節),效果良好。接著就有人用鐵氟龍製造人造心臟,後來人造膝蓋的移植手術都曾經採用鐵氟龍做材料,自此鐵氟龍變成了醫療材料。

擊掌回響

雖然鐵氟龍是無意中發現的,但鐵氟龍並不是天然物,是人造的化合物,因此仍然屬於發明,甫南克於 1985 年被徵召入美國發明家名人堂。

甫南克有好奇心、有求真及「準備的心」,才會進一步去分析氣缸瓶中的白色粉末,而發現這從天降下來的禮物。他有完整的數據,實驗前後的重量都有詳細的紀錄,才會覺得氣缸瓶沒有釋放出氣體是奇怪的事。如果他沒有良好的化學訓練,這件事可能就不了了之。同時也是甫南克的職業執著,驅使他請技工把氣缸瓶鋸開,也才有鐵氟龍的發現與發明,讓我們可以享受鐵氟龍帶來的便利。

深度閱讀
  1. Flatow, I. (1993) They All Laughed... From Light Bulbs to Lasers: The Fascinating Stories Behind the Great Inventions That Have Changed Our Lives.  Harper Paperbacks, New York, USA.
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Teflon
  3. http://www.invent.org/hall_of_fame/121.html
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