卡罗瑟斯的高分子材料悲剧：一位科学家的错失与遗憾

时间来到1907年，美国化学家列奥·贝克兰（1863—1944）将酚与福尔马林（甲醛的水溶液）混合之后获得一种坚硬的固体物质（酚醛树脂），并将其命名为“贝克兰塑料”。这是人类历史上第一种完全人工成功合成的塑料。直到今天，酚醛塑料依旧是电气产品中不可或缺的绝缘材料。

随着高分子化学应用领域的突破，高分子化学理论研究也有了长足的发展。1920年，德国化学家赫尔曼·施陶丁格（1881—1965）提出了高分子概念。但是，当时人们认为一个分子最多拥有数百个原子，而施陶丁格的理论过于“离经叛道”，甚至有同事还特意写信给他说：“亲爱的朋友，我劝你赶紧放弃你的高分子化学理论吧，那种东西根本不存在。”此外，由于施陶丁格是和平主义者，他遭到纳粹政权的迫害，高分子化学理论在很长一段时间无法得到公认。

赫尔曼·施陶丁格

不过，有位勇者却想通过实验来验证高分子化学理论，他就是美国化学家华莱士·卡罗瑟斯（1896—1937）。他原本是哈佛大学的研究员，杜邦公司看好他的才华，于1928年特聘他为基础研究部门负责人。进入公司后，卡罗瑟斯将合成高分子物质当作科研目标。

华莱士·卡罗瑟斯

他的想法如下：A原子团组成的分子与B原子团组成的分子在相互结合的时候一般为AB原子组合，这种AB原子组合如同火车车厢连接器一般，将A原子团的分子与B原子团的分子连成长串，也就是A-A分子与B-B分子之间形成-AB-BA-AB-BA……的分子链，最终形成高分子物质。

经过不懈努力，卡罗瑟斯在1934年底成功合成了多种高分子物质。高分子化学的基础研究虽然取得了进展，但是一直无法形成产品。例如，将胺原子团和羧酸原子团连接成高分子是最简单的实验，笔者也曾在中学化学兴趣小组实践中尝试过这一反应。不过，这个反应的合成物是一种类似海带一样干巴巴的物质，根本派不上任何用场。(www.xing528.com)

可是有一天，卡罗瑟斯的一个部下将这团东西用实验棒拉了一下，发现这种物质即使拉得很细也不断裂。于是，他就趁卡罗瑟斯不在实验室的时候试着确定这种物质到底能拉多长。他一直拉个不停，在房间里绕了几圈之后，他得到的是一种类似绢丝的极为结实的纤维。这正是人类开创合成纤维的起点，也就是尼龙诞生的时刻。

在卡罗瑟斯所合成的高分子物质内部，己二酸和己二胺两种分子相互交错形成细长的分子链。可在合成之后，分子链如同面条似的团成一堆，无法发挥出材料本身应有的价值。只有拉伸这条分子链，才能将原本杂乱无章的分子按同一顺序排列，在分子之间的相互作用下形成有规律的分子束，这就是将高分子“海带凝胶”转化成柔韧纤维的秘密。

总体来说，决定高分子物质特性的主要因素并非单个分子的结构，而是整个分子团的结构。后来，拉伸高分子材料的工艺被命名为“拉丝法”，成为生产柔韧的合成纤维的关键步骤。这个重要的发现只是源自那位研究人员的好奇心。

尼龙丝袜在1940年进入美国市场，当时的宣传卖点是“以煤炭、空气和水为原料，像蛛丝般纤细，如绸缎般华丽，比钢铁更强韧的纤维”，在市场上获得极好的反响。尼龙的发明最令人感兴趣的地方是，研究的目标原本并非开发新产品，而是单纯的学术研究项目，最终却催生出重大的商业成果。

但是，在材料史留下浓重一笔的卡罗瑟斯长年饱受重度忧郁症的煎熬。他还来不及看到尼龙闪亮登场的那一刻，就在1937年结束了自己年仅41岁的生命。假如没有这一悲剧，他也许能开发出性能更优异的高分子材料，甚至可能会在1953年和前文提到的施陶丁格共享诺贝尔化学奖。这位名垂科学史的天才之死，给世界留下了无限的遗憾。