華人視界

橡膠產業發展的啟示

應用和基礎研究各有其重要性,二者應相輔相成,產業與文明同步前進。

撰文/陳陵援

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橡膠產業發展的啟示

應用和基礎研究各有其重要性,二者應相輔相成,產業與文明同步前進。

撰文/陳陵援

圖片來源pixabay


科技研發是產業發展的動力,可分成應用和基礎研究:應用研究的結果,往往可直接應用於產業界,容易受到社會的注意;相對的,從事基礎研究者要寂寞的多──即使成就過人,知名度可能只限於其專業領域。但產業的發展過程中遭遇瓶頸,往往需要由基礎研究著手,才能使產業有突破性的進步。橡膠產業發展的故事,正好讓我們檢視基礎和應用研究的關係。


橡膠是1493年哥倫布第二次航行到美洲時,在海地島發現的。初期主產地在巴西,1905年後英國的東印度公司在馬來西亞成功種植橡膠,企業化經營橡膠園,使南洋成為天然橡膠的主要產地。20世紀初期橡膠的用途與日俱增,用於輪胎、防雨布等各型用品。二次世界大戰期間,因戰爭需要,開始研發以丁二烯系化學品為原料的人工合成橡膠。特別是天然橡膠的產地南洋為日本占領後,美俄等國的技術開發更形積極,使合成橡膠技術有長足的進步。到1960年代,合成橡膠技術更加精進,逐漸形成現代化的橡膠工業。


在橡膠產業的發展過程中,早期技術的發展以加工技術為主。1839年美國的固特異(Charles Goodyear)先生,偶因失敗的實驗發明了以加硫方式解決橡膠過軟的問題。到1910年前後,架橋促進劑、抗老化劑和碳黑填充劑均發展出來。這些研究都以改進橡膠品質為目的,應屬於應用研究。合成橡膠的技術發展,先由基礎研究知道,天然橡膠是異甲基丁二烯的高分子聚合物。合成的研究就由丁二烯系化學品聚合開始。兩種以上單體的聚合是一突性的結果,使單體的選擇更多樣化。1928年,德國「法賓工業」(IG Farbenindustrie)發明適量的苯乙烯和丁二烯共聚合,把化工業帶往新的時代,但始終趕不上天然橡膠。至1950年之前,合成橡膠製品中必須混用天然橡膠達30%。為解決這問題,只得由基礎研究著手。


在1940年代,基礎研究者仔細研究橡膠的分子結構,發現天然橡膠分子中順式丁二烯占98%,而合成橡膠中順式丁二烯不足15%,反式丁二烯則占70%。所謂「順式」「反式」是指丁二烯的同分異構物。完全由順式或反式丁二烯聚合的分子鏈規則性極高。根據高分子化學的理論,規則性高的分子鏈組成的高分子聚合物,有結晶性、密度高、強度佳、加工性好等特點。天然橡膠的性質優異,就是因為高分子鏈98%是順式丁二烯,所以分子鏈的規則性高有結晶性;合成橡膠的分子鏈順式反式相參規則性低,性質就不如天然橡膠。


1953年,德國化學家齊格勒和1954年義大利科學家納塔,分別發明有機金屬催化劑,可用來合成高規則、高結晶的高分子聚合物。橡膠工業應用這種催化劑,使合成橡膠的性質有了突破性的進展。繼續不斷的研究發展,從應用性的配方開發和基礎性的高分子化學雙管齊下,針對不同的市場需求,發展出不同性質的橡膠。自1960年以來,橡膠工業發展成石化工業中重要的支脈。


在科技界,常聽到做應用研究者認為,做基礎研究不具實用價值;而做基礎研究者則認為,不該做無深度意義的研究。事實上,應用研究和基礎研究各有其重要性,以前述橡膠工業的發展,可清楚地看出二者應相輔相成,才能促使產業持續發展,人類文明持續進步。