(一)蜘蛛和蚕的启示你听说过“小小诸葛亮,稳坐军中帐,摆起八卦阵,单捉飞来将”的谜语吗?你知道谜底是什么?谜底是蜘蛛。蜘蛛这一不起眼的小东西,还曾经当过人类的老师呢!人们捕鱼用的渔网,就是我们的老祖宗从蜘蛛织“八卦阵”得到的启示。后来人们发明的人造纤维——人造丝,也有它的一份功劳哩。
这话说起来就长了。早在300多年前,法国有一位科学家叫卜翁,因为要探索蜘蛛吐丝结网的奥秘,弄了好多蜘蛛,进行反复实验。如果发现,蜘蛛的小圆肚子里有许多粘液,在它的肚子上还有一个开口,中间有许多小孔。
蜘蛛把肚子里的粘液通过这些小孔,喷射到空气中凝结起来,就是蜘蛛丝了。
这么细的一根蛛丝,其实还是由好几百根细丝合起来的。
卜翁想:这样细的蛛丝织成的衣服一定很漂亮。于是,他剖开蜘蛛的肚子,挤出粘液,再让粘液通过一个个小孔压出来,果然成了一条条细丝。这些细丝晶莹透明,洁白漂亮。卜翁就用这种“细丝”织成了世界上第一副人造丝手套。据说,这手套至今还陈列在法国的博物馆里。
只是,蜘蛛肚子里的粘液实在太少了,为了得到一副手套,得养上万只蜘蛛,如果生产成千上万件衣服,也用这种方法来获得“人造丝”,这实在是不现实的。
1855年,有一位名叫奥捷玛尔的法国科学家开始仔细研究蚕儿吐丝的问题。他想:蚕儿吃的是桑叶,吐出来的是丝。能否仿照蚕儿的法子,把桑叶变成丝呢?
于是奥捷玛尔一头钻进实验室,开始试验。结果发现桑叶的主要成分是纤维素,蚕丝却是一种蛋白质。蛋白质比起纤维素来多含了一种叫“氮”的化学元素。
能不能用人工的办法,把氮加到桑叶中去把它变成丝呢?
奥捷玛尔把从桑叶里取出来的纤维素,浸在硝酸里,因为硝酸里有大量的“氮”。
啊,成功了,桑叶真的变成了粘液!奥捷玛尔接着把这种粘液通过小孔压出来了,果然成了一根根连绵不断的细丝,比起卜翁从蜘蛛身上获得的人造丝,这才是最早的人类自己制成的真正的人造纤维——人造丝。
通过人造丝的发明,人们认识了事物的本质:真正用来制造人造纤维的原料的只是桑叶中的纤维素,而蚕儿之所以食用桑叶,是因为家蚕的祖先是野蚕,野蚕本来是桑树的寄生虫,野蚕被驯养成家蚕后,仍保持着它在大自然中千百年来所形成的偏食习惯——只吃桑叶。
显然大自然中含有天然纤维素的物质都可以作为人造纤维的原料。打那以后人们就开始试用木头、芦苇、竹子、棉花杆、棉短绒以及甘蔗渣等这些天然纤维素为原料制造人造纤维。
1884年,科学家从在实验室里少量试制人造纤维扩大为工业规模的生产。这第一种投入生产的人造纤维就是硝酸纤维。一开始由于这种硝酸纤维容易燃烧,成本又高,没有得到很快发展。
1891年,人们接着试制成功了另一种人造纤维——粘胶纤维。粘胶纤维的发展很快,产量最大,占人造纤维总产量的1/4,我们先来谈谈它吧!
从纺丝机中出来的粘胶纤维,是连续不断的长丝,它的性能近似于蚕丝,被称为“人造丝”。如果把粘胶长丝切短,制成长短粗细近似于羊毛的短纤维,就叫“人造毛”,长短粗细近似于棉花的短纤维,就叫“人造棉”。
人造棉纤维细而软,织成布,布面均匀细洁,身骨柔软,挺像纺绸,加之人造棉染色性能好,特别是1958年我国制成了新型的活性染料以来,印染出来的人造棉更是五光十色、鲜艳多彩。用它制成春、夏穿的衬衫和裙子,凉爽飘逸,深受人们欢迎。
人造丝酷似蚕丝:轻、柔、滑、软、坚牢,而且成本比蚕丝低廉得多。
目前我国已大量生产各种用人造丝织造的纺织品,如美丽绸、富春纺、麦浪纺、乔期纱、无光纺、光纺等投入市场。
人造毛是人造羊毛的简称,其长度、细度、卷曲度与羊毛相似,常见的人造毛哔叽、华达呢、毛毯都是用人造毛织成的。人造毛透气性能好,穿着舒适,没有气闷感觉,染色性能也好,比羊毛耐虫蚀,不易断裂。
粘胶纤维还能加工制成各类包装用的玻璃纸。据统计,全世界每年用于制玻璃纸的粘胶纤维约10万吨以上。
在人造纤维中,坐第二把交椅的是醋酸纤维,醋酸纤维除可加工制造成各种纺织品外,还可大量地用来制造电影胶卷——片基。
铜氨纤维是早在1899年投入工业生产的另一种人造纤维。这种纤维因为比蛛丝还细,所以常被织成透明的围巾、袜子。用它做成的衬衫、汗衫、窗帘真是“薄如蝉翼”。
还有一种人造蛋白纤维也属于人造纤维,在40年代发展很快,性能与天然羊毛极为相似,我们称之为乳酪纤维或酪素纤维。
人造纤维正式投入工业规模的生产成为人造纤维工业只是近60年的事。其发展规模和速度却是十分惊人的,特别是在40年代一下子从占世界纤维总量3%跃为13.2%,10年中增加10.2%。现在,全世界人造纤维的品种约有20多种,约有50多个国家生产人造纤维。如果说树叶与兽皮是衣服“古代史”的“主角”,棉、毛、丝、麻是衣服“近代史”的“主角”,那么人造纤维就是衣服“现代史”上的“主角”了。
(二)尼龙创造奇迹1978年8月11日晚,在朦胧的月色中,一只体积达5000立方米的巨大气球在美国东部缅因州的大西洋岸边腾空而起。3位美国探险家驾着这只名叫“双鹰2号”的庞然大物,开始了一次充满危险的航行;横跨烟波浩渺的大西洋,飞到欧洲大陆去!
航行的开端似乎很顺利,“双鹰2号”在一股从美洲吹往欧洲的高空气流的推动下,轻盈地向东飘去。可不久,大西洋上多变的气候随即显出了它狰狞的面目:上升的气流时而把气球带上几千米、甚至上万米的高空,那里的低温几乎把人冻僵;下降的气流时而又把气球压向海面,随时有坠落海中葬身鱼腹的可能;在突如其来的狂风骤雨袭击中,气球更像一叶扁舟似的,孤独无援地在惊涛骇浪中颠簸……
幸运的是,在和大自然搏斗了6天6夜之后,气球终于到达了大洋彼岸。17日傍晚,“双鹰2号”安全降落在法国巴黎西北约100公里的一个小镇旁。这是一次不寻常的飞行,时间长达137小时,航程5000多公里,一举创造了载人气球飞行距离最远和留空时间最长两项世界纪录。
“双鹰2号”创造的奇迹,很大程度上要归功于气球的制作材料。它那用尼龙制作的球体经受住了大西洋恶劣气候的嬉弄。而在此之前,用其他材料制作的气球都未能经受住这严峻的考验,几乎都在途中就成了碎片,为此葬送了不少探险家的生命。
尼龙的诞生,要追溯到20世纪的20年代末。那时候,美国的杜邦化学工业公司集中了一批科学家,正在进行对聚合反应的研究。1929年的一天,35岁的卡罗泽斯工程师在清除容器里聚合物样品的时候,惊喜地发现这种聚合物竟拉出了柔软的长丝。这可是从未见过的现象啊,卡罗泽斯敏感地认识到,这里大有文章可做!
在经过了数年研究之后,1938年,卡罗泽斯终于制得了一种理想的聚合物,拉出了一种像蚕丝一样轻柔、断面呈菱形的纤维,他取名为“尼龙”。
今天,“尼龙”对我们来说,已不是一个陌生的名称了。人家都知道,它又叫锦纶、卡普隆,是一种奇妙的纤雄。你看,它的耐磨性十分好,用尼龙织成的袜子,牢度是棉袜的10倍;用尼龙织成的各色衣服,色泽艳丽,光滑轻柔,几乎像传说中的仙衣一样“薄如蝉翼,轻似浮云”;而且,它还有耐磨蚀、不会腐烂的优点。这使它迅速取代丝、麻成了织渔网的好材料;更为令人吃惊的,是它的强度——一根手指粗细的尼龙绳能轻易地吊起一辆卡车,比钢缆还结实。这就难怪尼龙制成的“双鹰2号”球体能经受住大西洋恶劣气候的考验了。
那么,这神奇的纤维是用什么原料做成的呢?说来你也许不相信,就是煤、石油、天然气等一些天然物。人们将这些原料经过处理后,便能得到一些较简单的分子较小的物质,然后再让这些小分子进行化学反应,使它们一个个手拉手的联结起来,便形成了由上千个分子聚合而成的大分子。这时,便可将这种大分子的粘液通过有无数微孔的喷头进行喷丝,人们以每秒几十米到几百米的快速将丝抽出,便是光亮轻柔的纤维。用这样的方法制得的纤维叫合成纤维,是化学纤维家族中的一员。化学纤维家族中的另一位成员,便是我们在前面介绍过的人造纤维。
尼龙,仅仅是合成纤维中的一种。而且,它还不是合成纤维中最早诞生的成员。早在1913年,德国人就制得了氯纶,用它制成的内衣具有良好的保暖和防静电作用,居然可以防治关节炎。德国人还在1924年发明了维尼纶,不过,这种纤维一遇到水就要溶解,这当然无法投入使用。直到1950年,日本科学家才解决了这个难题,制得了不溶于水的维尼纶,这才能投入工业生产大量开始使用。现在,人们常用维尼纶来做内衣和床上用品。
尼龙还有两位“弟弟”,表现也十分出色。1940年,英国人制得了涤纶,并在1950年投入大规模工业生产。现在人们所穿的“的确凉”衣服便是用它做的。1950年可称得上是合成纤维大丰收的一年了,在这一年,人们还研究出了在工业上制造腈纶的工艺。腈纶被人叫做“人造羊毛”,用它制成的毛线和毛毯,摸上去与真羊毛的感觉几乎一样!
在此之后,新的合成纤维品种在不断诞生:丙纶、芳纶、氟纶……合成纤维的使用也从民用扩展到工程技术、军事等更为广阔的领域,从而为我们展示出了它那强大的生命力。
(三)五彩的世界朋友,当你走在大街上,看到人群、车辆及建筑物构成的那五光十色的景象时,你是否会想到,这主要是染料给生活增添的色彩呢?100多年来,生活的色彩还没有今天这样地丰富多样,因为那时染色还非常困难。谁要想把布料染成自己喜爱的颜色,只能用茜草、郁金、蓝靛、大黄、红花等植物的根、叶和皮之类的汁来染色。由于这些植物染料种类不多,数量也少,而且染出来的东西色泽不够明亮,远不能满足人们对色彩的爱好与需求。
直到化学合成染料出现后,才解决了人们对色彩的需求。而这项化学上最重要的发明,是由英国人柏琴完成的。
19世纪40年代,非洲的英国殖民地曾流行疟疾。奎宁是治疗疟疾的特效药,但是天然的奎宁产量少,满足不了需要。
当时任英国皇家化学院院长的霍夫曼为了用人工方法合成奎宁,开始研究从煤焦油中提取奎宁的办法。1856年,霍夫曼收了一个积极热情的18岁研究生,这就是柏琴。
柏琴在自家庭院角落的一间小屋里夜以继日地进行实验,连节假日也不休息。他从煤焦油中制取了一种苯的化合物叫甲苯胺,想使它再通过一些化学变化变成奎宁,但失败却接踵而至。
于是,他又从煤焦油的另一个成分——苯胺盐想办法。在合成的最后阶段加重铬酸钾进行氧化时,他没有得到所希望的白色奎宁结晶,却得到了一种黑色的粘稠液体!
柏琴没有灰心丧气,他想看看这种黑色沉淀物到底是什么。于是,他向瓶子里加了点酒精。顿时,黑色液体沉淀溶解成了鲜艳的紫红色。这一来,更证明它不含奎宁。
试验失败了,但聪明的柏琴却注意到,那鲜艳漂亮的紫红色。他想:能不能用它来作染料呢?于是,柏琴拿块布片放进去进行试验。结果,布片被染成了同样的色彩,而且美观鲜艳,这就是第一种合成染料——苯胺紫。
柏琴获得合成染料的发明专利后,就说服他的父亲,在哈罗附近建起了一个印染厂。经过改进,生产出一种淡紫色染料,深受女士们的欢迎。就连当时的英国女王维多利亚也非常喜欢这种颜色。有一次她穿了这种颜色的裙子出席一个集会,很快产生了强烈的广告效应,人们竞相模仿,风靡一时。
柏琴35岁时,就因生产这种染料而成为巨富。后来他不愿再继续经营染料工厂,便重操旧业,开始从事化学研究工作。
苯胺紫的发现极具偶然性,但这一发现却是化学上的一个重大突破,它开辟了新的研究道路,也为化学工业和人类生活增添了光彩。
(四)肝脏的移植在美国匹兹堡大学医学中心,有一个移植研究所,斯塔茨尔博士和他的同事们在这个鲜为人知的地方,完成了占全世界一半以上的肝脏移植手术;并在研制和发明用于异体脏器移植术所需的抗免疫排异药剂上取得了显著成效。
早年,斯塔茨尔在研究动物肝脏的试验中发现,另一种动物肝脏可以通过移植取代其他动物病变的肝脏。他随即将注意力转入人体肝脏移植的研究上来。然而,他遇到了一个令人头痛的问题:病人的免疫系统对异体脏器和抗原的排斥现象。这个问题不解决,接受手术的病人最终还将难逃噩运。斯塔茨尔并不灰心,转而进行寻找可靠和安全有效的抗免疫排斥剂研究工作上来。他同时意识到,肾脏研究是攻克肝脏移植难关的突破口。为此,他花了整整两年时间,反复进行肾脏移植试验。从屡次失败中总结经验教训,坚持不懈地努力,终于在肾脏移植手术上获得成功。术后10年还健在的病人达2/3。
然而,斯塔茨尔的最终目的是向肝脏移植进军。他发明了一种俗称“鸡尾酒”的术后抗排异反应特种药物混合剂,这种药剂在肾脏移植病人身上使用后获得成功。于是,他决定尝试一下肝脏移植。1963年,他成功地进行了世界上首例人体肝脏移植。术后病人存活了29天。随后,斯塔茨尔再次隐身实验室研制更有效的抗免疫排斥剂。学习更好的器官保存方法。1964年,他受到别人关于将人体细胞注射到动物体内,增强抗体,有效杀死人体淋巴细胞建议的启发,制造出一种全新的抗免疫排斥剂。并马上将它用于肝脏移植临床手术。1967年,7名接受肝脏移植手术的儿童,在这种新抗免疫排斥剂的作用下,全部顺利地通过了移植手术并安全地渡过了致命的排异反应第一关。4人在术后2至6个月内相继死去,其余3人活了一年多。这实在是一个了不起的突破。
斯塔茨尔先后成功地做过170例肝脏移植手术,尽管这些病人存活一年的只有35%,但这已使人们意识到移植外科是一门大有希望的医疗学科。
1978年,斯塔茨尔又发明了一种新的“鸡尾酒”,命名为FK—506,经过临床应用,它能使肝脏移植病人术后的存活期延长1/4。目前,他正在研究一种“嵌合体”,以此来完全控制移植手术后的免疫系统排异反应。一旦此种研究成功,人如果哪个器官出了毛病,从猪身上取一个同功能器官换上,就万事大吉了。