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意外的產物——鐵氟龍

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）。

小百科

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，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。

 

深度閱讀資料

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. http://en.wikipedia.org/wiki/Teflon http://www.invent.org/hall_of_fame/121.html

 

本文作者：林天送　

美國聖路易華盛頓大學化學暨神經科學系

發表日期：2009/11/4

相關附件：《科學發展》2009年11月，443期，70 ~ 73頁