命途多舛的發明狂人死磕橡膠一輩子，贏得了榮耀卻換來悲慘的反差人生

來自專欄 Dizzy In Science

有些人憑著一顆赤子之心，在最好的時代憑著創造飛黃騰達，名利雙收，載入史冊。

可有些人創造了改變人類文明的發明，惠及我們每一個人，不僅沒有腰纏萬貫、名利雙收，甚至連糊口的收入都沒有。

一輩子動蕩奔波、再三入獄、家破子亡、窮困潦倒，拼死拼活終於贏得了應有的榮譽卻也逃不過債台高築疾病纏身，英年早逝。

這位「現代橡膠之父」空有一個「好時代」名字，卻從來沒有碰上自己的好時代。

固特異是一位發明家，擁有好幾項專利，還被授予數枚勳章，為橡膠工業做出巨大貢獻。

他窮極一生苦心鑽研橡膠的改性方法，那份堅持甚至有些難以被人理解，他用最笨的方法找到了改良生橡膠的方法，幾乎挽救了當時早產的橡膠工業。

天然橡膠是一種從植物中提取出來的化合物。

其分子普遍呈線型結構，由於分子量大而在無外力作用下分子鏈無規則捲曲成線團狀，在外力作用下分子鏈反彈併產生強烈的復原傾向。同時分子間的作用也會影響分子鏈段運動。

因此它在常溫下具有較高的彈性和耐鹼性，略有一些塑性，也不溶於一些極性溶劑。

這些性質在許多材料中是絕無僅有的。

它的發現廣泛開拓了人類工具的使用範疇，確實是自然饋贈的絕佳材料。

給橡樹割膠

世界上約有2000種植物可以產生類似天然橡膠的聚合物，但真正有實用價值的還是巴西三葉橡膠樹。

因此遠在11世紀，橡膠最早就被南美洲和中美洲的人民用來做祭品和做成橡膠球玩耍。

1493年哥倫布第二次航行探險到達美洲，發現了這一片神秘的大陸和大陸上新奇的一切。

其中就包括當地印第安人手上拿著的一顆黑色的球，球落到地上後竟然能快速反彈。

此後在西班牙和葡萄牙征服美洲大陸的過程中，橡膠的知識也被陸續帶到了歐洲。

提取橡膠樹的乳液做天然橡膠

經過三個世紀的橡膠知識探索、沉澱與推廣，直到19世紀初天然橡膠才開始工業研究和應用。

英國人漢考克發明了降低天然橡膠彈性、提高塑性的機械方法，使橡膠更便於加工。

他還利用橡膠做起了雨衣、橡膠帶、橡皮擦的生意，成為橡膠工業的先驅。

但是當時人們被發現這種神奇材料的驚喜沖昏了頭腦，以至於還沒有對橡膠性質研究透徹，就過早地商業化應用。

用橡膠做成的雨衣

1834年的夏天，固特異已經破產了一年有餘，靠典當家當養活家中妻子和9個孩子的中年男人。

這一天他憂心忡忡地在紐約的街上閑逛，偶然在羅克斯伯里印度橡膠公司櫥窗里看到一種橡膠充氣救生帶。

他認為救生帶氣門的缺陷是造成前幾天新聞里報道有人溺水而死的重要原因。

於是他心生商機，果斷買下救生帶，通過數周的研究，再次回到店裡向羅克斯伯里公司提交了一個改進的氣門。

但代理商卻沒有半分欣喜，而是無奈地把他帶到儲藏室。

打開門的一瞬間迎面湧來一股刺鼻的橡膠惡臭。

如果不是門口明顯的標誌提醒，固特異可能以為自己來到了久未處置的垃圾場。

儲藏室里堆滿了變形的橡膠製品，畸形的救生帶、鞋子以各種古怪的姿勢軟塌塌地黏在一塊。

橡膠長期存在於空氣中會發生氧化反應，分子內的極性基團增多，造成橡膠結構破壞而變黏，夏日的高溫更加促進了反應的進行。

當然，當時對橡膠的研究遠沒有那麼深入。

固特異在此刻意識到，橡膠受到溫度限制的情況才是要解決的急迫問題，並且將來大有前景。

由此也點燃了他的鑽研之心，固特異決心要對橡膠進行改性，以充分利用好這種性質優異的實用材料。

從這時開始直到生命結束，他的生活便與橡膠牢牢黏在了一起。

固特異沒有學過有機化學，根本不懂得天然橡膠的化學成分主要是聚異戊二烯。

更不知道應該要添加什麼物質、進行什麼化學反應能有效改良性質了。

當時他的實驗方法就是——窮舉嘗試。

他甚至還停下自己唯一有收入的五金店生意，專心致志地開展無法使他營利的橡膠研究工作。

幾種聚異戊二烯結構式，橡膠主要是順聚異戊二烯

此後，廚房成為了因特異的實驗室，一切可以弄到手的物質都成為他的實驗藥品。

他嘗試用松節油、鎂粉、石灰分別摻和橡膠粉末，甚至嘗試火藥進行試驗。

可是這些方法都只是簡單地將物質混合，並沒有發生化學反應，因此實驗完全沒有成功的可能。

漫無目的的試驗給他帶來的只有不斷增加的失敗次數和負債數目。

生活像是給他上了一把枷鎖，而此時，他的債主也給他的雙手拷上了枷鎖。

因特異因為欠下太多債務而被拘捕，和他一起進入監獄的還有他做實驗用的擀麵杖和添加劑。

夢想的力量真的很強大，在獄中的因特異完全沒有停止自己的研究。

直到他的父兄替他還清了債務，因特異才得以出獄，重新回歸自由。

其實與其說回歸自由，不如說是換了個地方繼續開展實驗。

這次他花了大價錢買了50桶純乳膠，用明火混合乳膠制褲子和鞋子。

但是春天做好的鞋子，到了夏天就全部黏在一起。

這下再也沒有人願意借錢給他了。

屋漏偏逢連夜雨，這時他們剛學會走路的兒子夭折了，剛出獄的固特異在自由的氣息中飽受喪子之痛的折磨。

不僅如此，由於把口袋裡的、能借到的錢都用來購買實驗用品，他實在交不起房租，房東毫不留情地把他們趕出了家門。

膠粘鞋底

也許是絕處逢花吧，不久，固特異在用硝酸清洗橡膠飾品上的青銅漆後發現橡膠雖然褪色了，但它的表面已經失去了黏性。

這一發現大概是可憐的固特異好幾年來唯一的好消息了。

隨後他便瘋狂地把自己關在小屋裡配製硝酸溶液，證實了酸氣的處理可以有效消除橡膠表面黏性。

但硝酸溶液和硝酸蒸汽對皮膚和粘膜有強刺激和腐蝕作用，濃硝酸加熱後還會產生二氧化氮，人體吸入會引發急性氮氧化物中毒。固特異被硝煙熏得卧病在床6個星期才康復。

碘化鉀與硝酸鉛反應

1837年6月17日，他憑藉這一發明申請到了美國240號專利，並且很快吸引到了投資者。

眼看固特異坐擁發明專利將要飛黃騰達，一場金融危機又把他打回原形。

當時流傳著一種說法：如果你碰到一個人，帽子、圍脖、外套、背心、鞋子都是印第安橡膠做的，口袋裡沒有一分錢，那麼這個人就是查爾斯·固特異。

出於對橡膠研究的瘋狂與偏執，固特異繼續悶頭鑽研。

後來他又發明了橡膠薄片，這比起原本的膠狀物更為方便使用，並獲得紐約機械學會銀質獎章。

當時耶魯大學的化學教授西利曼還給他出具證明書，使他獲得了銷售許可證。

然而在所有人都以為他終於成功時，頑固的橡膠還是在夏天融化了。

固特異又嘗試用幾種酸來進行酸化實驗，他發現酸化過程中真正是硫磺酸在發揮硫化作用，但是這種作用效果還是受限於溫度。

1839年一次偶然的機會，他不小心把樣品掉落在熾熱的爐中，樣品燒焦成了像皮革一樣的物體。

奇怪的是，這種懼怕炎熱的橡膠在高溫下沒有軟化黏糊，反而變得更堅韌、更有彈性。

橡膠的性質終於被高溫和硫磺改變了，它因此具有了永久的彈性。

硫化過程中發生了產生單硫鍵（C-S-C）、雙硫鍵（C-S2-C）和多硫鍵（C-Sx-C）的硫交聯。

這個過程使更多的硫原子在空間上連接在橡膠聚合物鏈上形成橋狀結構。

而橡膠最終得以獲得彈性則要歸功於這種橋狀結構了。

高溫的作用便使硫的交聯鍵更加穩定地存在橡膠體系中。

橡膠硫化改性雖然只是固特異胡亂嘗試得出的方法，但現代材料應用卻證實了其作用機理的可行性。

硫的交聯過程

1841年美國專利局承認了他的這項發明。

但科學研究和商業應用之間的距離總是漫長的。

固特異快馬加鞭地將他的發明投入生產，但產品還沒上市銷售，他又再次破產，也再次鋃鐺入獄。

直到1844年美國專利局才批准了他的專利，但固特異由於無法償還債務被法院強制要求把專利收益的權利轉讓給他的債權人。

更糟糕的是，這項技術非常容易掌握，因此許多沒有專利權的人也爭相模仿製作硫化技術改良的橡膠。

在固特異余後的16年間，固特異依然圍繞自己的專利開發了各種產品，同時也陷入了與侵權者無休止的鬥爭中。

1851年，固特異作為偉大的橡膠硫化技術發明者參加維多利亞女王主辦的展覽會。

他被授予了國會勳章以及拿破崙三世的英雄榮譽勳章、軍團英雄十字勳章。

展覽會上的他無限風光，轉眼間，他又被他的債權人告上了法庭，理由是他的發明專利得不到收益。

這一次，固特異帶著一身的勳章來到了他久違又熟悉的監獄。

拿破崙三世英雄勳章

由於貧窮而請不起好的律師打官司，這些年來固特異訴訟勝利的次數非常少。

持久的維權鬥爭使本身就貧困的固特異一再受到生活對他的打擊。

1852年9月28日在新澤西倫登的這場訴訟算是他維權訴訟最終的決定性勝利。

但同時也消耗了固特異大量的金錢和時間，他依舊負債纍纍。

晚年的固特異還沒來得及享受自己終其一生苦心經營的專利成就，身體卻每況日下。

整天整宿地泡在實驗室里搞研究使他吸盡了化學毒氣，孱弱的他看起來比實際年齡還要老二十歲。

1860年6月1日，他在貧病中去世。

陪他一起走到生命盡頭的，還有那20萬到60萬美金的負債。

固特異的一生是悲慘的，甚至是可笑的，生活對他百般折磨使他受盡蹉跎，但他卻仍舊飛蛾撲火一般地投入一個被認為是無聊的事業。

但最後的結局也並不可悲，他所發明的橡膠硫化技術最為最關鍵的一環推動了橡膠工業的重生。

一個半世紀後的今天，生活中隨處可見基於他的發明衍生的產品。

比如老牌鞋廠匡威現在依舊用硫化鞋來稱呼自家最經典的硫化工藝帆布鞋，又比如可靠方便的橡膠避孕套……

偏執的橡膠狂人固特異（Goodyear）可能沒有想到，他獻出了自己所有的「好年華」換來的不僅僅是橡膠的重生，更換來了全人類的「好年華」。

*參考資料

Yang D, Jia D, Li S.Study and development of chlorinated natural rubber[J]. China Synthetic RubberIndustry, 2002, 25(1):57-59.

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