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炎炎夏日，大家都知道盡量不要將塑膠類製品放在車子裡，以免在車內溫度隨著陽光曝曬不斷上升時，塑膠容易軟化或變形。但一樣是在高溫下，為什麼同為塑膠產品的輪胎卻不會變形呢？其實這和輪胎的原料有關，而製作輪胎的主要材料則是硫化橡膠，不知道大家知不知道硫化橡膠是如何被發明出來的呢？這其實是一個意外的發現！

橡膠的發現─哥倫布的冒險

橡膠的由來可以追溯到地理大發現的年代。15世紀時，哥倫布（Christopher Columbus）第二次前往美洲新大陸，意外發現當地原住民進行的娛樂活動中，會用到一種具有彈性的橡膠球。後來他們發現，這些具有彈性的橡膠球是由當地橡膠樹的汁液所做成的。當他們用刀子割開橡膠樹皮後，橡膠樹就會流出一些白色汁液，只要將這些汁液曬乾後就可以製成富含彈性的橡膠球（圖一）。

圖一：圖為橡膠樹流出的白色汁液。當我們以刀子割開橡膠樹皮後，橡膠樹就會流出一些白色液體，將這些汁液曬乾後就能製成有彈性的橡膠球。（PRA, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons）
 

雖然當時已經可以簡單使用這些天然橡膠，但卻一直無法廣泛應用於工業產品上，直到美國發明家固特異（Charles Goodyear，圖二）開發出的新技術才有了重要突破。固特異當時對「橡膠」這種材料非常感興趣，也覺得它具有很大的發展性。但天然橡膠的品質不夠穩定，不僅一加熱就會軟化，溫度低時又會變硬而失去彈性；最重要的是，在長時間與較大外力的作用下，天然橡膠就會變形而無法恢復原來的形狀。因此他不斷嘗試各種方法，希望能夠改善這些天然橡膠的缺點，並創造出耐寒、耐熱，且不容易變形的橡膠。

圖二：1844年，固特異在研究如何改善天然橡膠材料特性時，不小心將樣品打翻，把混有鉛、硫、橡膠的混合物潑灑出來，剛好旁邊有個小火爐，由於火爐的加熱效果，意外製備出了硫化橡膠。（Southworth & Hawes, public domain, Wikimedia Commons）
 

意外發現的硫化橡膠

秉持著改善材料特性的目標，固特異嘗試將不同物質加入天然橡膠內，像是含有硫或鉛等不同材料，但依舊遲遲沒能得到預期的效果。直到1844年，有一天他不小心將樣品打翻，把混有鉛、硫、橡膠的混合物潑灑出來，剛好旁邊有個小火爐，由於火爐的加熱效果，意外製備出了硫化橡膠。而固特異的此項發現，其實並不只是單純物質混合就能達到的效果，而是和橡膠的分子結構被交聯與固化有關。

橡膠分子其實是一種十分常見的高分子材料。高分子（macromolecule）又可以稱為大分子，基本上就是指分子量很大的長鏈分子。一般來說，只要其分子量大於1 萬以上，我們就可以稱它為高分子。而高分子的合成，就是把簡單的、重複的小分子單體（monomer），以共價鍵（covalent bond）聚合起來。也因為它是利用聚合反應而合成的，所以高分子也被稱為「聚合物」（polymer）。

讓我們先回顧一下哥倫布當年看到的那個橡膠球。一開始他所看到的這顆橡膠球其實是一種聚異戊二烯（polyisoprene）的天然高分子材料，因為具有較大的分子量，即使沒有添加化學性的交聯劑，還是能具有類似交聯結構的物理特性。但因為缺乏真正的化學性交聯（chemical cross-linking）結構，所以在長時間的外力作用下，可能就無法恢復原來的形狀。……【更多內容請閱讀科學月刊第621期】