第3章 卡罗瑟斯
1896年4月27日，沃拉斯·胡姆·卡罗瑟斯出生于美国衣阿华州的伯灵顿。他的父亲是位经济学家，做过得梅因的一所小型商业学院的副院长。父亲希望他子承父业，于是年轻的卡罗瑟斯于1914年进入该院学习会计学。可是，他对会计学实在没有兴趣，他向往自然科学。父亲并不强迫他一定学会计学，于是第二年他便转学到塔吉阿学院学习自然科学。塔吉阿学院规模也不大，在那里，他一边学习一边兼职做助教，教化学。这倒不是因为他对化学情有独钟，而是因为在第一次世界大战期间，只有化学教师的位置有空，要想得到其他职位是不可能的。不过，这段经历，培养了他对化学的兴趣，为他日后成为著名的化学家打下了初步基础。
1920年，卡罗瑟斯获得了塔吉阿学院理学学士学位。接着，他到名气更大的伊利诺斯大学读研究生，并于1921年获伊利诺斯大学理学硕士学位。读博士阶段，他又跑到了芝加哥，成了芝加哥大学的博士生，并于1924年获得芝加哥大学的化学博士学位。
获得博士学位以后，哈佛大学聘请他到哈佛当讲师，一边任教，一边搞科研。卡罗瑟斯凭借着他扎实的基础和灵活的头脑，很快就在哈佛站住了脚，赢得了校长的赏识。正当他在哈佛扑下身子，准备大干一场的时候，杜邦公司上门找他来了。
成立于1803年的美国杜邦公司是世界上最大的化学工业公司之一。它资产雄厚，技术力量充足，在世界化学工业制品市场上占有很大份额。但在20世纪20到30年代，杜邦公司受到了德国拜尔、巴登等化工公司的有力挑战，所占市场份额不断减少。之所以出现这种情况，是因为德国以施陶丁格为首的一批化学家，在高分子合成的理论与实践方面做出了卓越贡献，合成出了橡胶、塑料等，从而有力地支持了德国的化学工业公司，使之对美国的化学公司构成了挑战。面对这种情况，杜邦公司决心奋起直追，给德国公司回以颜色。
杜邦公司知道，德国化工公司之所以能够财源滚滚，是因为它们背后有高水平的科学研究工作的支持。为了在竞争中打败德国的化工公司，杜邦公司决定自己也要搞基础科学研究。鉴于哈佛大学是美国的一流大学，杜邦公司的董事会决议，要请哈佛大学校长代为物色一位有真才实学、有创见、有魄力的年轻化学家来主持公司的基础研究工作。哈佛大学校长康南特博士一下子就想到了卡罗瑟斯，尽管卡罗瑟斯当时年仅32岁，在科学研究方面还未有很大建树，知名度也不高，但康南特相信他能胜任这一工作，在新的岗位上做出一番大事业来。
就这样，在康南特的推荐之下，在杜邦公司的重金聘请之下，卡罗瑟斯接受了杜邦公司的邀请，出任公司基础部研究室主任，具体负责基础研究工作。
1928年，卡罗瑟斯到杜邦公司任职。他上任以后，为自己确定的第一项任务，就是要在合成橡胶的研究方面赶上德国。
橡胶用于工业生产的历史很短，到现在为止不过一百来年。1845年，英国工程师R·W·汤姆生为减轻车子行驶中的震颤，在车轮周围套上一个充气橡胶管，并获得了该项发明的专利。到了1890年，轮胎被正式用在自行车上，5年以后，各种各样的汽车也都用上了轮胎。
随着机动车数量的大量增加，工业生产对橡胶的需求量变成了天文数字，这给许多国家的战略物资的储备带来了一定程度的危机。甚至在机械化刚刚起步的第一次世界大战中，德国就曾因为协约国的海军切断了橡胶供应而运转不灵。为此，一些工业国家开始探讨制造合成橡胶的可能性。在这场竞赛中，德国走在了前面。
早在1880年，科学家们就发现，异戊二烯放置过久会变软发黏，经酸化处理后就变成类似橡胶的物质。德皇威廉二世曾让人用这种物质制成皇家汽车的轮胎，借以炫耀德国在化学工业方面的高超技艺。但是，用酸化后的异戊二烯作为合成橡胶原料，有两个困难。一方面是这种物质的来源正是橡胶本身；另一方面，它也缺少橡胶的弹性和柔性，不适于用做汽车的轮胎。当然，如果仅用于做国事活动的汽车，也还是可以接受的。
后来，德国人又采用与异戊二烯相似而又容易获得的化合物来制造合成橡胶。他们用二甲基丁二烯聚合而成的化合物来代替橡胶，并称其为甲基橡胶。尽管这种橡胶的耐压性能不理想，但它价格低廉，可以大量生产。在第一次世界大战期间，德国大约生产了2500吨甲基橡胶。
面对德国化学工业的进展，杜邦公司感受到了压力。卡罗瑟斯身为基础部研究室主任，对此深有体会。他知道，要赶超德国，就必须了解德国在高分子合成方面的成就。为此，他专门组织了一个班子来研究施陶丁格等名家的论文，分析德国在高分子合成方面的进展，探讨其产品的利弊，以期迎头赶上。既然德国制造的甲基橡胶性能还不够理想，卡罗瑟斯就将主攻目标首先放在了人工合成橡胶的研究上。
在卡罗瑟斯的领导下，他的实验室常常晚上灯火通明，他和助手们通宵达旦地探讨关键技术问题。不知经过了多少个不眠之夜，他们终于实现了人工合成橡胶技术的突破。他们选择石油工业副产品乙烯作原料，然后加氯化氢聚合成氯T-烯，再在催化剂的催化和高压下，成功地合成出了氯丁橡胶。
卡罗瑟斯他们合成出的氯丁橡胶不仅成本比德国早期的橡胶低，而且质量也好，甚至还具有天然橡胶所不具备的一些抗腐蚀性能。例如，它对于汽油之类的有机溶剂具有较高的抗腐蚀性能，而不是像天然橡胶那样一遇到汽油就容易软化和膨胀。因此，对于像导油软管这样的用场，氯丁橡胶要比天然橡胶更合适。氯丁橡胶的研制成功表明，正如在许多其他领域一样，在合成橡胶领域，人工制品并不一定只能充当天然物质的代用品，它的性能可以比天然物质更好。
卡罗瑟斯利用石油工业的副产品制出了比天然橡胶性能还好的合成橡胶，成功地打响了第一炮，在杜邦公司引起了很大反响。他也因此成了美国知名的化学家。到了1932年，杜邦公司就实现了氯丁橡胶的工业化，并将其投放到了市场。后来，在第二次世界大战中，氯丁橡胶成了美国政府全力以赴发展的橡胶制品之一。
初战告捷，卡罗瑟斯信心大增，下一步，他就要向人工合成纤维进军了。他要用人工合成的高聚物来制作能供纺织用的纤维。这是一项前景十分诱人的工作。
一开始，研究进展并不是很顺利。他们设想了很多方案，工作人员进行了一次又一次试验，结果都失败了。钱像流水一样花了出去，最初的几十万美元的研究经费很快告罄。就在这时，杜邦公司的老板给了他很大支持。公司董事长还特别告诉总研究部主任说：“卡罗瑟斯要多少钱，就给他多少钱。”就是在这样良好的氛围下，卡罗瑟斯一步一步走上了成功之路。他先对一些含有氨基和羧基的分子进行了研究，希望借此找到一种较好的方法，将它们缩合成具有大环结构的分子。但事与愿违，他发现这些分子没有缩合成环状分子，而是缩合成了长链分子。
不过，对于这种情况，卡罗瑟斯也不是毫无准备。他也预料到了可能会出现长链分子，因此没有错过这一机会。他立即对这种新物质做了研究，最后用己二酸和己撑二胺制成了纤维。这种纤维在结构上具有和蚕丝类似的构型。
但最初生产出来的纤维性能并不是很好，主要是强度太差。卡罗瑟斯经过分析，认定问题出自缩合过程中所生成的水上。水的存在产生了一个相反的作用——水解反应，它使得聚合反应不能继续下去。卡罗瑟斯找到了解决问题的办法，他让聚合反应在低压下进行。众所周知，低压促进了水的蒸发速度的提高，这样水就会不断被蒸发出去。卡罗瑟斯又在临近反应液体上方斜放了一块供冷却的玻璃板，蒸发出去的水在玻璃板上凝结并自行流走。他用这种方法保证了聚合反应的不间断进行，从而为合成理想的人造纤维奠定了基础。
卡罗瑟斯进一步探讨了合成纤维的生产工艺。他将由己二酸和己撑二胺缩合而成的聚合物熔化，再通过小孔挤压出来，拉成丝。在冷拉伸过程中，卡罗瑟斯等人发现了一个有趣的现象：长链分子在拉伸前是不规则的，但冷拉后，分子链会沿纤维平行排列，从而大大增加了纤维的强度和弹性。这样就奠定了熔体纺丝的基本生产工艺，它包括缩聚、熔体的挤丝成型以及在室温下的冷拉伸。用这种工艺可以得到一种与蚕丝相似的带有光泽的细丝，它可以织成像丝绸一样轻柔美观甚至比丝绸还结实的纺织品。卡罗瑟斯把这种合成纤维命名为尼龙——66，学名是聚酰胺——66。它是世界上最早的具有实用价值的人工合成纤维，它所用的原料完全是用化学方法生产的，而不像过去所说的人造纤维那样，名义上是“人造”，实际上所用原料还是天然的。
尼龙是人造纤维中的一种最重要的发现。它与过去的人造纤维和天然纤维都不同，它的防水功能比那些纤维都好，不怕潮湿、不易玷污、不遭虫蛀，而且具有很高的强度。实验表明，如果横截面积相等，那么尼龙丝的强度和钢丝一样。杜邦公司于1939年开始了尼龙——66的工业化生产。公司推出的广告语——“我们生产和钢丝一样结实，和蜘蛛丝一样纤细的美丽的尼龙丝”，传遍了全美国，波及全世界，大家都知道了尼龙这种新产品。它的出现，开创了人造纤维的新纪元。
第二次世界大战期间，美国陆军部队收购了全部尼龙产品，用以制造降落伞和百余种其他军需品。战后，尼龙在制袜业上完全取代了蚕丝。西方国家的妇女们喜欢穿浅色轻薄的袜子，原来的各种纤维不适合这种要求：蚕丝价格昂贵，棉纤维不够结实，羊毛不够轻薄，而且它们都不耐长时间反复洗涤。但新兴的尼龙袜能够满足这些要求，它又薄又轻又结实，很受消费者欢迎。此外，尼龙制品在其他行业也打开了市场。尼龙可以做许多东西，从服装到床上用品，从地毯到安全带，从救火水管到人造毛皮，几乎什么都能做。正因为这样，尼龙在很短时间内就风行全世界。
可是卡罗瑟斯无缘看到这一切。他已在1937年4月29日的一次意外事故中丧生，这年他才41岁。卡罗瑟斯一向精神抑郁，他有一个孪生姐姐，姐弟感情很好。当他姐姐于1936年去世后，他更是郁郁寡欢。所以对于他的死，有人认为是自杀身亡的。无论如何，他的英年早逝，确实令人痛惜。
卡罗瑟斯的著作主要有《有机合成》一书，1933年出版。他于1936年当选为美国科学院院士，是第一个由产业部门选为该院院士的有机化学家。此外，他还于1930～1937年负责美国化学学会学报的编辑工作。卡罗瑟斯一生发表了60多篇有关合成纤维和合成橡胶的论文，还取得了70多项专利。他是一位既有深厚基础理论知识又有丰富实践经验的化学家和化学工程学家。
卡罗瑟斯虽然去世了，但他的事业后继有人。在他去世后的第二年，曾作为他的助手的普洛莱就总结了一系列缩聚反应，提出了缩聚反应中所有功能团都有相同活性这一重要原理，并以此为契机，推进了高分子材料工业的发展。因为在高分子材料研究方面成就卓著，普洛莱于1974年荣获诺贝尔奖。有人不无感慨地说：如果卡罗瑟斯不是英年早逝的话，那么这项诺贝尔奖是会由普洛莱和他共享的。无论如何，由卡罗瑟斯所开创的人工合成纤维事业已经誉满全球，卡罗瑟斯也因此而名垂史册。