金陵城南,秋风送爽,江面上的「沧海龙吟号」汽笛声犹在耳畔,蒸汽的轰鸣与港口的喧嚣交织,预示着明国工业化的蓬勃脉动。明华大学电力研究实验室的炭丝灯泡已点亮百余时辰,电报机的滴答声初现雏形,而方梦华的目光已转向下一个前沿——石油与塑料化纤制品。在金陵大学新落成的石化研究实验室中,她决心破解陈宇「天界之宝」塑料的迷信,将「雷电之力」与「胶脂之能」并举,为明国工业革命再添基石。
十一月初九,金陵大学理学院内,一座三层高的青砖建筑拔地而起,外墙嵌有防火陶板,屋顶覆盖防水铅板,门楣悬挂「石化研究实验室」匾额,方梦华的题字刚劲有力。实验室内部宽敞,中央安置四座高温炼化炉,炉旁堆放着从泉州大食商人贸易中购得的南海原油铁桶,散发出浓郁的石油气息。墙边架子上摆满玻璃瓶,装着硫酸、碱液与各类矿物催化剂;一角的实验桌上,陈宇的战利品——夜光弹力球、塑料杯盘、手电筒外壳——作为研究样本,静静诉说着「人造奇迹」的奥秘。
方梦华身着藏青长袍,腰间速记本上新增了几页关于「高分子聚合」的草图。她站在实验室中央,环视围拢的团队:明州中学化学满分考到金陵大学医学院的徐月娥(擅长分析化学)、明华大学借调的谢芷兰(搪瓷与绝缘专家)、马鞍山钢铁厂工匠杨广仁,以及新邀请加入团队的上海胡商子弟曾明丁(宣称分享阿拉伯炼金术)。空气中弥漫着原油的刺鼻气味与炼化炉的低鸣,仿若一曲工业化的前奏。
「蒸汽驱动了车船,电将点亮城市,而塑料与化纤,将重塑我们的器物与衣裳。」方梦华拿起一枚陈宇的夜光弹力球,轻轻抛起,球体在空中弹跳,幽绿光芒在昏暗的室内闪烁。「这些所谓‘天界之宝’,不过是大食火油的衍生物。今日起,我们要从南海的原油开始,造出属于凡间的塑料与化纤。」
方梦华深知,塑料(高分子聚合物)与化纤(如尼龙、聚酯)的核心原料是石油,而明国通过泉州大食商人的贸易,已储备大量原油。这些原油为石化研究提供了基础,但宋朝缺乏有机化学与石化工业,需从零开始探索裂解、聚合与成型工艺。石化研究实验室的三大目标如下:通过分析陈宇的塑料制品(夜光弹力球、塑料杯盘),确定其化学与物理性质,推导合成路径、以南海原油为原料,结合树脂改性与催化反应,试制硬质塑料(如聚丙烯)与弹性胶体(如聚氨酯)、探索纤维状聚合物(如尼龙雏形),用于纺织、绳索与电绝缘。
实验室的实验桌旁,徐月娥正用玻璃管蒸馏一小桶南海原油,油液在高温炉中分解,散发出刺鼻气味。她记录道:「原油加热至400度,分离出轻油与沥青,轻油气味较淡,似可进一步提炼。」
方梦华点头,指着桌上的塑料杯:「这杯子是硬质塑料,可能是聚丙烯,原料来自原油中的轻质单体。我们需将原油裂解,提取乙烯或丙烯,再催化聚合。」她转向谢芷兰:「妳在明华大学试过硫化松脂,硬度已接近塑料杯,能否用原油轻油改性树脂?」
谢芷兰推了推护目镜,接过塑料杯敲击几下:「松脂硫化后虽硬,但韧性不足。若用轻油与硫磺混合,加热至200度,或许能形成更柔韧的胶体。我可以试试高压釜反应,模仿阿拉伯炼金术的蒸馏法。」
曾明丁在一旁补充:「我父亲从大食商人那里学过石油蒸馏,用来提炼灯油。他们的铜制蒸馏釜可耐高温,若我们改进炉子密封性,能提高轻油产率。」
方梦华目光一亮:「好。曾明丁,你与杨广仁合作,设计一套密封蒸馏釜,目标是将原油裂解至60%轻油。徐月娥,妳负责分析轻油成分,找出可聚合的单体。」
杨广仁拍胸脯:「马鞍山的炉子铸过千斤飞轮,这蒸馏釜不在话下!俺再加一层铜衬,防漏防爆!」
除了硬质塑料,方梦华将化纤作为重点,瞄准纺织与工业应用。她拿起陈宇的手电筒外壳(疑为ABS塑料),对徐月娥道:「塑料可拉丝成纤维,韧性胜过麻丝,耐腐胜过棉布。若我们造出化纤,可用于‘沧海龙吟号’的帆绳,或‘行者号’的座椅织物。」
徐月娥翻开《七年级·化学》课本,沉吟道:「课本提到树脂可拉丝成线,若我们用轻油聚合出胶液,再通过细孔挤出,或许能成纤维。只是……挤丝需要极细的模具,马鞍山的工艺够吗?」
杨广仁咧嘴一笑:「细模具俺们也干过!‘行者号’的侧压轮螺丝,精度已到半分。这挤丝孔,俺保证打得比针眼还细!」
方梦华在黑板上画下化纤挤出机的草图:一个加热槽装胶液,通过细孔挤出,冷却成丝。「这叫纺丝机,原理是让聚合物液态化后成型。谢芷兰,妳试制胶液;杨广仁,你造纺丝模具;曾明丁,研究冷却与拉伸工艺。」
实验室一角,陈宇的夜光弹力球与塑料杯盘被拆解分析。徐月娥用硫酸测试塑料杯,确认其耐腐蚀性,推测为碳氢化合物。谢芷兰尝试加热弹力球,发现其在150度软化,200度熔化,证明其热塑性。曾明丁观察夜光效果,提出用硫化锌掺杂树脂,复现荧光。
方梦华凝视弹力球,低声道:「这球可能是聚氨酯,弹性来自分子链的柔性。我们虽无石化单体,但可用树脂与轻油,加入硫磺催化,试制类似弹性胶体。」她转向徐月娥:「妳的化学分析,能否找出催化剂?」
徐月娥点头:「硫酸与硫磺可作为催化剂,阿拉伯炼金术提到过酸液促进反应。我可以用伏打电池的硫酸,试试轻油与树脂的聚合。」
实验室内的炼化炉烈焰熊熊,南海原油的浓烈气味弥漫空气,铁桶堆叠如山,诉说着泉州大食商人贸易带来的丰厚储备。方梦华的速记本上新添了几页「石油裂解」与「催化聚合」的草图。
实验室中央,四座高温炼化炉熊熊燃烧。徐月娥站在炉旁,操作一架铜制蒸馏釜,釜内装满南海原油,底部加热至300°C,顶部冷凝管收集蒸气。她记录道:「原油加热后,200度出轻油,气味清淡;350度出重油,黏稠如胶;残留沥青,黑如焦炭。」
方梦华审视冷凝管中的轻油,点头道:「这轻油含单体雏形,可用于塑料合成;重油可作润滑剂,沥青可铺铁路路基。」她转向曾明丁:「大食商人的蒸馏法有何改进之处?」
曾明丁答道:「我父亲说,阿勒颇用双层冷凝管,冷却更均匀,可提高轻油产率。我建议在釜顶加水冷铜管,减少油气损失。」
杨广仁拍手:「这好办!俺们马鞍山铸过‘行者号’的侧压轮,冷凝管小意思!明日就装上双层铜管,保准轻油多收三成!」