75年有机硅

1947年，瓦克成为欧洲首家开始研制有机硅的企业。如今，有机硅这种高性能合成材料在我们日常生活中无处不在，而瓦克也已成为全球第二大有机硅生产商——现在，让我们来回顾一下这段始于德国博格豪森一座简陋木屋的历史。

“这台硅烷炉现在的月产量近1000公斤，但我们很快会添置第二套反应器，总产量可增至2至3吨。”——“尽快把产量提高到200至300吨。”那是1950年底，瓦克前任总经理Johannes Hess博士在1951年2月3日去世前给Siegfried Nitzsche博士的建议。Nitzsche博士听从了这一建议，他克服重重阻力，成为了当之无愧的“瓦克有机硅之父”。据他回忆，当年公司上下，管理层也不例外，对此的普遍看法是：“如果哪天能卖出100万马克，我们就谢天谢地了。”

令人庆幸的是，Nitzsche博士义无反顾，坚持不懈，而瓦克有机硅也很快突破了100万马克这个“不足为道”的目标。如今，瓦克有机硅业务部门已是瓦克化学股份有限公司旗下规模最大的业务部门，年销售额近30亿欧元。

Hess总经理与Nitzsche博士在那段对话中谈到的硅烷是二甲基二氯硅烷，它是瓦克现在约2800种硅烷类及有机硅类产品的基础原料。瓦克在博格豪森、农特里茨和张家港生产这种原料，因此得以在全球有机硅市场稳居第二。

要描述Nitzsche博士1947年如何在博格豪森工厂开展硅烷和有机硅的研究工作，我们也要陈述一下当时的情况，因为这能够让我们更好地体会瓦克涉足这一全新业务领域的动机和Nitzsche博士最初遇到的各种困难。

Nitzsche博士的有机硅之路也“途经”二甲基二氯硅烷。20世纪40年代初，他正在耶拿化学研究所为德语国家教授资格考试做准备，研究所收到了纳粹德国国防军完成一项“铁管硅化”任务的指令。不难推测，这最终是为了制造高度耐用的炮筒。在研制过程中，Nitzsche博士的实验室助理不小心将水混入了化学敏感的二甲基二氯硅烷中，引起水解反应，Nitzsche博士把温度升高到360摄氏度，也无法蒸馏水解后的油性生成物，而冷却后留下的橡胶弹性体，却能够耐受红热高温——那时他还不知道自己手中把握的，是第一块硅橡胶。换了一个缺乏天赋的化学家，他很可能会认定那只是一次实验事故，然后回头继续原来的任务了。但Nitzsche博士却被这一发现迷住了，甚至为它撰写了教授资格考试论文《耐高温含硅合成材料》。

1947年初，Nitzsche博士从关押德国科学家的美军集中营获释后，收到了德国化学家协会（GDCh）发来的一份邀请函，请他前往海德堡，在战后第一届学术会议上进行主题演讲，介绍自己在论文中研究的课题。在座听众中有两位来自瓦克化学的代表：瓦克首席化学家Wolfgang Gruber博士和高级工程师兼总经理Eduard Kalb先生。Gruber博士在回忆录《Gratwanderungen/走钢丝》中描述了当时的场景。

他写道：“Siegfried Nitzsche博士有关有机硅的演讲非常精彩，而我能有幸赢得他到博格豪森工厂为瓦克效力，可以说是我为公司立下的一个大功。我之前就曾向总经理Hess先生提议研究有机硅领域，因为所需基础原料我们自己的业务范围都有，很容易获取（铜硅合金、氯代甲烷，以及可能用到的四氯化硅）。尽管慕尼黑总部最初否决了聘用Nitzsche博士的提议，但撤回这个决定并不难。没过几年，我们的有机硅年销售额便跃升至数百万马克，产品种类增至100余种！”

1947年8月2日，Nitzsche博士在瓦克博格豪森工厂正式入职，并立即投身于瓦克有机硅的研发工作。

Gruber博士为什么会提到那几种原料呢？瓦克1947年便已熟知硅这种类金属。亚力山大·瓦克曾经的公司之一Elektrobosna工厂就已拥有一份金属硅生产专利；而二战前，瓦克的产品组合中即已有多种用于调制钢材的合金产品，其中也包括硅化钙、高硅铸铁、硅铝钙；上世纪30年代，瓦克旗下工厂满足了德国市场2/3的铬铁合金需求。换而言之，瓦克1947年就有制备和加工金属硅的能力，借助氯化氢用甲醇生产氯代甲烷更不在话下。

对Nitzsche博士而言，这个起点相当不错。然而战后初期，各种资源短缺，从人力到设备，从所需的实验室到生产车间，甚至专业书籍，Nitzsche博士都难得一求。例如，美国工业界在有机硅领域取得的进展，他最早还是从科普读物《Reader’s Digest/读者文摘》了解到的。不仅如此，专利领域也存在一系列困难：硅烷生产所需重要专利在通用电气公司手中，而另一家美国企业道康宁公司则获取了有关有机硅加工关键步骤的权利。

幸运的是，美国这两家公司谋求与欧洲企业合作，共同生产和推广有机硅产品，除瓦克外，他们还与罗纳-普朗克公司（Rhône-Paulenc）和拜耳公司签订了合同。瓦克1951年与道康宁，1953年与通用电气签署重要使用许可协议，随之于1951年推出首批推广瓦克自产有机硅产品的宣传手册，同期发行的还有一份瓦克以总代理身份销售道康宁有机硅的产品目录。

1950年，两位重要人物Ewald Pirson博士和Manfred Wick博士加入瓦克硅烷加工工艺开发团队。瓦克1949年即已上市的产品为：硅油、油乳剂、消泡剂、浸渍剂、硅脂和脱模剂。1952年，瓦克的产品组合中又增加了首批硅橡胶产品，1953年增添建筑物保护剂——这些应用的基本形式至今仍是瓦克有机硅业务部门产品组合的一部分，只是已得到后续研发，并且更加成熟。1959年，瓦克有100多种有机硅产品进入研发阶段。

博格豪森生产基地的规模也随着市场需求的增长而扩大，首批生产设备早已过小而被拆除。20世纪60年代中，瓦克多次进行扩建，大规模投资有机硅生产，博格豪森工厂向西和向北扩展，建成综合生产体系，目标：什么都不能浪费，什么都要利用起来，令当年的瓦克即已做到生产废物少，效率高。

厂报轻描淡写的一句“1972年6月26日，北厂新区硅烷生产正式启动”将这个新闻一笔带过，而这片新区的前景远比报道的要激动人心得多——因为之后数年，北厂将一再增添新设备，成为博格豪森的硅氧烷综合生产地。更具革命意义的是，这座新厂采用无外墙的开敞式钢架混凝土结构建成，调度室的设计也已具备自动化控制的雏形。

当时的硅烷蒸馏塔阵列高达51.1米，是博格豪森最高的蒸馏塔，不久前，在历经50年风霜雨雪之后，被新建的蒸馏塔取代。新塔高70多米，远超1972年的规模。

2022年，HDK^®气相二氧化硅这种Günter Kratel博士20世纪70年代初在瓦克位于德国Kempten的ESK子公司发明的填料，同样走过了50个春秋。这种功能极其多元的材料被广泛应用于各种领域，也是瓦克硅橡胶不可或缺的活性填料。

早在1978年，博格豪森便已建成自己的HDK^®生产设备，并将其集成到硅的综合生产体系之中。它的精彩之处：从硅烷合成物的副产品中获得的HDK^®，成为了瓦克有机硅和瓦克多晶硅两个业务部门综合生产体系的一部分。硅烷合成工艺产生的“副产品硅烷”在超过1000摄氏度的氢氧炎中烧灼，降温后生成絮状颗粒，呈现二氧化硅（SiO2）的基本结构，与硅砂的结构并无二致。但与硅砂不同的是，瓦克生产的HDK^®表面积极大，因此具备独一无二的特性，一大袋HDK^®的重量仅为10公斤。

几乎每一种化学反应都会产生副产物，而这也正是瓦克综合生产体系的一大优势：数十年来，瓦克的化学家和工程师成功地对不同生产流程的副产物进行再利用，例如，作为原材料用于其它产品。

如今，市场对瓦克HDK^®的需求量如此之大，生产地已超出博格豪森，扩大到了农特里茨、张家港及查尔斯顿生产基地，而HDK^®气相二氧化硅也因此成为瓦克生产体系如何环环相扣的最佳案例：从一种有机硅生产废料孕育出一种新的销售成品，尽管不为肉眼所见，在人们的日常生活中却已无处不在。

之后二十余年，瓦克在世界各地建立了更多有机硅生产基地，因篇幅有限，无法在此一一详述，但其中有两处全综合生产基地值得一提，因为它们同博格豪森一样，都有一套用Müller-Rochow合成法进行生产的复杂的硅烷设施。

其中一处是前文提到的农特里茨生产基地。它作为Heyden化学公司旗下的Weißig工厂创建于1900年，在前民主德国时期成为国营硫酸及氢氧化钠厂，后在Richard Müller研究成果的基础上，成为国营农特里茨化工厂。两德统一后，工厂先于1990年被Hüls股份公司收购，后于1998年被整体出售给瓦克化学。自此，瓦克不断投资扩建，将农特里茨生产基地逐步建设成旗下如今仅次于博格豪森的在德第二大生产基地。

与博格豪森不同，农特里茨生产基地没有自己的制氯设备。氯硅烷的生产需要用到高反应性的氯，而氯硅烷又是硅烷生产的中间产物，所含的氯会在之后的化学过程中分离出来，得到再利用，每个氯原子可在循环生产中多次使用。瓦克在博格豪森通过岩盐电解产生氯，原料来自瓦克自有的斯特滕盐矿。农特里茨没有自己的盐矿来制氯，因此需要从博格豪森获取含氯的中间产品以填补损失的元素——哪怕再完美的综合生产体系，也无法避免此类损失。

通往工业化硅烷与有机硅生产的大门1942年便已被打开：第二次世界大战期间，美国化学家Eugene Rochow和德国化学家Richard Müller在互不知情的情况下，同时开发出一种以固态硅粉和气态氯代甲烷为原料直接制备液态二甲基二氯硅烷的方法。这种硅烷就好比一块基本乐高^®积木，能够用来系统地组合出成千上万种的有机硅混合物。

Rochow博士当年在美国纽约州Schenectady为通用电气公司工作，而被同事们亲切地称为“Kiesel-Richard（硅-理查德）”的Müller博士则效力于德国Radebeul的Heyden化学公司。Heyden公司下属Weißig工厂1953年开始采用Müller博士及助手开发的工艺，为前东德生产有机硅。1998年，这座如今名为农特里茨工厂的生产基地成为了瓦克化学股份有限公司旗下大型有机硅生产基地之一。

80年后的今天，Müller-Rochow直接合成法仍是世界上唯一一种用以对二甲基二氯硅烷及衍生有机硅进行商业化生产的工艺，而有机硅以其独特的性能，早已成为人们日常生活中众多应用不可或缺的原料——影响如此深远，而这两位工艺发明人却未能获得诺贝尔化学奖，实在令人扼腕。1992年Müller-Rochow工艺投产50周年庆之际，在博格豪森从瓦克有机硅业务前负责人Stroh博士手中接过“瓦克有机硅奖”证书，对他们可谓一份迟到的荣誉。而那时，Rochow博士已83岁，Müller博士89岁高龄。

瓦克集团也注重后向一体化工作。硅作为一种原料，不仅瓦克有机硅业务部门需要，瓦克多晶硅业务部门也恰恰依赖这种类金属的供给。瓦克含硅产品创造的销售额目前约占集团总额的80%。因此，建设内部产能，以确保原料基础，是一个前瞻性决定。

瓦克2010年为此收购挪威霍拉生产基地，在那里用大型矿热炉，以石英和硬煤为原料生产金属硅。硅这种元素在地壳中的蕴含量仅次于氧，但由于硅与氧之间的化学亲和性，在自然界中无法找到单质形式的硅，而通常只是二氧化硅（SiO₂），即，石英砂或石英。霍拉生产基地从收购伊始即可满足瓦克1/3的粗硅需求量，产能还在继续扩大。

1947年 - 起步：瓦克开始研制硅烷和有机硅

1949年 - 生产：开始在博格豪森生产硅烷

1951年 - 合作：与道康宁达成使用许可协议

1953年 - 新产品：室温及高温固化硅橡胶（RTV与HTV）

1954年 - 首次扩建：在老厂扩建有机硅车间

1959年 - 产品组合：100多种有机硅产品进入研发阶段

1963年 - 再次扩建：扩建博格豪森西厂

1965年 - 贵客莅临：德国总理路德维希·艾哈德（Ludwig Erhard）造访博格豪森

1969年 - 美国：参股SWS有机硅公司（阿德里安）

1972年 - 投资：北厂硅烷蒸馏塔投入使用

1978年 - 综合生产：博格豪森首套利用副产品进行生产的HDK^®设备

1980年 - 创新：开发液体硅橡胶

1983年 - 在亚洲发展：创建瓦克化学（东亚）公司

1986年 - 贴近客户：开始在日本建设有机硅产能

1987年 - 嘉奖：首次颁发“瓦克有机硅研究奖”

1992年 - 荣誉主办首届如今已成为业界一大盛事的“有机硅日”活动

1998年 - 新生产基地：购入农特里茨生产基地，在印度创建新的生产基地

1999年 - 聚焦亚洲：在日本创建瓦克旭化成有机硅有限公司

2004年 - 亮相中国：有机硅乳液生产线在上海正式投产，瓦克在中国生产首批有机硅产品

2006年 - 合资：瓦克与道康宁联合生产基地奠基仪式

2008年 - 东欧：捷克生产基地SILMIX^®预拌有机硅生产线建成

2010年 - 重要投资：瓦克在挪威购得金属硅生产线，在韩国收购Lucky Silicones公司

2017年 - 科研：创新型有机硅研发实验室中心（美国安娜堡）

2022年 - 效率：为博格豪森硅氧烷综合生产新建蒸馏塔