中国古代科学家,谈谈对我国高分子材料领域科学家所作贡献的认识
高分子科学是由「高分子化学」和「高分子物理」两个重要的分支组成的。其中,高分子化学作为化学的一个分支学科,是在20世纪30年代才建立起来的一个较年轻的学科。然而,人类对天然高分子物质的利用有着悠久的历史。早在古代,人们的生活就已和天然高分子物质结成了息息相关的关系。高分子物质支撑着人们的吃穿住各方面,在我国古代时,人们就已学会利用蚕丝来纺织丝绸;汉代,人们又利用天然高分子物质麻纤维和竹材纤维发明了对世界文明有巨大失去作用的造纸术。在那时,中国人已学会利用油漆,后来传至周边国家乃至世界。欧洲工业革命之以后,许多天然的高分子物质日益成为生产不可缺少的原料,促使人们去研究和开发高分子物质。这时,人们首先遇到了对天然橡胶以及天然纤维的利用和改进。
以后的年间高分子化学及工业达到飞速发展阶段。第二次世界大战刺激了高分子化学和化学工业的发展,德国首先合成了橡胶,美国也加速发展高分子工业。战后由于消费品的需求量增加,高分子化学的系统研究大规模地开展起来。
而另一个重要分支——高分子物理,在过去的近一百年中取得了突飞猛进的发展。如今高分
子材料已经不再是金属、木、棉、麻、天然橡胶等传统材料的代用品,而是国民经济和国防建设中的基础材料之一。
国际上,随着「高分子化学」研究于19世纪后半页渐渐走上舞台,对这些高分子化合物的性质研究,结构研究,也渐渐引起了学者们的重视。早在1882年,一些学者开始用沸点升高,冰点降低以及半渗透膜方法来测定硝酸纤维素酯,天然橡胶,淀粉等高分子的分子量。当时认为这些分子是分子量为1,000左右的大分子,是小分子结构单元彼此用次价键结合堆积而成。19世纪20年代初,有人用X-射线衍射研究了纤维素纤维的结构,认为纤维素晶胞含4个基元,从而更进一步支持了《大分子是小分子结构单元间因次价键堆积而成》的学说。
H.Staudinger发表了《聚合反应》的论文,提出了高分子是由小分子经聚合反应而生成,并非因次价键堆积而致。之后Staudinger又证明了高分子是聚合物学说的正确。至1930年,在德国胶体化学年会上,多数学者承认了聚合物学说。此后的高分子结构,性质研究,才由小分子的物理化学研究、胶体研究,真正进入到高分子概念为主导的研究领域,从而形成了「高分子物理」学科。
初期的「高分子物理」研究,基于对高分子化合物分子量的测定,固体聚合物的性质,加工中聚合物熔体流动性质的兴趣,形成了三个主要研究领域,即高分子分子量的测定及高分子溶液的研究;高分子凝聚态的研究;高聚物流体研究。自1930至1970年「高分子物理」上述三个领域的研究工作不断深入,研究内容不断丰富,逐步形成了「高分子物理」研究领域的基本框架。
在这一时期上述三个研究领域的主要代表性工作是:
1).分子量测定及溶液领域。1930年出现了粘度法测分子量,1933年美国出现用超离心机法测分子量,1937年出现光散射法测分子量,1964年出现凝胶谱法测分子量(GPC)。1935年PaulJ.Flory发表了缩聚反应分子量分布统计研究的论文,1949年Flory提出了柔性链高分子由于链段的空间干扰而伸展的「扩张因子」概念及溶液中高分子和溶剂相互作用因素的「θ温度」,「θ溶剂」概念。
2).高分子凝聚态领域。1936年出现了聚异丁烯玻璃化转变温度的研究工作;1942年出现了高分子结晶的研究工作,同期报道了等规立构的聚丙烯和聚苯乙烯链的重复周期分别为6.5Å和6.7Å,这是高分子结晶概念的开始;1949年Flory对高分子结晶用数学统计方法做了
理论研究;1957年发现了聚乙烯折叠链形成的片晶,提出了高分子结晶的折叠链模型;1958年发现了聚氧乙烯的伸展链片晶;1964年发现了聚乙烯在近50,000大气压下形成的伸展直链片晶。
3).高聚物流体研究领域。20世纪20年代发现对淀粉溶液施压后压力停止时,淀粉溶液有「回弹力」现象,30年代开始出现对聚合物熔体粘弹现象的定量研究,1940年Flory发表了用分子量的观点来研究聚合物熔体的熔融粘度的工作,1953年出现了描述高分子在熔体中分子链运动方式的「珠簧模型」理论,(后来进一步完善,称为RBZ理论),1964年Flory提出了描述高分子链运动的「蛇形理论」。
1953年Flory在美国出版了《高分子化学原理》一书,对「高分子物理」研究起了奠基作用。
20世纪70年代以后的「高分子物理」研究工作,基本上仍是上述三个主要领域研究的深入和扩展。主要的工作有:聚电解质的溶液性质和智能凝胶的研究,「硬链」高分子浓溶液的液晶性质,单链高分子的形态及凝聚态,高分子结晶形态及结晶过程,70年代初deGenne用标度理论研究高分子蛇型链的工作,着眼于聚合物结构形态演变情况而开展的
聚合物亚稳态研究等。
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