从古代中国人民采用浓碱去掉蚕丝丝胶的练丝工艺成就了伟大的丝绸之路,到西汉淮南王刘安在炼丹时发明的豆腐,以及东汉蔡伦发明的造纸术,无不展现中国人民的智慧。直至近代科学技术逐渐发展起来,被动利用天然高分子的局面才被扭转过来,科学家开始主动地改造天然高分子为人类服务,逐渐通过一些“巧合”制造了许多有价值的改性天然高分子材料。例如,1839年美国的古德伊尔(Goodyear)在研究保存橡胶的方法时,不小心把乳胶和硫的混合物泼洒在热火炉上,从而制造了交联橡胶;1846年瑞士的舍恩拜因(Schonbein)教授用棉质抹布擦拭打翻的硝酸和硫酸时,制备了火棉。然而,这类“巧合”十分有限,并且当时的科学主流认为高分子是一种“胶体”。
1920年,施陶丁格(Staudinger)发表了《论聚合》的论文,引发了与胶体理论者激烈而又严肃的学术论战;1922年,施陶丁格进而提出了小单元构成长链大分子的观点,动摇了传统的胶体理论的基础;随后,越来越多的实验逐渐证明施陶丁格的理论,支持高分子学说的队伍也随之壮大。直至1932年,施陶丁格出版了《有机高分子化合物——橡胶和纤维素》,标志着高分子科学的正式创立。施陶丁格也在1953年登上了诺贝尔化学奖的领奖台。
赫尔曼·施陶丁格(Hermann Staudinger)
高分子科学的建立有力地促进了高分子合成工业的发展,大量重要的新聚合物被合成出来,如醇酸树脂(1927年)、聚氯乙烯(1929年)、脲醛树脂(1929年)、聚苯乙烯(1933年)、聚甲基丙烯酸甲酯(1936年)、尼龙-6(1938年)、高压聚乙烯(1939年)、聚偏氯乙烯(1939年)、丁基橡胶(1940年)、涤纶(1941年)、不饱和聚酯(1942年)、聚氨酯(1943年)、环氧树脂(1947年)、聚丙烯腈(1948年)、ABS(1948年)等。20世纪50年代,齐格勒(Ziegler)和纳塔(Natta)发明新的催化剂,使乙烯低压聚合制备高密度聚乙烯(1954年)和丙烯定向聚合制备全同聚丙烯(1957年)实现工业化。这是高分子科学的又一个里程碑,齐格勒和纳塔分享了1963年诺贝尔化学奖。此后,顺丁橡胶(1958年)、异戊橡胶(1959年)和乙丙橡胶(1960年)等弹性体获得大规模发展,同时聚甲醛(1956年)、聚碳酸酯(1958年)、聚酰亚胺(1963年)、聚砜(1965年)、聚苯硫醚(1968年)等工程塑料相继出现。各种新的高强度、耐高温等高分子材料层出不穷。2000年,诺贝尔化学奖授予了黑格尔(Heeger)、马克迪尔米德(MacDiarmid)和白川英树(Hideki Shirakawa)三位科学家,以表彰他们在导电高分子合成研究等方面作出的突出贡献。如今,高分子材料在衣食住行、高精尖装备、航空航天等几乎任何行业或领域具有广泛的应用,成为现代社会生活必不可少的材料。我们处在高分子材料的极盛时代。
高分子科学创立迄今近100年,是一门极具广阔发展空间的新兴学科。从最初对天然高分子的“碰巧”改性利用到有目的地制造各类合成高分子,从简单聚合物到石墨烯等大分子,从链段到超分子,从均相高分子材料到多相态软物质,从塑料到生命相关大分子,从注塑成型等传统加工到3D打印,无不展现出高分子科学的广度和深度。高分子科学既是一门基础学科,也是一门应用学科,其理论研究、应用研究与工业发展相互促进,推动了高分子学科持续和快速地发展,显示出强大的活力与竞争力。
超支化聚合物自组装超分子结构
3D打印的高分子埃菲尔铁塔和人工肺
“知其然,知其所以然”,从而可更好地利用、开发和研究高分子。2021年6月底科学出版社出版的《高分子科学简明教程(第三版)》即是一本高分子科学入门级教科书,简约明了地介绍了高分子科学的四大方面,即高分子化学、高分子物理、高分子材料和高分子成型加工。本书共9章、约70万字,各章穿插了60多个“小知识”和“小故事”作为补充阅读材料,集知识性和趣味性于一体,以期增加读者的阅读和学习兴趣,以及引导创新思维。全书的重要术语注有英语,以便学生熟悉高分子英语词汇。本书保留了原有版本的基本内容和风格,以便不增加教师备课负担。
本书可作为高等院校非高分子专业学生,特别是高等师范院校和应用型高等院校学生的教材。本书还可供高分子材料相关专业科学工作者和工程技术人员参考阅读。
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