紀(jì)仕辰，沈星燦

摘要：簡單介紹了高分子科學(xué)發(fā)展過程中的幾個(gè)故事，并對(duì)其背后的科學(xué)精神和科學(xué)理念及在高分子化學(xué)教學(xué)中的意義進(jìn)行了評(píng)述。

關(guān)鍵詞：高分子化學(xué)；高分子科技發(fā)展史；歷史故事

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）37-0063-02

高分子發(fā)展過程中眾多的趣聞軼事構(gòu)成了高分子科技發(fā)展史的重要內(nèi)容。我們?cè)诟叻肿踊瘜W(xué)教學(xué)過程中注意穿插相應(yīng)的歷史故事，并加以分析評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生了解歷史，讓學(xué)生掌握科學(xué)的智慧，取得了較好的教學(xué)效果。以下就有關(guān)故事進(jìn)行簡單的介紹。

一、Staudinger與高分子學(xué)說的創(chuàng)立

1920年Staudinger發(fā)表了劃時(shí)代的《論聚合》，首次提出了“長鏈大分子”的概念。共價(jià)長鏈分子的概念在今天不難理解。然而歷史上高分子學(xué)說的確立卻頗費(fèi)周折，一些科學(xué)家已測到聚合物的高分子量，卻拒絕接受這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一方面，當(dāng)時(shí)盛行的膠體說能解釋部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；另一方面，個(gè)人認(rèn)為可能還與化學(xué)史有關(guān)。1861年，格雷阿姆提出“膠體”這個(gè)名詞時(shí)，近代的原子—分子論為人們接受不久。高分子長鏈假說的提出，無疑有悖于物質(zhì)是由“簡單分子”構(gòu)成這一慣性思維。這個(gè)故事教育我們不僅要學(xué)習(xí)Staudinger堅(jiān)持真理，不懈努力的精神，還要學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)變思維方式?！癟hink different”是一個(gè)科技工作者必備的素質(zhì)。一個(gè)新學(xué)科的誕生、新研究方向的確立，往往都伴隨著新思維的產(chǎn)生。

二、導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)

導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)充滿了戲劇性。1967年，白川英樹的研究生做實(shí)驗(yàn)時(shí)錯(cuò)用了一千倍的催化劑，加上攪拌器湊巧停止，在溶液表面生成了銀色的薄膜狀物。白川英樹以此為切入點(diǎn)，進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，終于發(fā)現(xiàn)制備膜狀聚乙炔的有效方法。1975年，美國的Macdiarmid教授偶然見到白川英樹的金屬光澤的膜狀聚乙炔后，立即邀請(qǐng)他去美國與Heeger合作研究。后來，三人一起獲得了2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，也被傳為佳話。與硝酸纖維素、炭黑增強(qiáng)橡膠等發(fā)現(xiàn)一樣，聚乙炔膜的發(fā)現(xiàn)也是“偶然的”。這個(gè)故事也教育我們合作的重要性。“這是我的idea，說出去會(huì)不會(huì)被別人學(xué)去了？”具有知識(shí)保護(hù)意識(shí)固然重要，合作交流能夠更快、更有效地促進(jìn)研究的發(fā)展，科研中需要有團(tuán)隊(duì)精神。

三、Crothers與尼龍66

深受女士喜愛的尼龍襪無疑是引出縮聚反應(yīng)的最佳例子。尼龍襪在全美首次發(fā)售時(shí)，每人限購一雙，500萬雙當(dāng)天告罄，沒有買到尼龍襪的人在裸腿上畫紋路冒充絲襪。那么引起如此轟動(dòng)的商品是如何制造出來的？這個(gè)問題吊起了學(xué)生的胃口，他們對(duì)相應(yīng)的知識(shí)特別用心。1928年，杜邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所，Crothers受聘擔(dān)任該所的負(fù)責(zé)人，并決心利用二元醇和二元酸的縮聚來支持當(dāng)時(shí)剛剛提出的高分子學(xué)說。在實(shí)驗(yàn)中，同事偶然發(fā)現(xiàn)熔融的聚酯可以抽絲，Crothers意識(shí)到這是紡絲原料的特性，并展開了大量的研究?？朔鞣N困難后，最終得到了尼龍66纖維。尼龍66的出現(xiàn)不僅有力的支持了高分子學(xué)說，也深入改變了人們的生活。尼龍的發(fā)現(xiàn)離不開Crothers。同樣讓人稱道的還有杜邦公司，能夠在經(jīng)濟(jì)大蕭條時(shí)期拿出一筆巨款支持沒有明確應(yīng)用目的的基礎(chǔ)研究，需要敏銳的眼光和巨大的勇氣。注重基礎(chǔ)研究，在今天也有著重要的借鑒意義。

四、塑料之父——Baekeland

作為第一種人造聚合物——酚醛樹脂的發(fā)明者，Baekeland是一個(gè)傳奇人物。他21歲就獲得了博士學(xué)位，專利意識(shí)非常強(qiáng)。發(fā)明Velox相紙后，故意在專利中省略一兩步。結(jié)果柯達(dá)公司不得不兩次出資購買。在發(fā)明酚醛樹脂后，Baekeland及時(shí)申請(qǐng)了專利（僅比同行早一天），也得到了塑料之父之稱。Baekeland的幸運(yùn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)讓人感嘆不已。酚醛樹脂的發(fā)明也是一個(gè)成功的科研案例。Baekeland敏銳地意識(shí)到絕緣材料在剛剛興起的電力工業(yè)中的巨大市場，將研究目標(biāo)確定為尋找天然絕緣材料的替代品。他沒有立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先是充分進(jìn)行了文獻(xiàn)調(diào)研。發(fā)現(xiàn)早在1872年德國化學(xué)家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合產(chǎn)生一種樹脂狀物質(zhì)，指出在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)防止它的產(chǎn)生。Baekeland反其道而行之，加熱加壓來加快反應(yīng)，得到琥珀樣的樣品，并最終掌握了酚醛樹脂的制備方法。他于1907年申請(qǐng)了專利，這年也被視為塑料元年。這個(gè)故事充分說明了科學(xué)研究的選題和文獻(xiàn)調(diào)研的重要性，在閱讀文獻(xiàn)時(shí)要注意批判性閱讀，不迷信已有的解釋。

五、配位聚合和Ziegler-Natta

1953年Ziegler在用乙基鋁使乙烯加成的一次偶然失敗中發(fā)現(xiàn)，鎳會(huì)抑制反應(yīng)進(jìn)行，其他過渡金屬也有類似作用。他給博士生Breil的論文題目是“系統(tǒng)地實(shí)驗(yàn)整個(gè)周期表的元素”來對(duì)這一作用進(jìn)行研究！有趣的是，最終研究得到了一種能使乙烯迅速聚合成為高分子量聚乙烯的催化劑。事實(shí)恰好與預(yù)料的相反，這充分說明，和預(yù)期不同的結(jié)果不見得是壞結(jié)果！Natta的成功無疑是跟蹤世界研究前沿的結(jié)果。他在Ziegler催化劑研究之初就派人過去接受指導(dǎo)。在用改進(jìn)后的催化劑進(jìn)行了丙烯聚合后，Natta發(fā)現(xiàn)它含有高結(jié)晶部分，敏銳地“把新的結(jié)晶聚合物的結(jié)構(gòu)歸之于主鏈或至少相當(dāng)長部分的主鏈上的不對(duì)稱碳原子都采取了相同的構(gòu)型”。Natta文章因未披露催化劑的本質(zhì)這一關(guān)鍵問題，初審被拒稿。而作為編輯的Flory則意識(shí)到了文章不尋常的意義，更改了裁決才使得文章得以發(fā)表。與Ziegler-Natta的成功相對(duì)的是，1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成潤滑油的方法，發(fā)現(xiàn)“當(dāng)三氯化鋁與四氯化鈦并用作催化劑時(shí)，液態(tài)產(chǎn)物減少而有利于生成固態(tài)物”，因此似乎是失望多于希望。另外，Ziegler的學(xué)生Wesslan制備聚丙烯后，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的熔點(diǎn)高于聚乙烯，他肯定自己錯(cuò)了，他不相信支化會(huì)提高石蠟烴的熔點(diǎn)。他沒有認(rèn)識(shí)到熔點(diǎn)升高的意義。這兩個(gè)故事也從反面再次印證了如何看待實(shí)驗(yàn)中的意外。高分子史上還有更多的歷史故事，如“的確良”（滌綸），田中耕一發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜離子化新方法，聚四氟乙烯和高壓聚乙烯的發(fā)現(xiàn)等。在高分子化學(xué)教學(xué)中適當(dāng)穿插相應(yīng)的歷史故事，不僅可以增加課堂的趣味性，還有助于學(xué)生了解科學(xué)家思考問題的方式，學(xué)習(xí)他們成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生思考研究的能力。

最后要強(qiáng)調(diào)的是，故事可以有適當(dāng)?shù)乃囆g(shù)處理，但不應(yīng)違背歷史和科學(xué)常識(shí)。如有文章這樣介紹導(dǎo)電高分子“樓道角落里的一堆既像塑料又閃著銀光的薄膜吸引了艾倫教授的注意了。當(dāng)他好奇地詢問陪同的白川教授時(shí)，對(duì)方不以為然地回答：這只是一堆廢品，毫無科學(xué)價(jià)值”。該描述對(duì)百川英樹有失公允，引用后會(huì)給學(xué)生錯(cuò)誤的印象。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)故事進(jìn)行甄別，可以避免這種事情的發(fā)生。

致謝：本文獲教育部本科教學(xué)工程與專業(yè)綜合改革試點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目；廣西專業(yè)課程一體化建設(shè)項(xiàng)目；廣西緊缺專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目；廣西高等教育教學(xué)改革工程立項(xiàng)項(xiàng)目資助。

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