涂料泰斗洪嘯吟講述科學(xué)史

1、涂料泰斗洪嘯吟講述科學(xué)史摘 要：值本刊江西科技師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）“水性涂料”和“高教縱橫”專欄開設(shè)5周年之際，本刊特邀 涂料泰斗洪嘯吟教授講述科學(xué)史，與學(xué)界和業(yè)界分享他早年為學(xué)期間的二三事，寄望后輩在科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā) 過程中，重視細節(jié)，筑牢基礎(chǔ)，做真學(xué)，求實績,把成果真正寫在祖國大地上0也希望江西科技師范大學(xué)等高校理工 科學(xué)者重視科學(xué)史這門溝通科學(xué)與人文的橋梁學(xué)科，傳承科學(xué)思維和科學(xué)精神，提升理工學(xué)科發(fā)展水平和研究生 培養(yǎng)質(zhì)量0關(guān)鍵詞：涂料;科學(xué)史；自然科學(xué);科學(xué)技術(shù)History of Science Told by Renowned Master inCoating Hong X

2、iaoyinAbstract： On the occasion of the 5th anniversary of the opening of the (Waterborne Coatings” and “Across Higher Education columns of our journal, Journal of Jiangxi Science & Technology Normal University (Natural Science Edition), Professor Hong Xiaoyin, a renowned master in Coating, was invit

3、ed to talk about the History of Science. He shared with the academic and industry community about the two or three things during his early years of study and research. It is hoped that when engaging in the scientific research and technology development, we as the younger generation can pay more atte

4、ntion to details, lay solid foundation, do real learning, pursue practical performances, and truly write the achievements on the motherland. It is also hoped that the scientists majoring in science and engineering at universities including Jiangxi Science & Technology Normal University will attach i

5、mportance to the history of science which is a bridge substract between science and humanities, inherit scientific thinking and scientific spirit, and improve the development level of science and engineering and the quality of graduate education.Key words： Coating; history of science; natural scienc

6、e; science and technology一、治學(xué)六十余載洪嘯吟老師1938年出生于安徽歙縣三陽村， 家中兄弟姊妹9人,艱難困苦玉汝于成,他通過刻 苦學(xué)習(xí),于1957考入北京大學(xué)化學(xué)系,1963年通過 考試成為北京大學(xué)唯一的高分子專業(yè)研究生，導(dǎo)師 是我國高分子教育的先驅(qū)和高分子化學(xué)的開拓者 馮新德先生,1966畢業(yè)。1967年被分配到北京化工 二廠當(dāng)工人,1973年調(diào)入北京化工研究院工作, 19811985年經(jīng)我國高分子物理研究與教育的奠 基人錢人兀先生和美國Eastman Kodak Company（柯 達公司）威廉斯教授的推薦并經(jīng)北京化工研究院特 批，赴美國 North Dakot

7、a State University （北達科他 （立大學(xué)，/DSU）聚合物與涂料系開展博士后研究 （因當(dāng)時國內(nèi)沒有學(xué)位制，所以洪老師沒有學(xué)位，官 方也沒有定位相當(dāng)于某某學(xué)位$雖然國內(nèi)沒有授予 洪老師學(xué)位，但是國外教授定為相當(dāng)博士學(xué)位），合 作導(dǎo)師Peter P. Pappas是著名的光化學(xué)專家（所著 紫外光固化一書被稱為輻射固化領(lǐng)域的圣經(jīng)）， 回國后任北京化工研究院副總工程師，1987年加盟 清華大學(xué)化學(xué)系任教授、博導(dǎo)、有機化學(xué)研究所所 長、有機光電子與分子工程教育部重點實驗室學(xué)術(shù) 委員會副主任，獲國務(wù)院特殊津貼，兼任中國科技 大學(xué)、浙江大學(xué)、北京化工大學(xué)等高校教授等,2004 年退休$曾任

8、亞洲輻照技術(shù)協(xié)會主席、中國輻射固 化協(xié)會榮譽理事長、中國涂料工業(yè)協(xié)會顧問、中國感 光學(xué)會理事及學(xué)術(shù)委員會委員、國家自然科學(xué)基金委 工程與材料科學(xué)部第一和第二屆專家咨詢委員會委 員、國家自然科學(xué)基金委高分子材料學(xué)科專家評審組 組長、國防科工委咨詢委員會成員、國防科工局科技 委員會成員等。曾獲國家發(fā)明三等獎，北京市科技進 步二等獎，化工部科技進步二等獎，中國化學(xué)會高 分子基礎(chǔ)研究獎和創(chuàng)新獎，清華大學(xué)清華之友、優(yōu) 秀教師、研究生良師益友等榮譽獎勵$洪老師的主要研究領(lǐng)域為功能高分子材料，包 括光刻膠（光敏樹脂）、涂料、感光材料，聚合物反應(yīng) 與方法等。曾出版4部專著，發(fā)表論文100余篇，10 余項專利，

9、擔(dān)任清華大學(xué)學(xué)報、高分子學(xué)報、 中國涂料、涂料工業(yè)、現(xiàn)代涂料與涂裝、 Progress in Organic Coatings 等學(xué)術(shù)期刊的編委。二、學(xué)識廣播，提攜后輩洪老師為人謙遜、行事低調(diào),對工作充滿熱情, 不唯論文不求顯名，但在涂料行業(yè)享有盛名。他從 1971年開始氯乙烯-/酸乙烯共聚樹脂乳膠研究, 開啟了國內(nèi)水性涂料研究的先河$ 1985年回國后, 幾十年來奔走于學(xué)界和業(yè)界，既勤于教書育人，又 積極為企業(yè)提供咨詢和技術(shù)指導(dǎo)，為我國涂料科學(xué) 和涂料工業(yè)的發(fā)展,特別是光固化技術(shù)和光刻膠、水 性涂料等的發(fā)展，居功甚偉，2015年榮獲“中國涂料 工業(yè)百年影響力人物”，2018年榮獲“改革開放四

10、十 年中國涂料影響力人物”,2019年年獲“涂料工業(yè)” 突出貢獻獎，2020年榮獲涂料協(xié)會突出貢獻獎$洪老師編寫了諸多涂料或高分子專業(yè)書籍和科 普讀物，著有涂料化學(xué)、光照下的繽紛世界、非 銀感光材料、高分子科學(xué)的今天與明天等，譯作 有高分子合成八卷$洪老師先后為北京大學(xué)、清 華大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、北京化工大學(xué)、 上海大學(xué)、陜西科技大學(xué)等開設(shè)了涂料課程或作了 系列講座，將涂料作為一門科學(xué)介紹給了高等學(xué)校， 其中基于他1986年為清華大學(xué)學(xué)生編寫“涂料化學(xué) 講義”，與馮漢保教授合編的涂料化學(xué)?1997年 由出版至今，已重印26次，累計發(fā)行超過5萬冊， 被國內(nèi)諸多高校選作經(jīng)典教材講授，提供

11、綜合全面 的涂料基礎(chǔ)知識，成為涂料與高分子領(lǐng)域教師學(xué)生 和企業(yè)技術(shù)人員重要的參考書。2004年科學(xué)出版社 給洪老師頒發(fā)了優(yōu)秀作者獎，并陸續(xù)于2005年和 2019年分別出版了第二版和第三版$洪老師在NDSU留學(xué)期間，聆聽了國際涂料界 泰斗Zeno W. Wicks（蔡諾威克斯）教授的涂料課， 其所著Organic Coatings: Science and Technology 被譽為有機涂料領(lǐng)域的圣經(jīng)$ 1982年隨著我國改革 開放Zeno W. Wicks教授曾三次來華講學(xué)，學(xué)員遍 布全國。洪老師曾作為Zeno W. Wicks教授的翻譯， 一起赴華北、東北和山東講學(xué),并在國家自然科學(xué)基

12、金委和中國涂料工業(yè)協(xié)會的支持下，陸續(xù)邀請了諸 多國際著名涂料專家來華講學(xué)，打開了國內(nèi)了解國 際上涂料發(fā)展的窗口，對我國涂料科學(xué)和涂料行業(yè) 的發(fā)展起到極大地推動作用$洪老師非常關(guān)心年輕人的成長，注重提攜后輩， 幾十年來,面向研究人員、青年學(xué)生、產(chǎn)業(yè)界等廣泛開 辦學(xué)習(xí)班或講座,幫助大家提升理論水平和解決實際 問題，幫助在國內(nèi)建立一批涂料研發(fā)機構(gòu)和學(xué)科平臺, 其中為江西科技師范大學(xué)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展和青年人 才培養(yǎng)、涂料方向本科班的開辦（2009年）、國內(nèi)首個 涂料與高分子系的建立（2013年）、江西省水性涂料 工程實驗室的組建（2013年）、國內(nèi)第二個獲教育部 批準(zhǔn)的涂料本科專業(yè)的獲批（2019年）等

13、提供了巨大 的支持，闕功至偉。如今80有余，洪老師仍堅持每年 來校，為涂料與高分子系的老師同學(xué)開辦涂料培訓(xùn)班 （圖1）、參加研究生答辯指導(dǎo)（圖2）、支持舉辦“第三 屆、第四屆全國涂料科學(xué)與技術(shù)會議”、&面向未來的 涂料科學(xué)與技術(shù)論壇紀(jì)念30年前蔡諾威克斯 教授在中國的成功講學(xué)國際技術(shù)交流會議”（圖3）在 內(nèi)的國內(nèi)或國際性的涂料專業(yè)會議等,經(jīng)常深入青年 教師和研究生本科生中間,用生動、專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z言, 普及涂料知識,熱情回答大家的疑惑和問題,為江西 科技師范大學(xué)涂料方向的品牌化發(fā)展付出巨大心血。2016年，本刊江西科技師范大學(xué)學(xué)報（自然科 學(xué)版）正式開設(shè)“水性涂料”專欄，致力于向?qū)W界業(yè)界 推出

14、水性涂料領(lǐng)域最新的科研成果，值此開設(shè)5周年 之際，本刊特邀洪老師分享他早年為學(xué)和工作期間的 3件舊史，寄望對涂料和所有自然科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)界產(chǎn) 業(yè)界提供借鑒，強調(diào)在科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)過程中， 把握細節(jié)、掌握基礎(chǔ)以解決實際問題的重要性。圖1%嘯吟教授為江西科技師范大學(xué)涂料與 高分子系第十二屆涂料培訓(xùn)班開講（2019年）圖2%嘯吟教授（;二）與本文作者徐景坤（左三）和 申亮（;一）參加江西科技師范大學(xué)碩士研究生畢業(yè) 答辯合影（2019年）圖3%嘯吟教授（中）與本文作者陳帥（左二）和江西 科技師范大學(xué)碩士研究生合影（2017年）三、科學(xué)史之一：重視細節(jié)，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)洪老師剛進入北京大學(xué)時,普通化學(xué)課是由我

15、國膠體與表面化學(xué)研究的開拓者和主要奠基人、化 學(xué)教育的一代宗師傅鷹先生講授。傅先生不僅向?qū)W 生傳授基礎(chǔ)知識,而且非常重視培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué) 風(fēng)和科學(xué)的思維。他要求開展實驗不僅要仔細觀察 和分析，而且要清楚記錄實驗記錄本,不求面面俱到 的死板，但是必須自己能看懂并清楚每一個細節(jié)，比 如,碼有多種規(guī)格,稱量的時候加的是一個10 g 的碼,還是兩個5 g的碼,必須區(qū)分寫清楚；購 買的實驗藥品是從哪個廠家購買的,規(guī)格是什么必 須寫清楚這些教誨讓洪老師銘記于心1963年，洪老師在馮新德先生、蔣碩健老師指 導(dǎo)下做畢業(yè)論文,研究了不同取代基對于苯重氮硼 氟酸鹽與莫爾鹽（硫酸亞鐵；復(fù)鹽,（NH4）2Fe（SO4

16、）2- 6H2O）氧化還原引發(fā)體系對丙烯臘聚合速度的影響， 發(fā)現(xiàn)不同間、對位取代基對聚合反應(yīng)穩(wěn)定速度的影 響很好地符合Hammet公式,p值為0.86,成果發(fā)表 在高分子通訊）1。但發(fā)表后蔣老師自己做這個實 驗，重復(fù)不出來，洪老師自己重復(fù)也沒重復(fù)出來。而 那時正值國內(nèi)高分子界剛發(fā)生一個某著名大學(xué)學(xué)生 發(fā)表了國際期刊論文，但國外研究人員無法重復(fù)其 中實驗結(jié)果,最終被查出作假的事件，讓洪老師他 們很是緊張。但洪老師覺得自己做實驗很認(rèn)真了， 原來成功制備的樣品還都有，不應(yīng)該出問題的于 是回過頭來仔細檢查自己的實驗記錄本由于洪老 師實驗記錄嚴(yán)格，在和老師詳細檢查每個細節(jié)后，發(fā) 現(xiàn)前后實驗只有一個地方不

17、一樣,最初使用的分析 純（AR級，又稱二級試劑）莫爾鹽是保定試劑廠生 產(chǎn)的，重結(jié)晶純化兩次后使用$而蔣老師為保證純 度,使用更好的Merck公司生產(chǎn)的優(yōu)級純（GR級, 又稱一級試劑）莫爾鹽$為此,洪老師又用原來的 AR級莫爾鹽重結(jié)晶后做實驗，重復(fù)成功$因此，問 題出在了原料試劑上。為什么不一樣呢？通過采用 原子吸收光譜檢驗，發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過了兩次重結(jié)晶, AR級莫爾鹽中也存在0.01-0.1 wt.%微量的銅離子 （Cu34）$于是,他們往蔣老師使用的GR級莫爾鹽里 人為添加了微量銅離子，實驗也重復(fù)成功了 $這不 僅說明已發(fā)表文章的數(shù)據(jù)是可信的，而且也發(fā)現(xiàn)了 純亞鐵鹽不能與苯重氮硼氟酸氧化還原引發(fā)

18、丙烯 睛聚合，而微量的銅離子可以催化這一系列反應(yīng), 他們又認(rèn)真做了后續(xù)實驗，首先驗證了該莫爾鹽也適 用于與鄰位取代苯重氮硼氟酸鹽氧化還原引發(fā)丙 烯睛聚合反應(yīng)，成果發(fā)表了第二篇高分子通訊 后來又詳細探究了莫爾鹽中銅離子影響該聚合反 應(yīng)的動力學(xué)機制,表明是Cu34被Fe2+還原成Cu4離 子,然后Cu4離子再還原重氮鹽產(chǎn)生自由基引發(fā)聚 合，且只需要微量的Cu34離子就可以實現(xiàn)反應(yīng)的持 續(xù)進行，該成果發(fā)表了第三篇高分子通訊）3+第一手實驗材料、過程和現(xiàn)象的記錄，往往會 被很多自然科學(xué)的研究人員,特別是青年學(xué)生以麻 煩或?qū)ψ约航?jīng)驗過于自信的熟手以不必要為由，懶 于認(rèn)真撰寫+實驗過程中，又往往追求試劑純

19、度越 高越好，而不深入分析思考實驗現(xiàn)象。而輕視或忽視 這些細節(jié)的代價,往往是高昂的，相關(guān)的例子層出不 窮，導(dǎo)致了很多實驗的不可持續(xù)或者學(xué)術(shù)不端現(xiàn)象, 因此,洪老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、規(guī)范的實驗記錄習(xí) 慣、老師們的言傳身教，值得后輩們繼承和學(xué)習(xí)。四、科學(xué)史之二：重視基礎(chǔ)，學(xué)以致用聚氯乙烯（PVC）樹脂是應(yīng)用非常廣泛的世界上 產(chǎn)量最大的通用塑料之一,80%左右產(chǎn)量采用懸浮聚 合法生產(chǎn)，即將作為溶劑和傳熱介質(zhì)的水、微滴狀懸 浮分散的氯乙烯單體、懸浮穩(wěn)定劑（分散劑）如明膠、 引發(fā)劑如有機過氧化物和偶氮化合物等、其他助劑等 加入到帶有攪拌器的反應(yīng)釜中，加熱升溫，持續(xù)攪拌（司n H9=CH2 龍盧長PVC（b

20、） _/CI OH_P（gA圖4本文中（a）聚氯乙烯和（b）聚乙烯醇肉桂酸酯的生產(chǎn)合成基本反應(yīng)式發(fā)生自由基連鎖聚合反應(yīng)（圖4a）,生成PVC顆粒懸 浮在水中，水洗再離心脫水干燥得到顆粒成品。洪老 師在北京化工二廠當(dāng)工人時，該廠當(dāng)時建成了全國最 大的氯乙烯和懸浮法PVC工廠，產(chǎn)量很大，使得塑料 鞋底、塑料桌布等產(chǎn)品逐漸進入千家萬戶。但出廠 PVC為透明或半透明的致密硬顆粒，不易塑化加工， 但生產(chǎn)很安全，沒有發(fā)生過爆聚事故。這期間生產(chǎn)用 水一直采用的是深井直接抽上來的自來水，后來，? 廠對口支援建設(shè)阿爾巴尼亞的PVC工廠，對方提出 應(yīng)該使用去離子水，以減少水中離子和雜質(zhì)對聚合反 應(yīng)和聚合物質(zhì)量的不

21、利影響。因此廠里建設(shè)了軟水 站,采用離子交換樹脂塔去除井水里的離子。但生產(chǎn) 時發(fā)生爆聚，結(jié)塊。為了解決問題，廠里對去離子水再 次純化，甚至把水管道拆了重新清理,離子交換樹脂 塔清洗更換新的樹脂，都無法解決這個問題。而爆聚 問題不解決不僅導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，而且可能導(dǎo)致生產(chǎn) 事故。后來2005年該廠就因為廠區(qū)突然停電，造成聚 合釜爆聚炸裂，造成生產(chǎn)車間大火和嚴(yán)重的傷亡事故。洪老師用pH試紙檢測離心步驟中產(chǎn)生的廢 水,發(fā)現(xiàn)用井水時產(chǎn)生的廢水呈中性,用中性軟水 時呈酸性+洪老師進行了深入思考，可能氯乙烯聚 合時水溶液需要加弱堿性的緩沖劑，因此建議技術(shù) 員往反應(yīng)體系里加緩沖劑碳酸氫；（NH4HCO3，水溶

22、 液呈堿性）,發(fā)現(xiàn)不僅沒有爆聚,而且形貌特別好，像 棉花球。該類疏松型PVC樹脂孔隙多,比表面積大, 容易后續(xù)吸收增塑劑進行塑化加工，且質(zhì)輕易捏合, 塑化溫度要求更低，塑化時間更短，產(chǎn)生了極大的經(jīng) 濟效益。添加適量的堿性化合物之所以會有利于聚 合體系的穩(wěn)定，而且沒有影響樹脂的性能，是因為原 料明膠由氨基酸組成相同而分子量分布很寬的不同 多肽分子混合組成，是兩性離子化合物，對pH敏 感,酸性條件下分散性會變差；氯乙烯單體易帶酸 氯化氫；PVC和某些引發(fā)劑高溫下也可能分解而產(chǎn) 生酸性物質(zhì)。這些都是不可避免的。因此聚合時若 使用軟水，其入料體系酸性強，容易造成爆聚結(jié)塊， 而北京的地下井水平時燒水明顯

23、水垢大，是硬水， 里面碳酸氫/（Ca（HCO#）!）含量大，起到了緩沖劑 的作用，會減弱體系的酸性，維持pH穩(wěn)定，但雜質(zhì) 離子的存在也導(dǎo)致樹脂質(zhì)量不高，只能滿足基本應(yīng) 用需求。后續(xù)研究也表明入料體系pH以7-8為宜， 這樣也可以避免高溫和酸性雙重作用下對裝置設(shè) 備，特別是不銹鋼反應(yīng)釜的腐蝕。聚乙烯醇肉桂酸酯（Poly（vinylcinnamate）%是一- 種負(fù)型光致抗蝕劑和電子工業(yè)制板工藝中最早和 最廣泛使用的光刻膠，其結(jié)構(gòu)中肉桂酸單元保留有 雙鍵，暴露在紫外光下，會發(fā)生2+2成環(huán)反應(yīng)，發(fā)生 聚合模洪老師在北京化工二廠參加了國家重點任 務(wù)印染法彩色電影膠片的會戰(zhàn)和光刻膠的研制? 作，其中該廠采用由聚乙烯醇與肉桂酰氯（C9H7CIO） 在毗G溶液中發(fā)生酯化反應(yīng)（圖4b）,聚合反應(yīng)結(jié)束 后再加1,4二氧六環(huán)稀釋分散,再在水中沉析，干燥 后制得聚乙烯醇肉桂酸酯產(chǎn)品。但是,聚合反應(yīng)完 之后，在1,4二氧六環(huán)里分散時，產(chǎn)生結(jié)塊，合格率 特別低&洪老師了解這個情況后，聯(lián)想到實驗室純 化蒸P乙Q溶劑時,不能蒸干,因為乙Q遇到空氣 （含有。2）,會氧化生成過氧化物,蒸干后蒸P瓶中 殘留的過氧化物受熱能引起強烈爆炸，而1,4-4氧 六環(huán)也是Q,也存在同樣的問題。同時，聚合反應(yīng)釜 都是不銹鋼材質(zhì),存在鐵離子釋放的可能，又會發(fā) 生氧化還原,產(chǎn)生自由基