高分子科学
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聚合物科学(英语:Polymer science),或称高分子科学,是研究聚合物的材料科学的分支,研究对象主要为塑胶及弹性体(橡胶)等聚合物,有时也包括生物高分子,例如蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)等。高分子科学是一门交叉学科,研究者可以来自物理、化学、生物学及工程学等各种不同的领域。
历史
[编辑]19世纪
[编辑]1830年代,法国化学家布拉科诺、德国化学家尚班等人首次对高分子进行了现代科学意义的研究。他们以天然高分子纤维素为原料,制造出了赛璐珞、醋酸纤维素等半合成材料。 “聚合物”(Polymer)一词由瑞典化学家贝采利乌斯在1833年所提出。
1840年代,德国化学家吕德斯多夫和美国商人海沃德分别独立发现了天然橡胶的硫化反应,即在聚异戊二烯中加入硫后,前者的黏度会大幅增加。随后,美国商人古德伊尔在1844年获得了通过加热橡胶以及向其中添加硫从而使其硫化的专利,英国工程师汉考克也在一年前于英国获得了该项专利。天然橡胶经过硫化处理后可以在保留弹性的同时提高耐热性,使得一些实用产品例如防水物件的生产制造成为可能,从而促进了橡胶产业的发展。硫化橡胶也是第一个成功商品化的高分子研究产物。
1884年,法国工程师夏敦内开办了第一家以再生纤维素和嫘萦为原材料的人造纤维工厂。这种纤维被用作丝绸的替代品,但是它非常易燃。[1]
20世纪上半叶
[编辑]1907 年,比利时化学家贝克兰发明了第一个化学合成的高分子——热固性酚醛树脂,俗称电木。[2] 尽管当时聚合物合成领域进步得相当迅速,但直到1922年德国化学家施陶丁格的研究后,人们才了解到这些材料作为高分子聚合物的本质。[3] 在他之前,聚合物一直被视为小分子关联或聚集而形成的产物,源自于1861年苏格兰化学家格雷姆的假设,即认为这些纤维和其他的聚合物本质上都是胶体,由大量小分子与分子之间未知的分子内的力量聚合而成。施陶丁格是第一次提出了聚合物是由原子借由共价键形成长链高分子的假设。在施陶丁格数十年的努力后,他的高分子理论才在科学界广泛的被接受,并且让他在1953年获得了诺贝尔化学奖。
二战及战后
[编辑]第二次世界大战造就了商业化的聚合物工业的时代。太平洋战争期间,由于丝绸或是橡胶等天然材料的供应在美国受到限制,刺激了聚合物合成的产业的发展,诸如尼龙[4] 和合成橡胶[5] 等合成高分子材料的产量得到大幅提升。同时,其他高分子材料如克维拉、特氟龙等的发展继续推动着不断增长的聚合物工业。
工业需求的扩大,进而促使了高分子学术项目以及研究机构的建立。1946年,奥地利裔美国化学家赫尔曼在布鲁克林理工学院(今纽约大学坦登工程学院)建立了“高分子研究所”(Polymer Research Institute),是为美国第一个专注于聚合物的研究机构,日后赫尔曼也被认为是聚合物科学的课程与教学之父。[6] 1950年,美国化学学会成立了聚合化学分会,并且逐渐成为了拥有近八千名会员的第二大部门。
与高分子科学相关的诺贝尔奖
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学科分支
[编辑]高分子科学包含以下分支:
参考文献
[编辑]- ^ plastiquarian. [2013-01-25]. (原始内容存档于2009-04-02).
- ^ Bakelite: The World's First Synthetic Plastic. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. [June 25, 2012]. (原始内容存档于2012-07-22).
- ^ Hermann Staudinger: Foundation of Polymer Science. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. [June 25, 2012]. (原始内容存档于2013年1月12日).
- ^ Foundation of Polymer Science: Wallace Carothers and the Development of Nylon. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. [June 25, 2012]. (原始内容存档于2013-02-23).
- ^ U.S. Synthetic Rubber Program. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. [June 25, 2012]. (原始内容存档于2013-02-23).
- ^ Herman Mark and the Polymer Research Institute. National Historic Chemical Landmarks. American Chemical Society. [June 25, 2012]. (原始内容存档于2013-01-12).
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1953. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-06-22).
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1963. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-07-21).
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 1974. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-06-22).
- ^ The Nobel Prize in Physics 1991. Nobel Foundation. [2008-10-09]. (原始内容存档于2008-11-02).
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 2000. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-06-22).
- ^ 12.0 12.1 The Nobel Prize in Chemistry 2002. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-06-22).
- ^ The Nobel Prize in Chemistry 2005. Nobelprize.org. [2008-10-06]. (原始内容存档于2013-07-21).