涂料泰斗洪啸吟讲述科学史

1、涂料泰斗洪啸吟讲述科学史摘 要：值本刊江西科技师范大学学报（自然科学版）“水性涂料”和“高教纵横”专栏开设5周年之际，本刊特邀 涂料泰斗洪啸吟教授讲述科学史，与学界和业界分享他早年为学期间的二三事，寄望后辈在科学研究和技术开发 过程中，重视细节，筑牢基础，做真学，求实绩,把成果真正写在祖国大地上0也希望江西科技师范大学等高校理工 科学者重视科学史这门沟通科学与人文的桥梁学科，传承科学思维和科学精神，提升理工学科发展水平和研究生 培养质量0关键词：涂料;科学史；自然科学;科学技术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、治学六十余载洪啸吟老师1938年出生于安徽歙县三阳村， 家中兄弟姊妹9人,艰难困苦玉汝于成,他通过刻 苦学习,于1957考入北京大学化学系,1963年通过 考试成为北京大学唯一的高分子专业研究生，导师 是我国高分子教育的先驱和高分子化学的开拓者 冯新德先生,1966毕业。1967年被分配到北京化工 二厂当工人,1973年调入北京化工研究院工作, 19811985年经我国高分子物理研究与教育的奠 基人钱人兀先生和美国Eastman Kodak Company（柯 达公司）威廉斯教授的推荐并经北京化工研究院特 批，赴美国 North Dakot

7、a State University （北达科他 （立大学，/DSU）聚合物与涂料系开展博士后研究 （因当时国内没有学位制，所以洪老师没有学位，官 方也没有定位相当于某某学位$虽然国内没有授予 洪老师学位，但是国外教授定为相当博士学位），合 作导师Peter P. Pappas是著名的光化学专家（所著 紫外光固化一书被称为辐射固化领域的圣经）， 回国后任北京化工研究院副总工程师，1987年加盟 清华大学化学系任教授、博导、有机化学研究所所 长、有机光电子与分子工程教育部重点实验室学术 委员会副主任，获国务院特殊津贴，兼任中国科技 大学、浙江大学、北京化工大学等高校教授等,2004 年退休$曾任

8、亚洲辐照技术协会主席、中国辐射固 化协会荣誉理事长、中国涂料工业协会顾问、中国感 光学会理事及学术委员会委员、国家自然科学基金委 工程与材料科学部第一和第二届专家咨询委员会委 员、国家自然科学基金委高分子材料学科专家评审组 组长、国防科工委咨询委员会成员、国防科工局科技 委员会成员等。曾获国家发明三等奖，北京市科技进 步二等奖，化工部科技进步二等奖，中国化学会高 分子基础研究奖和创新奖，清华大学清华之友、优 秀教师、研究生良师益友等荣誉奖励$洪老师的主要研究领域为功能高分子材料，包 括光刻胶（光敏树脂）、涂料、感光材料，聚合物反应 与方法等。曾出版4部专著，发表论文100余篇，10 余项专利，

9、担任清华大学学报、高分子学报、 中国涂料、涂料工业、现代涂料与涂装、 Progress in Organic Coatings 等学术期刊的编委。二、学识广播，提携后辈洪老师为人谦逊、行事低调,对工作充满热情, 不唯论文不求显名，但在涂料行业享有盛名。他从 1971年开始氯乙烯-/酸乙烯共聚树脂乳胶研究, 开启了国内水性涂料研究的先河$ 1985年回国后, 几十年来奔走于学界和业界，既勤于教书育人，又 积极为企业提供咨询和技术指导，为我国涂料科学 和涂料工业的发展,特别是光固化技术和光刻胶、水 性涂料等的发展，居功甚伟，2015年荣获“中国涂料 工业百年影响力人物”，2018年荣获“改革开放四

10、十 年中国涂料影响力人物”,2019年年获“涂料工业” 突出贡献奖，2020年荣获涂料协会突出贡献奖$洪老师编写了诸多涂料或高分子专业书籍和科 普读物，著有涂料化学、光照下的缤纷世界、非 银感光材料、高分子科学的今天与明天等，译作 有高分子合成八卷$洪老师先后为北京大学、清 华大学、浙江大学、中国科技大学、北京化工大学、 上海大学、陕西科技大学等开设了涂料课程或作了 系列讲座，将涂料作为一门科学介绍给了高等学校， 其中基于他1986年为清华大学学生编写“涂料化学 讲义”，与冯汉保教授合编的涂料化学?1997年 由出版至今，已重印26次，累计发行超过5万册， 被国内诸多高校选作经典教材讲授，提供

11、综合全面 的涂料基础知识，成为涂料与高分子领域教师学生 和企业技术人员重要的参考书。2004年科学出版社 给洪老师颁发了优秀作者奖，并陆续于2005年和 2019年分别出版了第二版和第三版$洪老师在NDSU留学期间，聆听了国际涂料界 泰斗Zeno W. Wicks（蔡诺威克斯）教授的涂料课， 其所著Organic Coatings: Science and Technology 被誉为有机涂料领域的圣经$ 1982年随着我国改革 开放Zeno W. Wicks教授曾三次来华讲学，学员遍 布全国。洪老师曾作为Zeno W. Wicks教授的翻译， 一起赴华北、东北和山东讲学,并在国家自然科学基

12、金委和中国涂料工业协会的支持下，陆续邀请了诸 多国际著名涂料专家来华讲学，打开了国内了解国 际上涂料发展的窗口，对我国涂料科学和涂料行业 的发展起到极大地推动作用$洪老师非常关心年轻人的成长，注重提携后辈， 几十年来,面向研究人员、青年学生、产业界等广泛开 办学习班或讲座,帮助大家提升理论水平和解决实际 问题，帮助在国内建立一批涂料研发机构和学科平台, 其中为江西科技师范大学化学学科的发展和青年人 才培养、涂料方向本科班的开办（2009年）、国内首个 涂料与高分子系的建立（2013年）、江西省水性涂料 工程实验室的组建（2013年）、国内第二个获教育部 批准的涂料本科专业的获批（2019年）等

13、提供了巨大 的支持，阙功至伟。如今80有余，洪老师仍坚持每年 来校，为涂料与高分子系的老师同学开办涂料培训班 （图1）、参加研究生答辩指导（图2）、支持举办“第三 届、第四届全国涂料科学与技术会议”、&面向未来的 涂料科学与技术论坛纪念30年前蔡诺威克斯 教授在中国的成功讲学国际技术交流会议”（图3）在 内的国内或国际性的涂料专业会议等,经常深入青年 教师和研究生本科生中间,用生动、专业、严谨的语言, 普及涂料知识,热情回答大家的疑惑和问题,为江西 科技师范大学涂料方向的品牌化发展付出巨大心血。2016年，本刊江西科技师范大学学报（自然科 学版）正式开设“水性涂料”专栏，致力于向学界业界 推出

14、水性涂料领域最新的科研成果，值此开设5周年 之际，本刊特邀洪老师分享他早年为学和工作期间的 3件旧史，寄望对涂料和所有自然科学领域的学界产 业界提供借鉴，强调在科学研究和技术开发过程中， 把握细节、掌握基础以解决实际问题的重要性。图1%啸吟教授为江西科技师范大学涂料与 高分子系第十二届涂料培训班开讲（2019年）图2%啸吟教授（;二）与本文作者徐景坤（左三）和 申亮（;一）参加江西科技师范大学硕士研究生毕业 答辩合影（2019年）图3%啸吟教授（中）与本文作者陈帅（左二）和江西 科技师范大学硕士研究生合影（2017年）三、科学史之一：重视细节，严谨治学洪老师刚进入北京大学时,普通化学课是由我

15、国胶体与表面化学研究的开拓者和主要奠基人、化 学教育的一代宗师傅鹰先生讲授。傅先生不仅向学 生传授基础知识,而且非常重视培养学生严谨的学 风和科学的思维。他要求开展实验不仅要仔细观察 和分析，而且要清楚记录实验记录本,不求面面俱到 的死板，但是必须自己能看懂并清楚每一个细节，比 如,码有多种规格,称量的时候加的是一个10 g 的码,还是两个5 g的码,必须区分写清楚；购 买的实验药品是从哪个厂家购买的,规格是什么必 须写清楚这些教诲让洪老师铭记于心1963年，洪老师在冯新德先生、蒋硕健老师指 导下做毕业论文,研究了不同取代基对于苯重氮硼 氟酸盐与莫尔盐（硫酸亚铁；复盐,（NH4）2Fe（SO4

16、）2- 6H2O）氧化还原引发体系对丙烯腊聚合速度的影响， 发现不同间、对位取代基对聚合反应稳定速度的影 响很好地符合Hammet公式,p值为0.86,成果发表 在高分子通讯）1。但发表后蒋老师自己做这个实 验，重复不出来，洪老师自己重复也没重复出来。而 那时正值国内高分子界刚发生一个某著名大学学生 发表了国际期刊论文，但国外研究人员无法重复其 中实验结果,最终被查出作假的事件，让洪老师他 们很是紧张。但洪老师觉得自己做实验很认真了， 原来成功制备的样品还都有，不应该出问题的于 是回过头来仔细检查自己的实验记录本由于洪老 师实验记录严格，在和老师详细检查每个细节后，发 现前后实验只有一个地方不

17、一样,最初使用的分析 纯（AR级，又称二级试剂）莫尔盐是保定试剂厂生 产的，重结晶纯化两次后使用$而蒋老师为保证纯 度,使用更好的Merck公司生产的优级纯（GR级, 又称一级试剂）莫尔盐$为此,洪老师又用原来的 AR级莫尔盐重结晶后做实验，重复成功$因此，问 题出在了原料试剂上。为什么不一样呢？通过采用 原子吸收光谱检验，发现即使经过了两次重结晶, AR级莫尔盐中也存在0.01-0.1 wt.%微量的铜离子 （Cu34）$于是,他们往蒋老师使用的GR级莫尔盐里 人为添加了微量铜离子，实验也重复成功了 $这不 仅说明已发表文章的数据是可信的，而且也发现了 纯亚铁盐不能与苯重氮硼氟酸氧化还原引发

18、丙烯 睛聚合，而微量的铜离子可以催化这一系列反应, 他们又认真做了后续实验，首先验证了该莫尔盐也适 用于与邻位取代苯重氮硼氟酸盐氧化还原引发丙 烯睛聚合反应，成果发表了第二篇高分子通讯 后来又详细探究了莫尔盐中铜离子影响该聚合反 应的动力学机制,表明是Cu34被Fe2+还原成Cu4离 子,然后Cu4离子再还原重氮盐产生自由基引发聚 合，且只需要微量的Cu34离子就可以实现反应的持 续进行，该成果发表了第三篇高分子通讯）3+第一手实验材料、过程和现象的记录，往往会 被很多自然科学的研究人员,特别是青年学生以麻 烦或对自己经验过于自信的熟手以不必要为由，懒 于认真撰写+实验过程中，又往往追求试剂纯

19、度越 高越好，而不深入分析思考实验现象。而轻视或忽视 这些细节的代价,往往是高昂的，相关的例子层出不 穷，导致了很多实验的不可持续或者学术不端现象, 因此,洪老师严谨治学的态度、规范的实验记录习 惯、老师们的言传身教，值得后辈们继承和学习。四、科学史之二：重视基础，学以致用聚氯乙烯（PVC）树脂是应用非常广泛的世界上 产量最大的通用塑料之一,80%左右产量采用悬浮聚 合法生产，即将作为溶剂和传热介质的水、微滴状悬 浮分散的氯乙烯单体、悬浮稳定剂（分散剂）如明胶、 引发剂如有机过氧化物和偶氮化合物等、其他助剂等 加入到带有搅拌器的反应釜中，加热升温，持续搅拌（司n H9=CH2 龙卢长PVC（b

20、） _/CI OH_P（gA图4本文中（a）聚氯乙烯和（b）聚乙烯醇肉桂酸酯的生产合成基本反应式发生自由基连锁聚合反应（图4a）,生成PVC颗粒悬 浮在水中，水洗再离心脱水干燥得到颗粒成品。洪老 师在北京化工二厂当工人时，该厂当时建成了全国最 大的氯乙烯和悬浮法PVC工厂，产量很大，使得塑料 鞋底、塑料桌布等产品逐渐进入千家万户。但出厂 PVC为透明或半透明的致密硬颗粒，不易塑化加工， 但生产很安全，没有发生过爆聚事故。这期间生产用 水一直采用的是深井直接抽上来的自来水，后来，? 厂对口支援建设阿尔巴尼亚的PVC工厂，对方提出 应该使用去离子水，以减少水中离子和杂质对聚合反 应和聚合物质量的不

21、利影响。因此厂里建设了软水 站,采用离子交换树脂塔去除井水里的离子。但生产 时发生爆聚，结块。为了解决问题，厂里对去离子水再 次纯化，甚至把水管道拆了重新清理,离子交换树脂 塔清洗更换新的树脂，都无法解决这个问题。而爆聚 问题不解决不仅导致产品不合格，而且可能导致生产 事故。后来2005年该厂就因为厂区突然停电，造成聚 合釜爆聚炸裂，造成生产车间大火和严重的伤亡事故。洪老师用pH试纸检测离心步骤中产生的废 水,发现用井水时产生的废水呈中性,用中性软水 时呈酸性+洪老师进行了深入思考，可能氯乙烯聚 合时水溶液需要加弱碱性的缓冲剂，因此建议技术 员往反应体系里加缓冲剂碳酸氢；（NH4HCO3，水溶

22、 液呈碱性）,发现不仅没有爆聚,而且形貌特别好，像 棉花球。该类疏松型PVC树脂孔隙多,比表面积大, 容易后续吸收增塑剂进行塑化加工，且质轻易捏合, 塑化温度要求更低，塑化时间更短，产生了极大的经 济效益。添加适量的碱性化合物之所以会有利于聚 合体系的稳定，而且没有影响树脂的性能，是因为原 料明胶由氨基酸组成相同而分子量分布很宽的不同 多肽分子混合组成，是两性离子化合物，对pH敏 感,酸性条件下分散性会变差；氯乙烯单体易带酸 氯化氢；PVC和某些引发剂高温下也可能分解而产 生酸性物质。这些都是不可避免的。因此聚合时若 使用软水，其入料体系酸性强，容易造成爆聚结块， 而北京的地下井水平时烧水明显

23、水垢大，是硬水， 里面碳酸氢/（Ca（HCO#）!）含量大，起到了缓冲剂 的作用，会减弱体系的酸性，维持pH稳定，但杂质 离子的存在也导致树脂质量不高，只能满足基本应 用需求。后续研究也表明入料体系pH以7-8为宜， 这样也可以避免高温和酸性双重作用下对装置设 备，特别是不锈钢反应釜的腐蚀。聚乙烯醇肉桂酸酯（Poly（vinylcinnamate）%是一- 种负型光致抗蚀剂和电子工业制板工艺中最早和 最广泛使用的光刻胶，其结构中肉桂酸单元保留有 双键，暴露在紫外光下，会发生2+2成环反应，发生 聚合模洪老师在北京化工二厂参加了国家重点任 务印染法彩色电影胶片的会战和光刻胶的研制? 作，其中该厂采用由聚乙烯醇与肉桂酰氯（C9H7CIO） 在毗G溶液中发生酯化反应（图4b）,聚合反应结束 后再加1,4二氧六环稀释分散,再在水中沉析，干燥 后制得聚乙烯醇肉桂酸酯产品。但是,聚合反应完 之后，在1,4二氧六环里分散时，产生结块，合格率 特别低&洪老师了解这个情况后，联想到实验室纯 化蒸P乙Q溶剂时,不能蒸干,因为乙Q遇到空气 （含有。2）,会氧化生成过氧化物,蒸干后蒸P瓶中 残留的过氧化物受热能引起强烈爆炸，而1,4-4氧 六环也是Q,也存在同样的问题。同时，聚合反应釜 都是不锈钢材质,存在铁离子释放的可能，又会发 生氧化还原,产生自由基