我的科研生涯(四)
——细雨申城
![]() (五) 1987年的春夏,利用同事们在验证我关于聚合物材料老化研究成果的空隙,我开展了高分子聚合反应中,分子量及其分子量分布预报和控制方面的研究。 在聚合反应中,主产物是高分子聚合物。由于聚合反应中的不确定因素,高分子聚合物的分子量不能完全相同。因此,高分子聚合物是,一个同种物质不同分子量组成的混合体。在这个混合体中,聚合物分子量的大小、分子量大小分布的均匀,决定了聚合物的性能。 我所工作的单位是一个生产特种聚合物材料,俗称“工程塑料”的工厂。要提高工程塑料的质量,首先要提高聚合物分子量的稳定性和分布的均匀性。关于这项工作的研究,我责无旁贷。 高分子聚合物的分子量,实际上是一个统计数值。由此而产生了“高分子反应统计理论”,诺贝尔奖获得者Flory教授和我国科学家唐敖庆教授,有着深入的研究。他们给出了多种类型,反应的生成物(高分子)的分子量及分布的数学模型。 但是,已知的数学模型,并没有给出,高分子反应的条件和过程,与生成物(高分子)的分子量及分布之间的定量关系。因此,聚合物在生产过程中,分子量及分布的控制,一直是一个难题,这也是造成每个生产批号的聚合物产品,质量时好时坏,甚至于不合格的主要原应。 “回归分析”是上世纪五十年代,发展起来的数学分支,“回归分析”中,有个著名的“黑箱”理论。“黑箱”理论的大概意思是,如果X经过一个过程,变成了Y,我们只能知道X变成了Y,而无法知道这个过程的“内幕”,那么,可以用“回归分析”的数学方法,找一个数学式,去逼近这个“黑箱”。说白了就是用数学式替代“黑箱”。这样一来X变成Y的关系,也就成为了函数关系,因此而一目了然。这个无法知道的“内幕”,用函数来替代。 高分子反应是个非常复杂的体系,我也找不到反应条件与分子量及分布的函数。在我看来,这简直是一个“黑箱”问题。既然是“黑箱”问题,那么就用“回归分析”法来解决。 我选择了“n元正交多项式回归”,对厂里生产的一种名叫“聚砜(PSF)”的聚合物材料,在高分子反应阶段,进行分子量预报和优化控制的研究。 高分子聚合物粘度的高低,代表了聚合物分子量的大小。所以,聚合物粘度的高低是,聚合物材料的一个重要质量指标。聚砜分子量的大小,是通过测定聚砜的比浓粘度获得。 到了1987年的年底,我不仅获得了“聚砜”,在高分子反应阶段中,比浓粘度与反应条件、反应时间之间的经验数学表达式,简称“经验式”,由此建立了聚砜生产中,比浓粘度优化控制的数学模型。 由于这项研究的成果,保证了产品聚砜的质量稳定。次年(1988年)的春天,我获得了上海市化工局“企管优秀论文三等奖”。同时,这项研究成果,以“聚砜比浓粘度的预报和优化控制”为题,发表在《化学反应工程与工艺》杂志第4卷第3期上(浙江大学出版,1988年9月)。 尽管这项研究的成果,给我带来了荣誉。平心而论,由“回归分析”法得到的数学表达式,毕竟是“经验”的,有一定的局限性。 不过,在这项研究工作的过程中,我发现了两个基本事实,即:在溶液缩聚过程中,(1)缩聚物的分子量增长具有随机性,(2)缩聚物分子量分布是可以控制的。 我和我的合作者,从这两个基本事实出发,不仅得到了溶液缩聚过程中缩聚物分子量分布函数,而且还得到分子量分布中的偏移和扩散系数,以及计算方程。缩聚物的分子量分布函数,反映了缩聚物分子量的概率分布;偏移和扩散系数则反映,溶液缩聚过程中,缩聚物的平均分子量增长快慢的程度,以及离散性。 此时,我隐隐约约的感觉到,我们的研究已经非同一般了。尤其是我们的研究方法,一种数学与高分子化学紧密结合的方法,即:根据高分子化学原理和实验,用数学推导出有关数理方程的方法。 我们的研究结果“溶液缩聚物分子量分布及其控制的研究”一文,我分别用中、英文书写。中文版发表在《化学反应工程与工艺》杂志第6卷第1期上(浙江大学出版,1990年3月);英文版在“国际理论化学与应用化学联合会”(IUPS)第23届论文报告会上发表(1990年加拿大蒙特利尔),编号为715。 我们的这项研究成果,在国际上获得了认同。不过,我本人没有到场参加第23届IUPS论文报告会会。事实上,我所有的,在国际学术会议上发表的研究论文,都没有到场参加,除了举办地在我国。 我们不知不觉地在“高分子反应统计理论”的研究邻域中,走到了世界先进行列,这是我预先没有想到的。 我没有留过“洋”,也没有做过“访问学者”。至今为止,甚至连国门都没有跨出一步。 我认为,智慧是人类的特征,科学不分国界。问题总归是明摆着的,研究者不分人种与肤色,研究的成果大家分享。(待续) ![]() |