在科学技术高度发达的今天,科学实验以及实验室研究已成为科学家进行科学研究的一个极其重要手段.
离开了实验,科学家再好的思想也只是有待检验的观念而不会转换成现实的成果.何谓科学实验? 科学实验是人们根据某种需要,利用科学原理和仪器设备,通过人为的控制或模拟自然现象,有目的有计划的研究自然规律的一种现实的感性活[1].而高分子化学实验是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面实验研究科学[2].
哲学是研究客观世界普遍规律的科学.它是通过研究自然界、人类认识和人类社会发展中的普遍规律,为人类认识和人类社会的发展提供普遍的、适用的、科学的认识方法和实践方法的一门学科[3].哲学思想无论在哪一个领域,总是展示出它的神奇魔力,哲学思想渗透于所有的自然学科之中,它存在于自然学科并且超越了自然学科.普朗克帅强调“研究人员的世界观将永远决定着他的研究方向[3]: .”哲学观点贯穿并支配着一切科学领域的研究和探索,不论科学家们是否自觉地意识到,他们的研究离不开哲学学思想和方法论的指导.将哲学的理念应用到自然科学领域,应用到高分子科学实验的研究领域,将有助于我们深刻分析研究工作的本质,抓住主要矛盾,更快、更好地解决实际问题.本文是对高分子科学实验科研领域中的哲学思想的体会和思考,希望能抛砖引玉,引发更多的思考.
1 高分子化学实验研究中的唯物论.
1. 1 “世界是物质的、客观存在的” 思想在高分子化学研究中的体现.
世界是物质的,物质是世界的本源,世界的物质性决定了高分子的科学研究必须以客观存在为基础.物质是可以变化的,在不同的条件下物质以不同的形态存在.条件改变了,物质的存在形态也会相应改变[4].例如高分子化学的实验研究对象就都是具有超高分子的聚合物,即由若干分子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子.在高分子化学发展过程中,1839 年美国人发明的天然橡胶的硫化,1855 年英国人由硝化纤维素和樟脑制得赛璐珞塑料,1883 年法国人发明了人造丝等.这些重大的实验研究发明正是采用了合适的反应和方法对天然高分子进行了化学改性,使得人类从对天然高分子的原始利用,进入到有目的改性和使用天然高分子.这些天然的高分子都是来自于大自然中,都是客观存在的实实在在的材料,没有这些材料,对其进行改性都不不存在的.
“自由基聚合”是高分子合成中非常重要的一种反应类型,并由此发展起来的 “配位活性自由基聚合”,以及阳离子活性聚合等是应用烯类单体合成新材料的方法.特别是近年来,具有各种特殊功能的高分子材料( 包括生物医用高分子、光电磁功能高分子、高分子分离膜、吸附与分离树脂、智能凝胶等) ,更是新材料,新技术,新功能的又一进步.这些新物质,都是在 “自由基聚合”的基本原理的基础上,通过不同的反应条件和环境来改变功能.
水溶液聚合反应过程中,反应条件不同 ( 时间,温度,引发剂等) ,相同单体聚合的产物性状完全不一样,特别是反应过程中引发剂用量的不同,产物有可能是粘稠的液体、不能流动的半固体凝胶、机械强度较大的固体.
1. 2 “物质是无限可分的” 的思想在高分子化学研究中的体现.
马克思主义哲学认为: 物质是无限可分、永无穷尽[4].这种普遍的观点在高分子化学实验研究中也充分的显示出来了.高分子材料的最基本的特征就是组成高分子材料的是分子量很大的分子,一般的高分子材料具有结晶态和非晶态结构,不管是那种结构,从研究的着眼点的范围可以分为远程结构和近程结构,远程结构主要研究高分子链的尺寸和高分子链的形态,近程结构主要是研究链结构单元的化学组成、键接方式、空间方式、空间结构、支化和交联、序列结构等问题,还有分子在微观的、原子水平上进行的研究,不同原子还有电子,原子核等,因此,从高分子研究的着眼点来看,高分子材料在纵向层次上可以无限的细化.
再比如说,一般来讲,高分子在水中溶解成水溶液比较困难,高分子溶液的浓度可以不断的稀释做不同的用途,浓度较大的时候可以做凝胶,随着浓度不断的减少,凝胶含水量不断增加,浓度再稀释可以形成浓溶液、亚浓溶液、稀溶液、极稀溶液等,甚至可以无限稀释到浓度几乎为零,这正是特性黏度这个重要概念的定义,这也充分体现出物质可以无限细分的哲学思想.
1. 3 “物质是永恒运动的” 思想在高分子化学研究中的体现.
辩证唯物论认为,运动是物质的根本属性.宇宙间的物质处于永恒不断的变化与运动之中,不存在没有运动的物质[5].比如链段是高分子中一个非常重要的概念,高分子的链段处于不断的运动中,显示出不同的运动状态,只不过这些运动变化在一个非常小的范围中活动,所以高分子材料因链段的运动变化而带来的形态变化和性质变化是不容易呈现出来的.再比如,组成高分子碳链上的碳原子和碳原子是通过碳碳键连接在一起,碳碳键是可以在空间旋转的,也就是一个碳原子围绕另一个碳原子可以做空间旋转,而且这种旋转是永不停止,高分子化学中把这种旋转运动叫做 “内旋转”,而且,现代高速摄影技术也证实了这种 “内旋转”运动每时每刻都在运动.
1. 4 “物质的运动是有规律的” 思想在高分子化学研究中的体现.
辩证唯物论认为,运动是物质的根本属性.宇宙间的物质处于永恒不断的变化与运动之中,不存在没有运动的物质.恩格斯早就指出,运动着的物体的性质是从运动的形式得出来的[6].虽然高分子链段的运动是不停止的,但它的运动具有一定规律性的,比如高分子在特定的拉伸条件会显示出不同的变形形态,在拉力不变的情况下,高分子材料能发生蠕变现象,在形变量不变的情况下,高分子材料内部的应力会逐渐变小,这就是应力衰变现象.这是因为链段在不同外部条件下链段运动所表现出来的规律性.
1. 5 “物质是普通联系、互相作用的” 的思想在高分子化学中的体现.
恩格斯的辩证法认为,整个物质世界紧密联系、相互作用.一切事物都处在永不停息的运动、变化和发展的过程中,整个世界就是一个无限变化和永恒发展着的物质世界,发展是新事物代替旧事物的过程[7].高分子聚合物中自由基聚合反应中,单体的加量、温度、压力、反应时间、溶液体系、引发剂等中的诸多因素都影响最终的产物.以反应过程中的温度为例,如果温度太高,合成反应速度就会加快,单体反应速度快,反应时间缩短时间,最终会导致产物分子量较小,不能满足产品的质量要求.所以温度一变化,就会引起一系列的连锁反应,都会影响着最终产物的质量和形态.
2 高分子化学实验研究中的辩证法.
2. 1 对立统一规律.
对立统一是唯物辩证法的核心,世界上的一切事物都是对立的统一体.事物的发展过程中,矛盾的双方既对立又统一,双方均为存在的前提,共处于一个统一体中,并依据一定的条件向着各自相反的方面转化.事物的发展变化主要是其内部矛盾发展的结果.
2. 1. 1 对立与统一.
对立统一规律就是事物矛盾运动的规律,在进行高分子化学实验研究时,要正确把握概念的外延,深刻理解概念的内涵,用对立统一规律理解高分子化学实验研究中的现象,例如在高分子材料加工过程中,在固定力的作用下,高分子的形变随温度的增加而增加,随时间的增长而增加.在改变高分子的形变量的方面,温度的增高和时间的延长都起到了增加形变量的作用,是统一的,但在提高高分子分子量的合成反应中,温度的增加可以减小分子量,而反应时间的延长却能提高高分子的分子量,在这一点上,温度和时间是相互对立的.
2. 1. 2 内因与外因.
内因是事物发展变化的根据,外因是事物存在和发展的必要条件.外因通过内因而起作用.高分子在成型、储存和使用过程中都会发生结构变化,其物理化学性能和机械性能逐渐恶化,以致最终丧失使用价值,这种现象称为老化.高分子老化的主要根本原因之一是高分子的化学结构,即链节组成和结构,大分子中链节的排列方式,端基的性质,支链的长短和多少等.这些情况与合成反应的历程和合成时的条件有关.另一个主要的原因是高聚物的物理结构,即高分子的聚集态,如无定型态、结晶态、取向态以及高聚物与其他材料 ( 增塑剂、填充剂等) 的混溶状态等.形成老化的外部因素主要有光、热、电、机械应力、高能辐射等物理因素,氧气、臭氧、盐雾、酸、碱、化学试剂等,内部因素是导致老化,是老化程度和老化时间长短的关键因素,外部因素则起到了推波助澜的作用.
2. 1. 3 同一性和斗争性.
同一性和斗争性是事物矛盾的两个相反属性,相互联系却又不可分离.斗争性寓于同一性之中,是同一性的基础,没有斗争性就没有同一性[7].比如将高分子溶液用在油气田开发中的驱油技术中,要求高分子聚丙烯酰胺的分子量保持在 1000 万-2000 万之间,一般来讲,超过 2000 万的分子量的聚丙烯酰胺由于分子量大,长分子链更容易在泵入和地层孔隙中受到剪切作用而使黏度下降更快,若分子量小于 1000 万,则增粘作用相对较差,因此,即使同一种材料,在不同条件下,表现出了相互矛盾的一面,因此在生产时,要控制好反应,保持适中的分子量.
2. 1. 4 普遍性与特殊性矛盾的普遍性和特殊性是相互区别、相互联系的.
矛盾的普遍性和特殊性的区别是相对的,在一定条件下可以相互转化[8].高分子化学里所谓的同分异构体就是组成分子的原子组成、数量完全一样,但结构不同,因而物理性质和化学性质也不一样,还有所谓 “镜像异构”、“旋光异构”等多种不同的区别.材料中相同的原子数量是具有普遍性的,但因为组合不同,在特定条件下显示出的不同结构是具有特殊性的,如果在生成某种异构体时,因为外界条件发生了变化,可能形成不同的异构体,是可以相互转化的.
2. 2 否定之否定规律
马克思辨证哲学的否定观认为,任何事物都有肯定的方面和否定的方面,它们对立统一的运动过程,就形成了事物的自我运动、自我发展和自我充实,这是一个波浪式前进或螺旋式上升的过程[8].否定之否定规律是自然界、社会和思维发展的普遍规律,它揭示了事物发展的方向和道路.该哲学规律在高分子化学研究中也得到充分的印证.比如水溶性高分子在油气田开发中的三次采油技术应用中,要求水溶性高分子既要有强的增粘能力,又要在地层中能抵抗地层孔隙的剪切降粘,保持一定粘度.分子量要大,这样在水溶液中才能有效的增加粘度,但分子量高,分子链就长,越是容易在地层中受到岩石孔隙的剪切,粘度就更容易降解.所以,一定的分子量,在三次采油技术中,有利于采油的一方面,同时又有不利的方面.正是这两个不同的方面,导致人们不断的追求具有良好增粘能力,而且能抵抗地层剪切降粘的高分子.
参考文献:
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