高分子材料科學(xué)技術(shù)與自然辯證法

得分： 南京林業(yè)大學(xué)研究生課程論文2013?2014學(xué)年第二學(xué)期課程號： 83372-1課程名稱： 自然辯證法論文題目： 高分子材料科學(xué)技術(shù)與自然辯證法學(xué)科專業(yè)： 材料學(xué)學(xué)號：名：任課教師：二。一四年六月高分子材料科學(xué)技術(shù)與自然辯證法王禮建(南京林業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇南京210037)摘要：本文有自然辯證法的觀點說明高分子材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不是偶然的，而是符合一定規(guī)律的。并分析了其發(fā)展過程中帶來的一系列問題，說明了科學(xué)技術(shù)是一把“雙刃劍”。關(guān)鍵詞：高分子；發(fā)展；雙刃劍PolymerMaterialsScienceTechnologyandDialecticsofNatureWANGLi-jian(CollegeofScience,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China)Abstract:Thispaperdescribesanaturalpointofviewofdialecticspolymermaterialsscienceandtechnologydevelopmentisnotaccidental,butinlinewithcertainlaws.Andanalysisofitsdevelopmentprocesstobringarangeofissues,explainsscienceandtechnologyisa"double-edgedsword".Keywords:polymer;development;double-edgedsword1前言自然辯證法是馬克思主義的自然觀和自然科學(xué)觀。體現(xiàn)馬克思主義哲學(xué)的世界觀、認識論、方法論的統(tǒng)一，構(gòu)成馬克思主義哲學(xué)的一個組成部分?？茖W(xué)是人類認識世界的基本實踐活動，是一種在實踐基礎(chǔ)上歷史的形成不斷發(fā)展著的關(guān)于世界的各種物質(zhì)運動形式及其發(fā)展規(guī)律的理論知識體系；而狹義的科學(xué)專指自然科學(xué)，是人類認識自然界的實踐活動，以及在這種實踐基礎(chǔ)上形成的關(guān)于自然界都沒理論知識體系。技術(shù)是人類為了滿足一定的社會需要在改造自然的實踐中創(chuàng)造和運用勞動手段、工藝方法、知識經(jīng)驗和技能的總和［1］。1.1自然辯證法的內(nèi)容自然辯證法研究的內(nèi)容主要有兩大方面：一是自然觀，即對自然界辯證法的研究；一是自然科學(xué)觀，即對自然科學(xué)辯證法的研究。對自然觀的研究，要求不斷地概括和運用自然科學(xué)的最新成果，發(fā)展和更新人們關(guān)于自然界辯證發(fā)展的總圖景和對自然界的總觀點，其中包括物質(zhì)觀、運動觀、時空觀、信息觀、系統(tǒng)觀、規(guī)律觀以及自然發(fā)展史和自然界各種運動形態(tài)的劃分、聯(lián)系、交錯、轉(zhuǎn)化等等；要求探討辯證法的基本規(guī)律和范疇在自然界各種過程中的豐富多樣的表現(xiàn)及運用，使人們對辯證法規(guī)律和范疇的理解不斷充實和深化，在許多方面進一步清晰化、準(zhǔn)確化和精細化，并增添新的內(nèi)容。從而，把辯證唯物主義自然觀提高到同自然科學(xué)的新發(fā)展、新思想相適應(yīng)的現(xiàn)代水平。對自然科學(xué)觀的研究，自然辯證法主要從馬克思主義認識論、方法論方面研究自然科學(xué)認識過程、認識方法和自然科學(xué)認識發(fā)展的規(guī)律。從馬克思主義社會歷史觀方面研究作為社會現(xiàn)象之一的自然科學(xué)在社會中發(fā)展和發(fā)揮作用的規(guī)律。1.2自然辯證法與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系自然辯證法不但把科學(xué)看作是一種獨立的社會現(xiàn)象，探討其在一定社會中發(fā)展和發(fā)揮作用的規(guī)律，而且也把與科學(xué)緊密相關(guān)的技術(shù)作為一種獨立的社會現(xiàn)象來研究。自然辯證法關(guān)于技術(shù)論的研究，就是從總體上探討技術(shù)的性質(zhì)和特點、技術(shù)發(fā)展的條件和規(guī)律以及技術(shù)和其他各種社會現(xiàn)象的關(guān)系等等。這一研究和自然科學(xué)論的研究共同為科學(xué)技術(shù)政策的制定、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)劃、科學(xué)技術(shù)工作的領(lǐng)導(dǎo)和管理提供理論基礎(chǔ)，其重要性日益顯得突出起來。2科學(xué)技術(shù)什么是科學(xué)，廣義的科學(xué)包括兩方面的涵義：一方面，科學(xué)是人類認識世界的基本實踐活動；另一方面，科學(xué)是實踐基礎(chǔ)上歷史地形成和不斷發(fā)展著的關(guān)于世界的各種物質(zhì)運動形式和發(fā)展規(guī)律的理論知識體系。俠義的科學(xué)專指自然科學(xué)，它是人類認識自然界的實踐活動及在這種實踐基礎(chǔ)上形成的關(guān)于自然界的理論知識體系。而一般如不特殊說明，科學(xué)指的是俠義的科學(xué)，即自然科學(xué)。什么是技術(shù)，技術(shù)是人類為了滿足一定的社會需要，在改造自然的實踐中創(chuàng)造和應(yīng)用的勞動手段、工藝方法、知識經(jīng)驗和技能的總和。2.1高分子材料科學(xué)技術(shù)材料是人類用來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，它先于人類存在，人類社會一開始就與材料結(jié)下了不解之緣。材料的進步和發(fā)展直接影響到人類生活的改善和科學(xué)技術(shù)的進步。目前，材料已經(jīng)和能源、信息并列為現(xiàn)代科學(xué)的三大支柱。其中材料是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，一個國家材料產(chǎn)品和產(chǎn)量是直接衡量其科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標(biāo)志，也是一個時代的標(biāo)志⑵。高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料，相對于傳統(tǒng)材料如玻璃、陶瓷、水泥、金屬而言是后起的材料，但其發(fā)展的速度及應(yīng)用的廣泛性卻大大超過了傳統(tǒng)材料，已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技等領(lǐng)域的重要材料。例如：一架飛機中，高分子材料占了65%的重量，而這僅僅是重量百分比，如果是體積呢，這百分比會更大。3高分子材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展高分子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不是偶然的，它是在人類認識實踐和科學(xué)理論的指導(dǎo)下而形成和發(fā)展起來的。和其他學(xué)科一樣，遵循一般的形成和發(fā)展的規(guī)律。從一開始的只會使用天然高分子材料到使用經(jīng)過人類改性的高分子材料在到人類自主創(chuàng)造自己需要的高分子材料。這一過程是人類認識世界、改造世界的一般客觀規(guī)律。3.1天然高分子在遠古時期，人類只會使用如皮毛、天然橡膠、棉花、纖維素、蟲膠、蠶絲、甲殼素、木材等一些天然高分子。這也是由于當(dāng)時社會生產(chǎn)了極度不發(fā)達所造成的，人們對其使用所積累的經(jīng)驗還不足以通過其他途徑更好的使用這些天然高分子材料，或者說他們的智慧還不能夠改造天然高分子材料。3.2改性天然高分子隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，原有的天然高分子材料已經(jīng)不能滿足人類的需要，人類相應(yīng)地開發(fā)了天然高分子材料的改性和加工工藝。作為我國古代四大發(fā)明之一的造紙技術(shù)就是一個很好的例子：公元105年左右，人們將自然界的纖維經(jīng)過幾部加工，就將枯枝落葉變成了書寫用的紙。又如對橡膠的改性，在11世紀(jì)，美洲的勞動人民已在長期的生產(chǎn)實踐中開始利用橡膠了。1823年，英國建立了世界上第一個橡膠共廠，生產(chǎn)防水膠布。但當(dāng)時沒有什么特殊的橡膠加工設(shè)備，因為它采用的是溶解法。當(dāng)時，橡膠制品遇冷則變硬，加熱則發(fā)粘，受溫度的影響比較大。1839年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了橡膠與硫磺一起加熱可以消除上述變硬發(fā)粘的缺點，并可以大大增加橡膠的彈性和強度。3.3合成高分子而合成高分子的誕生和發(fā)展則是從酚醛樹脂開始的。1872年，德國化學(xué)家拜耳(A.Baeyer)首先發(fā)現(xiàn)酚和醛在酸的存在下可以縮合得到無定形棕紅色的不可處理的樹枝狀產(chǎn)物，但未開展研究； 1902年，布盧默(L.Blumer)用酒石酸135份作催化劑，得到了第一個商業(yè)化酚醛樹脂，命名為Laccain，但沒有形成工業(yè)化規(guī)模；1905-1907年，酚醛樹脂創(chuàng)始人美國科學(xué)家巴克蘭(Baekeland)對酚醛樹脂進行了系統(tǒng)而廣泛的研究，于1909年提出了關(guān)于酚醛樹脂“加壓、加熱”固化的專利，實現(xiàn)了酚醛樹脂的實用化，有人提議將此年定為酚醛樹脂元年(或合成高分子元年)。自此以后，合成并工業(yè)化的高分子材料種類迅速擴展。在此期間涌現(xiàn)出了許多優(yōu)秀的科學(xué)家，他們在原有實驗的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮自己的主觀能動性設(shè)計實驗，總結(jié)經(jīng)驗，并把這些經(jīng)驗上升到理論，如：1920年德國科學(xué)家史道丁格(Staudinger)發(fā)表了劃時代的文獻“論聚合”，他提出了“高分子”、“長鏈大分子”的概念，這是人類首次對把對高分子材料的研究作為一個學(xué)科來對待，極大的推動了高分子材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。而最終這位在高分子領(lǐng)域有極大貢獻的科學(xué)家也獲得了諾貝爾化學(xué)獎，這也是世人對他的認可。高分子材料的發(fā)展不是偶然的，首先這是一個大的趨勢，確切的說是人類的需求，上文中提到在遠古時期人類就在使用高分子材料，人類離不開高分子材料，隨著人類需求的增長，就要求高分子材料科學(xué)也不斷發(fā)展；然后，這是無數(shù)科學(xué)家不斷的實驗、總結(jié)、再實驗的必然結(jié)果，這是人類認識自然，改造自然的一般過程；最后，在此期間，人類的主觀能動性發(fā)揮了巨大的作用，也推動了高分子材料科學(xué)的發(fā)展。4高分子材料科學(xué)技術(shù)的“雙刃劍”效應(yīng)4.1科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別談到“雙刃劍”，人們總說科學(xué)是一把“雙刃劍”[3],其實這是不正確的，因為科學(xué)和技術(shù)是有區(qū)別的：首先，科學(xué)和技術(shù)的目的不同，科學(xué)的目的是認識自然，它要回答“是什么？”、“為什么？”的問題，而技術(shù)的目的是改造自然，它要解決“做什么？”、“怎么做？”的問題；其次，從研究對象來看，科學(xué)的研究對象是純自然系統(tǒng)，基本上排除社會因素懂得干擾，而技術(shù)研究的是自然一社會復(fù)合系統(tǒng)；第三，評價方式不同，評價一項科學(xué)成果的標(biāo)準(zhǔn)是“真不真”，即看它是否準(zhǔn)確的反映了客觀對象的本質(zhì)和規(guī)律，而評價一項技術(shù)成果的標(biāo)準(zhǔn)是看它“有用無用”，即看它是否能夠給人們帶來一定經(jīng)濟效益或社會效益；此外，科學(xué)發(fā)展的模式和技術(shù)發(fā)展的模式、科學(xué)革命和技術(shù)革命的特點、內(nèi)容等也不相同，這一切一切使得我們有可能也有必要把科學(xué)和技術(shù)相對的區(qū)分開來。舉個簡單的例子，三聚氤胺樹脂是一種性能很好的塑料材料，三聚氤胺一甲醛樹脂的最大用途是用來制作色彩鮮艷的餐具，也可以制作電器制品，同時三聚氤胺還可以用作阻燃劑。但是有些人利用它的高含氮量添加到奶粉中，我們不能夠說三聚氤胺是“雙刃劍”，三聚氤胺本身只是一種高分子，而技術(shù)才是“雙刃劍”，它可以造福人類，也可以危害人類。這樣的例子還有很多：如1945年美國在日本廣島扔下兩顆原子彈；給人類造成了大量的傷害致病和死亡，但不能說愛因斯坦相對論是“雙刃劍”。4.2高分子材料科學(xué)技術(shù)的利高分子材料科學(xué)技術(shù)給人類帶來了巨大的利益，這是顯而易見的，在此就舉一個小例子［4］：1928年，美國最大的化學(xué)工業(yè)公司一-邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所，年僅32歲的卡羅瑟斯博士受聘擔(dān)任該所的負責(zé)人。他主要從事聚合反應(yīng)方面的研究。他首先研究雙官能團分子的縮聚反應(yīng)，通過二元醇和二元羧酸的酯化縮合，合成長鏈的、相對分子質(zhì)量高的聚酯。在不到兩年的時間內(nèi)，卡羅瑟斯在制備線型聚合物特別是聚酯方面，取得了重要的進展，將聚合物的相對分子質(zhì)量提高到 10000?25000，他把相對分子質(zhì)量高于10000的聚合物稱為高聚物。1930年，卡羅瑟斯的助手發(fā)現(xiàn)，二元醇和二元羧酸通過縮聚反應(yīng)制取的高聚酯，其熔融物能像制棉花糖那樣抽出絲來，而且這種纖維狀的細絲即使冷卻后還能繼續(xù)拉伸，拉伸長度可達到原來的幾倍，經(jīng)過冷卻拉伸后纖維的強度、彈性、透明度和光澤度都大大增加。這種聚酯的奇特性質(zhì)使他們預(yù)感到可能具有重大的商業(yè)價值，有可能用熔融的聚合物來紡制纖維。然而，繼續(xù)研究表明，從聚酯得到纖維只具有理論上的意義。因為高聚酯在 100°C以下即熔化，特別易溶于各種有機溶劑，只是在水中還稍穩(wěn)定些，因此不適合用于紡織。隨后卡羅瑟斯又對一系列的聚酯和聚酰胺類化合物進行了深入的研究。經(jīng)過多方對比，選定他在1935年2月28日首次由己二胺和己二酸合成出的聚酰胺66(第一個6表示二胺中的碳原子數(shù)，第二個6表示二酸中的碳原子數(shù))。這種聚酰胺不溶于普通溶劑，熔點為 263°C，高于通常使用的熨燙溫度，拉制的纖維具有絲的外觀和光澤，在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上也接近天然絲，其耐磨性和強度超過當(dāng)時任何一種纖維。從其性質(zhì)和制造成本綜合考慮，在已知聚酰胺中它是最佳選擇。接著，杜邦公司又解決了生產(chǎn)聚酰胺66原料的工業(yè)來源問題，1938年10月27日正式宣布世界上第一種合成纖維誕生了，并將聚酰胺66這種合成纖維命名為尼龍(Nylon)。尼龍的出現(xiàn)幫助了全世界的人類，解決了衣、食、住、行中的衣，意義重大，轟動了世界。現(xiàn)在，尼龍廣泛用做衣服、地毯、簾子線、降落傘、輪胎、纜繩、安全皮帶、帳篷、牙刷毛等。4.3高分子材料科學(xué)技術(shù)的弊4.3.1高分子材料科學(xué)技術(shù)對環(huán)境的危害眾所周知，近些年白色污染越來越嚴(yán)重，塑料袋就是高分子材料，多是用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各類生活塑料制品，使用后被棄置成為固體廢物，由于隨意亂丟亂扔，難于降解處理，以造成城市環(huán)境嚴(yán)重污染。塑料制品作為一種新型材料，具有質(zhì)輕、防水、耐用、生產(chǎn)技術(shù)成熟、成本低的優(yōu)點，在全世界被廣泛應(yīng)用且呈逐年增長趨勢。塑料包裝材料在世界市場中的增長率高于其它包裝材料，1990-1995年塑料包裝材料的年平均增長率為8.9%。我國是世界上十大塑料制品生產(chǎn)和消費國之一。 1995年，我國塑料產(chǎn)量為519萬噸，進口塑料近600萬噸，當(dāng)年全國塑料消費總量約1100萬噸，其中包裝用塑料達211萬噸。包裝用塑料的大部分以廢舊薄膜、塑料袋和泡沫塑料餐具的形式，被丟棄在環(huán)境中。這些廢舊塑料包裝物散落在市區(qū)、風(fēng)景旅游區(qū)、水體、道路兩側(cè)，不僅影響景觀，造成“視覺污染”，而且因其難以降解對生態(tài)環(huán)境造成潛在危害。目前科學(xué)家們在研究可完全降解的塑料制品，如聚乳酸，全淀粉塑料等，但是其高昂的價格使得其發(fā)展受到了限制，雖然像美國這樣的大國已有工業(yè)化生產(chǎn)的玉米淀粉塑料，但是在中國，一個糧食緊缺的國家，用玉米來做塑料還是有一定難度的，目前，我國已經(jīng)頒布了限塑令，但是其實效果不是很好，開發(fā)出一種可降解的廉價的塑料品種才是正確的選擇。4.3.2高分子材料科學(xué)技術(shù)對能源的影響高分子材料可以分為合成高分子和天然高分子⑸，而合成高分子的的原料幾乎全部來自石油，中石化，南京的揚子石等它們通過分離石油而得到不同的高分子原料，前面提到塑料大多由聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯制成，而這些都是來自于石油。也就是說，高分子材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程也就是自然資源的一個匱乏的過程，加之使用這些資源過程中的不規(guī)范操作和技術(shù)的有限都會造成能源的匱乏。1973年冬到1974年期間，汽油短缺嚴(yán)重地影響了許多美國人的生活。對于很多一直自己開車上學(xué)、上班和去商店的人們來說，汽油短缺成了一個嚴(yán)峻的現(xiàn)實問題。汽油短缺在美國不同地區(qū)的持續(xù)時間和影響程度是不同的。在新英格蘭，事情糟糕到了極點，司機們黎明時就在加油站外排起了長隊，有些州采取了一種簡單的配給措施：凡車牌照是奇數(shù)的汽車在奇數(shù)日加油，車牌照是偶數(shù)的汽車在偶數(shù)日加油，結(jié)果司機們交換牌照成了司空見慣的事。許多加油站停了業(yè)，那些尚能開業(yè)的加油站也縮短了營業(yè)時間。為了阻止焦慮的司機們在每一次加油時都把他們車上的油箱加滿，各加油站的經(jīng)理貼出通知，標(biāo)明本站售給每位司機最高加油量的限額［6］?，F(xiàn)在已經(jīng)是2012年，這種現(xiàn)象更加的突出。4.3.3高分子材料科學(xué)技術(shù)對食品行業(yè)的影響我們?nèi)粘Ｉ钪谐缘母鞣N食物都或多或少的還有高分子添加劑，如抗氧劑，抗氧化劑的作用機理是比較復(fù)雜的，存在著多種可能性。有的抗氧化劑可以放出氫離子將油脂在自動氧化過程中所產(chǎn)生的過氧化物分解破壞，使其不能形成醛或酮的產(chǎn)物如硫代二丙酸二月桂酯等。硫代二丙酸二月桂酯就是高分子化合物。但是總有一些人有意或無意的行為，給人們帶來了恐慌，如上文提到的三聚氤胺事件，又如，現(xiàn)在的“談火鍋色變”、一些山寨版的“濃湯寶”等，有很多的湯料都是高分子材料的化學(xué)工業(yè)品，而這些都是高分子界的“人才”發(fā)明出來的，當(dāng)然，我們必須說明的是有些并不是為了“害人”而去發(fā)明出這些高分子，而是被一些眼中只有利益的不法分子偷用了這些技術(shù)，他們明知道有些高分子化合物食用后對人體是有害的，但是，他們不顧他人的利益，依然使用，給人們帶來了巨大的傷害。其實不只在高分子領(lǐng)域，像雙匯的瘦肉精事件，南林毒豆芽事件，這些都說明了一個問題，現(xiàn)在的食品安全需要引起廣大人民群眾的重視，我們的政府部門也要引起高度的。4.3.4合理利用高分子材料科學(xué)技術(shù)正是由于上面提到的問題