被“橡塑”粘住的科研工作者——访青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室庄涛

高分子材料包含橡胶、塑料、化纤等，对社会发展和人们的生产生活有着重要影响。橡塑材料是高分子应用中最为广泛应用的一类。随着高分子材料功能和环保性的要求，橡塑材料的研究有哪些新进展，其中科研仪器发挥了哪些作用？带着这些问题，仪器信息网编辑采访了青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室的高级实验师——庄涛。

青岛科技大学 庄涛

“感情”不断升温的“科研”与“生活”

庄涛进入青岛科技大学就读高分子材料专业时，并不知道这所学校（当时名为青岛化工学院）是中国橡胶工业领域的重要人才培养基地，被社会赞誉为“中国橡胶工业的黄埔”。“入学之后才发现学校的高分子材料以橡胶为特长，上课讲的是轮胎、胶管、胶带、胶鞋等，一点都不‘高大上’，和预期相差甚远。”

落差感扑面而来，如何在橡胶领域寻找研究兴趣成为头等大事。转折很快出现在一项研究中，当时某种合成橡胶需要国外进口，国产新开发的产品质量控制指标（门尼粘度）与进口产品一致，但是下游客户轮胎生产厂的生产工艺总出现问题，且找不到原因。庄涛表示：“当时企业找到我们，希望在实验技术层面上解决这个问题。我们通过凝胶渗透色谱（GPC）技术准确测出国产和进口合成橡胶分子量的分布，找到两者的差异，为企业优化加工工艺提供了建设性意见。这让我获得了巨大的成就感，找到了研究的意义，也深刻体会到导师说过的一句话，‘橡胶有粘弹性，一旦接触，就被粘上，无法弹开’”。

随着时代的发展，人们在材料科学、医学应用和环境保护等领域越来越关注功能与特种橡塑材料。“从橡胶领域扩展到其他应用类高分子材料，通过解决材料应用中实际难题帮助到别人，实现自己的研究价值，让我觉得自己的工作不只是为了物质财富，还为改善国民生活和人类的健康发挥更大的价值和意义。”庄涛说。

他介绍了一个医用高分子材料研究的实例。在骨科领域，通常都需要植入物来固定骨骼。一直以来，钛合金因其优越的强度、较低的排斥风险和惰性成为植入物的首选。“近几年，可降解可吸收的工程塑料代替金属材质的螺钉等植入物，这些材料可以慢慢在体内被吸收，成为研究热点。”这些材料的出现，不仅避免去除操作造成的二次手术，还具有安全无毒、促进细胞生长等优点，对患者临床和术后病情的改善具有积极的应用价值。

高分子材料的应用研究不断进步，为人们的生活带来了更多的便利和改善。庄涛不禁感慨道：“以前科研工作中前沿的技术总是离生活很遥远，但是这两年科研与生活越来越近，日常生活中碰到的问题，也是目前在技术攻关的一些难题。一旦研究成功马上就转化到实际的生活中，医疗行业尤为明显。”这些成就离不开科研工作者的努力和先进科研仪器的支持。

橡塑材料研究的“助手”——GPC

在庄涛的整个研究生涯中，无论是橡胶材料还是应用高分子材料的研究，都离不开各种科研仪器的支持，包括GPC、XRD、BET等，其中应用最频繁的是凝胶渗透色谱仪（GPC）。

凝胶渗透色谱仪

高分子材料是由单体在催化剂作用下聚合而成的分子量高且具有一定分布的材料。结构决定性能，对分子结构的调控和改性可获得不同类型的高分子材料，由于易改性、易加工等特点，使其具有其他材料不可比拟、不可替代的优异性能。GPC技术可以通过多检测器联用来分析材料的分子量和分子量分布度、以及分子链嵌段结构组成和分子链构象信息，帮助优化加工工艺，确保产品的质量和稳定性。

常温GPC的研究范围有限，无法检测常温下无法溶解的结晶性高分子材料。庄涛最近的研究刚好遇到了这个难题。特种工程塑料聚苯硫醚（PPS）常温下无法溶解，不满足仪器进样要求。“这一特性导致无法从微观结构层面分析聚合物的特性，所以一直无法攻克这个材料。”他谈到，“研究发现PPS可以在220℃溶解于1-氯萘溶剂中。为解决高温检测的难题，我们联系到东曹（上海）生物科技有限公司的研究人员。通过和厂家不断的沟通和讨论，引进了温度上限为220℃的高温GPC。在220℃下持续摸索检测条件，最终成功实现检测目的。”

庄涛在学习和工作中使用过多个品牌的GPC，但是让他印象最深刻的还是东曹。他表示说：“分析仪器专业化较强，很多品牌的GPC是从液相发展而来，产品的结构设计都是以液相色谱作为基础，并不太适合GPC的检测。而东曹的产品设计最初就是按照凝胶色谱的机理设计的。”深入聊到具体的设计特点，他举例说：“比如温度的控制，东曹的GPC把整个系统做成一个整体，从管路到各个部件都进行控温。再比如双流路的管路结构，参比池和样品池分成两套独立的管路，在检测过程中都是流动状态；这种流路设计，保证了实际检测过程中示差信号的稳定性，实现了极稀溶液检测，提高了测试准确性。”

“另外，东曹GPC的仪器性能在硬件和软件方面都很优异。在硬件方面，仪器运行10年以来，测试了1万多个的样品，仅仅维护过一个泵头。”庄涛回想到。东曹的GPC仪器有选配的柱切换阀，可以同时搭载两套不同规格的色谱柱，“在软件方面，仪器更换色谱柱可以实现‘一键操作’”，只需提前安装不同型号的色谱柱即可。”

仪器技术飞速发展  为科研注入“强心剂”

庄涛在青岛科技大学学习和工作二十多年，一直奋斗在分析检测一线，见证了不同时期分析仪器的进步。

他介绍说：“刚入学时，实验课程能接触到的仪器很少，实验仪器非常庞大，比如凝胶渗透色谱（GPC），需要一个小房子才能装得下；色谱柱有一米多长，还要自装填料；采集信号通过一个指针式绘图仪绘制。整个实验和数据分析过程所花费的时间可想而知。”

仪器开始更新是在读研究生的时候，“那是我第一次见到国外进口的高档分析仪器，”庄涛回忆道，为了维护好仪器，整个学院都小心翼翼的。不仅配上了单独的房间，还装上空调，严格保证环境恒温恒湿，卫生一尘不染。“当时仪器操作都是由专职老师完成，研究生都没有权限。”

独立操作大型仪器是在读博期间。学院盖了新的实验楼，购置了大量的先进分析仪器。建设完成后的实验室具备了实现各种各样的表征手段，也有足够的机时让学生操作仪器，自主测试。检测的效率和科研能力都有了大幅的提升。

到了工作阶段，分析测试的仪器要兼顾教学和科研，即使多台/套的仪器也无法满足测试的需求，尤其是GPC。庄涛说：“老师们的科研项目越来越多，学生的数量也急剧增加。为了提高测试效率，自动进样器就成为必需的配置。可以让GPC仪器全天候运行，解放了测试人员的精力，也提高了仪器分析测试的效率。测试人员只需要偶尔到实验室看看仪器状态是否正常，有没有报警或报错。”

分析仪器的技术水平直接影响科研的质量和速度。随着技术不断创新和产品升级，仪器在科研方面的助力也更明显。在领导的高瞻远瞩以及同事们的共同努力下，庄涛所在的实验室从一个小小的教学实验室逐步发展成橡塑材料与工程教育部重点实验室。他自豪的表示：“实验室教学质量和效率明显提升，让每个本科生都可以进入实验室操作仪器，这对学生来说是来之不易的机会。”

橡塑材料与工程教育部重点实验室

庄涛，作为科研工作者，不断扩展新的研究领域，解决生活应用中的难题；作为老师，以培养学生为己任，靠星星之火照亮每位学生前进的路；作为实验师，依赖仪器却不受限于仪器，积极实践自己的新想法、新思路，充分发挥每台仪器的最大效用。这三个身份交织在一起，“忙并快乐着”，为国家和社会的进步贡献自己的力量，相信未来有更多的可能性。在学校这片土地上滋养出的花持续盛放着……