化學與生活——化學使人類豐衣足食.ppt

第四章 化學使人類豐衣足食 一 糧食增產(chǎn)呼喚化學 1984年聯(lián)合國公布的數(shù)據(jù) 全球2000萬人因饑餓而死亡 5億人嚴重營養(yǎng)不良 2003年報載 全球每天鋨死2萬人 糧食問題為人類的生存拉響了警報 第四章化學使人類豐衣足食 NH3 H2 N2 20度一個體積的水可溶解700個體積的氨 有揮發(fā)性 有刺激性 NH4Cl NH4 2SO4 NH4NO3 NH4HCO3 肥田粉 尿素Urea NH2 CONH2 Ammonia 第四章化學使人類豐衣足食 氨溶于水即為氨水 可直接作為氨肥使用 也可制 NH4 2SO4NH4NO3 NH4Cl NH4HCO3 俗稱肥田粉 酸化和板化 理想的氮肥是尿素2NH3 CO2 NH2CONH2 H2O 第四章化學使人類豐衣足食 磷肥 磷礦石Ca3 PO4 2 Ca5 PO4 3F酸洗法磷肥 重過磷酸鈣 過磷酸鈣 沉淀磷肥熱法磷肥 脫氟磷肥 鈣鎂磷肥 第四章化學使人類豐衣足食 化學為糧食增產(chǎn)作出的貢獻之二 提供合成農(nóng)藥 第一代農(nóng)藥 配方式殺蟲劑 波爾多液 石灰水加硫酸銅 袼里森水 石灰硫黃合劑 缺點 殺蟲效果不佳 配方數(shù)量有限 第四章化學使人類豐衣足食 鉀肥 鉀礦石經(jīng)處理得硫酸銨和硫酸鉀混合復肥 氯化鉀 海水其他營養(yǎng)元素 CaMgS七個微營養(yǎng)成分 BCuFeMnMoZnCl 第四章化學使人類豐衣足食 青海百萬噸鉀肥項目生產(chǎn)區(qū) 1939年瑞士醫(yī)生Muller提出了主動合成殺蟲劑的概念 化學家們開創(chuàng)了第二代農(nóng)藥 合成農(nóng)藥 DDT 首次被推出的合成農(nóng)藥 當時的商品名為二氯二苯三氯乙烷 DiDiTri 第四章化學使人類豐衣足食 有機磷農(nóng)藥的問世 敵敵畏 第四章化學使人類豐衣足食 殺蟲活性更高的有機磷還有 1605 對硫磷 1059 內(nèi)吸磷 第四章化學使人類豐衣足食 開發(fā)新農(nóng)藥的八字方針 高效 低毒 價廉 廣譜 致死中量 LD50 使某生物群體50 死亡所需的農(nóng)藥劑量 通常以每公斤動物體重的農(nóng)藥質量來計算 如 敵敵畏50 80毫克 kg 甲胺膦20 30毫克 kg 16054 12毫克 kg 10592 3毫克 kg 第四章化學使人類豐衣足食 氨基甲酸酯類新農(nóng)藥 甲萘威 毒扁豆堿 第四章化學使人類豐衣足食 1984年12月8日世界八大災難事件之一印度博帕爾慘案 起因 異氰酸酯 第四章化學使人類豐衣足食 新一代安全農(nóng)藥 擬除蟲菊酯 除蟲菊酯 烯丙菊酯 第四章化學使人類豐衣足食 農(nóng)藥在概念上的突破 昆蟲激素 保幼激素 性激素 拒食劑 不育激素 第四章化學使人類豐衣足食 植物生長調(diào)節(jié)劑 除草劑 矮壯素 云苔素交酯 2 4 二氯苯氧基乙烯 2 4 D 2 氯乙基三甲基氯化銨 第四章化學使人類豐衣足食 化學信息物質 寄生草的克星 非洲糧食生產(chǎn)的天敵 亞細亞剛毛草 化學家的杰作讓魔草上當 如法炮制 化學家又制服了棉田中的另一個寄生草 獨角金草 第四章化學使人類豐衣足食 二人要衣裝人類文明的標志之一是人們的衣著 衣著不僅是為了御寒 更是為了美觀 人類對衣著的要求愈來愈高 自然界提供衣著材料 棉花麻羊毛蠶絲 第四章化學使人類豐衣足食 1纖維素和人造纖維 植物性纖維 棉 麻 碳水化合物 由碳 氫 氧三種元素構成的 從結構上看 是一類多羥基醛多羥基酮式水解后產(chǎn)生多羥基有機化合物的物質分為 單糖低聚糖多糖 第四章化學使人類豐衣足食 單糖 是最簡單的 不能再被水解的碳水化合物 低聚糖 是由幾個單糖分子縮水聚合而成的 水解后生成單糖的數(shù)目分為二糖 三糖 蔗糖 麥芽糖是二糖蔗糖水解后產(chǎn)物是葡萄糖 果糖 第四章化學使人類豐衣足食 1 單糖和多糖 纖維素與淀粉則是多糖的代表物纖維素是自然界中分步最廣的多糖 它的基本結構單元也是葡萄 糖 分子質量很高 為200萬 纖維素分子的長鏈能依靠數(shù)目眾多的氫鍵結合起來而形成纖維束 第四章化學使人類豐衣足食 2 纖維素 幾個纖維束絞在一起形成繩束壯結構再定向排布就形成肉眼可見的纖維 因而 同樣是由葡萄糖構成的纖維素 比起淀粉來有高的多的強度 可以支撐植物 由于人的消化系統(tǒng)中沒有水解纖維素的酶 所以人不能消化纖維素硝化纖維 無煙火藥 火棉膠 賽璐硌制品 第四章化學使人類豐衣足食 自然界纖維中 棉花 麻莖可直接被利用 如 木材 蘆葦 甘蔗渣 棉桿 麥桿 經(jīng)過化學處理也可以紡織織布 優(yōu)點 織物柔軟 輕飄舒適 美觀 便宜 缺點 縮水大 濕強度小 彈性差 不耐堿 第四章化學使人類豐衣足食 3 人造纖維 外保暖材料通常是人造纖維或羽絨 第四章化學使人類豐衣足食 市場上還有 銅氨纖維特點 潔白光澤柔 手感柔軟 成本高 醋酸纖維 第四章化學使人類豐衣足食 高分子之化合物合成高分之化合物合成聚合物方式有兩種 縮聚 縮合反應加聚烯烴的加成反應 第四章化學使人類豐衣足食 2合成纖維 1 聚酯 滌綸原料 對苯二甲酸 乙二醇優(yōu)點 具有高強度 耐光 耐蝕 耐蛀 缺點 吸濕性差 導電性差 不透氣 里布 西裝里布 半賓霸 滌粘里布 第四章化學使人類豐衣足食 1 聚酯纖維的結構 性能及用途1 聚酯纖維的結構聚酯纖維的結構為高度對稱芳環(huán)的線性聚合物 易于取向和結晶 具有較高的強度和良好的成纖性及成膜性 結晶度為40 60 結晶速度慢 2 聚酯纖維的性能 用于聚酯纖維原料的具體性能參數(shù)參見附表9所示 聚酯纖維一般為乳白色 相對密度為1 38 1 4 回潮率很低 具有易洗快干的特性 在紡織時 容易產(chǎn)生靜電 其紡織品在使用過程中易積累靜電荷而吸灰塵 第四章化學使人類豐衣足食 聚酯纖維的熔點為255 265 軟化溫度230 240 遇明火能燃燒 有黑煙并有芳香氣味 離火后自息 聚酯纖維在承受外力時不易發(fā)生變形 紡織品尺寸穩(wěn)定性好 使用過程中褶裥持久 耐磨性僅次于聚酰胺纖維 在室溫下 聚酯纖維能耐弱酸 弱堿和強酸 但不耐強堿 對丙酮 苯 鹵代烴等有機溶劑較穩(wěn)定 但在酚類及酚類與鹵代烴的混合溶劑中能溶脹 第四章化學使人類豐衣足食 3 聚酯纖維的用途即可以純紡也或以與其他纖維混紡制成各種機織物和針織物 聚酯長絲可用于織造薄紗女衫 帷幕窗簾等 與其他纖維混紡可制成各種棉型 毛型及中長纖維紡織品 聚酯纖維在工業(yè)上可作為輪胎簾子線 制作運輸帶 篷帆 繩索等 第四章化學使人類豐衣足食 2 聚酰胺 尼龍尼龍 6指聚己內(nèi)酰胺尼龍 66聚已二酰己二胺 3 聚烯烴1 腈綸2 維尼綸合成方法兩種 一種乙炔法二種乙烯法3 丙綸4 氯綸 第四章化學使人類豐衣足食 一 聚酰胺 6 錦綸 6 的生產(chǎn)聚酰胺 6纖維的商品名稱是錦綸 尼龍 6 卡普隆等 是由已內(nèi)酰胺或 氨基已酸經(jīng)縮聚反應而制得的一種合成纖維 1 主要原料已內(nèi)酰胺在室溫下為白色結晶體 熔點為68 70 沸點為292 5 手觸有潤滑感 工業(yè)品有微弱的叔胺氣味 易溶于水 乙醇 乙醚 氯仿和苯等 在水存在下 加熱開環(huán)聚合為聚已內(nèi)酰胺 主要用于加工成聚已內(nèi)酰胺纖維 已內(nèi)酰胺主要來源 以苯酚為原料 經(jīng)環(huán)已醇 環(huán)已酮而得 以環(huán)已烷為原料 用光亞硝化法合成 以甲苯原料 用尼斯亞法合成 不可以糠醛或乙炔為原 2 聚酰胺 尼龍 第四章化學使人類豐衣足食 2 原理與工藝 1 聚合原理已內(nèi)酰胺在高溫下 微量水存在時的聚合反應如下 該反應為可逆逐步縮聚反應 反應的轉化率一般為85 90 未反應的單體在高聚物成粒后用水萃取除去 該反應的溫度一般控制在250 260 并且為防止產(chǎn)物氧化而在惰性氣體保護下進行 其引發(fā)劑的用量為已內(nèi)酰胺的0 5 5 用量多少對產(chǎn)物的相對分子質量有影響 在反應過程中為了控制產(chǎn)物的最終相對分子質量而需要加入單體量的0 07 0 14 的乙酸或0 2 0 3 的已二酸為相對分子質量調(diào)節(jié)劑 紡絲用的聚酰胺 6的相對分子質量為15000 23000 第四章化學使人類豐衣足食 3 聚酰胺纖維的性能與用途聚酰胺纖維的原料性能參見附表 聚酰胺纖維具有耐磨性好 耐疲勞強度和斷裂強度高 抗沖擊負荷性能優(yōu)異 容易染色及與橡膠的附著力好等突出性能 因此 聚酰胺纖維多用于作衣料和輪胎簾子線 其產(chǎn)量僅次于聚酯纖維 居第二位 第四章化學使人類豐衣足食 3 聚烯烴 1 主要單體 丙烯腈丙烯腈的結構式為 CH2 CH C N丙烯腈在常溫常壓下是具有獨特氣味的無色透明 易流動液體 相對分子質量為53 06 沸點為77 3 凝固點為 83 6 相對密度為0 8060 易燃 易爆 在空氣中的爆炸極限為3 05 17 0 體積 丙烯腈能與苯 甲苯 四氯化碳 甲醇 乙醇 乙醚 丙酮 醋酸乙酯等許多有機溶劑以任何比例互溶 丙烯腈也能溶于水 丙烯腈能與水 苯 甲醇 異丙醇 四氯化碳等形成二元共沸物 其中丙烯腈與水的共沸溫度為71 含水12 質量 丙烯腈分子中含有碳 碳雙鍵和腈基 化學性質很活潑 能進行聚合反應 均聚和共聚 加成反應 氰乙基化反應等 貯存 運輸過程要加入酚類 胺類阻聚劑 第四章化學使人類豐衣足食 二 聚丙烯纖維的生產(chǎn)原理與工藝1 丙烯的聚合原理見本書的第二章第四節(jié)配位聚合反應 2 聚丙烯纖維的生產(chǎn)工藝 1 聚丙烯樹脂的生產(chǎn)工藝聚丙烯的生產(chǎn)方法有淤漿法 氣相聚合和液相聚合法三種 下面主要介紹淤漿法生產(chǎn)工藝 該工藝過程主要包括 引發(fā)劑懸浮液的配制 淤漿聚合 引發(fā)劑的洗除 干燥等 其工藝流程如圖10 12所示 聚合原料及系統(tǒng)的處理引發(fā)劑為齊格勒 納塔引發(fā)劑或改進的三組分或四組分復合引發(fā)劑 稀釋劑 溶劑 為烷烴化合物 一般是已烷 庚烷 戊烷及混合物等 相對分子質量調(diào)節(jié)劑為氫或甲烷 第四章化學使人類豐衣足食 三 聚丙烯樹脂及纖維的結構 性能及用途1 聚丙烯樹脂的結構 性能聚丙烯為線形結構 根據(jù)大分子上甲基的空間排列可分為全同立構聚丙烯 間同立規(guī)聚丙烯和無規(guī)立構聚丙烯 其性能有很大差別 全同立構聚丙烯的結構規(guī)整性好 具有高度的結晶性 熔點高 硬度和剛性大 力學性能好 無規(guī)立構聚丙烯為無定形