第九章幾種重要的高分子材料-

第九章幾種重要的高分子材料

§9.1重要的天然高分子材料§9.2合成樹(shù)脂與塑料§9.3合成纖維§9.4合成橡膠§9.5涂料和膠粘劑§9.1重要的天然高分子材料一.纖維素及其衍生物纖維素是一種多糖（最廣），木材中含纖維素50%，亞麻中80%，棉花最高90%，分子式為(C6H10O5)nor[C6H7O2(OH)3]n纖維素不溶于水和一般溶劑，溶于CS2和銅氨溶液，可水解，水解最終產(chǎn)物為β-D-葡萄糖纖維素用途多（造紙等）還可與一些外加試劑反應(yīng)制成纖維素衍生物。（一）硝酸纖維素酯含N量在11%左右膠棉、賽璐璐、噴漆含N量在13%左右火棉、無(wú)煙火藥EXIT（二）羥甲基纖維素A吸濕性強(qiáng)，能溶于水中而成粘性溶液，粘合劑。（三）纖維素磺酸原酯在B中加入稀堿即得半透明的粘膠液，將粘膠液通過(guò)噴絲頭的細(xì)孔擠壓到稀酸中就得到人造絲，通過(guò)寬而扁的開(kāi)口擠壓到稀酸中得到玻璃紙（包裝用）。（四）醋酸纖維素酯硫酸作催化劑

C可用作制人造絲，塑料等。

二.蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)一詞來(lái)自希臘文，是“最原始的”意思，蛋白質(zhì)是生命的基礎(chǔ)。我國(guó)在1965年第一次用人工方法合成了具有生理活性的蛋白質(zhì)—胰島素不論那一類蛋白質(zhì)，水解都生成α-氨基酸的混合物，因此，蛋白質(zhì)是由20多種不同的氨基酸聚合而成的。氨基酸之間以肽鍵（-CO-NH-）相連接-NH-CO-CHR1-NH-CO-CHR2-NH-CO-CHR3-EXIT（一）蛋白質(zhì)的性質(zhì)1.

由于有-OH,-NH2,-COOH等親水基，故易溶于水2.

蛋白質(zhì)同時(shí)含有氨基和羧基，是兩性化合物3.

在蛋白質(zhì)溶液中，加入大量的K2SO4,Na2SO4等中性鹽使蛋白質(zhì)沉淀析出，此作用為“鹽析作用”。此作用并不影響蛋白質(zhì)原來(lái)的性質(zhì)。4.變性作用此作用是蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，改變其分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的作用?；瘜W(xué)方法有：加強(qiáng)酸、堿、尿素，重金屬鹽等。物理方法有：干燥、?、高壓、紫外線等。最早曾被國(guó)際公認(rèn)的蛋白質(zhì)變性學(xué)說(shuō)為1931年我國(guó)學(xué)者吳憲所提出。5.等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)在酸性溶液中帶正電，在堿性溶液中帶負(fù)電，而在某一PH值時(shí)電性平衡，這一PH值叫做等電點(diǎn)。6.

顏色反應(yīng)：如遇茚三銅，則呈藍(lán)色，遇HgNO3則變?yōu)榧t色。EXIT下面介紹三種工業(yè)上用的蛋白質(zhì)（二）工業(yè)上用的蛋白質(zhì)1.明膠：是高分子蛋白質(zhì)類，是從動(dòng)物的皮、骨、筋及結(jié)締組織經(jīng)熬煮所得到的膠原纖維中提取的。明膠也是兩性化合物，在等電點(diǎn)時(shí)物理性質(zhì)具有最低值。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。明膠可用于照相，食品及膠粘劑等2.

干酪素：是一種含P的蛋白質(zhì)溶于稀堿及濃酸，在弱酸中沉淀，不溶于水，醇及醚?？捎米骷垙埻苛系?.

蛋白膠即雞蛋白雞蛋白顆粒最粗，濃度最高，粘度最大可用于制版，但耐磨性和耐印率不高，故已很少采用。EXIT§9.2合成樹(shù)脂與塑料合成樹(shù)脂是指由單體合成的或?qū)⒛承┨烊桓叻肿樱ㄈ缋w維素）經(jīng)化學(xué)改性所得到的聚合物，是制造塑料，合成纖維，合成橡膠，粘合劑及功能性高分子材料的主要原料。在高分子樹(shù)脂中加入一定量的助劑或填充劑，經(jīng)過(guò)一定條件，可得到各種塑料制品。塑料是具有可塑性的高分子材料。塑料比重小，強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，電絕緣性好，耐磨，可代替木材，鋼材等。一.塑料的分類1.按受熱后性能的表現(xiàn)不同，可分為熱塑性塑料，熱固性塑料熱塑型塑料：受熱時(shí)軟化并表現(xiàn)出可塑性，冷卻時(shí)硬化，再次受熱則又有重復(fù)變軟和可塑行為。Eg聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚酰胺等熱固性塑料：在一定溫度下受熱或加入固化劑反應(yīng)使其固化成為不溶不熔的塑料制品，但如再加熱，不再表現(xiàn)軟化可塑的行為。Eg酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等。2.按產(chǎn)物性能分為通用塑料、工程塑料、改性塑料及增強(qiáng)塑料。等下我們具體介紹。EXIT二.塑料的組成塑料一般總是以高聚物樹(shù)脂為主體，加入一定量的添加劑。1.

高聚物樹(shù)脂：塑料主體，含30%—60%或更多2.

填充劑：既可降低成本，又可提高性能，常用填充劑有石棉、玻璃纖維等。加入量40%—70%3.

增塑劑：增加柔軟性4.

穩(wěn)定劑：提高使用壽命，常用的有金屬鉛鹽，金屬皂類等，用量在3%以內(nèi)。5.

潤(rùn)滑劑：常用的有硬脂酸及其鹽類，石蠟等，用量在0.5—2%。6.

著色劑：使塑料色澤鮮艷，用量在0.01—0.1%左右。7.

固化劑：可使塑料交聯(lián)，如環(huán)氧樹(shù)脂要加乙二胺等。

EXIT三.塑料的性能與應(yīng)用1.通用塑料的性能與應(yīng)用應(yīng)用范圍廣，產(chǎn)量大的一些塑料品種統(tǒng)稱通用塑料。（1）聚氯乙烯氯乙烯在引發(fā)劑—過(guò)氧化二苯甲?；蚺嫉惗‰娲嬖谙掳l(fā)生加聚反應(yīng)，生成聚氯乙烯。聚氯乙烯是線形結(jié)構(gòu)的熱塑性高分子化合物，力學(xué)性能好，耐化學(xué)腐蝕，不燃燒，成本低，但熱穩(wěn)定性差，易分解，所以加工中常加入熱穩(wěn)定劑—重金屬鹽類eg鉛白，PbCO3等。但同時(shí)帶來(lái)了不透明性及毒性，故用軟聚氯乙烯塑料制成的薄膜不能用來(lái)包裝食品，而用聚乙烯等。聚氯乙烯分為軟聚氯乙烯與硬聚氯乙烯兩大類硬聚氯乙烯中不加增塑劑或少加增塑劑，可作管材，板材等材料。軟聚氯乙烯中含增塑劑30—70%，可作薄膜，人造革等，塑料涼鞋，塑料手提包等，大部分都是它制造的。為了擴(kuò)大聚氯乙烯的應(yīng)用范圍，可用共聚或共混的方法，如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物，氯乙烯—丙烯腈共聚物的性能都好些，其中氯乙烯—醋酸乙烯共聚物是軟塑料，即使到了冬天也不會(huì)變硬。EXIT（2）聚苯乙烯用以制造高頻絕緣材料及各種文具及日用品，還可制成泡沫塑料，用來(lái)包裝電視機(jī)等。（3）聚烯烴主要講聚乙烯聚乙烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，除濃H2SO4外能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕，但易受熱和氧的作用而老化。即輕又堅(jiān)韌，無(wú)毒，耐腐蝕，可以用來(lái)包裝食物。聚乙烯是由乙烯聚合而成的，其合成方法有低壓法，中壓法，高壓法三種。還有聚丙烯等EXIT（4）酚醛塑料又稱電木是酚類和醛類化合物經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的樹(shù)脂（苯酚和甲醛），它是合成樹(shù)脂中最早開(kāi)發(fā)并最先工業(yè)化生產(chǎn)的品種，是一種熱固性塑料，制造電訊材料，但性脆，不耐堿。分為熱塑性酚醛樹(shù)脂和熱固性酚醛樹(shù)脂。A在堿性條件下，苯酚和甲醛的摩爾比為1：0.8時(shí)，得線形熱塑性酚醛樹(shù)脂。B在堿性催化條件下，甲醛過(guò)量，得到體型結(jié)構(gòu)的熱固性酚醛樹(shù)脂，反應(yīng)復(fù)雜，不多講。（5）脲醛塑料又稱電玉顏色鮮艷，可用于制造電話機(jī)、電視機(jī)外殼等，還可作粘合劑，膠結(jié)各種木制農(nóng)具。EXIT2.工程塑料的性能與應(yīng)用工程塑料是指綜合性能好（電性能等），可以作為工程材料和代替金屬用的塑料。Eg聚甲醛等。（1）聚甲醛：1959年出現(xiàn)第一批聚甲醛產(chǎn)品。聚甲醛的力學(xué)，機(jī)械性能與銅、鋅很相似。有良好的耐油，耐農(nóng)藥及耐過(guò)氧化物的性能，故可用作汽車上的軸承，使用壽命長(zhǎng)，但是不耐酸，強(qiáng)堿，日光的輻射。運(yùn)動(dòng)服的拉鏈也可用它制作。（2）聚酰胺：質(zhì)輕，耐油性，不耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，可代替銅使用。（3）聚碳酸酯：即透明金屬，透明度為86—92%，特點(diǎn)是抗沖擊，韌性極高可代替金屬，玻璃，木材等?？勺鲭姎鈨x器的外殼，宇宙飛船有數(shù)百個(gè)部件是用玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯制造的。宇航員的帽盔亦是用它制造的。（4）ABS：是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。ABS獲得了它們的綜合性能，用于制造電訊器材，汽車，飛機(jī)上的零件等。（5）聚四氟乙烯：（PTFE）即塑料王，在冷凍工業(yè)，化學(xué)工業(yè)，電器工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但合成成本較高，在250℃以上的高溫會(huì)放出劇毒的氣體。另外，還有有機(jī)玻璃等。有機(jī)玻璃是最優(yōu)秀的透明材料，透光率達(dá)92%以上，質(zhì)輕、不易碎，被槍彈擊中也只不過(guò)穿一小孔，而不會(huì)整塊破裂。EXIT3.改性塑料的性能與應(yīng)用對(duì)原有的塑料進(jìn)行改性，可擴(kuò)大其使用范圍。如ABS塑料實(shí)際上就是一種改性塑料。又如氯乙烯和醋酸乙烯酯進(jìn)行共聚，可提高流動(dòng)性，制造密紋唱片。以玻璃纖維為增強(qiáng)材料的改性塑料稱為玻璃鋼，強(qiáng)度可與鋼相比。4.增強(qiáng)塑料的性能與應(yīng)用增強(qiáng)塑料是塑料工業(yè)中的一種新型的特殊材料，這種材料是由增強(qiáng)材料和合成樹(shù)脂構(gòu)成的，是一種高強(qiáng)度的塑料。Eg用增強(qiáng)塑料制成的汽艇在重量上比用木材作的要輕15%，一個(gè)四人座的小船可由一個(gè)人舉起。

EXIT§9.3合成纖維

纖維的分類見(jiàn)書，看書講解，纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維，化學(xué)纖維又分為人造纖維和合成纖維。一.人造纖維和合成纖維有機(jī)化學(xué)纖維根據(jù)所采用的高分子化合物的來(lái)源不同而分為人造纖維和合成纖維。1.

人造纖維是由天然纖維素經(jīng)加工處理而制得的。2.

合成纖維是由石油、煤，天然氣中的低分子有機(jī)物經(jīng)化學(xué)處理及機(jī)械加工所制得的。合成纖維的原料不再是天然的纖維素或蛋白質(zhì)，而是人工合成的高分子聚合物。這是兩者的主要區(qū)別，但由于兩者都是用化學(xué)加工處理的方法制得的纖維，故統(tǒng)稱化學(xué)纖維。EXIT注意，并非任何高聚物都可加工成纖維，高聚物應(yīng)當(dāng)具備下列要求：1.

大分子的形狀必須是線形的。2.

高聚物的聚集態(tài)既要有晶區(qū)又要有非晶區(qū)（高聚物的聚集狀態(tài)只有液態(tài)和固態(tài)，沒(méi)有氣態(tài)。高聚物根據(jù)鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和能否結(jié)晶，分為結(jié)晶性高聚物和非結(jié)晶性高聚物兩種。線型高分子靠次價(jià)力聚集后可以是完全無(wú)規(guī)格的纏繞在一起，稱為非晶態(tài)或無(wú)定形高聚物。如有機(jī)玻璃，聚苯乙烯等，大都用作橡膠或塑料的高聚物都是非晶態(tài)的。有些線型高分子在一定的外界條件下，可以部分有規(guī)或完全有規(guī)地排列起來(lái)，成為結(jié)晶性高分子，大多數(shù)結(jié)晶高聚物為部分結(jié)晶。）3.

高聚物必須有適當(dāng)?shù)姆肿恿?，并且分子量分布要窄?.

大分子鏈之間必須有足夠的次價(jià)力。5.

高聚物應(yīng)具有可熔性或良好的可溶性。目前，合成纖維的產(chǎn)量已超過(guò)發(fā)展歷史比較長(zhǎng)的人造纖維，僅次于棉花的產(chǎn)量。關(guān)于化學(xué)纖維的名稱，各國(guó)命名不一，EXIT二.人造纖維簡(jiǎn)介我們以粘膠纖維（應(yīng)用最廣的人造纖維）為例簡(jiǎn)要介紹先把纖維素材料制成稠狀液體，即粘膠液，把這種粘膠液用壓力通過(guò)有許多細(xì)孔的噴絲頭，噴出細(xì)絲，再經(jīng)過(guò)凝固和牽仲等工藝，就形成粘膠纖維。粘膠抽絲有熔融抽絲，干法抽絲，濕法抽絲三種，多采用濕法抽絲，具體過(guò)程見(jiàn)書P220~221。從人造纖維可得到人造絲，人造棉，人造毛等。人造絲、人造棉、人造毛做的織物柔軟，舒適，美觀，但水浸濕后牢度下降很大，縮水率較大，彈性較差，容易起皺，不耐堿，這是由于在制造過(guò)程中，纖維素分子受到多次強(qiáng)烈的化學(xué)作用變短了。分子的排列疏松凌亂，分子間的空隙大，水分子容易鉆到空隙中去，使纖維膨脹，變得疏松無(wú)力，故不得使勁地搓揉和擰攪，要用中性液洗。

EXIT三.合成纖維的性能目前重點(diǎn)發(fā)展的六大綸：錦綸（尼龍）、滌綸、腈綸、維綸、丙綸、氯綸，前三者最主要。（一）.滌綸是聚酯纖維，又叫“的確良”，分滌綸短纖維和滌綸長(zhǎng)纖維。滌綸為什么有那么好的抗皺性和保型性呢？主鏈上有著剛性基團(tuán)，使官能團(tuán)排列規(guī)整，緊密，結(jié)晶度較高，不易變形，受力變形后也易恢復(fù)，彈性與羊毛接近，故抗皺性特好，外形挺括，我們常說(shuō)的免燙衣服，可能就是滌綸制品。因?yàn)闇炀]分子排列緊密，故吸濕性差，導(dǎo)電性能差，容易產(chǎn)生靜電效應(yīng)。不過(guò)由于吸濕性差，臟物只能吸附在纖維的表面，容易洗干凈，同樣吸濕性小，洗后干得快。滌綸優(yōu)缺點(diǎn)，抗皺，易洗，快干，免燙，但透氣性差，遇火熔融成洞。防蟲(chóng)蛀問(wèn)題（本身防蛀，混紡后，不防蛀，樟腦丸）。EXIT（二）.錦綸又叫聚酰胺纖維，是指分子鏈中都含有一個(gè)相同的酰胺鏈-CONH-的一類纖維，又稱尼龍，卡普綸等。聚酰胺纖維的品種很多，如聚酰胺-6（尼龍-6）、聚酰胺66（尼龍-66）、聚酰胺-1010等。聚酰胺后面的數(shù)字表示原料數(shù)及鏈節(jié)中的碳原子數(shù)，如尼龍-6表示由己內(nèi)酰胺縮聚而成，尼龍-66是己二胺與己二酸縮聚的產(chǎn)物，聚酰胺1010是癸二胺和癸二酸縮聚而成的。最突出的性能是強(qiáng)度大，彈性好，耐磨性好。耐堿而不耐酸。缺點(diǎn)：耐熱性及耐光性差，使用溫度不超過(guò)120℃。錦綸為什么具有強(qiáng)度大，彈性好的特性呢？（有酰胺基，能形成氫鍵，分子間作用力大大加強(qiáng)，又有許多比較靈活的亞甲基因而富有彈性。（三）.腈綸是聚丙烯腈纖維，因其性能類似羊毛，故有“合成羊毛”之稱。腈綸是用偶氮二異丁腈或過(guò)氧化苯甲酰為引發(fā)劑，以丙烯腈，丙烯酸甲酯及甲基丙烯磺酸鈉進(jìn)行三元共聚而得到的腈綸手感好，彈性高，保暖性好，強(qiáng)度較高，耐酸，耐曬，缺點(diǎn)是耐磨性差，吸濕性差不耐堿，且容易起球而不易自行脫落，有靜電效應(yīng)。EXIT（四）.維綸是聚乙烯醇纖維又稱合成棉花吸濕性好，用它做的衣服沒(méi)有悶氣的感覺(jué)，缺點(diǎn)是折皺后不易復(fù)原，縮水率也比較大。（五）.丙綸是聚丙烯纖維顯著特點(diǎn)是輕而強(qiáng)度大。軍用蚊帳，只有一、二兩重，體積又小，可放于口袋里?？椢镆紫纯旄桑黄鸢?，不走樣，可用于制造毛毯，地毯，工作服等。優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)易洗快干，不起皺，不走樣，但手感差。（六）.氯綸是聚氯乙烯纖維突出性能是難燃和保暖，做成貼身內(nèi)衣，對(duì)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎有一定的療效，優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)書

四.化學(xué)纖維（織物）的去污方法，EXIT§9.4合成橡膠

一.從天然橡膠到合成橡膠天然橡膠來(lái)自橡膠樹(shù)（生長(zhǎng)在熱帶），目前90%的天然橡膠出產(chǎn)自東南亞地區(qū)。天然橡膠的發(fā)展受到自然條件、種植面積，生產(chǎn)年限、產(chǎn)量等限制。天然橡膠的年產(chǎn)量不能滿足日益發(fā)展的需要，從十九世紀(jì)末，人們企圖用人工方法合成橡膠。1914年，第一次合成了具有彈性的甲基橡膠，以后，相繼出現(xiàn)丁苯、氯丁、丁基和丁腈等橡膠。合成橡膠工業(yè)大大發(fā)展起來(lái)。二.合成橡膠的種類合成橡膠是由煤、石油、天然氣等原料合成的有顯著高彈性的一類高分子化合物。隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，制造合成橡膠的單體種類越來(lái)越多，如書。合成橡膠按其用途分為兩類，一類為通用橡膠，性能與天然橡膠相近，主要用于制造輪胎，其它工業(yè)品，日常生活用品（如膠鞋，熱水袋）及醫(yī)療衛(wèi)生用品；另一類是具有耐寒、耐熱、耐油、耐腐蝕等特殊性能的特種橡膠，但兩者之間并無(wú)明顯區(qū)別（界限）。EXIT

下面將幾種主要的合成橡膠作一簡(jiǎn)介EXIT1、丁苯橡膠①成分②制備③性能單體④用途兼有橡膠和塑料的性能廣泛用于制鞋、瀝青改性、塑料改性和黏合劑行業(yè)等制鞋改性瀝青鋪設(shè)路面2、丁順橡膠成分：─

[CH2

-CH=CH-CH2]n─CH2=CH─CH=CH2單體：制備：性能：耐磨、彈性、耐低溫、耐熱等用途：輪胎外胎、輸送帶、膠管等3、丁基橡膠單體：異丁烯和少量異戊二烯性能：氣密性好、耐熱、耐老化用途：做汽車內(nèi)胎、探空氣球、無(wú)內(nèi)胎輪胎汽車內(nèi)胎4、乙丙橡膠成分：制備：?jiǎn)误w：性能：乙烯、丙烯柔韌性好用途：制造汽車或建筑門窗的密封膠條5、丁晴橡膠單體：丁二烯、丙烯腈性能：耐油性好用途：戰(zhàn)斗機(jī)的防彈油箱、油管、墊圈等6、特種橡膠應(yīng)用：軍工、宇航§9.5涂料和膠粘劑

使用漆的歷史在我國(guó)可以追溯到距今7000多年的新石器時(shí)代，那時(shí)已有萌芽。浙江余姚河姆渡遺址出土的未漆木碗，江蘇吳江梅堰遺址出土的油漆彩繪陶器，湖南馬王堆漢墓出土的漆器。

§9.5涂料和膠粘劑一.涂料1.定義：是一種涂布于物體表面能結(jié)成堅(jiān)韌保護(hù)膜的物質(zhì)，可使被涂物體的表面與大氣隔離，起到保護(hù)、裝飾、標(biāo)志等作用以及其它的特殊作用（如示濕，殺菌等）。也就是通常所稱的“漆”。2.分類漆分為天然漆和人造漆，天然漆是漆汁（火漆，生漆）經(jīng)過(guò)加熱成的涂料，桐油和漆是天然涂料的代表產(chǎn)品。人造漆（合成涂料）是高分子合成材料，是含有干性油，顏料和樹(shù)脂的合成涂料，即油漆（包括清漆，噴漆等）。EXIT3.組成成膜物質(zhì)：構(gòu)成涂料的基礎(chǔ)，是使涂料粘附在物體表面而成為涂膜的主要物質(zhì)，所用的合成樹(shù)脂基本上與塑料，橡膠類似，只是涂料用的樹(shù)脂分子量較低。顏料：賦予涂料一定顏色，并且改進(jìn)涂膜性能，如紅丹顏料（主成份Pb3O4），有防銹作用，抑制鋼鐵腐蝕。溶劑：涂料中含有30%—50%的有機(jī)溶劑，作用是溶解合成樹(shù)脂，便于施工。如香蕉水，甲苯等。這些溶劑有毒性和刺激性，還會(huì)逐漸揮發(fā)，新裝修房子不能馬上住。現(xiàn)在有了無(wú)溶劑漆。另外還有催干劑，增塑劑，穩(wěn)定劑等。