第九章 幾種重要的高分子材料-

第九章幾種(jǐzhǒnɡ)重要的高分子材料

§9.1重要的天然高分子材料(cáiliào)

§9.2合成樹脂與塑料§9.3合成纖維§9.4合成橡膠§9.5涂料和膠粘劑共三十八頁§9.1重要的天然(tiānrán)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(pēnqī)含N量在13%左右火棉、無煙火藥EXIT共三十八頁（二）羥甲基纖維素A吸濕性強，能溶于水中而成粘性溶液，粘合劑。（三）纖維素磺酸(huánɡsuān)原酯在B中加入稀堿即得半透明的粘膠液，將粘膠液通過噴絲頭的細孔擠壓到稀酸中就得到人造絲，通過寬而扁的開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.蛋白質蛋白質一詞來自希臘文，是“最原始的”意思，蛋白質是生命的基礎。我國在1965年第一次用人工方法合成了具有生理活性的蛋白質—胰島素不論那一類蛋白質，水解都生成α-氨基酸的混合物，因此，蛋白質是由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共三十八頁（一）蛋白質的性質(xìngzhì)1.

由于有-OH,-NH2,-COOH等親水基，故易溶于水2.

蛋白質同時含有氨基和羧基，是兩性化合物3.

在蛋白質溶液中，加入大量的K2SO4,Na2SO4等中性鹽使蛋白質沉淀析出，此作用為“鹽析作用”。此作用并不影響蛋白質原來的性質。4.變性作用此作用是蛋白質受物理或化學因素的影響，改變其分子內部結構和性質的作用?；瘜W方法有：加強酸、堿、尿素，重金屬鹽等。物理方法有：干燥、?、高壓、紫外線等。最早曾被國際公認的蛋白質變性學說為1931年我國學者吳憲所提出。5.等電點：蛋白質在酸性溶液中帶正電，在堿性溶液中帶負電，而在某一PH值時電性平衡，這一PH值叫做等電點。6.

顏色反應：如遇茚三銅，則呈藍色，遇HgNO3則變?yōu)榧t色。EXIT共三十八頁下面(xiàmian)介紹三種工業(yè)上用的蛋白質（二）工業(yè)上用的蛋白質1.明膠：是高分子蛋白質類，是從動物的皮、骨、筋及結締組織經熬煮所得到的膠原纖維中提取的。明膠也是兩性化合物，在等電點時物理性質具有最低值。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共三十八頁§9.2合成樹脂(héchénɡshùzhī)與塑料合成樹脂是指由單體合成的或將某些天然高分子（如纖維素）經化學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。在高分子樹脂中加入一定量的助劑或填充劑，經過一定條件，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，強度高，化學性能穩(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不同，可分為熱塑性塑料，熱固性塑料熱塑型塑料：受熱時軟化并表現出可塑性，冷卻(lěngquè)時硬化，再次受熱則又有重復變軟和可塑行為。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使其固化成為不溶不熔的塑料制品，但如再加熱，不再表現軟化可塑的行為。Eg酚醛樹脂、脲醛樹脂等。2.按產物性能分為通用塑料、工程塑料、改性塑料及增強塑料。等下我們具體介紹。EXIT共三十八頁二.塑料的組成塑料一般總是以高聚物樹脂為主體，加入一定量的添加劑。1.

高聚物樹脂：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(yǐnèi)。5.

潤滑劑：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，如環(huán)氧樹脂要加乙二胺等。

EXIT共三十八頁三.塑料的性能與應用1.通用塑料的性能與應用應用范圍廣，產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—過氧化二苯甲?；蚺嫉惗‰娲嬖谙掳l(fā)生加聚反應，生成聚氯乙烯。聚氯乙烯是線形結構的熱塑性高分子化合物，力學性能好，耐化學腐蝕，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。但同時帶來了不透明性及毒性，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(bǎncái)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。為了擴大聚氯乙烯的應用范圍，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變硬。EXIT共三十八頁（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，用來包裝電視機等。（3）聚烯烴主要講聚乙烯聚乙烯化學性質(huàxuéxìngzhì)穩(wěn)定，除濃H2SO4外能耐大多數酸堿的侵蝕，但易受熱和氧的作用而老化。即輕又堅韌，無毒，耐腐蝕，可以用來包裝食物。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共三十八頁（4）酚醛塑料又稱電木是酚類和醛類化合物經縮聚反應而制得的樹脂（苯酚和甲醛），它是合成樹脂中最早開發(fā)并最先工業(yè)化生產的品種，是一種熱固性塑料，制造電訊材料，但性脆，不耐堿。分為熱塑性酚醛樹脂(fēnquánshùzhī)和熱固性酚醛樹脂(fēnquánshùzhī)。A在堿性條件下，苯酚和甲醛的摩爾比為1：0.8時，得線形熱塑性酚醛樹脂。B在堿性催化條件下，甲醛過量，得到體型結構的熱固性酚醛樹脂，反應復雜，不多講。（5）脲醛塑料又稱電玉顏色鮮艷，可用于制造電話機、電視機外殼等，還可作粘合劑，膠結各種木制農具。EXIT共三十八頁2.工程塑料的性能與應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年出現第一批聚甲醛產品。聚甲醛的力學，機械性能與銅、鋅很相似。有良好的耐油，耐農藥及耐過氧化物的性能，故可用作汽車上的軸承，使用壽命長，但是不耐酸，強堿，日光的輻射。運動服的拉鏈也可用它制作。（2）聚酰胺：質輕，耐油性，不耐強酸和強堿，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，宇宙飛船有數百個部件是用玻璃纖維增強聚碳酸酯制造的。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，飛機上的零件等。（5）聚四氟乙烯：（PTFE）即塑料王，在冷凍工業(yè)，化學工業(yè)，電器工業(yè)得到廣泛應用。但合成成本較高，在250℃以上的高溫會放出劇毒的氣體。另外(lìnɡwài)，還有有機玻璃等。有機玻璃是最優(yōu)秀的透明材料，透光率達92%以上，質輕、不易碎，被槍彈擊中也只不過穿一小孔，而不會整塊破裂。EXIT共三十八頁3.改性塑料的性能與應用對原有的塑料進行改性，可擴大其使用范圍。如ABS塑料實際上就是一種改性塑料。又如氯乙烯和醋酸乙烯酯進行共聚，可提高流動性，制造密紋唱片。以玻璃纖維為增強(zēngqiáng)材料的改性塑料稱為玻璃鋼，強度可與鋼相比。4.增強塑料的性能與應用增強塑料是塑料工業(yè)中的一種新型的特殊材料，這種材料是由增強材料和合成樹脂構成的，是一種高強度的塑料。Eg用增強塑料制成的汽艇在重量上比用木材作的要輕15%，一個四人座的小船可由一個人舉起。

EXIT共三十八頁§9.3合成纖維(héchéngxiānwéi)

纖維的分類見書，看書講解，纖維分為天然纖維和化學纖維，化學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化學纖維根據所采用的高分子化合物的來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物經化學處理及機械加工所制得的。合成纖維的原料(yuánliào)不再是天然的纖維素或蛋白質，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加工處理的方法制得的纖維，故統(tǒng)稱化學纖維。EXIT共三十八頁注意，并非任何高聚物都可加工成纖維，高聚物應當具備下列要求：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)，沒有氣態(tài)。高聚物根據鏈結構的規(guī)整性和能否結晶(jiéjīng)，分為結晶(jiéjīng)性高聚物和非結晶(jiéjīng)性高聚物兩種。線型高分子靠次價力聚集后可以是完全無規(guī)格的纏繞在一起，稱為非晶態(tài)或無定形高聚物。如有機玻璃，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，成為結晶(jiéjīng)性高分子，大多數結晶(jiéjīng)高聚物為部分結晶(jiéjīng)。）3.

高聚物必須有適當的分子量，并且分子量分布要窄。4.

大分子鏈之間必須有足夠的次價力。5.

高聚物應具有可熔性或良好的可溶性。目前，合成纖維的產量已超過發(fā)展歷史比較長的人造纖維，僅次于棉花的產量。關于化學纖維的名稱，各國命名不一，EXIT共三十八頁二.人造纖維簡介我們以粘膠纖維（應用最廣的人造纖維）為例簡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有許多細孔的噴絲頭，噴出細絲，再經過凝固和牽仲等工藝，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，具體過程見書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，這是由于在制造過程中，纖維素分子受到多次強烈的化學作用變短了。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(péngzhàng)，變得疏松無力，故不得使勁地搓揉和擰攪，要用中性液洗。

EXIT共三十八頁三.合成纖維的性能目前重點發(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，使官能團排列規(guī)整，緊密，結晶度較高，不易變形，受力變形后也易恢復，彈性與羊毛接近，故抗皺性特好，外形挺括，我們常說的免燙衣服，可能就是滌綸制品。因為滌綸分子排列緊密，故吸濕性差，導電性能差，容易產生靜電效應。不過由于吸濕性差，臟物只能吸附(xīfù)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，抗皺，易洗，快干，免燙，但透氣性差，遇火熔融成洞。防蟲蛀問題（本身防蛀，混紡后，不防蛀，樟腦丸）。EXIT共三十八頁共三十八頁（二）.錦綸又叫聚酰胺纖維，是指分子鏈中都含有一個相同的酰胺鏈-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。聚酰胺后面的數字表示原料數及鏈節(jié)中的碳原子數，如尼龍-6表示由己內酰胺縮聚而成，尼龍-66是己二胺與己二酸縮聚的產物，聚酰胺1010是癸二胺和癸二酸縮聚而成的。最突出的性能是強度大，彈性好，耐磨性好。耐堿而不耐酸。缺點：耐熱性及耐光性差，使用溫度不超過120℃。錦綸為什么具有強度大，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，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行三元共聚(gòngjù)而得到的腈綸手感好，彈性高，保暖性好，強度較高，耐酸，耐曬，缺點是耐磨性差，吸濕性差不耐堿，且容易起球而不易自行脫落，有靜電效應。EXIT共三十八頁共三十八頁共三十八頁（四）.維綸是聚乙烯醇纖維又稱合成(héchéng)棉花吸濕性好，用它做的衣服沒有悶氣的感覺，缺點是折皺后不易復原，縮水率也比較大。（五）.丙綸是聚丙烯纖維顯著特點是輕而強度大。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?，不起皺，不走樣，可用于制造毛毯，地毯，工作服等。優(yōu)點，缺點易洗快干，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，做成貼身內衣，對風濕性關節(jié)炎有一定的療效，優(yōu)缺點見書

四.化學纖維（織物）的去污方法，EXIT共三十八頁§9.4合成橡膠(héchéngxiànjiāo)

一.從天然橡膠到合成橡膠天然橡膠來自橡膠樹（生長在熱帶），目前90%的天然橡膠出產自東南亞地區(qū)。天然橡膠的發(fā)展受到自然條件、種植面積，生產年限、產量等限制。天然橡膠的年產量不能滿足日益發(fā)展的需要，從十九世紀末，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。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。隨著石油化學工業(yè)的發(fā)展，制造合成橡膠的單體種類越來越多，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(qítā)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，但兩者之間并無明顯區(qū)別（界限）。EXIT共三十八頁

下面(xiàmian)將幾種主要的合成橡膠作一簡介EXIT共三十八頁1、丁苯橡膠①成分(chéngfèn)②制備(zhìbèi)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)等共三十八頁制鞋改性瀝青鋪設(pūshè)路面2、丁順橡膠(xiàngjiāo)成分：─

[CH2

-CH=CH-CH2]n─CH2=CH─CH=CH2單體：制備：共三十八頁性能(xìngnéng)：耐磨(naimó)、彈性、耐低溫、耐熱等用途：輪胎外胎、輸送帶、膠管等共三十八頁3、丁基橡膠(dīnɡjīxiànɡjiāo)單體(dāntǐ)：異丁烯和少量異戊二烯性能：氣密性好、耐熱、耐老化用途：做汽車內胎、探空氣球、無內胎輪胎汽車內胎共三十八頁4、乙丙橡膠成分(chéngfèn)：制備(zhìbèi)：單體：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共三十八頁5、丁晴橡膠(xiàngjiāo)單體(dāntǐ)：丁二烯、丙烯腈性能：耐油性好用途：戰(zhàn)斗機的防彈油箱、油管、墊圈等6、特種橡膠應用：軍工、宇航共三十八頁§9.5涂料(túliào)和膠粘劑

使用漆的歷史在我國可以追溯到距今7000多年(duōnián)的新石器時代，那時已有萌芽。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。

共三十八頁§9.5涂料(túliào)和膠粘劑一.涂料1.定義：是一種涂布于物體表面能結成堅韌保護膜的物質，可使被涂物體的表面與大氣隔離，起到保護、裝飾、標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）經過加熱成的涂料，桐油和漆是天然涂料的代表產品。人造漆（合成涂料）是高分子合成材料，是含有(hányǒu)干性油，顏料和樹脂的合成涂料，即油漆（包括清漆，噴漆等）。EXIT共三十八頁3.組成成膜物質：構成涂料的基礎，是使涂料粘附在物體表面而成為涂膜的主要物質，所用的合成樹脂基本上與塑料，橡膠類似，只是涂料用的樹脂分子量較低。顏料：賦予涂料一定顏色，并且改進涂膜性能，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%的有機溶劑，作用是溶解合成樹脂，便于施工。如香蕉水，甲苯等。這些溶劑有毒性和刺激性，還會逐漸揮發(fā)，新裝修房子(fángzi)不能馬上住。現在有了無溶劑漆。另外還有催干劑，增塑劑，穩(wěn)定劑等。電泳涂漆是本世紀六十年代的一項新工藝，所用的漆是水溶性涂料（由水溶性樹脂，顏料，填料，助劑和水等調制而成），把涂料配成電解液，把工件浸入電解液作陽極，金屬極作陰極，通電后，電解液中帶負電的膠體粒子“游泳”似地“游”向陰極，附著并積累在工件表面，使工件涂上一層均勻的漆膜，已廣泛應用。EXIT共三十八頁二.膠粘劑1.定義：凡是能將兩個制件膠接在一起，并在其粘合處有足