合成高分子材料
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-06
概況
合成高分子材料是指通過(guò)化學(xué)合成的方法得到分子量在一萬(wàn)到百萬(wàn)甚至更高的一類化合物，它常由一種或多種單體以共價(jià)鍵重復(fù)地連接而成。高分子在自然界中大量存在，吃的淀粉、蛋白質(zhì)，穿的棉、麻、絲、毛，住的竹和木都是高分子，連人體本身大部分的結(jié)構(gòu)物質(zhì)也是高分子。通過(guò)化學(xué)方法合成所得的高分子，從20世紀(jì)后半葉起得到了迅速發(fā)展，除人們已熟知的塑料、橡膠、纖維三大類合成材料外，還包括涂料、膠黏劑、液晶、離子交換樹脂、生物醫(yī)用高分子材料、復(fù)合材料以及各種高功能高分子。
高分子工業(yè)是隨著石油化工的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，它的工業(yè)結(jié)構(gòu)可示意如表5.2.1。
高分子材料快速發(fā)展的原因，一方面是原料豐富、適合現(xiàn)代化生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益高;另一方面是高分子材料具有許多優(yōu)越性能，適合社會(huì)發(fā)展的需求。人們從高分子發(fā)展的面貌，也就看到了化學(xué)的面貌，實(shí)際地了解化學(xué)是什么。
生產(chǎn)高分子材料的原料，目前主要是原油。原油大部分制成汽油、煤油和柴油等燃料油，只是利用它燃燒放出的熱能。組成油料的C和H等原子，變成CO2和H2O排放在大氣中，沒(méi)有加以利用，而且CO2成為溫室氣體，影響環(huán)境氣候，沒(méi)有物盡其用，實(shí)在可惜?；瘜W(xué)家多么盼望原油的大部分能作為生產(chǎn)高分子的原料，使它身價(jià)百倍地成為人們?nèi)粘Ｋ璧母叻肿又破吩诂F(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活，無(wú)一不和高分子材料相聯(lián)系:
(1)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用的農(nóng)用薄膜、糧食果品的包裝;
(2)建房的油漆、室內(nèi)的家具、包裹電線的絕緣材料;
(3)工業(yè)生產(chǎn)的飛機(jī)、汽車、火車等交通工具;
(4)人們?nèi)粘Ｓ玫降钠髅?、穿戴的衣帽鞋襪、隨身攜帶的手機(jī)、電腦等等，
都和高分子材料有關(guān)?；瘜W(xué)在研制和加工高分子材料中起了關(guān)鍵作用?；瘜W(xué)就在你的身邊，和你的生活緊密地結(jié)合在起。下面從高分子纖維、高分子薄膜和生物醫(yī)用高分子三方面了解它們和化學(xué)的關(guān)系。
化學(xué)纖維
化學(xué)纖維是指用天然的或人工合成的高分子化合物為原料，經(jīng)化學(xué)加工制成的纖維，又稱人造纖維，簡(jiǎn)稱化纖。根據(jù)原料來(lái)源的不同，化纖可分為兩類:
(1)再生纖維:以天然高分子物質(zhì)，如纖維素為原料制得。例如人造棉、大豆蛋白纖維等。
(2)合成纖維:以石油、天然氣等為原料，先制得單體(如乙烯、丙烯、氯乙烯………)，再聚合得到高分子化合物，利用抽絲設(shè)備，制成各種合成纖維，它不僅生產(chǎn)率高、產(chǎn)量大，且具有比天然纖維更優(yōu)越的性能。它的強(qiáng)度大、彈性高、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、不會(huì)發(fā)霉、不怕蟲蛀、不縮水，做成的衣服挺括美觀、堅(jiān)固耐用，不僅改善人們的衣著，而且在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防和尖端科技方面有十分重要的用途。因此合成纖維的發(fā)展極為迅速，大規(guī)模投產(chǎn)的品種多達(dá)四五十種，其中生產(chǎn)數(shù)量大而最重要的是錦綸、滌綸、腈綸和丙綸等。
錦綸為尼龍纖維的簡(jiǎn)稱，由于高分子鏈間存在氫鍵，尼龍絲堅(jiān)固耐磨，易洗美觀。滌綸是聚酯纖維，織成布料具有牢固、易洗、快干、免熨燙、挺括舒展等特點(diǎn)，深受大家喜愛(ài)腈綸是代替羊毛的聚丙烯腈，具有柔軟輕盈和保暖力強(qiáng)的特點(diǎn)，在陰濕天氣，摸起來(lái)也是溫暖的，它還具有抗細(xì)菌和蛀蟲，不會(huì)受蟲蛀，制成絮片狀的“太空棉”，有高于鴨絨的保暖性。維綸為聚乙烯醇纖維的簡(jiǎn)稱，有“合成棉花”的美譽(yù)，它吸濕性比棉花大，用維綸做的衣服沒(méi)有悶氣的感覺(jué)。丙輪是聚丙烯纖維的簡(jiǎn)稱，它質(zhì)輕而強(qiáng)度大，耐腐蝕，吸濕性幾乎為零，由抽成細(xì)絲纖維織成的布，輕、薄、透氣而不會(huì)被雨淋濕，雨水在布面上形成小水珠，一抖即落，廣泛用于制作工作服和雨衣、蚊帳、漁網(wǎng)等。現(xiàn)在世界的紡織業(yè)已大大發(fā)展，織布很少用單一品種的纖維，而是根據(jù)人們的需要，根據(jù)各種纖維的特長(zhǎng)，混紡而成。常見的紡織品:人造棉、滌綸彈力呢、錦綸絲襪、腈綸毛線和丙綸地毯等，都是用純的合成纖維或合成纖維和天然纖維(棉、毛、絲、麻)按不同比例混紡而得。
世界紡織纖維的產(chǎn)量和演變可由表5.2.2看出化纖產(chǎn)量的份額越來(lái)越多。
表5.2.2化纖產(chǎn)量和所占份額
| 年 |
纖維總產(chǎn)量/萬(wàn)噸 |
纖化產(chǎn)量/萬(wàn)噸 |
天然纖維產(chǎn)量/萬(wàn)噸 |
化纖占有份額/% |
| 1900 |
391 |
0.1 |
391 |
0.025 |
| 1950 |
1000 |
168 |
832 |
16.8 |
| 1980 |
3060 |
1382 |
1678 |
45.2 |
| 1995 |
5049 |
2577 |
2472 |
51.0 |
| 2000 |
6044 |
3475 |
2569 |
57.5 |
高分子薄膜材料
膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過(guò)或輸送特定的物質(zhì)，例如分子、離子、電子和光子等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用的農(nóng)用薄膜是由聚氯乙烯吹制而成，其功能是能透過(guò)陽(yáng)光而不透氣，用它建立小溫室可以保持濕度、溫度并得到陽(yáng)光。
利用膜的分離功能，已在許多方面得到實(shí)際應(yīng)用，例如:
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氣體透過(guò)膜 制富氧氣體、富集氦
反滲透膜 海水淡化、超純水制備
離子交換膜 硬水軟化、電解隔膜
超濾膜 膠體分離、溶液濃
透析膜 人工腎
釋放控制膜 緩釋性藥劑
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由聚二甲基硅氧烷[O-Si(CH3)2]ñ制成的薄膜，對(duì)不同氣體透過(guò)系數(shù)不同，氧和氮的透過(guò)系數(shù)比約為2。利用這個(gè)特性可用以富集氧氣，用于煉鋼可提高鋼鐵的質(zhì)量和產(chǎn)量，用于燃燒爐可以節(jié)約能源，熱效率高，節(jié)約時(shí)間。
用醋酸纖維素膜按圖5.2.1組成海水淡化的裝置，因它只讓水通過(guò)薄膜而不讓鹽通過(guò)，將左邊鹽水加壓(＞3MPa)超過(guò)海水滲透壓，通過(guò)薄膜到右邊的水就是淡水。海水淡化是極為重要、關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大工程，是擺在化學(xué)家面前的重要化學(xué)研究課題。
醫(yī)用高分子材料
合成高分子材料在醫(yī)療方面的應(yīng)用，近年來(lái)有很大的發(fā)展。人體的肌體隨著年齡增長(zhǎng)不可避免地走向衰老，各個(gè)器官的機(jī)能逐漸減退;另外，疾病和意外事故也會(huì)造成器官和組織的破壞和損傷。如何解決這些問(wèn)題，器官移植是個(gè)理想辦法，但由于人體對(duì)外來(lái)器官有排異作用，加之器官的來(lái)源和保存有很多困難，所以研究和應(yīng)用人工合成的生物醫(yī)學(xué)材料制作的器官，就成為醫(yī)學(xué)和化學(xué)的重要課題和任務(wù)。除各種合金、陶瓷等類材料外，合成高分子材料應(yīng)用和研究的面更廣.
硅橡膠是指以硅原子代替碳原子合成的一類橡膠，它無(wú)毒無(wú)味、透氣性好，對(duì)血液具有適應(yīng)性，廣泛應(yīng)用于制造人工血管、心瓣膜、心臟、起搏器、氣管、咽喉、食道、膽道、膀胱、角膜等器官。
作為生物醫(yī)學(xué)材料的塑料，除具備一定的強(qiáng)度、韌性和血液相容性外，還要不被水解、不釋放小分子，它在人體內(nèi)外各個(gè)器官都已有應(yīng)用，如表5.2.3所示。
表5.2.3各種塑料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
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塑料 醫(yī)學(xué)應(yīng)用實(shí)例
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聚氦酯彈性體 彈性繃帶、動(dòng)脈瓣、心臟搏動(dòng)膜、心班搏器
環(huán)氧樹脂 牙托材料、植入體內(nèi)電子器件的密封料
賽珞玢 透析膜
聚乙烯 人工關(guān)節(jié)、注射器、血液回路
聚丙烯 人工肺、人工腎、指關(guān)節(jié)、血液回路
聚苯乙烯 人工肝
聚甲基丙烯酸甲酯 人工骨、牙托、藥物釋放系統(tǒng)
聚乙烯醇縮醛體 透析膜
聚氯乙烯 人工肺、透析器、血液回路
聚四氟乙烯 人工血管
醋酸纖集素 人工腎透析膜
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.jpg "高分子材料工業(yè)產(chǎn)結(jié)構(gòu)示意圖")
.jpg "反滲透法淡化海水示意圖")
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