第九章几种重要的高分子材料-

第九章几种重要的高分子材料

§9.1重要的天然高分子材料§9.2合成树脂与塑料§9.3合成纤维§9.4合成橡胶§9.5涂料和胶粘剂§9.1重要的天然高分子材料一.纤维素及其衍生物纤维素是一种多糖（最广），木材中含纤维素50%，亚麻中80%，棉花最高90%，分子式为(C6H10O5)nor[C6H7O2(OH)3]n纤维素不溶于水和一般溶剂，溶于CS2和铜氨溶液，可水解，水解最终产物为β-D-葡萄糖纤维素用途多（造纸等）还可与一些外加试剂反应制成纤维素衍生物。（一）硝酸纤维素酯含N量在11%左右胶棉、赛璐璐、喷漆含N量在13%左右火棉、无烟火药EXIT（二）羟甲基纤维素A吸湿性强，能溶于水中而成粘性溶液，粘合剂。（三）纤维素磺酸原酯在B中加入稀碱即得半透明的粘胶液，将粘胶液通过喷丝头的细孔挤压到稀酸中就得到人造丝，通过宽而扁的开口挤压到稀酸中得到玻璃纸（包装用）。（四）醋酸纤维素酯硫酸作催化剂

C可用作制人造丝，塑料等。

二.蛋白质蛋白质一词来自希腊文，是“最原始的”意思，蛋白质是生命的基础。我国在1965年第一次用人工方法合成了具有生理活性的蛋白质—胰岛素不论那一类蛋白质，水解都生成α-氨基酸的混合物，因此，蛋白质是由20多种不同的氨基酸聚合而成的。氨基酸之间以肽键（-CO-NH-）相连接-NH-CO-CHR1-NH-CO-CHR2-NH-CO-CHR3-EXIT（一）蛋白质的性质1.

由于有-OH,-NH2,-COOH等亲水基，故易溶于水2.

蛋白质同时含有氨基和羧基，是两性化合物3.

在蛋白质溶液中，加入大量的K2SO4,Na2SO4等中性盐使蛋白质沉淀析出，此作用为“盐析作用”。此作用并不影响蛋白质原来的性质。4.变性作用此作用是蛋白质受物理或化学因素的影响，改变其分子内部结构和性质的作用。化学方法有：加强酸、碱、尿素，重金属盐等。物理方法有：干燥、∆、高压、紫外线等。最早曾被国际公认的蛋白质变性学说为1931年我国学者吴宪所提出。5.等电点：蛋白质在酸性溶液中带正电，在碱性溶液中带负电，而在某一PH值时电性平衡，这一PH值叫做等电点。6.

颜色反应：如遇茚三铜，则呈蓝色，遇HgNO3则变为红色。EXIT下面介绍三种工业上用的蛋白质（二）工业上用的蛋白质1.明胶：是高分子蛋白质类，是从动物的皮、骨、筋及结缔组织经熬煮所得到的胶原纤维中提取的。明胶也是两性化合物，在等电点时物理性质具有最低值。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。明胶可用于照相，食品及胶粘剂等2.

干酪素：是一种含P的蛋白质溶于稀碱及浓酸，在弱酸中沉淀，不溶于水，醇及醚。可用作纸张涂料等3.

蛋白胶即鸡蛋白鸡蛋白颗粒最粗，浓度最高，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合成树脂与塑料合成树脂是指由单体合成的或将某些天然高分子（如纤维素）经化学改性所得到的聚合物，是制造塑料，合成纤维，合成橡胶，粘合剂及功能性高分子材料的主要原料。在高分子树脂中加入一定量的助剂或填充剂，经过一定条件，可得到各种塑料制品。塑料是具有可塑性的高分子材料。塑料比重小，强度高，化学性能稳定，电绝缘性好，耐磨，可代替木材，钢材等。一.塑料的分类1.按受热后性能的表现不同，可分为热塑性塑料，热固性塑料热塑型塑料：受热时软化并表现出可塑性，冷却时硬化，再次受热则又有重复变软和可塑行为。Eg聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚酰胺等热固性塑料：在一定温度下受热或加入固化剂反应使其固化成为不溶不熔的塑料制品，但如再加热，不再表现软化可塑的行为。Eg酚醛树脂、脲醛树脂等。2.按产物性能分为通用塑料、工程塑料、改性塑料及增强塑料。等下我们具体介绍。EXIT二.塑料的组成塑料一般总是以高聚物树脂为主体，加入一定量的添加剂。1.

高聚物树脂：塑料主体，含30%—60%或更多2.

填充剂：既可降低成本，又可提高性能，常用填充剂有石棉、玻璃纤维等。加入量40%—70%3.

增塑剂：增加柔软性4.

稳定剂：提高使用寿命，常用的有金属铅盐，金属皂类等，用量在3%以内。5.

润滑剂：常用的有硬脂酸及其盐类，石蜡等，用量在0.5—2%。6.

着色剂：使塑料色泽鲜艳，用量在0.01—0.1%左右。7.

固化剂：可使塑料交联，如环氧树脂要加乙二胺等。

EXIT三.塑料的性能与应用1.通用塑料的性能与应用应用范围广，产量大的一些塑料品种统称通用塑料。（1）聚氯乙烯氯乙烯在引发剂—过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈存在下发生加聚反应，生成聚氯乙烯。聚氯乙烯是线形结构的热塑性高分子化合物，力学性能好，耐化学腐蚀，不燃烧，成本低，但热稳定性差，易分解，所以加工中常加入热稳定剂—重金属盐类eg铅白，PbCO3等。但同时带来了不透明性及毒性，故用软聚氯乙烯塑料制成的薄膜不能用来包装食品，而用聚乙烯等。聚氯乙烯分为软聚氯乙烯与硬聚氯乙烯两大类硬聚氯乙烯中不加增塑剂或少加增塑剂，可作管材，板材等材料。软聚氯乙烯中含增塑剂30—70%，可作薄膜，人造革等，塑料凉鞋，塑料手提包等，大部分都是它制造的。为了扩大聚氯乙烯的应用范围，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—醋酸乙烯共聚物是软塑料，即使到了冬天也不会变硬。EXIT（2）聚苯乙烯用以制造高频绝缘材料及各种文具及日用品，还可制成泡沫塑料，用来包装电视机等。（3）聚烯烃主要讲聚乙烯聚乙烯化学性质稳定，除浓H2SO4外能耐大多数酸碱的侵蚀，但易受热和氧的作用而老化。即轻又坚韧，无毒，耐腐蚀，可以用来包装食物。聚乙烯是由乙烯聚合而成的，其合成方法有低压法，中压法，高压法三种。还有聚丙烯等EXIT（4）酚醛塑料又称电木是酚类和醛类化合物经缩聚反应而制得的树脂（苯酚和甲醛），它是合成树脂中最早开发并最先工业化生产的品种，是一种热固性塑料，制造电讯材料，但性脆，不耐碱。分为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂。A在碱性条件下，苯酚和甲醛的摩尔比为1：0.8时，得线形热塑性酚醛树脂。B在碱性催化条件下，甲醛过量，得到体型结构的热固性酚醛树脂，反应复杂，不多讲。（5）脲醛塑料又称电玉颜色鲜艳，可用于制造电话机、电视机外壳等，还可作粘合剂，胶结各种木制农具。EXIT2.工程塑料的性能与应用工程塑料是指综合性能好（电性能等），可以作为工程材料和代替金属用的塑料。Eg聚甲醛等。（1）聚甲醛：1959年出现第一批聚甲醛产品。聚甲醛的力学，机械性能与铜、锌很相似。有良好的耐油，耐农药及耐过氧化物的性能，故可用作汽车上的轴承，使用寿命长，但是不耐酸，强碱，日光的辐射。运动服的拉链也可用它制作。（2）聚酰胺：质轻，耐油性，不耐强酸和强碱，可代替铜使用。（3）聚碳酸酯：即透明金属，透明度为86—92%，特点是抗冲击，韧性极高可代替金属，玻璃，木材等。可做电气仪器的外壳，宇宙飞船有数百个部件是用玻璃纤维增强聚碳酸酯制造的。宇航员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获得了它们的综合性能，用于制造电讯器材，汽车，飞机上的零件等。（5）聚四氟乙烯：（PTFE）即塑料王，在冷冻工业，化学工业，电器工业得到广泛应用。但合成成本较高，在250℃以上的高温会放出剧毒的气体。另外，还有有机玻璃等。有机玻璃是最优秀的透明材料，透光率达92%以上，质轻、不易碎，被枪弹击中也只不过穿一小孔，而不会整块破裂。EXIT3.改性塑料的性能与应用对原有的塑料进行改性，可扩大其使用范围。如ABS塑料实际上就是一种改性塑料。又如氯乙烯和醋酸乙烯酯进行共聚，可提高流动性，制造密纹唱片。以玻璃纤维为增强材料的改性塑料称为玻璃钢，强度可与钢相比。4.增强塑料的性能与应用增强塑料是塑料工业中的一种新型的特殊材料，这种材料是由增强材料和合成树脂构成的，是一种高强度的塑料。Eg用增强塑料制成的汽艇在重量上比用木材作的要轻15%，一个四人座的小船可由一个人举起。

EXIT§9.3合成纤维

纤维的分类见书，看书讲解，纤维分为天然纤维和化学纤维，化学纤维又分为人造纤维和合成纤维。一.人造纤维和合成纤维有机化学纤维根据所采用的高分子化合物的来源不同而分为人造纤维和合成纤维。1.

人造纤维是由天然纤维素经加工处理而制得的。2.

合成纤维是由石油、煤，天然气中的低分子有机物经化学处理及机械加工所制得的。合成纤维的原料不再是天然的纤维素或蛋白质，而是人工合成的高分子聚合物。这是两者的主要区别，但由于两者都是用化学加工处理的方法制得的纤维，故统称化学纤维。EXIT注意，并非任何高聚物都可加工成纤维，高聚物应当具备下列要求：1.

大分子的形状必须是线形的。2.

高聚物的聚集态既要有晶区又要有非晶区（高聚物的聚集状态只有液态和固态，没有气态。高聚物根据链结构的规整性和能否结晶，分为结晶性高聚物和非结晶性高聚物两种。线型高分子靠次价力聚集后可以是完全无规格的缠绕在一起，称为非晶态或无定形高聚物。如有机玻璃，聚苯乙烯等，大都用作橡胶或塑料的高聚物都是非晶态的。有些线型高分子在一定的外界条件下，可以部分有规或完全有规地排列起来，成为结晶性高分子，大多数结晶高聚物为部分结晶。）3.

高聚物必须有适当的分子量，并且分子量分布要窄。4.

大分子链之间必须有足够的次价力。5.

高聚物应具有可熔性或良好的可溶性。目前，合成纤维的产量已超过发展历史比较长的人造纤维，仅次于棉花的产量。关于化学纤维的名称，各国命名不一，EXIT二.人造纤维简介我们以粘胶纤维（应用最广的人造纤维）为例简要介绍先把纤维素材料制成稠状液体，即粘胶液，把这种粘胶液用压力通过有许多细孔的喷丝头，喷出细丝，再经过凝固和牵仲等工艺，就形成粘胶纤维。粘胶抽丝有熔融抽丝，干法抽丝，湿法抽丝三种，多采用湿法抽丝，具体过程见书P220~221。从人造纤维可得到人造丝，人造棉，人造毛等。人造丝、人造棉、人造毛做的织物柔软，舒适，美观，但水浸湿后牢度下降很大，缩水率较大，弹性较差，容易起皱，不耐碱，这是由于在制造过程中，纤维素分子受到多次强烈的化学作用变短了。分子的排列疏松凌乱，分子间的空隙大，水分子容易钻到空隙中去，使纤维膨胀，变得疏松无力，故不得使劲地搓揉和拧搅，要用中性液洗。

EXIT三.合成纤维的性能目前重点发展的六大纶：锦纶（尼龙）、涤纶、腈纶、维纶、丙纶、氯纶，前三者最主要。（一）.涤纶是聚酯纤维，又叫“的确良”，分涤纶短纤维和涤纶长纤维。涤纶为什么有那么好的抗皱性和保型性呢？主链上有着刚性基团，使官能团排列规整，紧密，结晶度较高，不易变形，受力变形后也易恢复，弹性与羊毛接近，故抗皱性特好，外形挺括，我们常说的免烫衣服，可能就是涤纶制品。因为涤纶分子排列紧密，故吸湿性差，导电性能差，容易产生静电效应。不过由于吸湿性差，脏物只能吸附在纤维的表面，容易洗干净，同样吸湿性小，洗后干得快。涤纶优缺点，抗皱，易洗，快干，免烫，但透气性差，遇火熔融成洞。防虫蛀问题（本身防蛀，混纺后，不防蛀，樟脑丸）。EXIT（二）.锦纶又叫聚酰胺纤维，是指分子链中都含有一个相同的酰胺链-CONH-的一类纤维，又称尼龙，卡普纶等。聚酰胺纤维的品种很多，如聚酰胺-6（尼龙-6）、聚酰胺66（尼龙-66）、聚酰胺-1010等。聚酰胺后面的数字表示原料数及链节中的碳原子数，如尼龙-6表示由己内酰胺缩聚而成，尼龙-66是己二胺与己二酸缩聚的产物，聚酰胺1010是癸二胺和癸二酸缩聚而成的。最突出的性能是强度大，弹性好，耐磨性好。耐碱而不耐酸。缺点：耐热性及耐光性差，使用温度不超过120℃。锦纶为什么具有强度大，弹性好的特性呢？（有酰胺基，能形成氢键，分子间作用力大大加强，又有许多比较灵活的亚甲基因而富有弹性。（三）.腈纶是聚丙烯腈纤维，因其性能类似羊毛，故有“合成羊毛”之称。腈纶是用偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰为引发剂，以丙烯腈，丙烯酸甲酯及甲基丙烯磺酸钠进行三元共聚而得到的腈纶手感好，弹性高，保暖性好，强度较高，耐酸，耐晒，缺点是耐磨性差，吸湿性差不耐碱，且容易起球而不易自行脱落，有静电效应。EXIT（四）.维纶是聚乙烯醇纤维又称合成棉花吸湿性好，用它做的衣服没有闷气的感觉，缺点是折皱后不易复原，缩水率也比较大。（五）.丙纶是聚丙烯纤维显著特点是轻而强度大。军用蚊帐，只有一、二两重，体积又小，可放于口袋里。织物易洗快干，不起皱，不走样，可用于制造毛毯，地毯，工作服等。优点，缺点易洗快干，不起皱，不走样，但手感差。（六）.氯纶是聚氯乙烯纤维突出性能是难燃和保暖，做成贴身内衣，对风湿性关节炎有一定的疗效，优缺点见书

四.化学纤维（织物）的去污方法，EXIT§9.4合成橡胶

一.从天然橡胶到合成橡胶天然橡胶来自橡胶树（生长在热带），目前90%的天然橡胶出产自东南亚地区。天然橡胶的发展受到自然条件、种植面积，生产年限、产量等限制。天然橡胶的年产量不能满足日益发展的需要，从十九世纪末，人们企图用人工方法合成橡胶。1914年，第一次合成了具有弹性的甲基橡胶，以后，相继出现丁苯、氯丁、丁基和丁腈等橡胶。合成橡胶工业大大发展起来。二.合成橡胶的种类合成橡胶是由煤、石油、天然气等原料合成的有显著高弹性的一类高分子化合物。随着石油化学工业的发展，制造合成橡胶的单体种类越来越多，如书。合成橡胶按其用途分为两类，一类为通用橡胶，性能与天然橡胶相近，主要用于制造轮胎，其它工业品，日常生活用品（如胶鞋，热水袋）及医疗卫生用品；另一类是具有耐寒、耐热、耐油、耐腐蚀等特殊性能的特种橡胶，但两者之间并无明显区别（界限）。EXIT

下面将几种主要的合成橡胶作一简介EXIT1、丁苯橡胶①成分②制备③性能单体④用途兼有橡胶和塑料的性能广泛用于制鞋、沥青改性、塑料改性和黏合剂行业等制鞋改性沥青铺设路面2、丁顺橡胶成分：─

[CH2

-CH=CH-CH2]n─CH2=CH─CH=CH2单体：制备：性能：耐磨、弹性、耐低温、耐热等用途：轮胎外胎、输送带、胶管等3、丁基橡胶单体：异丁烯和少量异戊二烯性能：气密性好、耐热、耐老化用途：做汽车内胎、探空气球、无内胎轮胎汽车内胎4、乙丙橡胶成分：制备：单体：性能：乙烯、丙烯柔韧性好用途：制造汽车或建筑门窗的密封胶条5、丁晴橡胶单体：丁二烯、丙烯腈性能：耐油性好用途：战斗机的防弹油箱、油管、垫圈等6、特种橡胶应用：军工、宇航§9.5涂料和胶粘剂

使用漆的历史在我国可以追溯到距今7000多年的新石器时代，那时已有萌芽。浙江余姚河姆渡遗址出土的未漆木碗，江苏吴江梅堰遗址出土的油漆彩绘陶器，湖南马王堆汉墓出土的漆器。

§9.5涂料和胶粘剂一.涂料1.定义：是一种涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的物质，可使被涂物体的表面与大气隔离，起到保护、装饰、标志等作用以及其它的特殊作用（如示湿，杀菌等）。也就是通常所称的“漆”。2.分类漆分为天然漆和人造漆，天然漆是漆汁（火漆，生漆）经过加热成的涂料，桐油和漆是天然涂料的代表产品。人造漆（合成涂料）是高分子合成材料，是含有干性油，颜料和树脂的合成涂料，即油漆（包括清漆，喷漆等）。EXIT3.组成成膜物质：构成涂料的基础，是使涂料粘附在物体表面而成为涂膜的主要物质，所用的合成树脂基本上与塑料，橡胶类似，只是涂料用的树脂分子量较低。颜料：赋予涂料一定颜色，并且改进涂膜性能，如红丹颜料（主成份Pb3O4），有防锈作用，抑制钢铁腐蚀。溶剂：涂料中含有30%—50%的有机溶剂，作用是溶解合成树脂，便于施工。如香蕉水，甲苯等。这些溶剂有毒性和刺激性，还会逐渐挥发，新装修房子不能马上住。现在有了无溶剂漆。另外还有催干剂，增塑剂，稳定剂等。