合成高分子材料
化学试剂,九料化工商城 / 2020-11-06
概况
合成高分子材料是指通过化学合成的方法得到分子量在一万到百万甚至更高的一类化合物，它常由一种或多种单体以共价键重复地连接而成。高分子在自然界中大量存在，吃的淀粉、蛋白质，穿的棉、麻、丝、毛，住的竹和木都是高分子，连人体本身大部分的结构物质也是高分子。通过化学方法合成所得的高分子，从20世纪后半叶起得到了迅速发展，除人们已熟知的塑料、橡胶、纤维三大类合成材料外，还包括涂料、胶黏剂、液晶、离子交换树脂、生物医用高分子材料、复合材料以及各种高功能高分子。
高分子工业是随着石油化工的发展而发展起来的，它的工业结构可示意如表5.2.1。
高分子材料快速发展的原因，一方面是原料丰富、适合现代化生产、经济效益高;另一方面是高分子材料具有许多优越性能，适合社会发展的需求。人们从高分子发展的面貌，也就看到了化学的面貌，实际地了解化学是什么。
生产高分子材料的原料，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，只是利用它燃烧放出的热能。组成油料的C和H等原子，变成CO2和H2O排放在大气中，没有加以利用，而且CO2成为温室气体，影响环境气候，没有物尽其用，实在可惜。化学家多么盼望原油的大部分能作为生产高分子的原料，使它身价百倍地成为人们日常所需的高分子制品在现代社会进行的工农业生产和日常生活，无一不和高分子材料相联系:
(1)农业生产所用的农用薄膜、粮食果品的包装;
(2)建房的油漆、室内的家具、包裹电线的绝缘材料;
(3)工业生产的飞机、汽车、火车等交通工具;
(4)人们日常用到的器皿、穿戴的衣帽鞋袜、随身携带的手机、电脑等等，
都和高分子材料有关。化学在研制和加工高分子材料中起了关键作用。化学就在你的身边，和你的生活紧密地结合在起。下面从高分子纤维、高分子薄膜和生物医用高分子三方面了解它们和化学的关系。
化学纤维
化学纤维是指用天然的或人工合成的高分子化合物为原料，经化学加工制成的纤维，又称人造纤维，简称化纤。根据原料来源的不同，化纤可分为两类:
(1)再生纤维:以天然高分子物质，如纤维素为原料制得。例如人造棉、大豆蛋白纤维等。
(2)合成纤维:以石油、天然气等为原料，先制得单体(如乙烯、丙烯、氯乙烯………)，再聚合得到高分子化合物，利用抽丝设备，制成各种合成纤维，它不仅生产率高、产量大，且具有比天然纤维更优越的性能。它的强度大、弹性高、耐磨、耐化学腐蚀、不会发霉、不怕虫蛀、不缩水，做成的衣服挺括美观、坚固耐用，不仅改善人们的衣着，而且在工农业生产、国防和尖端科技方面有十分重要的用途。因此合成纤维的发展极为迅速，大规模投产的品种多达四五十种，其中生产数量大而最重要的是锦纶、涤纶、腈纶和丙纶等。
锦纶为尼龙纤维的简称，由于高分子链间存在氢键，尼龙丝坚固耐磨，易洗美观。涤纶是聚酯纤维，织成布料具有牢固、易洗、快干、免熨烫、挺括舒展等特点，深受大家喜爱腈纶是代替羊毛的聚丙烯腈，具有柔软轻盈和保暖力强的特点，在阴湿天气，摸起来也是温暖的，它还具有抗细菌和蛀虫，不会受虫蛀，制成絮片状的“太空棉”，有高于鸭绒的保暖性。维纶为聚乙烯醇纤维的简称，有“合成棉花”的美誉，它吸湿性比棉花大，用维纶做的衣服没有闷气的感觉。丙轮是聚丙烯纤维的简称，它质轻而强度大，耐腐蚀，吸湿性几乎为零，由抽成细丝纤维织成的布，轻、薄、透气而不会被雨淋湿，雨水在布面上形成小水珠，一抖即落，广泛用于制作工作服和雨衣、蚊帐、渔网等。现在世界的纺织业已大大发展，织布很少用单一品种的纤维，而是根据人们的需要，根据各种纤维的特长，混纺而成。常见的纺织品:人造棉、涤纶弹力呢、锦纶丝袜、腈纶毛线和丙纶地毯等，都是用纯的合成纤维或合成纤维和天然纤维(棉、毛、丝、麻)按不同比例混纺而得。
世界纺织纤维的产量和演变可由表5.2.2看出化纤产量的份额越来越多。
表5.2.2化纤产量和所占份额
| 年 |
纤维总产量/万吨 |
纤化产量/万吨 |
天然纤维产量/万吨 |
化纤占有份额/% |
| 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
膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，例如分子、离子、电子和光子等。农业生产中用的农用薄膜是由聚氯乙烯吹制而成，其功能是能透过阳光而不透气，用它建立小温室可以保持湿度、温度并得到阳光。
利用膜的分离功能，已在许多方面得到实际应用，例如:
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气体透过膜 制富氧气体、富集氦
反滲透膜 海水淡化、超纯水制备
离子交换膜 硬水软化、电解隔膜
超滤膜 胶体分离、溶液浓
透析膜 人工肾
释放控制膜 缓释性药剂
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由聚二甲基硅氧烷[O-Si(CH3)2]ñ制成的薄膜，对不同气体透过系数不同，氧和氮的透过系数比约为2。利用这个特性可用以富集氧气，用于炼钢可提高钢铁的质量和产量，用于燃烧炉可以节约能源，热效率高，节约时间。
用醋酸纤维素膜按图5.2.1组成海水淡化的装置，因它只让水通过薄膜而不让盐通过，将左边盐水加压(＞3MPa)超过海水渗透压，通过薄膜到右边的水就是淡水。海水淡化是极为重要、关系到国计民生的大工程，是摆在化学家面前的重要化学研究课题。
医用高分子材料
合成高分子材料在医疗方面的应用，近年来有很大的发展。人体的肌体随着年龄增长不可避免地走向衰老，各个器官的机能逐渐减退;另外，疾病和意外事故也会造成器官和组织的破坏和损伤。如何解决这些问题，器官移植是个理想办法，但由于人体对外来器官有排异作用，加之器官的来源和保存有很多困难，所以研究和应用人工合成的生物医学材料制作的器官，就成为医学和化学的重要课题和任务。除各种合金、陶瓷等类材料外，合成高分子材料应用和研究的面更广.
硅橡胶是指以硅原子代替碳原子合成的一类橡胶，它无毒无味、透气性好，对血液具有适应性，广泛应用于制造人工血管、心瓣膜、心脏、起搏器、气管、咽喉、食道、胆道、膀胱、角膜等器官。
作为生物医学材料的塑料，除具备一定的强度、韧性和血液相容性外，还要不被水解、不释放小分子，它在人体内外各个器官都已有应用，如表5.2.3所示。
表5.2.3各种塑料在医学上的应用
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塑料 医学应用实例
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聚氦酯弹性体 弹性绷带、动脉瓣、心脏搏动膜、心班搏器
环氧树脂 牙托材料、植入体内电子器件的密封料
赛珞玢 透析膜
聚乙烯 人工关节、注射器、血液回路
聚丙烯 人工肺、人工肾、指关节、血液回路
聚苯乙烯 人工肝
聚甲基丙烯酸甲酯 人工骨、牙托、药物释放系统
聚乙烯醇缩醛体 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
醋酸纤集素 人工肾透析膜
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