【粤教版】九年级化学下册:9.2《化学与穿戴》教学素材

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9.2 化学与穿戴

穿戴品指服装鞋帽,它们兼有生理功能及社会功能,是生活美的重要内容。主要包括纺织品、皮革、橡胶、塑料和特殊制品。

6.1 纤维与纺织品

一、纤维的种类和特征

用于制作穿戴品的纤维指长度比直径大很多倍(其比值为100以上)并有一定柔韧性,经加工可制成各种纺织品的纤细物质。按其来源可分为天然纤维、人造纤维和合成纤维三类。

1.天然纤维

天然纤维分植物纤维和动物纤维两类。

(1)植物纤维。主要有棉、麻两类。主成分是纤维素,为β-葡萄糖C6H12O6(分子中碳1上的羟基和碳2上的羟基分别在环的两面)的聚合物,包括约5000个该糖的单体,燃烧时生成二氧化碳和水,无异味。

①棉。在显微镜下看到棉纤维呈细长略扁的的椭圆形管状、空心结构,吸湿(吸汗)性、透气性、保暖性好,是做内衣的理想材料。

②麻。为实心棒状的长纤维,不卷曲,洗后仍挺刮,适于做夏季衣裳、蚊帐。

(2)动物纤维。常用的有丝、毛两类。主成分为蛋白质(系角蛋白),因为不被消化酵素作用,故无营养价值,均呈空心管结构。

①丝。纤维细长,由蚕分泌液汁在空气中固化而成。一个蚕茧通常由一根丝缠绕而成,长达1000~1500米。强度高,有丝光,宜做夏季衬衫,为高级衣料。

②毛。纤维粗短,包括各种兽毛,以羊毛为主。构成羊毛的蛋白质有两种:一种含硫较多,称为细胞间质蛋白;另一种含硫较少,叫做纤维质蛋白。后者排列成条,前者则像楼梯的横档使纤维角蛋白连接,两者构成羊毛纤维的骨架,有很好的耐磨和保暖功能,适宜做外衣和水兵服。

2.人造纤维

由于许多植物纤维如木材、芦苇、棉短绒、甘蔗渣、棉杆、麦杆等纤维较短,不适合直接用于纺织,需经化学加工以改性做成人造纤维。主要有人造棉、人造毛和人造丝。

(1)人造棉

1891年把含木(质)纤维素(单体为戊糖或木糖,C6H10O5)的木材,除去木质素后和二硫化碳及氢氧化钠作用,生成纤维素黄原酸盐,经进一步处理而得。主要有:

①粘胶纤维。将上述黄原酸酯除去杂质后溶于稀碱中,成为粘稠状液体,很象胶水,故名。将此粘胶液喷丝入硫酸及硫酸钠溶液中,纤维素黄原酸酯分解,重新变成纤维素,可成均匀细丝。结构上与棉纤维相同,但为实心棒状,较脆,强度差。由于经多次化学处理,纤维素分子排列较棉纤维松散零乱,分子之间空隙较大,水分子易钻入,故缩水率大(10%)。

纤维经向膨胀后(直径可加粗一倍),发胀、变厚且硬,不易洗且强度下降。主要性能与棉相近,可作内衣等。

②富强纤维。将粘胶纤维用合成树脂处理,使粘胶纤维分子间挂接、整齐排列,增强干、湿强度,改善洗涤性能,不缩水,因而得"富强纤维"雅号。

(2)人造毛

①人造羊毛。将优质粘胶纤维长丝切成羊毛的长度(76~102毫米),外表酷似羊毛,但遇水膨胀、变硬,且不耐磨。

②氰乙基纤维。使纤维素中的羟基和丙烯腈反应生成。结构式相当于[纤维素-OCH2-CH2-CN]。这种纤维非常牢固耐磨,为普通纤维的4倍。

(3)人造丝

①普通人造丝。用粘胶中的长丝纺成,特点与棉纤维同,可做衬衫、窗帘,湿时不结实,洗涤易变形。

②铜氨纤维。将氢氧化铜溶于浓氨水即得铜氨溶液,加入木质纤维使溶解制成纺丝液,在酸液中喷丝,专用于人造丝制备,质地比粘胶纤维好。

③乙酸纤维。将纤维和乙酸酐在硫酸的催化下反应,此时纤维素中的羟基在乙酸酐作用下生成乙酸纤维酯[C6H7O2(OCOCH3)3]n聚合物。此酯不溶于丙酮,但它部分水解后,就可溶于丙酮。将此丙酮液压过小孔,通过热空气使溶剂蒸发即得丝状纤维素。本品不能燃烧,为优质人造丝。

3.合成纤维

指由非纤维类的化工原料合成的纺织品,通常成丝状,是重要的高分子聚合物。有优异的化学性能和机械强度,在生活中应用极广。如为片状或块状者则称为树脂。合成树脂添加各种助剂后的制品称为塑料。合成纤维与人造纤维的主要区别在于,它的抽丝原料不再是天然的高聚物,而是合成高聚物。今天,世界上合成纤维的产量早已超过发展历史比较长的人造纤维,而仅次于棉花的产量。合成纤维的品种早已超过任何其它纤维。

(1)常见的合成纤维

目前主要有6大纶,按合成的年代先后为氯纶(1913年)、锦纶(1939年)、维纶、腈纶(1950年)、涤纶(1953年)、丙纶(1957年)。它们各自的主要特点为:

①涤纶。商品名"的确良",一般由乙二醇和对苯二甲酸二甲酯缩聚而得。绦纶纺织品的特性是强度高、弹性好、耐蚀耐磨、挺括不皱、免烫快干,还有良好的电绝缘性,但吸湿及透气性不好,适宜做外衣及工作服。耐热性优于锦纶,耐磨性仅次于锦纶。

②锦纶。是聚酰胺纤维的商品名称,国外叫尼龙、耐纶、卡普隆等。锦纶是合成纤维中性能优良、用途广泛的品种。它最突出的优点是耐磨性高于其它一切纤维,比棉花高10倍,比羊毛高20倍。还有强度高、弹性好、比重小、耐腐蚀、拒霉烂和不怕虫蛀、着色性好、鲜艳夺目等,适宜制袜、裙。缺点是耐光性、保型性较差,表面光滑而有蜡状手感。

③腈纶。是聚丙烯腈纤维的商品名,国外叫奥纶、开司米,俗称"合成羊毛"。除吸湿性、染色性不如羊毛外,其它性能都优于羊毛。而耐气候、耐日晒的本领几乎超过一切天然纤维和化学纤维。它蓬松、温和、柔软、软化点高(160℃),宜做毛绒、毛毯或加工成膨体纱(将腈纶或尼纶经膨化加工使其含气率高而得),保暖性好。腈纶正在朝着"合成蚕丝"方向发展,不仅成为轻薄华丽的绸缎的良好材料,而且成为耐高温纤维----碳素纤维和石墨纤维的重要原料。

④维纶。是聚乙烯的商品名,国外商品名有维尼纶等,俗称"人造棉"。其抽丝原料为聚乙烯醇。原料易得,性能优良,用途广泛。耐磨、吸湿、透气性均佳,耐化学腐蚀、耐虫蛀霉烂、耐日晒等性能也很好,适宜做内衣和床单。缺点是弹性、染色性较差,耐热水性不够好,不宜在沸水中洗涤。

⑤丙纶。即聚丙烯纤维,国外叫梅克丽纶、帕纶等。是比重最小(0.91,只有棉花的3/5)的合成纤维新秀,坚牢、耐磨、耐蚀,又有较高的膨松性和保暖性。丙纶可与棉、毛、粘胶纤维混纺用于衣料。工业上用作飞机用物、宇航服、蚊帐、降落伞等军用品。缺点是耐光性、耐热性、染色性、吸湿性和手感较差。

⑥氯纶。即聚氯乙烯纤维的商品名,国外叫天美纶、罗维尔等。氯纶纤维具有较好的耐化学腐蚀性、保暖性、难燃性、耐晒性、耐磨性和弹性,缺点是吸湿性小、易产生静电、耐热性差、沸水收缩率大和难以染色等,适宜做棉毛衫、裤,可治关节炎。氯纶的这种生理特性与其吸湿性低有关,吸附水分后很容易蒸发,因而织物使病区保持干燥温暖。

(2)混纺制品。在合成纤维的基础上为改善纺织品的功能,将多种纤维混合,即得各种混纺制品。

①命名。丝的粗细计量单位叫旦(旦尼尔,缩写为D),定义为9000米长的纤维的克数,重1克的为1D。我国产的人造丝为70D和120D;长度在5~33毫米的人造纤维称"纤",合成短纤维称"纶",76毫米以上的长纤维,不论人造或合成的均称为"丝"。纺织成布前所用原料名称,如两种以上按比例混纺,则比例大者放在前面。如25%锦纶-75%粘丝混纺华达呢称粘/锦华达呢,50%粘胶-40%羊毛-10%锦纶混纺凡立丁称粘/毛/锦花呢或三合一等。

②重要品种。线绨,由人造丝和棉纱交织成,多用作被面。快巴的确良,涤纶50~65%和粘胶35~50%,可作内衣。涤绢绸,涤纶与蚕丝混纺,轻盈细洁,多作夏衣。包芯纤,用涤纶长丝纤维做轴芯,外面均匀包卷上一层棉纤维,透气性、吸湿性、耐磨性均佳。毛线,除纯羊毛(保暖好)、氯伦(便宜,易起静电)、腈伦(蓬松)毛线外,还有腈-毛、棉-毛及毛-粘混纺毛线,除保持毛的优良保暖性外,还增加了耐磨性强度。

二、纺织品的穿着功能

1.纤维织品的使用特点

(1)基本要求

纤维很多,但要用于纺织还必须有良好的服用(穿着)性能和机械强度,而这些均由其化学结构决定。

①柔弹性。即织物没有粗硬感。纤维分子呈链状,可缠绕因而柔顺。如聚酯及蛋白质纤维(涤纶、羊毛)分子较整齐,规整性好,抗变形能力强,回弹性优异、挺括;

②耐磨性。取决于化学链的强度,也与柔弹性有关。酰胺基组成的纤维大分子主链共价键结合力大,链间距离小,从而使锦纶成为耐磨和强度冠军;

③精致性。即纤维要足够细。就人造纤维和合成纤维而言与喷丝孔径有关,通常孔径为0.04毫米,长度与直径比为1000。

(2)其它性能

①缩水性。是服装合身的重要因素。各类纤维的缩水率:丝绸、粘胶10%(亲水性强),棉、麻、维纶3~5%,锦纶2~4%,涤纶、丙纶0.5~1%(疏水性强),混纺品1%(经树脂整理)。缩水原因:除组成纤维单体的化学结构影响外,还由于纺织和染整过程中受的机械作用使纤维被拉长,因而有潜在的收缩性,落水就会显示。织品落水后横向膨胀,纵向则缩短。使用时缩水率大的要落水预缩。

②熨烫。高温下化纤制品会熔融和收缩。熨烫温度一般应比软化温度低80~100℃。各类纤维的软化温度(℃)为:粘胶260~300,涤纶240,维纶220,腈纶190~230,锦纶180,丙纶140~150,氯纶60~90。混纺制品,以最低烫温的物料为准。天然纤维均不耐高温,150℃以上就开始分解,变成焦黄色。除氯纶不宜烫以外,其它通常用水汽烫较合适,温度太低起不到应有作用,太高则会烫坏纤维。

③洗涤。洗涤条件亦取决于纤维的化学特征。粘胶纤维、腈纶、丝、羊毛(及其与化纤维混纺品)不耐碱,宜用中性洗涤剂,温度应在40℃以下。由于湿态时强度低,切忌搓揉拧绞,应自然沥干。涤、锦、维、丙四大纶,洗水不应超过50℃,可用碱性洗衣粉,耐光性差,洗后宜阴干。氯纶,可用碱性洗涤剂,切忌热揉。棉织品,可用热水(70℃)。麻织品宜中温(50~60℃)。

④染色。丝、毛纤维是蛋白质分子,有氨基和羧基,容易和酸性或碱性染料作用,故可直接着色。棉、麻和人造纤维是中性的聚葡萄糖分子或纤维素单体,需用媒染法,即用媒染剂如明矾水解成氢氧化铝,挂上染料后再吸附在纤维上,有的也可直接上色。合成纤维情况不同,取决于化学结构。锦纶染色性好,涤、丙、氯纶则难,通常是在喷丝前将染料与原料混合,喷出色丝后再纺织。

⑤保暖性。取决于纤维的导热系数(×10-4卡/厘米·秒·℃):羊毛3.6,丝3.8,锦纶4.2,棉5.3,人造丝5.8(空气0.6)。为使服装保温良好,应尽可能保持空气在服装内部不发生流动。

2.纤维和织品的鉴别

有感官法、化学法和溶解法三种方法。

(1)感官鉴别法

①光泽。涤棉光亮,富纤色艳,维棉色暗,丝织品有丝光;②挺括。用手攥紧布迅速松开,毛纤混纺品一般无皱折且毛感强。涤棉皱折少,复原快。富棉和粘棉皱折多,恢复慢。维棉则不易复原且留有折痕。③纤维长短。可抽出丝观看,并在润湿后试验。粘胶湿处易拉断,蚕丝干处断,锦丝或涤丝干、湿处都不断。短丝则为羊毛或棉花,粗的为毛,细的为棉。如较长且均匀,则为合成短纤维。

(2)化学法

观察燃烧方式和烟、焰、灰、味:①棉燃烧快,黄色火焰及蓝烟,灰少,灰末细软呈浅灰色(主成分为二氧化硅),味似纸;②麻。有烧草味,其余与棉同。③丝。燃烧慢且缩成一团,灰呈黑褐色小球,易压碎,有臭味(硫);④羊毛。燃烧时徐徐冒黑烟,显黄焰,起泡,灰多,为发光的黑色脆块(碳化物),有烧发臭;⑤粘胶纤维。燃烧快,与棉同。⑥乙酸纤维。燃烧慢,边烧边熔,灰为黑色闪光块状物,有刺鼻的醋酸味;⑦涤纶。燃烧慢、卷缩、熔化,有黄焰,灰呈黑色硬块,易捻碎,有芳香味。⑧锦纶(尼龙)。燃烧慢,熔化,无烟,亮棕色硬玻璃状灰粒,不易捻碎,有呛鼻气味。⑨维纶。烧时纤维迅速收缩,火焰小呈红色,为灰褐色块,可捻碎,有特臭。⑩腈纶。边烧边熔化,略有黑烟,火焰白而亮,灰为黑色球状,有鱼腥臭。?丙纶。烧时边卷缩边熔,无灰,残留物为透明球状,能捻碎,有烧蜡气味。?氯纶。难燃,近焰时收缩,离火即熄灭,灰为不规则的黑块,有氯的刺激味。

(3)溶解法

取决于形成纤维的单体的化学结构,有的机制尚不清楚。①棉、粘胶纤维。易溶于浓硫酸(脱水及酯化作用)、铜氨溶液(羟基及醛基的配合及还原作用)。②麻。铜氨溶液。③丝。酸、碱(氨基酸的两性)、铜氨。④羊毛。氢氧化钠(脂层破坏后进攻蛋白质)。⑤涤纶。苯酚(缩合)。⑥锦纶。苯酚及各种酸(酰胺的碱性)。⑦腈纶。硫氰化钾溶液、二甲基甲酰胺。⑧维纶。酸。⑨丙纶。氯苯。⑩氯纶。二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯苯等。

3.纺织品加工和保护

(1)加工。除了前述的缩水、熨烫等基本性能必须注意外,缝纫亦是加工的重要环节。主要应注意:①缝线。要求线缝的理化性能与衣料品种相同。亦可用涤纶或锦纶线(耐磨、缩水少),高级丝光棉线或丝线亦佳。②衬布。其缩水率应和本底布相近,否则下水后起皱。③图案。无论染色或布贴均应适应本底布结构。

(2)保护。根据纺织品的化学特征,主要办法有:

①防虫。常用樟脑丸防止衣服被虫蛀。天然樟脑盛产于我国台湾及江西,由樟木经水蒸气蒸得的樟油精制而得,为白色透明晶体,易升华,久置或100℃加热可挥发尽,很香,其味使蠹虫难受。因樟脑气进入蠹虫细胞而将其杀死。用樟木箱装衣物不会蛀,理由就在于此。1915年发明了合成樟脑,商品名"樟脑精"或"精制樟脑",系以松油为原料经异构化、皂化、脱氢而成,有驱虫作用。萘与二氯化苯熔制成的"卫生球",驱虫能力更强,一度应用很广。

但由于常杂有苯酚、甲酚,会使衣物沾上斑点,故用时宜以小布袋装好。还由于萘蒸气进入手表后可与机油起作用,使其凝固失去润滑作用;又可与化纤及塑料中的某些添加剂反应使之老化,故1989年轻工部已明文禁止生产"卫生球"。现市售者为其代用品。

②防霉与去霉。霉菌除生长于食物中外,还可分布到衣物上,产生霉斑,分解纤维素,使织物强度显著降低。工业上常用的防霉剂是汞的有机化合物如醋酸苯汞、甲基丙烯酸苯汞等,用0.1%即够。因汞盐与微生物体内蛋白质生成汞盐沉淀而杀死霉菌。如衣物已生霉则应去霉,办法主要有日晒(紫外线照射)或烤干后刷去,喷酒或沾酒刷净,喷醋擦净。然后再用高效、低毒的山梨酸、尿囊素防霉。

(3)其它加工和保护问题

涉及一些特殊衣料,主要有:①丝绸。因丝绸薄、软、滑,故缝制困难,不易剪裁。克服办法是:湿硬法,即喷水使其硬化,因各类丝绸均易吸水,裁剪时将布料摊平,用壶均匀喷水使成半潮湿状态且变硬,但应注意这类物料湿时伸长干后收缩,尺寸不易掌握。苯甲酸法,喷洒苯甲酸的酒精溶液后,再使酒精蒸发,苯甲酸在衣料中凝固而硬化,裁剪后,苯甲酸可升华除去,绸料恢复柔滑。②毛料。收藏前注意阴干、晾凉,不可让热、潮的料入箱,否则纤维分解、变脆。毛衣编好后,初穿时易起小球,系羊毛纤维外露经摩擦卷曲造成,千万不可拉掉。毛织物缩水后无法恢复,称为毡缩。是由于羊毛纤维的鳞片间相对运动时正、逆向摩擦系数不同所致,故加工前须经防缩处理(使用防缩剂)。成衣最好干洗、勤晒、拍打去尘和防污。

6.2 皮革及其制品

皮革制品也是一类重要穿戴品,并具有其它更广泛的用途。

一、皮革

包括动物革和人造革,后者属于塑料,这里只讲动物皮革。

1.生皮

皮革的质地首先取决于生皮,常见的动物皮有牛皮、羊皮和猪皮,也有其它珍奇动物(如鹿、虎、狐)的皮,这些皮的化学结构大体相近,但细腻程度及毛色不同。实用的生皮包括:①表皮。是皮肤最外层组织,主要由角朊细胞组成。根据角朊细胞的形态,表皮还可细分成若干层,它决定皮的粗糙程度;②真皮。是含有胶质的纤维组织,决定了皮的强韧程度和弹性。化学上均把它们划为蛋白质。根据加工要求,生皮还有去毛和附毛两种。皮和毛中的蛋白质主要为角蛋白,不溶于水、酸、碱及一般有机溶剂,有一定硬度和耐磨性。

2.制革

制革就是把动物体上剥离的生皮加工成实用皮料的过程,也称为鞣制,即用鞣酸及重铬酸钾对生皮进行化学处理:①鞣酸。又称丹宁,是某些植物如碱肤禾的树瘤(五倍子)中存在的一类无定形固体物质,分子结构中含多个羟基,可溶于水,能使蛋白质凝固。当生皮充

分润湿并压榨后,它的每条纤维周围均充满蛋白质。经鞣酸处理后,生皮可变得规整。②重铬酸钾。在鞣制时加入,经还原使Cr6+成为Cr3+,铬离子与氨基酸的活性基团作用,使皮的纤维键合,强度大增。鞣制后,本来容易发臭、腐烂的硬生皮,变成干净、柔软的皮革。

3.人造革

通常的人造革由聚氯乙烯制成,办法是在织物纱线之间用这种合成树脂粘合。原则上任何树脂(包括橡胶)均可制革。

二、皮革制品

皮革和人造革两者在应用上有某些共同性:①衣。均适合做御寒外衣。动物皮革较透气,保暖性更好,但怕水;人造革表面不怕受潮;②鞋。二者均耐磨、坚韧,但动物皮革做成的皮鞋(及其它皮制品)受潮后易变形,产生折皱,甚至断裂。人造革制的鞋不怕水但比较气闷。

6.3 橡胶及其制品

橡胶是具有显著弹性的一类高分子化合物。橡胶的最大特点是富有弹性。人们对橡胶感兴趣,正是看中了它的弹性。根据其来源通常分为天然橡胶和合成橡胶两大类。橡胶在日常生活和工农业生产中用途很广。生活中的胶鞋、雨衣、橡皮管、热水袋、球胆、防酸手套、自行车车胎等,还有汽车、飞机轮胎等配件都可用橡胶制成。橡胶制品达几万种之多,其中80%的橡胶用来制造轮胎。

一、天然橡胶

1.生胶

橡胶的主要产地在南美洲,那儿盛产橡胶树,割破树皮会流出白色的、一滴一滴的胶乳,当地的印第安人把这种胶乳叫做"树的眼泪"。胶树的经济寿命约30~40年,7~8年树龄的胶树开始割胶, 产1吨胶约需割3万棵胶树。天然橡胶的组成是异戊二烯的聚合物(即单体是异戊二烯)。

实验证明,异戊二烯在橡胶分子中是由各个单体的头尾彼此相连的。按链式结构又可分为顺式和反式两种,其中顺式结构的弹性优良,用途广泛,通常所说的天然橡胶就是指它。反式结构弹性差、质地硬,没有什么用途。天然橡胶的分子量约为30万左右,它的分子链极为柔顺,有一定弹性,但显示弹性的温度范围不宽,温度较高会变粘,低温会变脆,影响使用效果。这种未经化学处理的橡胶叫做"生胶"。

2.加工----硫化

把生胶与硫磺一起加热生成硫化橡胶,性能将大为改善。这个过程就叫?quot;硫化"。在橡胶工厂里称为"硫化"工艺。硫磺的用量一般不超过生胶的5%。硫化后橡胶的分子量增加不多,仅在100个异戊二烯链中形成一个交联点,但物理性能显著改善。如张力及弹性增大,在有机溶剂中的溶解度降低,受热后不变软。硫原子在生胶的大分子链节之间建立起"桥梁"(简称"硫桥"),好象做沙发时一个个弹簧互相之间用麻绳、铁丝勾联成一个整体,既

加强弹性,又防止松散。

橡胶硫化除了硫化剂硫磺外,还需要添加各种配合剂,如硫化促进剂、防老剂及补强剂(填料)等。硫化促进剂的作用是促进橡胶硫化,缩短硫化时间,降低硫化温度。常用的硫化促进剂有TMTD (二硫化四甲基秋兰姆)和促进剂M(2-硫基苯并噻唑)。防老剂就是抗氧化剂。由于橡胶分子中残留双键,对光、热、氧的作用敏感、易氧化,引起分子链断裂或进一步交联,从而使橡胶制品变粘或龟裂,强度降低,弹性丧失。常用的防老剂有3-羟基丁醛-α萘胺和N-苯基-β-萘胺等。补强剂可以增加橡胶的强度和耐磨性,比如有时加入一些合成纤维(称为帘子线)以进一步增强橡胶制品的使用强度。往橡胶里掺上炭黑,可以做成较硬、耐磨的黑橡胶,用以做鞋底、轮胎等。相反,掺入白色的碳酸钙、钛白粉等填料就变成了白橡胶。可做擦铅笔字的白橡皮。

二、合成橡胶

合成橡胶是由分子量较低的单体经聚合反应而成的,其基本成分是丁二烯及异戊二烯分子。

1.合成橡胶的分类

合成橡胶的性能和种类因单体不同而异。按照不同的性能和用途,可分为通用橡胶和特种橡胶两类。通用橡胶有丁苯橡胶(单体为丁二烯、苯乙烯)、顺丁橡胶(单体为丁二烯)、异戊橡胶(单体为异戊二烯)、氯丁橡胶(单体为氯丁二烯)、乙丙橡胶(单体为乙烯、丙烯)、丁基橡胶(单体为异丁烯、异戊二烯)、丁腈橡胶(单体为丁二烯、丙烯腈)。特种橡胶主要有硅橡胶、氟橡胶和聚氨酯橡胶。生产合成橡胶所需的单体,主要来自石油化工产品。

2.合成橡胶

天然橡胶在耐寒性、弹性等方面均优于目前任何合成橡胶。如何用合成方法,制出性能与天然橡胶相仿的橡胶品种,是人们百余年来探索的重大课题。

100多年前人们已经基本弄清天然橡胶的组成和结构,但是大量制取合成聚戊二烯橡胶还是上世纪50年代才开始的。50年代后人们才从石油产品中大量生产异戊二烯,真正使异戊二烯聚合成聚戊二烯是1954年才实现的。因为那一年发现了一种新型的聚合催化剂----钛催化剂和锂催化剂。在钛、锂催化剂催化下,合成橡胶中顺式聚合体的含量可分别达到97%和92%,而天然橡胶中为98%。后来,我国化学家研制出一种稀土催化剂,其工艺流程和经济效益均超过钛、锂催化剂,具有重要的学术意义和经济价值。一些主要橡胶品种的性能及用途见表6-1。

三、橡胶制品

①防水用具。橡胶不透水且轻便、易成型,广泛用来制雨衣、雨靴、水管、热水袋等; ②鞋底。橡胶柔软、耐磨、富弹性,多用于制造运动鞋和皮鞋的鞋底;

③车胎。长期以来大量橡胶用于制造自行车、汽车、拖拉机、飞机等各种交通工具的轮

胎,对于提高这些交通工具的速度和运输效率起了很大作用,并且迄今尚未发现更好的代用品;

④小日用品。因橡胶具有独特的弹性和柔韧性,故常用制作婴儿的奶嘴、小学生的橡皮擦、皮筋和松紧带。

6.4 塑料及其制品

塑料是有可塑性的高分子材料。在我们日常生活里几乎天天碰到它。从衣服的塑料钮扣到凉鞋、雨衣,从五光十色的儿童玩具到永不凋落的塑料鲜花,从塑料牙刷、皂盒、梳子、筷笼到食品袋、水桶、空调壳等等,都可用塑料制作。

目前全世界投入一定规模生产的塑料品种达300多种,大致可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。常见的通用塑料主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料等,工程塑料主要有聚酰胺、有机玻璃、ABS塑料等,特种塑料主要有有机硅树脂、环氧树脂和离子交换树脂等。

我们通常所用的塑料不是一种纯物质,它由许多材料配制而成。其中主要成分是各类合成树脂,另外是添加剂及助剂。如稳定剂、增塑剂、着色剂等。根据合成树脂的性质,可分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。热塑性树脂呈线型或以链型结构,冷却后再加热时同样具有可塑性;热固性树脂呈网状结构,在加热时一开始具有一定的可塑性,可以制成各种不同形状的产品,但是过一段时间后,随着网状结构的逐步形成,便逐渐失去可塑性。像聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、有机玻璃、赛璐珞等属于热塑性塑料。像酚醛树脂、尿醛树脂、环氧树脂等属于热固性树脂。

一、常用塑料品种

1.赛璐珞

早在1877年,人们就开始生产赛璐珞。 "璐"和"珞"都是我国古代对美玉的称呼,"赛璐珞"也就是"赛过美玉的塑料"的意思。

也许你会感到奇怪,"赛璐珞"是用棉花做的。人们在制硝化纤维时发现,往含氮10.7~11.2%的硝化纤维中加入酒精吸去水分,再加入2~20%的樟脑作增塑剂,便可制成透明的赛璐珞。赛璐珞本身是无色透明的,然而如果往里加入各种增色剂,则可染上各种鲜艳的颜色。那些漂亮的洋娃娃,以及一些小孩玩具便常用它制造。白色的赛璐珞在外貌上酷似象牙,常被用来制作既漂亮又便宜的"象牙"雕刻工艺品。赛璐珞的弹性是塑料中最好的一种,因此,被用作制乒乓球的原料。 赛璐珞的最大缺点是易燃。当你把乒乓球扔到火里,它简直比纸头还烧得快、烧得猛。再一点是用久了会发黄。早期时曾用作汽车的安全玻璃,但易发黄的缺点使它被钢化玻璃代替了。

2.聚乙烯

聚乙烯于1933年开发,由乙烯聚合而成。乙烯是石油化工中的最基本产品,从石油裂解、炼油厂尾气都可得到乙烯。聚乙烯性能好、发展快,目前占据"四烯"(聚氯乙烯、聚乙

烯、聚丙烯、聚苯乙烯)之首。

聚乙烯因采用的聚合方法不同,可制得高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯三种,它们的性质略有差异,作用各有千秋。聚乙烯塑料,属于热塑性塑料,优点是无毒、耐酸碱、柔软、质轻(密度为0.92~0.97),能浮于水面,手摸有蜡感,不怕碰捽和挤压,耐热超过100℃,还具有优良的绝缘性能和耐化学药品性能,广泛适宜于做塑料薄膜包装食品、育秧、育种,以及电缆护套、通讯绝缘材料等。缺点是强度低,有一定的透气性,不适于包装易挥发的液体或饮料,不宜长时间与汽油、煤油相接触,以免引起膨胀或破裂。

3.聚氯乙烯

聚氯乙烯是30年代就发展起来的产品,它具有原料易得、价格低廉、性能优良和用途广泛等优点,在1966年以前一直位居"合成塑料家族"首位,现在屈居聚乙烯之后,排行"老二"。聚氯乙烯塑料的优良性能主要有较好的机械强度、耐腐蚀、耐酸碱和一定的难燃性等。不足之处有耐热不超过60℃,耐低温、抗冲击性、韧性较差,满足不了某些机械制品的要求。还有一定的毒性,不适用于包装食品。聚氯乙烯分软、硬两类,前者增塑剂多(可达50%),适合制软材如塑料布、软管等;后者可制硬质品如塑料凉鞋、水桶、盆、棍、板。

4.酚醛塑料

俗称"电木"或"胶木"。用苯酚和甲醛为原料,加入适量的盐酸,加热到96~98℃,即可制得酚醛树脂。再将酚醛树脂粉碎、加入填料、塑料等混匀后,便得酚醛塑料。这种塑料的绝缘性能非常好,能承受高电压,又是热固性塑料,成型后不易变形,机械强度高,耐磨、耐水,所以广泛用来制作电话外壳、电器开关、灯头、接线柱、电子管灯座、仪表外壳、电插头、蓄电池盖板等电气材料。往电木粉中掺些石棉粉,使摩擦系数大增,可制作汽车刹车板。如掺入一些有颜色的细粉填料,可以仿制漂亮?quot;大理石"。它还可和玻璃纤维牢固粘合加工成增强塑料,也称为"玻璃钢",可部分代替钢材。酚醛塑料的缺点是弹性差、较脆,加工制造比热塑性塑料麻烦。废料不能回炉再用。

5.其它常见塑料

①聚苯乙烯。最早开发并商品化(1929,斯陶丁格,获1953年诺贝尔奖),硬,有热塑性和热固性,制作梳子、牙刷柄、肥皂盒、包装材料等;

②聚丁二烯。丁二烯在金属钠作用下聚合,或与其它含双键的化合物如苯乙烯共聚而得的聚合物,构成了一类合成橡胶,可制轮胎、软管等;

③有机玻璃。化学名为聚甲基丙烯酸甲酯,硬,异常坚固,透明,可制眼镜、假牙、牙托、灯具、盒;

④玻璃钢。化学名为聚碳酸酯,强度高,硬,透明,像钢板一样坚韧,3厘米厚的板材可阻挡4米近处射来的38口径步枪子弹,适宜制作防弹玻璃、宇航头盔;

⑤聚四氟乙烯。耐各种酸、碱及化学试剂的进攻,并能耐300℃的高温,有"塑料之王"的美称,且强度高,用于制不粘锅、坩埚、烧杯,及轴承、绝缘材料等;

⑥泡沫塑料。当树脂加入发泡剂(即加热时放出气体的试剂如碳酸铵)成型时,固体塑料(如聚氯乙烯、酚醛或脲醛树脂)中含有很多细气泡(含空气、氮气、二氧化碳等),比重为0.02~0.03,它兼有塑料柔软、防水、绝缘性好及气体保暖、隔音功能强等优点,可制鞋垫、床垫,柔软而轻便;也可代替棉花、丝棉和驼毛做棉衣和背心(聚氨酯泡沫塑料),挺括而富有弹性;硬质的聚苯乙烯泡沫塑料多用于制救生圈及包装材料。

二、塑料的日用功能

1.塑料的共同特性

塑料有许多优异性能,如:①可塑性。即可通过加热使其变软再冷却成型;②弹性。有的链状聚合物有一定的弹性,其卷曲的分子可被拉直伸长,拉力撤掉后又复原;③比重小。如聚丙烯塑料为0.9。泡沫塑料由于充气,比重更小;④耐蚀。大多数塑料由烃类化合物组成,抗水、酸、碱的作用;⑤绝缘性好。由于无自由电子故不导电;⑥强度高。尤其是立体网状结构的塑料,硬度大且坚韧耐磨不脆;⑦成型和着色性能好。

2.塑料的硬和软

冬天在室外,塑料雨衣好似硬纸壳,塑料鞋底硬得梆梆响。塑料为什么冷的时候硬,热的时候软呢?塑料是高分子化合物。它由成千上万个小分子互相"手拉手"地联结起来,形成大分子"链条"。在金属链条里滴上润滑油,各链节之间就活动自如了。在塑料的大分子链条之间,不能加润滑油,但是在加入"增塑剂"以后,硬塑料也就变得柔软起来。塑料雨衣、床单的增塑剂加得多,就可以随意折叠,揉成一团:塑料凉鞋里增塑剂少一些,虽然柔软,却不能折叠:有些硬塑料管的增塑剂就更少,只有在火上烘烤,才能变软、弯曲。

普通的增塑剂和炒菜油一样,随温度下降变得粘稠起来,润滑的本领越来越小。塑料大分子链条里的"润滑油"都凝冻了,塑料自然变得僵硬啦。因此,寒冷地区使用的塑料制品和热带用的塑料,在增塑剂的品种和比例上,都是不相同的。塑料制品用久了,经过风吹、日晒、雨淋,以及增塑剂的挥发,就会变硬发脆,这叫做塑料?quot;老化"。

三、皮革、橡胶和塑料制品的维护

1.保养

皮革、橡胶、人造革和塑料在使用时均须注意保护以求延长寿命。主要问题有:①老化。空气的氧化作用、紫外线照射、温度骤变(受热或经冻),会使皮革、塑料中的添加剂分解、挥发而功能降低,使橡胶中的硫键断裂,硫分子和橡胶单体脱开,结果制品变硬、发脆,严重时会龟裂,甚至折断;②腐蚀。橡胶不能接触碱、油。皮革可被酸、碱及有机溶剂侵蚀并且遇水发硬,许多塑料如尼纶亦怕酸、碱;③发霉。皮革和人造革中蛋白质和纤维易发霉和受虫蛀,有些塑料亦可受微生物作用。

2.使用

一般的聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料制品有毒,不能用来盛放食物。牛奶瓶、口杯、水壶和食品袋是用聚乙烯做的。聚乙烯的化学成分和蜡烛油差不多,没有毒性,也没有添加增塑

剂,我们可以放心地使用。鉴别聚乙烯塑料不难。它的外表象蜡,靠近火焰熔融、变软,燃烧时发散出蜡烛油的气味。其他塑料,如聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃,虽然也和聚乙烯一样,受热会熔融、变软,但是燃烧时却有不同的气味。

3.修补

橡胶和塑料有两种修补法:①热补。除酚醛树脂(电木)以外,橡胶及日用塑料大多有热塑性,即将其加热会变软甚至熔化,冷却后会复原。车胎、塑料薄膜、牙刷柄、鞋底等均可用烙铁使已洗净并晾干的修补处烫至发粘,赶紧对准缝口,趁热用力将接缝挤压密合,待冷后即粘牢;为防止塑料受热时炭化变黑,烙处应隔以铝箔或玻璃纸;②冷补。即用胶粘剂将破损或断裂的橡胶及塑料面粘合。如轮胎、眼镜架、塑料梳、钢笔杆、塑料薄膜等损坏后均宜用冷补。关键是选择合适的粘接材料和胶粘剂,如自行车内胎破洞则用同质地的胶片涂上专用胶水(橡胶溶于汽油中配成)或用化学粘合剂补即可。其它塑料则用溶剂粘接更佳,如有机玻璃用丙酮、二氯乙烷或氯仿,聚氯乙烯则可用四氢呋喃,聚苯乙烯则宜用苯。

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