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划时代的材料高分子化合物(3)

2013-05-31 字号:[ ] 编辑:56hx 来源:未知 浏览:

    在焦木素溶于乙醇和乙醚的混合物中,帕克斯加入一种樟脑一类的物质,然后蒸发,得到坚硬固状物。其加热后会变得柔软而富有韧性,可以模塑成各种需要的形状,冷却和变硬之后仍保持这种形状,乒乓球和画图用的三角板等都是这样制得的。
    可见,纤维素既可以制成棉纱等纤维,也可以做成塑料状的东西,如三角板等。
    因此,某种物类能否被称为纤维,并不决定于它是由什么东西构成的,只是决定于它的形态。一般地说,人们把细而长的东西称为纤维。一般纤维的直径纵使眼力再好的人也不可能用尺子测出来。像棉花、羊毛、麻之类的天然纤维的长度约为其直径的 1千倍到3千倍。只要直径之小难以用肉眼测量,而其长度约为直径的1千倍以上的物质,就是我们所认为的纤维。实际上,对蚕丝和化学纤维而言,长度和直径的比值可能延绵到无穷大。    人类很早就开始养蚕取丝了。这项了不起的成就归属于中华民族。有资料证明五千年前中国人就开始养蚕。蚕是蛾的幼虫,只靠桑叶为食,其饲养过程精细而复杂。养蚕对于西方一直是神秘的,直到公元 550年,有人偷偷地将蚕种带到君士坦丁堡,欧洲才开始生产蚕丝。蚕丝织成的布虽然华丽,但价格昂贵,人们一直试图图寻找合适的替代品。1889年,席尔顿用硝酸纤维素制得了第一种人造丝。这种丝同蚕丝相比,虽然光泽相似,但却不如蚕丝纤细、柔韧。蚕丝的主要成份是蛋白质,蛋白质也是一种高分子化合物。
    人们不仅利用天然高分子制作对人们有用的新的高分子,而且一直试图运用随处可取的无机材料合成高分子。早在本世纪30年代,美国杜邦化学公司的卡罗瑟斯就开始了这一研究。他希望通过一定的方法,使含氨基和羧基的分子缩合成大环结构分子,以便广泛运用于香料制造业。但事与愿违,最后缩合而成的是一种长链分子。然而,明智的卡罗瑟斯并未忽略这一结果。相反,对此进行了深入研究,终于制成了纤维。最初的纤维质量很不好,强度太差。卡罗瑟斯认为这是由缩合过程中生成的水所引起的。水的存在产生了一个相反作用——水解反应,使聚合不能持续很久。如果缩合在低压下进行,反应生成的水很快就被蒸发,然后被清除掉。1938年,尼龙研制成功,但它的的奠基人却没有看到这一天。卡罗瑟斯于1937年卒于费城。
    尼龙的强度很高,直径 1毫米的细丝就可以吊起一百公斤的东西。尼龙耐污、耐腐蚀的性能也很好。因此,尼龙一问世就受到了全世界的瞩目。二战期间美国陆军收购了全部尼龙产品,用以制造降落伞和百余种军事装备。而1940年尼龙长筒女袜刚一投放市场就轰动了世界,4天之内四百万双袜子一抢而空。
    尼龙是真正投入大规模生产的第一种合成纤维。至此,人类希望用煤、空气和水来制造纤维高分子的愿望完满地实现了。从那以后,各种新型纤维一个接一个地被创造出来。如烯类纤维中的维纶和维尼纶,还有永久防皱的的绦纶制品等等。在我国尼龙也被称为锦纶,因为这是在锦州化工厂首次工业化生产的。
    那么,合成纤维是如何制造的?以尼龙为例,我们可以看到,尼龙的学名是聚酰胺纤维,由己二酸和己胺缩合而成。一般来说,两个或多个有机化合物分子放出水、氨、氯化氢等简单分子而生成较大分子的反应,叫做缩合聚合。尼龙是由几个己二胺和几个己二酸失掉n-1个水分子缩合成聚酰胺纤维,我们称之为尼龙—— 66,其中一个6表示己二胺分子的6个碳原子,另一个6代表己二酸的6个碳原子。
    纤维为什么会有这样奇特的性质呢?这取决于它的内部结构。虽然目前对纤维内部结构的研究仍处于猜测阶段,但是可以肯定的是,纤维是由高分子组成的,它的内部结构极其复杂。
    人们首先提出了缨状微束结构理论。这一理论认为,由于分子间的强大压力,纤维分子有规则整齐的排列的部分被称为结晶部分(晶区);分子链间其他弯曲的运动比较自由的部分称为非晶部分(非晶区),这部分没有规则排列。从整体上看,晶区湮没于非晶区的海洋中。然而,1957年人们发现聚乙烯分子可以有完全规则的排列,能够形成100%的结晶,使这个理论受到严重挑战。因此,人们又相继提出樱状原纤维结构理论和多相结构理论。
    仅依据第一种理论,我们已可以解释纤维的许多特性。制造纤维的一个重要条件是在制造过程中,高分子能够取向并形成结晶。如果不能结晶,就可能成为橡胶或普通塑料之类的东西。在结晶部分中,分子间的相互作用力很大,使得晶块刚硬、难弯曲且强度高。非结晶部分恰好相反。因此,纤维中结晶部分与非结晶部分的比例(称为结晶度)愈高,纤维也就越硬,愈难弯曲。合成纤维中的尼龙的强度比天然纤维中的棉纱高,原因就在于其结晶度较高。合成纤维的结晶度,也极大影响其共吸湿性。人们知道,羊毛的保暖性很好,其原因在于羊毛纤维卷曲而蓬松,能容纳大量空气。同时,羊毛纤维易于吸水,它在吸附水分时能产生所谓吸附热。因此,突然从室内走到寒冷的户外,羊毛纤维在吸附水分的同时放出热量,使人不觉寒冷。而腈纶纤维由于结晶度高,水分子不易进入结晶内部,因而吸湿性很差,它的导热性也极差,但有较好的保暖性。
    然而,合成纤维制品也有许多不尽人意之处。例如,尼龙衣服穿在身上不能吸收皮肤蒸发出来的水分,会使人觉得很不舒服。可见,合成纤维的性能有待于进一步提高。
塑 料
    也许是因为塑料制品在日常生活中太普遍了,大家对塑料一词熟悉得不能再熟悉了。从字面上理解,塑料指所有可以塑造的材料。但我们所说的塑料,单指人造塑料,也就是用人工方法合成的高分子物质。其实,正是因为有了这种物质,才有了塑料一词。
    大家知道,在纤维素中的部分羟根(氢氧根)被硝化后会得到焦木素。焦木素溶于乙醇和乙醚的混合物,再加入樟脑等蒸发后会得到一种物质,它受热后变软,冷却后变硬,这种物质被称为“赛璐璐”。它就是于1865年问世的首批人造塑料。
     使塑料从化学实验室中的珍品一跃而成为公众关注的对象,是塑料被引入台球室这一戏剧性事件引发的。以前的台球是用象牙做的,象牙只能来源于死了的大象,数量自然非常有限。19世纪60年代初,有人悬赏 1万美元征求台球的最好代用品。1869年,美国的海厄特利用“赛璐璐”制出了廉价台球,从而赢得了这笔奖金。从此,赛璐璐被用来制造各种物品,从儿童玩具到衬衫领子中都有赛璐璐。它还用来做胶状银化合物的片基,这就是第一张实用照相底片。但是由于赛璐璐中含硝酸根,极易着火,而引起火灾。
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