高分子在生活中无处不在-----<<由高分子科学所获得的四次诺贝尔奖想到的>>
高分子是生命存在的形式,所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
在100多年来的诺贝尔化学奖中,有7次颁发给了10位直接或间接对高分子科学发展做出杰出贡献的科学家。由此可见高分子材料是多么的重要。
高分子材料(macromolecular material)是以高分子化合物为基础的材料,由相对分子质量较高的化合物构成。其按来源分为天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础,我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的,如天然橡胶、棉花、人体器官等。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物,用木材、棉、麻造纸等。19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料;高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外,还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。以上两种分类只在此做以系统性的说明,本文着重以高分子材料的特性分类入手对其用途进行阐述。
一般将高分子材料按特性分为五类,即橡胶、纤维、塑料、胶粘剂、涂料。
橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状,有天然橡胶和合成橡胶两种。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯;合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。天然橡胶因其具有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点,广泛地运用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面,如交通运输上用的各种轮胎;工业上用的运输带、传动带、各种密封圈;医用的手套、输血管;日常生活中所用的胶鞋、雨衣、暖水袋等都是以橡胶为主要原料制造的,国防上使用的飞机、大炮、坦克,甚至尖端科技领域里的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等都需要大量的橡胶零部件,目前,世界上部分或完全用天然橡胶制成的物品已达7万种以上,其中轮胎的用量要占天然橡胶使用量的一半以上。相比于天然橡胶,合成橡胶中有少数品种的性能与其相似,大多数与天然橡胶不同,但两者都是高弹性的高分子材料,一般均需经过硫化和加工之后,才具有实用性和使用价值。合成橡胶在20世纪初开始生产,从40年代起得到了迅速的发展。合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面,但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能,因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。拿丁基橡胶来说,其用于制作各种轮胎的内胎、无内胎轮胎的气密层、各种密封垫圈,在化学工业中作盛放腐蚀性液体容器的衬里、管道和输送带,农业上用作防水材料。再如合成橡胶中的佼佼者--硅橡胶,它具有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性,且无味无毒,不怕高温、严寒,因此在现代医学中广泛发挥了重要作用,如制造的硅橡胶防噪音耳塞、硅橡胶胎头器吸引器、硅橡胶人造血管、硅橡胶鼓膜修补片,此外还有硅橡胶人造气管、人造肺、人造骨、硅橡胶十二指肠管等,功效都十分理想。
另一种广泛应用的高分子材料便是纤维。纤维分为天然纤纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。纤维在各行各业中可算得上是“热门人物”,其最早用于纺织业中,日常生活中的衣物用品大多采用纤维做材料不仅穿得舒服, 且御寒防晒。而如今纤维更大的作用早已不仅停留在日常穿着,它在军事、医用、环保等领域也已有举足轻重的作用。如碳纳米管可用作电磁波吸收材料,用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和吸波材料,由于其物质的可降解性,在医用上,聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线,在伤口愈合后自动降解并吸收,直接避免手术后的拆线;在环保上,聚乳酸作为可完全生物降解性塑料,越来越受到人们重视。在建筑领域上,防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能,纤维技术与混凝土技术相结合,可研制出能改善混凝土性能,提高土建工程质量的钢纤维以及合成纤维,前者对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能,后者可以起到预防混凝土早期开裂,在混凝土材料制造初期起到表面保护。另外,随着生物科技的发展,一些纤维的特性可以派上用场,如类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”等,是人体组织良好的替代材料。
当代生活中,有一种高分子材料更是占据了材料的半壁江山,那就是塑料。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。塑料的应用在生活中随处可见,小到塑料袋、各种机械器具,大到工程、航空,毫不夸张的说,塑料已经成为世界的一部分。抛开其他用途,这里对其最新的应用做以介绍:透明塑料制成整体薄板车顶。薄板车顶的新概念基于透明灵活的聚碳酸酯或硅树脂材料,可以被永久性地塑造成单个的聚碳酸酯薄板,也可作为可折叠铰链和封条。拜耳材料科技研发的原型总共配备了四个灵活的薄板部件,形成了四扇“顶窗”,每扇窗都可单独打开和关闭。导轨用于连接薄板部件,形成一个牢固、透明的聚碳酸酯车顶外壳。一个同样透明的管子沿车顶结构中央纵向放置,在“顶窗”打开后用来调节折叠薄板。这样可以形成三维立体结构,组件比平坦的薄板更加牢固。同时也大大降低了单个组件的数量。用塑料制造车顶为设计者提供了更大的设计空间。他们可以创造三维几何形状,将玻璃液化合物推至最高限值。
胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。胶粘剂的产生很好的解决了聚合物与非金属或金属之间,金属与金属和金属与非金属之间的胶接,尤其对现在工业、工程做出了巨大的贡献。小到家用三秒胶、波纹板、纸袋、标签、胶带、邮票,大到建筑用胶,工业用胶,甚至在飞机机翼或尾翼和机身的粘接中也不乏胶粘剂的身影。与传统的编织织布法、金属的焊接法以及铆接、螺栓或钉接等机械联结法相比,胶粘剂粘接法更快、更经济,并能将不同材料结合在一起,而且当粘接两种金属时,胶粘剂能隔开它们以防腐蚀,同时又可降低装配体的疲劳破坏,并比机械联结更轻更强,因此胶粘剂在生活中的应用也有了渐渐取代传统联接法德趋势。
自从有了文明,便有了装饰,而装饰则必然离不开涂料了。涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。习惯上我们也称这几种涂料为油漆,其是装修中的一道必需的菜式。不管是高级装修,或者普通装修,都会和油漆多多少少扯上关系,因此和我们的生活也息息相关。涂料对于被施用的对象来说,它的第一个用途是保护表面,第二个用途是修饰作用。就以木制品来说,由于木制品表面属多孔结构,不耐脏污。同时木制品的表面多节眼,不够美观,而涂料就能同时解决这方面的问题。如今涂料的应用也早已突破传统,延伸到航空航天,军事等更宽的领域,如军事设备所用涂料在保护或掩护被施用者上有着重要作用。
综上,高分子材料业已和我们的生活息息相关。从人类进入天然高分子化学改性阶段出现半合成高分子材料起,到1907年出现合成高分子酚醛树脂,标志着人类开始应用合成高分子材料,再到现代其与金属材料、无机非金属材料同成为科学技术、经济建设中的重要材料,高分子材料必将在各个领域大放光彩,并越来越拥有更重要的作用。
耐热高分子材料的结构特点是耐热高分子材料一般是指在250℃下连续使用仍能保持其主要物理性能的聚合物材料。耐热高分子材料按结构可分为:①芳环聚合物类,如聚亚苯基、聚对二甲苯、聚芳醚、聚芳酯、芳香族聚酰胺等;②杂环聚合物类,如聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚喹_啉等;③梯形聚合物类,如聚吡咯、石墨型梯形聚合物、菲绕啉类梯形聚合物、喹_啉类梯形聚合物等;④元素有机聚合物类,如主链含硅、磷、硼的有机聚合物和其他有机金属聚合物;⑤无机聚合物类。在芳杂环耐热高分子材料中,以聚酰亚胺和芳香族聚酰胺这两类聚合物发展最快,并已实现相当规模的工业化生产。聚酰亚胺在315℃的空气中,能耐1000h,其高温机械性能仍然良好,且耐磨、耐辐射、耐燃性能优异,短期能经受482℃的高温处理。聚酰亚胺的产品已系列化,有薄膜、层压材料、塑料、纤维、涂料、胶粘剂、浸渍漆、分离膜、泡沫塑料、光致抗蚀剂、半导体器件用绝缘涂层等各种形式,因而在航天、电气、电子等许多工业部门中,都得到了越来越广泛的应用。芳香族聚酰胺已被广泛用作高强度和高模量有机纤维、抗燃纤维、反渗透膜、耐热电气绝缘材料等。各国为了解决石棉产品引起的环境公害问题,正在使用芳香族聚酰胺纤维作为石棉的替代品之一,并用于高性能复合材料方面。
在功能高分子中,高分子骨架和官能团对功能性有改变。功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性。
只能了解高分子的分子量信息,并且是在知道特性黏数的前提下特性粘数是在一定温度下,某种高分子的黏度与分子量具有线性的对应的关系,这种关系的常数就是。
粘度比
在不同研究领域,粘度比具有不同的含义。在高分子溶液中,粘度比又叫相对粘度,是对高分子进入溶液后所引起液体粘度的变化的量度。在高分子共混中,粘度比则定义为分散相粘度与连续相粘度的比值,用来表示两相粘度的差异。在油品中,粘度比则表示较低温度下的运动粘度与较高温度下的运动粘度之比。
特性黏度
特性黏度(intrinsic viscosity)是指高分子溶液粘度的最常用的表示方法。定义为当高分子溶液浓度趋于零时的比浓粘度。即表示单个分子对溶液粘度的贡献,是反映高分子特性的粘度,其值不随浓度而变。常以[η]表示,常用的单位是分升/克。
由于特性粘度与高分子的相对分子质量存在着定量的关系,所以常用[η]的数值来求取相对分子质量,或作为分子量的量度。其值常用毛细管粘度计测得 。
A、非金属单质是只有一种非金属元素组成的物质,由碘的化学式可知只有一种I元素,则属于非金属单质;故A正确;
B、混合物是至少由两种物质组成的,而碘只是一种物质,则碘不属于混合物;故B不正确;
C、化合物是至少含有两种元素组成的物质,而碘只有一种元素,则不属于化合物;故C不正确;
D、金属单质是只有一种金属元素组成的物质;而I属于非金属元素,故D不正确;
故选A.
高分子在生活中无处不在-----<<由高分子科学所获得的四次诺贝尔奖想到的>>
本文2023-10-29 14:08:14发表“古籍资讯”栏目。
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