第五章1化学与社会.pptVIP

* * 第五章 化学与新材料 春夏秋冬穿什么？ 一日三餐吃什么？ 一家几口住什么？ 上学上班坐什么？ 什么是材料？ 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。 从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。 从用途来分，又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。 目前传统材料有几十万种，而新合成的材料每年大约以5%的速度在增加。 材料：社会进步的标志 人类社会 （标志性材料） 石器时代 青铜器时代：炼铜及其合金（最早的金属材料） 铁器时代：把炼铜技术用于炼铁，用铁来制造农具 钢铁时代：18世纪蒸汽机发明引起了产业革命，以钢铁为中心的金属材料 旧石器时代：天然的石、木、竹、骨等材料 新石器时代：烧制陶瓷、瓷器 高新技术材料：生物技术、能源技术、海洋技术、空间技术 一、纤维素和人造纤维 植物性纤维，如棉和麻均为碳水化合物。它们都是由碳、氢、氧3种元素构成的。从分子结构来看，碳水化合物是一类多羟基醛（酮）或水解后能产生多羟基有机化合物的物质。这种碳水化合物可分为单糖、低聚糖和多糖。 高分子材料 单糖是最简单，不能再被水解的碳水化合物。 如： （1）单糖和多糖 低聚糖是由几个单糖分子缩水聚合而成。根据水解后能生成单糖的数目可分为二糖、三糖。 如蔗糖、麦芽糖是二糖。 蔗糖水解后的产物就是葡萄糖和果糖。 纤维素与淀粉则是多糖的代表物。 纤维素是自然界中分布最广的多糖。它的基本结构单元也是葡萄糖。分子质量很高，约200万。 纤维素分子的长链能依靠数目众多的氢键结合起来而形成纤维束。几个纤维束绞在一起形成绳束状结构在定向排布就形成肉眼可见的纤维，因而，同样是由葡萄糖构成的纤维素，比起淀粉来有高得多的强度， 可以支撑植物。 由于人的消化系统中没有水解纤维素的酶， 所以人不能消化纤维素。 （2）纤维素 纤维素 纤维素用浓硝酸和浓硫酸混合液处理后，就会得到硝酸纤维素酯，俗称硝化纤维。根据硝化程度的高低又分为无烟火药，火棉胶（封装瓶口用）和赛璐铬制品（如乒乓球、照相底片基等）的原料。 由于各种纤维素的分子量大小不同，结构上的差异，特别是纤维束形成的过程各不相同，就决定了纤维的强度和长短，以及它们能否被纺成织物。 自然界的纤维中，棉花和麻茎可以被纺成织物直接为人类所利用。那么还有大量的纤维，如木材、芦苇、甘蔗渣、麦杆、棉杆等能否也被利用来纺丝织布呢？化学处理可使其成为现实。将这些不能纺丝的纤维素先后用二硫化碳(CS2)和氢氧化钠(NaOH)处理，就会得到纤维素黄原酸钠。除去杂质后，将其溶解于稀碱液中就制成一种粘稠的液体。通过特殊的喷丝装置将此粘液喷入硫酸(H2SO4)和硫酸盐的溶液中，这种粘胶状的酯就会分解还原到纤维素。这就是粘胶纤维素生产的全过程。 （3）人造纤维 人造纤维可纺成长丝或切成短丝。长丝与蚕丝可混纺成各种绸缎；与棉纱混纺可制成线绨面料。短丝与棉花混纺就是人造棉。若把短丝切成像羊毛一样长短， 即可制成人造毛面料。 所谓人造纤维就是用化学处理的方法，使不能纺丝的天然纤维变成可纺丝的纤维。 含粘胶纤维的植物均有织物柔软、轻飘舒适、美观、便宜等优点。 共同的缺点是缩水大、湿强度小、弹性差、不耐碱等。这是由于在粘胶纤维制造过程中，纤维素分子受到多次强烈的化学作用，致使聚合度变低，分子排列疏松零乱，分子间隙大，水分子很容易钻到空隙中使纤维膨松无力，强度下降。 为了克服这些缺点，曾把合成高分子树脂加入粘胶纤维中，制成一种高强度粘胶纤维，市场上称为富强纤维（俗称“富纤”），它缩水率小，水中强度下降不多。 纤维素不溶于水，但可溶于铜氨溶液中（氢氧化铜氨溶液）以此制成粘胶液再喷丝制得的人造纤维称为铜氨纤维。它颜色洁白、光泽柔和、手感柔软。湿纤维强度也比粘胶纤维略好，但由于生产过程中要消耗一定的铜，成本较高，所以生产量较少。 另一种是以棉籽绒（极短纤维）为原料的人造纤维，称之为醋酸纤维。它是用醋酐[(CH3CO)2O]将纤维素酯化成纤维素三醋酸酯（1个纤维分子与3 个分子醋酸反应生成的酯），再部分分解为较低的醋酸酯（如二醋酸酯），然后溶解于丙酮内成为纺丝液，在细孔中压出，经热空气将丙酮挥发掉即成。 合成纤维实际上是一种高分子化合物。高分子化合物在人类的生活中已不是陌生的东西。生活中常见的五光十色的塑料，身上穿的合成纤维衣服，以及合成橡胶等均是高分子化合物。 上述织物虽称人造纤维，但仍是利用自然界的纤维材料，严格讲应该是人造织物纤维，