化学化工与人类文明

《化学与人类文明》结课论文题目：高分子材料与人类生活学院：专业：学号：姓名：２０１5年11月高分子材料与人类生活摘要高分子材料作为高新技术的产物，在我们的生活中的重要性越来越凸显，甚至已经成为现代生活的支柱之一。环顾周围，越来越多的传统材料正在被性能更加优越的高分子材料代替，高分子材料的应用将人类的生活带入到一个全新的阶段，对人类社会的发展起到了十分重要的推动作用。本文将从高分子材料的定义、分类、在生活中的应用(以衣、住为例)出发，阐述高分子材料在人们生活中的重要作用。1、高分子材料的定义：高分子材料，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，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。2、高分子材料的分类：高分子材料按照来源分类有天然高分子材料、半合成高分子材料（又称改性天然高分子材料）和合成高分子材料三种。天然高分子是生命起源和进化的基础。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。3、高分子材料在生活中的应用3.1衣3.1.1棉布棉纤维主要组成物质是纤维素。纤维素是天然高分子化合物，化学结构式为(C6H10O5)n。正常成熟的棉纤维素含量约为94%。此外含有少量多缩戊糖、蜡质、蛋白质、脂肪、水溶性物质、灰分等伴生物。由于棉纤维具有许多优良经济性状，使之成为最主要的纺织工业原料。棉布是各类棉纺织品的总称。它多用来制作时装、休闲装、内衣和衬衫。轻松保暖，柔和贴身、吸湿性、透气性甚佳。3.1.2麻布麻布是以大麻、亚麻、苎麻、黄麻、剑麻、蕉麻等各种麻类植物纤维制成的一种布料。一般被用来制作休闲装、工作装，目前也多以其制作普通的夏装。强度极高、吸湿、导热、透气性甚佳。3.1.3丝绸丝绸是以蚕丝为原料纺织而成的各种丝织物的统称。与棉布一样，它的品种很多，个性各异。它可被用来制作各种服装，尤其适合用来制作女士服装。轻薄、合身、柔软、滑爽、透气、色彩绚丽，富有光泽，高贵典雅，穿著舒适。3.1.4呢绒以纯净的绵羊毛为主，亦可混用一定比例的毛型化学纤维或其他天然纤维。呢绒又叫毛料，它是对用各类羊毛、羊绒织成的织物的泛称。它通常适用以制作礼服、西装、大衣等正规、高档的服装。防皱耐磨，手感柔软，高雅挺括，富有弹性，保暖性强。3.1.5皮革皮革是经脱毛和鞣制等物理、化学加工所得到的已经变性不易腐烂的动物皮。革是由天然蛋白质纤维在三维空间紧密编织构成的，其表面有一种特殊的粒面层，具有自然的粒纹和光泽，手感舒适。它多用以制作时装、冬装。又可以分为两类：一是革皮，即经过去毛处理的皮革。二是裘皮，即处理过的连皮带毛的皮革。轻盈保暖，雍容华贵。3.1.6化纤是化学纤维的简称。它是利用高分子化合物为原料制作而成的纤维的纺织品。通常它分为人工纤维与合成纤维两大门类。色彩鲜艳、质地柔软、悬垂挺括、滑爽舒适。虽可用以制作各类服装，但总体档次不高，难登大雅之堂。3.1.7混纺是将天然纤维与化学纤维按照一定的比例，混合纺织而成的织物，可用来制作各种服装。它既吸收了棉、麻、丝、毛和化纤各自的优点，又尽可能地避免了它们各自的缺点，而且在价值上相对较为低廉，H型和圆台型设计造型。挺爽型面料线条清晰有体量感，能形成丰满的服装轮廓。常见有棉布、涤棉布、灯芯绒、亚麻布和各种中厚型的毛料和化纤织物等，该类面料可用于突出服装造型精确性的设计中，例如西服、套装的设计。布料以其物理性能不同可分为：绝缘及防静电，绝缘材料通常用在日常生活中，而防静电布料主要用于制造防静电工作服，是适用于电子、光学仪器、制药、微生物工程、精密仪器等行业的具有无尘和抗静电性能的特种工作服，其衣料一般是嵌织导电丝的合成纤维织物，是为防止衣服的静电积聚,适用于对静电敏感场所或火灾或爆炸危险场所穿用。3.2住3.2.1应用应用于非结构材料，可有以下几种：装饰板材；各种管材和异性材，水管、门窗框等；建筑防水材料，屋顶膜；建筑涂料；建筑保温、隔声材料；应用于结构材料，可有以下几种：桥梁，如人行天桥等；轻结构建筑物，玻璃钢、聚合物混凝土等；混凝土的增强筋等。3.2.2塑料3.2.2.1、热塑性塑料聚乙烯(PE)分低密度、中密度高密度三种。密度较小、化学稳定性、耐水性和耐寒性良好、耐热性差、易燃烧和光老化。建材制品有各种管道、防水膜等。聚丙烯(PP)刚性较大、耐热性好(加热到150℃不变形)。强度、弹性模量、硬度都高、对高频电的绝缘性能好。建材制品有各种给水管道、防水膜等。聚氯乙烯(PVC)常见有软、硬质聚氯乙烯二种，抗拉强度、刚度、硬度较大，有良好的耐水性、耐油性、耐化学药品侵蚀性和阻燃性。建材制品有各种给水管道、防水材料、门窗框等。聚四氟乙烯塑料俗称塑料王，具有非常优良的耐高、低温性能，可在-180～260℃范围内长期使用,几乎耐所有化学药品,摩擦系数极低,仅为0.04。它对其他物质不粘附，不吸水，电性能优良，良好的耐水、耐老化性能。缺点是强度低。聚酰胺塑料俗称尼龙,具有突出的耐磨性和自润滑性，冲击韧性好，强度高，耐蚀性和成型性好，缺点是耐热性差、工作温度不能超过100℃,导热性差,吸水性高。主要用于制作纤维。聚甲基丙烯酸甲脂俗称有机玻璃,透光率达92%,比重只是无机玻璃的一半。强度、冲击韧性都优于无机玻璃，抗稀酸、稀碱、润滑油和碱氢燃料的作用，在自然条件下老化发展缓慢。缺点是硬度低，易擦伤。用作装饰板材。3.2.2.2热固性塑料酚醛塑料(PF)由于制备条件不同，有热塑性和热固性二类。它们耐磨性好，绝缘性、耐热性、耐蚀性也都很好。缺点是性脆，不耐碱。用于制作电工器材（如插头、开关等），装饰材料、隔声隔热材料等。热塑性酚醛树脂还可配制油漆、胶粘剂、涂料和防腐蚀用胶泥等。环氧塑料(EP)是环氧树脂加固化剂、填料和增强材料后形成的热固性塑料，常用固化剂有胺类和酸酐类化合物。它们强度较高，韧性较好，尺寸稳定性高，耐久性好，耐热、耐寒，具有优良的电绝缘性能。缺点是稍有毒性。用于制备增强塑料、泡沫塑料、浇注塑料、粘结剂和涂料等聚酯塑料强度和表面耐磨性较高；可在100C下长期使用；添加增塑剂可以大幅度提高其韧性；有较好的耐水性，但耐碱和溶剂的性能较差，不耐氧化性介质，固化过程中有较大收缩变形。主要用于玻璃钢和树脂混凝土，可以制造很多种建材制品，如波形瓦、管材、人造石材等。有机硅塑料（SI）具有优良的耐高温（500～600C）和防火性；良好的电绝缘性和憎水性；耐腐蚀能力很强；粘结强度高，可用于粘结金属材料和非金属材料；但其机械强度较低。主要有硅油、硅树脂及其硅塑料和硅橡胶。可制成耐热、耐水、耐腐蚀及电绝缘性能均好的模压塑料、层压塑料和泡沫塑料制品，还可用作粘结剂、防水涂料、混凝土外加剂等3.2.2.3增强塑料由树脂，纸、短切纤维或纤维织物、片状材料等增强材料组成。它的特点是机械强度高，稳定性好，各向异性，成形工艺多样。可用于轻质结构材料、屋顶膜、装饰材料和电绝缘材料，混凝土的增强筋和修补材料等。结构工程中，应用较多的是玻璃纤维（GRP，俗称玻璃钢）或碳纤维增强塑料。3.2.2.4纤维增强塑料纤维增强聚合物作为预应力束，代替钢材：其中纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维；其抗拉强度高、徐变小、弹性模量适中、抗腐蚀性能好；纤维增强聚合物作为加固材料：用碳纤维薄片代替钢板，放置在需要加固的部位并涂刷聚合物粘结成整体。3.2.3橡胶3.2.3.1丁苯橡胶（SBR）丁二烯与苯乙烯的共聚物，浅黄褐色的弹性体，密度为0.91～0.97g/cm3，具有优良的电绝缘性，其弹性、耐磨性和抗老化性均优于天然橡胶，溶解性与天然橡胶相似，但耐热性、耐寒性、耐挠曲性和可塑性不如天然橡胶，脆化温度为－50C，最高使用温度为80～100C。3.2.3.2丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚物，为淡黄色的弹性体，密度随丙烯腈含量的增加而增大。耐热性、耐油性比天然橡胶好，抗臭氧能力强。但耐寒性不如天然橡胶和丁苯橡胶，且本较高。丁腈橡胶是一种耐油橡胶，可用来制造输油胶管、油料容器的衬里和密封胶垫，减震零件等。3.2.3.3氯丁橡胶（CR）氯丁二烯的均聚物，为黑色或琥珀色的弹性体，密度为1.23g/cm3。耐老化、耐臭氧、耐候性、耐油性、耐化学腐蚀性均比天然橡胶好。耐燃性好，粘结能力较高，脆化温度为－35～－55C，热分解温度为230～260C，最高使用温度为120～150C。可制造各种橡胶制品、胶粘剂和防水材料等。3.2.3.4丁基橡胶（也称异丁橡胶IIR）异丁烯与少量异戊二烯的共聚物。它为无色的弹性体，密度约为0.92g/cm3，透气性较低。它是耐化学腐蚀、耐老化、不透气性和电绝缘性最好的橡胶，且耐热性好，吸水率小，抗撕裂性能好，耐寒性好，脆化温度为－79C，最高使用温度为150C。但在常温下弹性小（只有天然橡胶的1/4），粘性较差。可用于制造不透气的气囊、电气绝缘制品、化工设备的衬里和建筑防水材料等。3.2.3.5三元乙丙橡胶（EPDM）乙丙橡胶是以乙烯、丙烯在溶液状态下共聚的无定形聚合物。密度为0.85g/cm3左右，是最轻的橡胶。电绝缘性和耐化学腐蚀性好，耐光、热、氧、臭氧的老化性能优异，能在150C下长期使用，最高使用温度为200C。冲击弹性好，尤其是在低温下弹性保持较好，在－57C下变硬，－77C下变脆。在建筑上，乙丙橡胶可用于制造屋顶胶板、窗户密封条和防水卷材等。目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入。一方面，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大。例如，塑料一般作为绝缘材料被广泛使用，但是近年来，为满足电子工业需求，又研制出具有优良导电性能的导电塑料．导电塑料已用于制造电池等，并可望在工业上获得更广泛的应用。另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等。这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景。总之，有机高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，高分子材料必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响。