(材料化学的故事)

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(材料化学的故事)

2024-01-31 19:28| 来源: 网络整理| 查看: 265

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“羊毛出在羊身上”,这是人人皆知的一句俗话。可是,在科学技术飞速发展的今天,羊毛已经不是全部出在羊身上。不出在羊身上的“羊毛”,叫合成羊毛,化学名字为聚丙烯腈(俗称腈纶)。

羊毛由多种蛋白质组成,其中主要的一种叫“角蛋白”,这种角蛋白营养丰富,是某些小虫特别爱吃的食物,所以羊毛衣、羊毛毯很容易受到虫的蛀蚀。但是因为羊毛的纤维具有柔软、容易卷曲、保暖性好、分量轻、能复制等优点,所以仍很受人们的喜爱。不过,从一头羊身上一年只能剪取几公斤到十几公斤的羊毛;畜养一头羊,又要付出很多的劳力,因而,羊毛的产量不能不受到条件的限制,价格也难以降低。能不能用化学的方法,制造出一种像羊毛一样的“羊毛”呢?人们从粘胶纤维的成功中获得了某种启示。于是,科学家的目光又投入了人工合成纤维的领域之中。

1920年,德国的斯陶丁格教授成功地剖析了天然纤维的结构,并指出:“在一定条件下,小分子可以聚合成纤维。”当时尽管他的观点在化学界还没有正式承认,但是他的研究工作为合成纤维时代的到来奠定了基础,为此他获得了诺贝尔奖章这里先向大家介绍你们很熟悉,也是很喜欢的合成纤维品种——聚酯纤维。1930年美国杜邦公司研究人员卡罗瑟斯利用乙二醇和癸二酸缩合制得了聚酯,但因它的性质与卡罗瑟斯设想的合成纤维相距甚远,便没有引起重视,重起炉灶,放弃了对聚酯的研究。十年以后,英国的温费尔德吸取了卡罗瑟斯的经验和教训,决定改用芳香族羧酸(对苯二甲酸)与二元醇进行缩聚反应,结果大获成功。1940 年聚酯纤维在英国的实验室诞生。又经过了十年,在 1950 年聚酯纤维进入了大规模的工业生产。现在人们所穿的挺括“的确凉”衣服便是用它做的。它的学名叫聚对苯二甲酸乙醇酯,其原料是从煤、石油中得到的。合成对苯二甲酸和乙二醇

由于涤纶纤维分子结构的主链上有着僵硬的苯环结构,分子中官能团排列得比较规整、紧密、结晶度比较高,不易变形,受力变形后易恢复形变,有刚性,所以抗皱性好,外形挺括。由于分子排列紧密,水分子难于进入涤纶纤维分子内部,因此纤维在水中不膨胀、不缩水。纤维表面较光滑,而且易于洗涤,吸湿性低,所以易干。因为涤纶有这些优点,所以涤纶纤维是发展最快、产量最大的一种合成纤维。

1950年是合成纤维大丰收的一年,在这一年,人们还研究出了在工业上制造腈纶的工艺,腈纶学名叫聚丙烯腈,其原料是丙烯腈(CH2=CHCN),丙烯腈可以由电石制造,也可以用石油裂解和炼油废气中的丙烯来制造。

丙烯经过氨、氧化后,便成了丙烯腈:

其特点是绝热性能优良,耐日晒雨淋能力强,蓬松性好,有毛型感,用它制成的毛线和毛毯摸上去与真羊毛的感觉几乎一样!这就是人们从1893年就开始寻找的“人造羊毛”!这样一来,合成羊毛的来源就极其丰富了,价格也便宜了。四十多年来,腈纶的生产发展迅速,到今天,世界上腈纶的年产量已达到1000万吨左右,相当于10亿只羊的产毛量。

当“羊毛出在羊身上”已成了历史遗言时,本世纪六十年代,人们又在工厂里合成了一种新的纤维,它白如雪、轻如云、暖如棉、柔如绒,吸水性和手感与棉花相似,因此有“合成棉花”之称。你可能万万想不到的是,这种“合成棉花”它是由化学家们像魔术师变戏法一样用石头作原料“变”来的呢?

这种石头变来的纤维叫做“维尼纶”,它的化学名称是聚乙烯醇缩甲醛

纤维。

首先,化学家把一种叫石灰石的石头在炉子里煅烧:

石灰石烧后变成了生石灰,把生石灰和焦炭混合在电炉中加热到高温,

则变为碳化钙:

通常将聚乙烯醇溶于热水并在硫酸钠溶液中凝固纺丝,然后与甲醛缩合

就得到了聚乙烯醇缩甲醛。

在此之后,新的合成纤维品种层出不穷:丙纶、芳纶、氯纶……合成纤

维的使用装扮了人间,同时也从民用扩展到工程技术、军事领域,从而为我

们展示了它那强大的生命力。

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