【閱前提示】本篇出自『數理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數理化自學叢書6677版』上傳成文字版。?

第五章合成有機高分子化合物?

§5-2重要的高分子材料

【01】有機高分子材料主要包括塑料、橡膠和合成纖維三類，現(xiàn)在把它們的原料、合成過程、性能和用途等分別作簡單介紹：

塑料

【02】塑料就是具有一定的可塑性的高分子材料。塑料一般是指樹脂加入填料等物質后的混和物【塑料是樹脂、增塑劑、填料和染料等的混和物，填料在塑料中占很重要的地位，含量可達50~70%，從而降低了成本.填料可以是纖維素物質的廢絲、木粉等有機物，也可以是云母、滑石和石棉等無機物】。單純的可塑性高分子材料嚴格地應叫樹脂，但在實際使用上，這兩個名詞往往不加區(qū)別。塑料還可分為兩大類。一類是在受熱時變軟，冷卻后變硬，再熱又變軟，可以反復重塑。這種塑料稱為熱塑性塑料。熱塑性塑料都是線型結構，在加熱或熔融時并不發(fā)生化學變化。另一類塑料，分子里含有某些基團，當加熱時會繼續(xù)起化學反應，線型分子的鏈和鏈間相互交聯(lián)而成為體型結構，冷卻定形后，不能再行重塑。這種塑料稱為熱固性塑料。不論是熱塑性或熱固性塑料，經處理后都可以塑造成各種物品，如機器零件、絕緣材料、建筑材料、人造皮革以及輕巧美觀的日用品等。有的是在處理過程中已經做成需要的式樣，有的是把材料進一步加工制成商品.目前我國市場上供應較多的有下列幾種：

聚氯乙烯

【03】1838年聚氯乙烯已經在實驗室里制造成功，但直到1930年才開始投入生產，它是一種歷史最悠久，應用最廣泛的熱塑性塑料。聚氯乙烯是一種淡黃或白色粉末，經過處理后，質地硬而輕，可以制成片、板、管、棒等各種形狀，用作水管、容器、耐酸管道、建筑材料和機械零件等等。這是聚氯乙烯產品的一種類型。

【04】聚氯乙烯還有另一類型的產品，如包裝物品的薄膜、桌布、窗簾、拎包、“玻璃”雨衣、鞋子、工業(yè)上用的電纜和傳送帶等，都是很柔軟的。它們又是怎樣得來的呢？原來化學家們?yōu)榱艘淖儤渲目伤苄?，經過研究，在樹脂中加進一些高沸點不易揮發(fā)的有機物，使樹脂溶解成為溶液，這樣處理后樹脂的性質就發(fā)生了變化。這種加進去的有機物叫做增塑劑【增塑劑也可以是固體.在處理方法上就不必做成溶液】，意思是說它們能使樹脂增加可塑性。聚氯乙烯在加入增塑劑后就變成柔軟而具有彈性的材料，從而擴大了它的用途。

【05】此外，聚氯乙烯還可以溶解在丙酮和苯等揮發(fā)性有機溶劑里后，紡成合成纖維來使用。

【06】聚氯乙烯是一種很重要的塑料，它具有良好的機械強度、絕緣性和耐水、耐石油、耐腐蝕等化學穩(wěn)定性。它是用乙炔和氯化氫進行加成，制得氯乙烯再經過聚合而成的（§1-8）【山注，化4-1-08第13段，傳送門CV22103959】。由于乙炔和氯化氫可以從焦炭、石灰石和食鹽等原料制得，所以自然資源很豐富，而且生產價格也很便宜。使用聚氯乙烯可以節(jié)約鋼材、有色金屬、橡膠、皮革和棉花等原材料，因此發(fā)展聚氯乙烯工業(yè)，具有很重要的經濟意義。

氨基塑料

【07】氨基塑料也是一種重要的塑料。它是1919年制造成功并即投入工業(yè)生產的。制氨基塑料的原料是尿素和甲醛，所以又稱為“脲醛塑料”。

【08】氨基塑料的特點是無色，制成品的硬度大、強度高，它不僅耐熱和不會燃燒，而且能透過光線，尤其是透過紫外線的性能要比普通玻璃優(yōu)越得多。在歷史上化學家們也曾經把它制成“玻璃”來使用，由于這種樹脂能隨著空氣里濕度的變化而吸收或放出水分，經過一段時間“玻璃”就自動碎裂了。不過，盡管它有這種缺點，卻并不能影響它在其他方面的應用。經過多次的試驗，人們終于找到了用它制成堅固物品的方法。把這種無色透明的液態(tài)樹脂和磨細的填料如紙張、棉短毛和木粉等一起混和，干燥，并在140~145℃的溫度下壓制成各種物品。由于加入了填料，制品不會再發(fā)生龜裂，不過透明度有所降低，人們稱這種塑料為“電玉”，就是因為它是半明不透好象玉石的緣故。至于這些電玉的顏色，則是另外加進去的有機染料或無機顏料。

【09】脲醛樹脂的另一特點是具有很強的膠粘性，可以用作粘結劑。利用它可使木材加工的廢料——鋸屑和刨花粘結起來，制成強度很大的膠合板，成為建筑裝飾或制造家具的材料，大大提高木材的利用率。

【10】此外，脲醛樹脂還具有高度的絕緣性，可以和各種高沸點醇類制成清漆，涂在電線外面，就不再需要另包絲層，而絕緣性能比涂其他噴漆的要好得多。

【11】氨基塑料還可以制成一種質輕而多孔的隔音隔熱材料，叫做“多孔塑料”。它不會燃燒和腐爛，可以滿足音樂廳和攝影場等特殊建筑的需要。

【12】由于人們掌握了有機物聚合反應的原理，就能夠制造各式各樣的塑料。除前面已講過的幾種外，還有一種叫做“有機玻璃”的，它是利用甲醇、丙酮和氫氰酸HCN聚合而成的，學名叫做聚甲基丙烯酸甲酯【聚甲基丙烯酸甲酯的單體是甲基丙烯酸甲脂，它的結構可以看作是甲基丙烯酸和甲醇生成的酯】，它既具有很好的透明度，又不會碎裂，質地很輕，非常適合于航空、汽車、鐘表和各種裝飾品的需要。

橡膠

【13】橡膠是一種天然產的不飽和烴的高分子聚合物，加工后可以制成各式各樣的產品。目前橡膠已經成為人類生活上和生產上不可或缺的重要物資。

橡膠工業(yè)的發(fā)展和我國的橡膠工業(yè)

【14】最早發(fā)現(xiàn)橡膠的是南美洲巴西的印第安人，它們從野生的橡膠樹上，割開樹皮采取樹汁。這種白色膠乳，是橡膠分散在水里的膠體溶液，其中只含有35~40%的橡膠。在膠乳里加入少許電解質（如醋酸或其他弱酸)，膠體就會凝聚。把凝聚物壓去水分，就成為膠片。再懸掛在煙熏室里，用燃燒椰子殼所發(fā)生的煙和熱來加以熏烤后，即得到生橡膠，叫做“煙片”。

【15】生橡膠的性能不夠好，受熱會發(fā)粘，冷了要發(fā)脆，機械強度差，彈性也不夠強。直到十九世紀四十年代，發(fā)現(xiàn)生橡膠和硫黃混和加熱（這種處理過程稱為橡膠的硫化），可以彌補它性能上的缺陷。同時由于當時機械工業(yè)、電氣工業(yè)和交通運輸業(yè)的發(fā)展，促進了橡膠工業(yè)的發(fā)展。人們把野生的橡膠樹改用人工方法來種植，產地也從巴西擴大到亞洲南部新加坡、印度尼西亞一帶。

【16】我國在解放前橡膠一向是依靠進口的，不僅原料缺乏，而且橡膠產品的制造也很落后。解放后在黨的領導下，除大力種植橡膠樹外，還廣泛地從多種植物如杜仲樹、橡膠草和銀色橡膠菊里來提取橡膠，并且積極從事合成橡膠的研究，已經取得了較好的成績。在橡膠產品的品種和質量上也有飛躍的進步，如飛機、汽車和拖拉機的各種輪胎和大型探空氣球等，都能達到自制和自給的要求。在產品生產的工藝過程方面也取得了輝煌的成就。

橡膠的組成與結構

【17】橡膠的化學成分，經過精確分析，得知它是一種二烯烴——異戊二烯?！径N是烯烴的一類，分子里含有兩個雙鍵所以叫做“二烯”。二烯烴的命名，還是根據碳原子數的多少在“二烯”前面加上“天干”。如CH?=CH—CH=CH?的分子里含有4個碳原子和2個雙鍵，所以叫做丁二烯，又如根據異戊二烯的命名，推論它的結構，“異”表示有支鏈，“戊”裝示含有5個碳原子，“二烯”表示有二個雙鍵，因此它的結構簡式是】

【18】橡膠就是異戊二烯的聚合物。它的聚合過程，可以用反應式表示如下：

【19】橡膠的分子量非常大，據實驗測定，普通橡膠的平均分子量大約在100,000到150,000之間。由此可見n是一個千位數（100,000/C?H?的分子量）。由幾千個異戊二烯分子聚合而成的細長線形的分子結構，蜷曲得好象彈簧一樣富于彈性。

【20】由于橡膠具有這樣的結構，我們對橡膠硫化能改變性能，就可以得到解釋。橡膠的硫化，跟煉鋼過程里的控制含碳量有著相似之處。我們知道，鐵里含有少量的碳以后，就發(fā)生性質的改變而成為鋼。事實上，用硫處理橡膠就是受到了煉鋼觀念的啟發(fā)的。當橡膠硫化后，大部分被吸收的硫原子，好象鋼里的石墨似的，沒有成化合態(tài)，僅僅是個物理過程。而另外一些硫原子，使橡膠的線形分子，彼此聯(lián)結起來交聯(lián)成為網狀結構（如圖5·2），好象鋼里的碳化鐵Fe?C似的，這是化學過程。所以硫化過程也是相當復雜的。橡膠里含硫3~10%的就成為軟橡皮，要是含硫量達到10~35%，就得到平常作為絕緣材料的硬橡皮。加硫量所以能影響橡皮硬度的原因是，硫原子聯(lián)結起來的網狀格子的大小和多少的關系。格子大而少，彈性就足，所以軟；格子小而多，彈性就差，所以變硬。

合成橡膠

【21】當人們掌握了橡膠的結構和聚合反應的規(guī)律以后，就有了仿制天然橡膠的可能，用來解決橡膠資源不足的問題。因此，合成橡膠就成為有機化學工業(yè)的重要課題之一。

【22】1909年化學家們發(fā)現(xiàn)了丁二烯CH?=CH—CH=CH?。

【

丁二烯可以從石油加工的氣體中得到，也可以由酒精制取，反應的過程是，在一定溫度和催化劑的存在下，使乙醇發(fā)生脫水和去氫反應：

】

【23】用丁二烯在金屬鈉的催化下進行聚合，得到人造橡膠，反應過程如下：

【24】這種合成橡膠，因為用的原料是丁二烯，催化劑是金屬鈉，所以稱為丁鈉橡膠。

【25】合成橡膠工業(yè)，近幾十年來得到很大的發(fā)展，合成的種類很多。在學習乙炔（§1-8）【山注，化4-1-08第16段，傳送門CV22103959】時，我們知道二分子乙炔能聚合成乙烯基乙炔CH?=CH—C≡CH，再由乙烯基乙炔和氯化氫加成，可以得到氯丁二烯：

【26】氯丁二烯也是含有二個雙鍵的二烯烴，可以看作是丁二烯的一氯取代物，把它經過聚合，就成為氯丁橡膠，是合成橡膠的又一個品種。這種合成法的最大優(yōu)點是，所需的原料只是食鹽、石灰石和焦炭，都是自然界最豐富的資源，比丁鈉橡膠要用酒精作為原料經濟得多。合成橡膠的品種還有很多，不再一一敘述。

【27】各種合成橡膠的性能很不一致，和天然橡膠比較，各有優(yōu)缺點。一般講來，合成橡膠在耐磨、耐熱、耐電、耐油等性能上，要比天然橡膠好，而在抗拉裂和粘著性上，不如天然橡膠，不過我們必須注意到合成法是不受天時、地理以及人為的限制的，在我們自力更生建設祖國的斗爭中，這是一個非常重要的啟發(fā)。

合成纖維

【28】合成纖維也是高分子合成工業(yè)的一類產物，這些高分子化合物通過機械處理，可以成為纖維狀的紡織材料，所以稱為“合成纖維”，我們要注意，它們的組成和碳水化合物的纖維素完全不同?！袄w維”二字僅僅是描繪物質的狀態(tài)，如蠶絲和羊毛，可以稱作動物纖維，但它們的成分卻是蛋白質。

【29】合成纖維也不同于由天然的纖維素經過化學處理而紡成的人造絲，象第三章里提到過的粘液絲。合成纖維的原料是煤焦油或農副產品，現(xiàn)在市場上供應的卡普隆和尼龍等都是合成纖維。

卡普隆

【30】卡普隆又稱尼龍6，是利用苯酚或糠醛作為原料，經過一系列的復雜的化學反應制得一種叫做己內酰胺的物質

【31】再進一步聚合而成的：

【糠醛是一種無色液體，具環(huán)狀結構

可由棉子殼、花生殼、大麥殼和高粱稈等制成】

【己內酰胺可以看成是氨基己酸

的脫水產物。由于脫水發(fā)生在分子內部，故命名為“內”，“己”是指分子里含有六個碳原子】

【32】卡普隆的分子量很大，約達1~2萬。它的結構是由許多個單位連接起來組成的巨大分子。當它在熔融狀態(tài)時，可以用抽絲機紡絲，再經過延伸機拉長，冷后就得到文結實又有彈性的絲.它具有比重小、彈性大、耐磨、耐霉、不怕蟲蛀和不吸水等特性，是極好的紡織材料，可以紡織成衣著、襪子、臺布、地毯和絨線等日常生活用品。在工業(yè)上用來制造輪胎的簾布、漁網和船舶及爬山用的繩索等。

耐綸

【33】耐綸又稱為尼龍66，跟卡普隆一樣，也是一種重要的合成纖維，要比天然的動植物纖維牢固得多。制造耐綸也是用苯酚、糠醛或乙炔作為原料，先制成己二酸[COOH—(CH?)?—COOH]和己二胺[NH?—(CH?)?—NH?]，再由這二種物質聚合而成：

【34】耐綸的性能，也是耐磨、易干和不蛀，跟卡普隆相仿，也是重要的紡織材料。

【35】從這兩種合成纖維的分子結構來看，它們都是由和蛋白質一樣的勝鍵聯(lián)結著不同長度的碳鏈如“—(CH?)?—”和“—(CH?)?—”等而成。所以這一類合成纖維實際上跟天然的動物纖維具有類似的結構。

【36】合成纖維還有很多品種，象聚氯乙烯、聚丙烯睛（俗稱奧綸或人造羊毛）以及新型產品特麗綸等。它們各具特性和用途，不過它們的原料還是乙炔和煤焦油產物。

【特麗綸（滌綸）是對

的縮聚產物：

每一個乙二醇和二個對苯二甲酸結合，同樣每一個對苯二甲酸和二個乙二醇結合形成高分子聚合物，所以從結構來看它應當屬于酯類】

【37】合成纖維的性質遠勝于天然的棉、毛、麻、絲，而在生產上又不受農業(yè)和自然條件的限制，因此，發(fā)展這種工業(yè)，對于提高人類的物質生活水平，具有重要的意義。這也是人類掌握了物質變化的客觀規(guī)律和應用了高分子化學的理論所取得的勝利果實。

【38】上面簡要地敘述了幾種有機合成的高分子化合物，雖然僅僅是當前世界上生產比較普遍、應用比較廣泛的一些例子，但已經可以看出，有機合成的高分子化合物是確實具有各種優(yōu)良性能和廣泛用途的。到目前為止，利用空氣、水、煤、石油、食鹽、石灰石和農副產品等豐富的自然資源，已制造出萬種以上的高分子材料，其中投入大量生產的約在三百種以上。這些材料可以代替鋼材、有色金屬、木材、纖維、皮革、樹脂和玻璃等天然或工業(yè)材料，廣泛應用在工業(yè)、農業(yè)、交通運輸業(yè)、醫(yī)藥、科學研究和日常生活方面。這些材料還在尖端科學技術方面，如原子能的利用和超高速飛行的導彈、火箭等的制造上，起著低分子材料所不能勝任的作用。同時，人們還在運用高分子化學的理論，千方百計地試制各種具有預期性能的新產品，來滿足特定的需要。所以高分子化學是有無限發(fā)展前途的。我國在解放前對這方面的研究和生產可以說是空白點。解放以后在黨的領導下，經過廣大勞動人民的努力，目前我國高分子合成工業(yè)已經從無到有，從不完整到開始完整，陸續(xù)試制和生產了不少的化學材料，這是一個重大的勝利。但是由于社會主義建設和人民生活需要的日益增長，我們一定還要繼續(xù)努力，生產更多、更好的合成材料，使我國的有機合成高分子工業(yè)進入世界先進行列。