材料保护
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神奇的高分子材料

别涅迪克是法国一家化学研究所的高级研究员,一次做实验时,他不小心把一只烧瓶掉在了地上。但与以往不同的是,当他捡起烧瓶时,发现它没有摔成碎片,只是摔出了几道裂痕。怎么回事呢?别涅迪克博士一时找不到答案,于是就把这只烧瓶贴上标签,暂时放在了一边。

不久后的一天,别涅迪克看到一则报道,说有两辆客车相撞,车上多名乘客被挡风玻璃的碎片划伤。别涅迪克博士一下子想起了那只裂而不碎的烧瓶。他找出那只烧瓶,仔细观察有啥特别之处,最后发现在它的瓶壁上有一层薄薄的透明的膜。别涅迪克博士取下一点后进行化验,结果表明,这只烧瓶曾盛过硝酸纤维素溶液,溶液蒸发后留下了这层无色透明的薄膜,牢牢地黏附在瓶壁上起到了保护作用。

玻璃纤维就这样被发现了,并很快得到了广泛的应用。


1 大分子量的巨物

我们生活中的每一样东西都是用材料做成的,常见的有金、铁、铝等金属材料,也有玻璃、石灰等非金属材料。除此之外,还有一种材料不得不提,它遍及人们的衣、食、住、行乃至信息、能源、航空航天以及国防等各个领域,其种类远远超过了传统的金属、陶瓷等材料的总和,它就是高分子材料。

什么是高分子材料?高分子材料是一类主要组分为高分子化合物的材料。“高”是什么意思呢?高分子化合物由许多简单的相同结构单元通过共价键连接而成,“高”是说它们的分子量大,和其他化合物的几十、几百的分子量相比,高分子化合物的分子量通常可达到1万以上。由于高分子化合物一般都是通过聚合反应得到的,所以又称为高聚物。


在我们身边到处可见高分子材料产品

我们周围世界里遍布着高分子材料:制成我们衣服的棉、毛、涤纶,每天我们吃的米、面、肉、蛋等食物里的淀粉和蛋白质,家里用的盆、杯等塑料制品,路上奔驰的汽车的橡胶轮胎……高分子材料无处不在。在漫长的化学史上,合成高分子的历史不过短短的100多年,而高分子化学真正成为一门科学还不足百年,但自从20世纪初合成第一个高分子材料以来,人类不仅掌握了地球上探明的所有天然高分子物质,还创造了成千上万种自然界不曾有过的物质。高分子合成材料的发展已经远远超过钢铁、水泥和木材这传统的三大基础材料。

分子的构型

分子的构型是影响高分子材料性质的一个重要的因素,不同的分子构型可以让高分子材料的性质大相径庭,比如保鲜膜可以被火熔化而橡皮则不能。

高分子材料按构型分线型高分子、支链型高分子和体型高分子3种。线型高分子材料可熔化和溶解,保鲜膜的成分聚丙烯就是一种线型高分子材料。体型高分子材料加热时不会熔融,只能变软和弹性增大,在溶剂中也只能溶胀。衡量高分子材料经常提到两种性质:热塑性和热固性。热塑性材料(线型和支链型)一般加热熔化成液态后,冷却下来又能恢复,因而可以多次加热成型;热固性材料(体型)则一旦成型就无法改变。


高分子材料构型

高分子材料种类繁多,我们生活中经常涉及的高分子材料大致可归结为三大类,即塑料(如赛璐珞、酚醛树脂)、橡胶、纤维。

2 赛璐珞

和很多科学发现一样,最早的塑料也来自于一场意外。1846年,瑞士化学家舍恩拜因偶然用布围裙擦拭不小心打翻在桌面上的浓硫酸和浓硝酸,后来,沾满混合酸的围裙碰到火苗后烧了起来,变成了一些硬硬的东西。舍恩拜因很奇怪围裙为什么没有烧成灰烬。经过研究后他发现,原来布围裙材料的主要成分纤维素在火的炙烤下与浓硝酸和浓硫酸发生了化学反应,变成了硝酸纤维素,最早的塑料组分就这样产生了。不过,硝酸纤维素问世后,最初主要用于炸药生产上。


赛璐珞台球

硝酸纤维素真正用于制造塑料,那是几年以后的事了,而且是由一位摄影师完成的。19世纪中叶时,摄影技术才刚刚兴起,摄影师都自己动手制作胶片。那时候的胶片是用“胶棉”制成的,胶棉就是硝酸纤维素在酒精和醚中的溶液,用它粘上一些对光敏感的染料,然后涂在玻璃上,就能得到一张胶片了。帕克斯是一位摄影师,为了得到高质量的胶片,他想方设法提高胶棉的质量,有一次,当他把胶棉和樟脑混合后,玻璃板上结起了一层薄薄的硬膜。帕克斯取下这层膜,发现它的韧性非常好,能弯曲且不易折断。帕克斯把这种神奇的物质命名为“帕克辛”,最早的塑料就这样问世了。