【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第五章合成有机高分子化合物 

§5-2重要的高分子材料

【01】有机高分子材料主要包括塑料、橡胶和合成纤维三类，现在把它们的原料、合成过程、性能和用途等分别作简单介绍：

塑料

【02】塑料就是具有一定的可塑性的高分子材料。塑料一般是指树脂加入填料等物质后的混和物【塑料是树脂、增塑剂、填料和染料等的混和物，填料在塑料中占很重要的地位，含量可达50~70%，从而降低了成本.填料可以是纤维素物质的废丝、木粉等有机物，也可以是云母、滑石和石棉等无机物】。单纯的可塑性高分子材料严格地应叫树脂，但在实际使用上，这两个名词往往不加区别。塑料还可分为两大类。一类是在受热时变软，冷却后变硬，再热又变软，可以反复重塑。这种塑料称为热塑性塑料。热塑性塑料都是线型结构，在加热或熔融时并不发生化学变化。另一类塑料，分子里含有某些基团，当加热时会继续起化学反应，线型分子的链和链间相互交联而成为体型结构，冷却定形后，不能再行重塑。这种塑料称为热固性塑料。不论是热塑性或热固性塑料，经处理后都可以塑造成各种物品，如机器零件、绝缘材料、建筑材料、人造皮革以及轻巧美观的日用品等。有的是在处理过程中已经做成需要的式样，有的是把材料进一步加工制成商品.目前我国市场上供应较多的有下列几种：

聚氯乙烯

【03】1838年聚氯乙烯已经在实验室里制造成功，但直到1930年才开始投入生产，它是一种历史最悠久，应用最广泛的热塑性塑料。聚氯乙烯是一种淡黄或白色粉末，经过处理后，质地硬而轻，可以制成片、板、管、棒等各种形状，用作水管、容器、耐酸管道、建筑材料和机械零件等等。这是聚氯乙烯产品的一种类型。

【04】聚氯乙烯还有另一类型的产品，如包装物品的薄膜、桌布、窗帘、拎包、“玻璃”雨衣、鞋子、工业上用的电缆和传送带等，都是很柔软的。它们又是怎样得来的呢？原来化学家们为了要改变树脂的可塑性，经过研究，在树脂中加进一些高沸点不易挥发的有机物，使树脂溶解成为溶液，这样处理后树脂的性质就发生了变化。这种加进去的有机物叫做增塑剂【增塑剂也可以是固体.在处理方法上就不必做成溶液】，意思是说它们能使树脂增加可塑性。聚氯乙烯在加入增塑剂后就变成柔软而具有弹性的材料，从而扩大了它的用途。

【05】此外，聚氯乙烯还可以溶解在丙酮和苯等挥发性有机溶剂里后，纺成合成纤维来使用。

【06】聚氯乙烯是一种很重要的塑料，它具有良好的机械强度、绝缘性和耐水、耐石油、耐腐蚀等化学稳定性。它是用乙炔和氯化氢进行加成，制得氯乙烯再经过聚合而成的（§1-8）【山注，化4-1-08第13段，传送门CV22103959】。由于乙炔和氯化氢可以从焦炭、石灰石和食盐等原料制得，所以自然资源很丰富，而且生产价格也很便宜。使用聚氯乙烯可以节约钢材、有色金属、橡胶、皮革和棉花等原材料，因此发展聚氯乙烯工业，具有很重要的经济意义。

氨基塑料

【07】氨基塑料也是一种重要的塑料。它是1919年制造成功并即投入工业生产的。制氨基塑料的原料是尿素和甲醛，所以又称为“脲醛塑料”。

【08】氨基塑料的特点是无色，制成品的硬度大、强度高，它不仅耐热和不会燃烧，而且能透过光线，尤其是透过紫外线的性能要比普通玻璃优越得多。在历史上化学家们也曾经把它制成“玻璃”来使用，由于这种树脂能随着空气里湿度的变化而吸收或放出水分，经过一段时间“玻璃”就自动碎裂了。不过，尽管它有这种缺点，却并不能影响它在其他方面的应用。经过多次的试验，人们终于找到了用它制成坚固物品的方法。把这种无色透明的液态树脂和磨细的填料如纸张、棉短毛和木粉等一起混和，干燥，并在140~145℃的温度下压制成各种物品。由于加入了填料，制品不会再发生龟裂，不过透明度有所降低，人们称这种塑料为“电玉”，就是因为它是半明不透好象玉石的缘故。至于这些电玉的颜色，则是另外加进去的有机染料或无机颜料。

【09】脲醛树脂的另一特点是具有很强的胶粘性，可以用作粘结剂。利用它可使木材加工的废料——锯屑和刨花粘结起来，制成强度很大的胶合板，成为建筑装饰或制造家具的材料，大大提高木材的利用率。

【10】此外，脲醛树脂还具有高度的绝缘性，可以和各种高沸点醇类制成清漆，涂在电线外面，就不再需要另包丝层，而绝缘性能比涂其他喷漆的要好得多。

【11】氨基塑料还可以制成一种质轻而多孔的隔音隔热材料，叫做“多孔塑料”。它不会燃烧和腐烂，可以满足音乐厅和摄影场等特殊建筑的需要。

【12】由于人们掌握了有机物聚合反应的原理，就能够制造各式各样的塑料。除前面已讲过的几种外，还有一种叫做“有机玻璃”的，它是利用甲醇、丙酮和氢氰酸HCN聚合而成的，学名叫做聚甲基丙烯酸甲酯【聚甲基丙烯酸甲酯的单体是甲基丙烯酸甲脂，它的结构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，又不会碎裂，质地很轻，非常适合于航空、汽车、钟表和各种装饰品的需要。

橡胶

【13】橡胶是一种天然产的不饱和烃的高分子聚合物，加工后可以制成各式各样的产品。目前橡胶已经成为人类生活上和生产上不可或缺的重要物资。

橡胶工业的发展和我国的橡胶工业

【14】最早发现橡胶的是南美洲巴西的印第安人，它们从野生的橡胶树上，割开树皮采取树汁。这种白色胶乳，是橡胶分散在水里的胶体溶液，其中只含有35~40%的橡胶。在胶乳里加入少许电解质（如醋酸或其他弱酸)，胶体就会凝聚。把凝聚物压去水分，就成为胶片。再悬挂在烟熏室里，用燃烧椰子壳所发生的烟和热来加以熏烤后，即得到生橡胶，叫做“烟片”。

【15】生橡胶的性能不够好，受热会发粘，冷了要发脆，机械强度差，弹性也不够强。直到十九世纪四十年代，发现生橡胶和硫黄混和加热（这种处理过程称为橡胶的硫化），可以弥补它性能上的缺陷。同时由于当时机械工业、电气工业和交通运输业的发展，促进了橡胶工业的发展。人们把野生的橡胶树改用人工方法来种植，产地也从巴西扩大到亚洲南部新加坡、印度尼西亚一带。

【16】我国在解放前橡胶一向是依靠进口的，不仅原料缺乏，而且橡胶产品的制造也很落后。解放后在党的领导下，除大力种植橡胶树外，还广泛地从多种植物如杜仲树、橡胶草和银色橡胶菊里来提取橡胶，并且积极从事合成橡胶的研究，已经取得了较好的成绩。在橡胶产品的品种和质量上也有飞跃的进步，如飞机、汽车和拖拉机的各种轮胎和大型探空气球等，都能达到自制和自给的要求。在产品生产的工艺过程方面也取得了辉煌的成就。

橡胶的组成与结构

【17】橡胶的化学成分，经过精确分析，得知它是一种二烯烃——异戊二烯。【二烯烃是烯烃的一类，分子里含有两个双键所以叫做“二烯”。二烯烃的命名，还是根据碳原子数的多少在“二烯”前面加上“天干”。如CH₂=CH—CH=CH₂的分子里含有4个碳原子和2个双键，所以叫做丁二烯，又如根据异戊二烯的命名，推论它的结构，“异”表示有支链，“戊”装示含有5个碳原子，“二烯”表示有二个双键，因此它的结构简式是】

【18】橡胶就是异戊二烯的聚合物。它的聚合过程，可以用反应式表示如下：

【19】橡胶的分子量非常大，据实验测定，普通橡胶的平均分子量大约在100,000到150,000之间。由此可见n是一个千位数（100,000/C₅H₈的分子量）。由几千个异戊二烯分子聚合而成的细长线形的分子结构，蜷曲得好象弹簧一样富于弹性。

【20】由于橡胶具有这样的结构，我们对橡胶硫化能改变性能，就可以得到解释。橡胶的硫化，跟炼钢过程里的控制含碳量有着相似之处。我们知道，铁里含有少量的碳以后，就发生性质的改变而成为钢。事实上，用硫处理橡胶就是受到了炼钢观念的启发的。当橡胶硫化后，大部分被吸收的硫原子，好象钢里的石墨似的，没有成化合态，仅仅是个物理过程。而另外一些硫原子，使橡胶的线形分子，彼此联结起来交联成为网状结构（如图5·2），好象钢里的碳化铁Fe₃C似的，这是化学过程。所以硫化过程也是相当复杂的。橡胶里含硫3~10%的就成为软橡皮，要是含硫量达到10~35%，就得到平常作为绝缘材料的硬橡皮。加硫量所以能影响橡皮硬度的原因是，硫原子联结起来的网状格子的大小和多少的关系。格子大而少，弹性就足，所以软；格子小而多，弹性就差，所以变硬。

合成橡胶

【21】当人们掌握了橡胶的结构和聚合反应的规律以后，就有了仿制天然橡胶的可能，用来解决橡胶资源不足的问题。因此，合成橡胶就成为有机化学工业的重要课题之一。

【22】1909年化学家们发现了丁二烯CH₂=CH—CH=CH₂。

【

丁二烯可以从石油加工的气体中得到，也可以由酒精制取，反应的过程是，在一定温度和催化剂的存在下，使乙醇发生脱水和去氢反应：

】

【23】用丁二烯在金属钠的催化下进行聚合，得到人造橡胶，反应过程如下：

【24】这种合成橡胶，因为用的原料是丁二烯，催化剂是金属钠，所以称为丁钠橡胶。

【25】合成橡胶工业，近几十年来得到很大的发展，合成的种类很多。在学习乙炔（§1-8）【山注，化4-1-08第16段，传送门CV22103959】时，我们知道二分子乙炔能聚合成乙烯基乙炔CH₂=CH—C≡CH，再由乙烯基乙炔和氯化氢加成，可以得到氯丁二烯：

【26】氯丁二烯也是含有二个双键的二烯烃，可以看作是丁二烯的一氯取代物，把它经过聚合，就成为氯丁橡胶，是合成橡胶的又一个品种。这种合成法的最大优点是，所需的原料只是食盐、石灰石和焦炭，都是自然界最丰富的资源，比丁钠橡胶要用酒精作为原料经济得多。合成橡胶的品种还有很多，不再一一叙述。

【27】各种合成橡胶的性能很不一致，和天然橡胶比较，各有优缺点。一般讲来，合成橡胶在耐磨、耐热、耐电、耐油等性能上，要比天然橡胶好，而在抗拉裂和粘着性上，不如天然橡胶，不过我们必须注意到合成法是不受天时、地理以及人为的限制的，在我们自力更生建设祖国的斗争中，这是一个非常重要的启发。

合成纤维

【28】合成纤维也是高分子合成工业的一类产物，这些高分子化合物通过机械处理，可以成为纤维状的纺织材料，所以称为“合成纤维”，我们要注意，它们的组成和碳水化合物的纤维素完全不同。“纤维”二字仅仅是描绘物质的状态，如蚕丝和羊毛，可以称作动物纤维，但它们的成分却是蛋白质。

【29】合成纤维也不同于由天然的纤维素经过化学处理而纺成的人造丝，象第三章里提到过的粘液丝。合成纤维的原料是煤焦油或农副产品，现在市场上供应的卡普隆和尼龙等都是合成纤维。

卡普隆

【30】卡普隆又称尼龙6，是利用苯酚或糠醛作为原料，经过一系列的复杂的化学反应制得一种叫做己内酰胺的物质

【31】再进一步聚合而成的：

【糠醛是一种无色液体，具环状结构

可由棉子壳、花生壳、大麦壳和高粱秆等制成】

【己内酰胺可以看成是氨基己酸

的脱水产物。由于脱水发生在分子内部，故命名为“内”，“己”是指分子里含有六个碳原子】

【32】卡普隆的分子量很大，约达1~2万。它的结构是由许多个单位连接起来组成的巨大分子。当它在熔融状态时，可以用抽丝机纺丝，再经过延伸机拉长，冷后就得到文结实又有弹性的丝.它具有比重小、弹性大、耐磨、耐霉、不怕虫蛀和不吸水等特性，是极好的纺织材料，可以纺织成衣着、袜子、台布、地毯和绒线等日常生活用品。在工业上用来制造轮胎的帘布、渔网和船舶及爬山用的绳索等。

耐纶

【33】耐纶又称为尼龙66，跟卡普隆一样，也是一种重要的合成纤维，要比天然的动植物纤维牢固得多。制造耐纶也是用苯酚、糠醛或乙炔作为原料，先制成己二酸[COOH—(CH₂)₄—COOH]和己二胺[NH₂—(CH₂)₆—NH₂]，再由这二种物质聚合而成：

【34】耐纶的性能，也是耐磨、易干和不蛀，跟卡普隆相仿，也是重要的纺织材料。

【35】从这两种合成纤维的分子结构来看，它们都是由和蛋白质一样的胜键联结着不同长度的碳链如“—(CH₂)₄—”和“—(CH₂)₅—”等而成。所以这一类合成纤维实际上跟天然的动物纤维具有类似的结构。

【36】合成纤维还有很多品种，象聚氯乙烯、聚丙烯睛（俗称奥纶或人造羊毛）以及新型产品特丽纶等。它们各具特性和用途，不过它们的原料还是乙炔和煤焦油产物。

【特丽纶（涤纶）是对

的缩聚产物：

每一个乙二醇和二个对苯二甲酸结合，同样每一个对苯二甲酸和二个乙二醇结合形成高分子聚合物，所以从结构来看它应当属于酯类】

【37】合成纤维的性质远胜于天然的棉、毛、麻、丝，而在生产上又不受农业和自然条件的限制，因此，发展这种工业，对于提高人类的物质生活水平，具有重要的意义。这也是人类掌握了物质变化的客观规律和应用了高分子化学的理论所取得的胜利果实。

【38】上面简要地叙述了几种有机合成的高分子化合物，虽然仅仅是当前世界上生产比较普遍、应用比较广泛的一些例子，但已经可以看出，有机合成的高分子化合物是确实具有各种优良性能和广泛用途的。到目前为止，利用空气、水、煤、石油、食盐、石灰石和农副产品等丰富的自然资源，已制造出万种以上的高分子材料，其中投入大量生产的约在三百种以上。这些材料可以代替钢材、有色金属、木材、纤维、皮革、树脂和玻璃等天然或工业材料，广泛应用在工业、农业、交通运输业、医药、科学研究和日常生活方面。这些材料还在尖端科学技术方面，如原子能的利用和超高速飞行的导弹、火箭等的制造上，起着低分子材料所不能胜任的作用。同时，人们还在运用高分子化学的理论，千方百计地试制各种具有预期性能的新产品，来满足特定的需要。所以高分子化学是有无限发展前途的。我国在解放前对这方面的研究和生产可以说是空白点。解放以后在党的领导下，经过广大劳动人民的努力，目前我国高分子合成工业已经从无到有，从不完整到开始完整，陆续试制和生产了不少的化学材料，这是一个重大的胜利。但是由于社会主义建设和人民生活需要的日益增长，我们一定还要继续努力，生产更多、更好的合成材料，使我国的有机合成高分子工业进入世界先进行列。