生活中的化学品

化学与生活-1-化学与生活人类的生活离不开衣、食、住、行。而衣、食、住、行又离不开物质。在这些物质中，有的是天然存在的，比如我们喝的水、呼吸的空气；有的是由天然物质改造而成的，如我们吃的酱油、喝的酒，是由粮食加工和经过化学处理得到的。更多的物质不是天然生成的，而是用化学方法由人工合成的，如化肥、农药、塑料、合成橡胶、合成纤维等。它们形形色色、无所不在，使人类社会的物质生活更加丰富多采。放眼四顾，在厨房、餐桌、农田、厂矿，我们都会看到各种各样的化学变化、五光十色的化学现象。可以说，生活中处处有化学。本部分从应用的角度介绍跟人们生活密切相关的若干专题所涉及的化学知识。一、塑料化学纤维合成橡胶胶粘剂一）塑料顾名思义，塑料是一类具有可塑性的高分子材料。它的主要成分是合成树脂。合成树脂的基本原料是乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯等低分子量有机化合物。它们主要来源于石油、天然气、煤、电石等自然资源。这些物质有的能直接反应制得合成树脂，有的要在一定工业条件下与其他物质先合成各种单体，再由单体合成树脂。合成树脂在常温常压下一般是固体颗粒或粉末，也有糊状的液体。例如，低分子量聚乙烯是蜡状物，高分子量聚乙烯是乳白色的固体。塑料的组成合成树脂约占塑料总质量的40～100％（有机玻璃是纯聚甲基丙烯酸甲酯树脂），因此塑料的基本性能主要取决于合成树脂的性质。为了改善塑料制品的某些性质，便于加工成型，常要在树脂中加一些辅助剂，主要有填料、增塑剂、稳定剂和色料。（1）填料根据需要，在树脂中加入适当的填料，可以提高塑料的强度和使用温度，还能降低成本。常用的填料有锯木屑、石棉、碳酸钙、亚硫酸钙及云母等。例如，最早人工合成的酚醛树脂，主要缺点是性脆，加入木屑粉后机械强度有明显提高。化学与生活-2-（2）增塑剂在树脂中加入增塑剂来增强可塑性，使塑料柔软，富有弹性，容易加工。常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、癸二酸酯类、磷酸酯类等。（3）稳定剂稳定剂能防止塑料在加工和使用时分解变质，延长使用寿命。稳定剂要求在加工成型中不分解，能跟树脂互溶，在使用环境和介质中稳定。常用的有金属皂类（如硬脂酸铅）和环氧化油等。（4）色料为了使塑料制品美观、漂亮，通常要加入一些有机染料和无机颜料。加入的色料要在加工时稳定，分散性好，容易着色，跟塑料中的其他成分不发生反应。珠光剂和荧光剂常作塑料的色料。此外，还有防腐剂、润滑剂、发泡剂、抗静电剂等。不是所有的塑料都要加入每一种辅助剂，而要根据塑料品种和使用要求选加辅助剂。塑料的分类塑料品种繁多，到目前为止，已投入工业生产的有400多种，主要品种有近百种。对这么多的塑料通常有两种分类方法。按受热表现，分为热塑性塑料和热固性塑料。前者加热到一定温度就变软或熔化，具有可塑性，冷却变硬、固化，这种变化能反复发生。因此，这类塑料的旧、废品可以生产再生塑料制品。这类塑料的树脂呈线型或支链结构（见上图）。后者在加热初期变软，能制成各种形状的制品。它在再加热后固化变硬，再加热也不能变软，就是没有可塑性。这类塑料的树脂分子在加热时交联而变成网状结构（如右图）。化学与生活-3-根据不同的用途，塑料分通用塑料和工程塑料。前者产量大、价格低、用途广，主要用于日常生活制品和一般的零件。后者强度高、耐磨、耐腐蚀、尺寸稳定性好，常代替木材、钢铁及一些有色金属作工程结构材料，以及在化工和新技术方面有特殊要求的材料。下面是塑料的分类表。部分通用塑料的性能和用途聚乙烯英文简称PE，1933年发明，1939年投入工业生产。它是乙烯的聚合物。它无毒，容易着色，化学稳定性好，耐寒，耐辐射，电绝缘性好。它适合做食品和药物的包装材料，制作食具、医疗器械，还可做电子工业的绝缘材料等。聚丙烯英文简称PP，1954年发明，1957年投入工业生产。它无毒，制品能在沸水中消毒。它有优良的刚性和延伸性，耐冲击，能反复弯曲，有良好的电绝缘性。它用于食品和药物的包装，生产医疗器械，能制成日常生活用品、电器具和各种管材。合成纤维能制作鱼网和滤布。聚苯乙烯英文简称PS，1839年发明，1930年投入工业生产。它透明、无味、无毒，容易着色，坚硬，电绝缘性好，但吸水性差。它用于制作日常生活用品、玩具和装饰品，适宜生产仪表外壳、车辆灯罩。聚苯乙烯泡沫塑料有隔音、绝热功能，能作剧场、冷藏库的墙体隔层材料。聚氯乙烯英文简称PVC，1872年发明，1930年投入工业生产。它化学稳定性好，耐酸、碱和有些化学药品的侵蚀。它耐潮湿、耐老化、难燃。它使用时温度不能超过60℃，在低温下会变硬。聚氯乙烯分软质塑料和硬质塑料。软质的主要制成薄膜，作包装材料、防雨用品、农用育秧膜等，还能作电缆、电线的绝缘层、人造革制品。硬质的一般制成管材和板材，管材用作水管和输送耐腐蚀性流体管，板材用作各种贮槽的衬里和地板。聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）英文简称PMMA，1932年发明，1936年投入工业生产。有机玻璃的透明度可达91～93％，能透过紫外线。它密度小，耐冲击，抗碎裂能力超过普通玻璃的10倍。它是制作光学仪器的重要材料，能制作汽车、飞机的风档、座舱，大型建筑物和住房的天化学与生活-4-窗，电视机、雷达显示器的屏幕，仪表外壳、灯罩及各种装饰品。它还能作假牙、齿托、假肢和人体模型。酚醛塑料英文简称PF，1872年发明，1909年投入工业生产。它有一定的机械强度，有较好的绝缘性能，并有耐热、耐磨、耐腐蚀等特性。它主要作电绝缘材料，如电灯开关、插头、插座、电话机外壳等。用聚酰胺、石墨、玻璃等纤维增强的耐高温酚醛塑料有优异的耐热蚀性能，能制作火箭、导弹等高速飞行器的防热护层和外壳。氨基塑料氨基塑料的主要品种有脲醛和三聚氰胺。脲醛容易着色，耐溶剂。三聚氰胺有银光感，色泽光亮、艳丽。它耐热、耐水、耐磨，主要用于生产各种餐具、日用品，还是制作胶合板、纤维板、装饰板的材料。聚氨酯塑料英文简称PU，1947年发明，1953年投入工业生产。它有韧性，耐磨又耐冲击。它常制成软泡沫塑料，这种塑料保暖、透气、弹性好，是绝热、隔音、防震的好材料，主要用作服装衬里、床垫、椅垫等。ABS塑料1947年投入工业生产。该塑料坚韧、质硬，耐磨、耐冲击、耐化学腐蚀，电绝缘性好，容易电镀。它在机械工业上作齿轮、轴承、电机、仪表外壳以及家用电器（冰箱、洗衣机等）的外壳，还可以作纺织用的纱管、飞机上的装饰板、窗框和隔音板。聚碳酸酯英文简称PC。1953年发明，1958年工业化生产。聚碳酸酯的透光率近90％，有“透明金属”之称。它韧性好、抗冲击、吸水率低、耐高温和低温，还能电镀。能代替某些特种合金、玻璃等作计算机、电视机、收音机等的零件，代替铜、铝、锌制作齿轮、杠杆、曲轴等，还可作汽车、探照灯的灯罩和激光唱片的基料。聚甲醛英文简称P0M，1920年发明，1962年投入工业生产。它机械强度大，刚性好，而且特别耐磨、耐疲劳、耐水。它能代替钢、铝、锌作汽车、飞机、电器、遥控装置的精密零件，还在机械工业中制作齿轮、轴承、传送带等。聚苯醚英文简称PP0，1964年发明，1965年投入工业生产。它吸水性小，耐酸、碱、化学试剂的腐蚀，电绝缘性能好，使用温度范围在-40℃～120℃。它适用于制作热水管道、化工管道、泵的叶轮、叶片、化学与生活-5-阀门，还能代替不锈钢做各种化工设备，还可作电机的电极、转子、机壳和电视机中的调谐片、雷达的波导管等。聚砜英文简称PSE，1965年投入工业生产。它无毒、韧性好、电性能优良，在使用温度范围（-60℃～150℃）内能保持各种机械性能，自熄性好，能电镀。它适于制作汽车、化工设备的零件，也是人造卫星、飞机内一些部件、制品所需的新型复合材料，还可制作贮存食品的容器。聚酰胺英文简称PA，1935年发明，1939年投入工业生产。它有良好的机械强度，弹性模量比金属低，还有自润滑性能，导热系数只有金属的1／100。它用于制作各种外形复杂或带金属嵌件的用品，是制作轴承、齿轮、螺钉、螺帽和各种衬垫的材料。常用塑料的鉴别随着塑料工业的发展，塑料品种越来越多，应用范围更广，跟人们的关系越来越密切。因此，我们应该知道一些常见塑料的鉴别知识，以便合理地选购、使用、保管和修补塑料制品。现介绍简单易行的外观鉴别法和燃烧鉴别法。（1）外观鉴别法外观鉴别法根据各种塑料制品的特征，由看、摸、听、闻、掂等方法来鉴别塑料。这种方法简单、方便，但只能作出初步判断。下面介绍几种常见塑料制品的识别特征。聚乙烯塑料在不加着色剂时是乳白色半透明体，手摸有蜡状滑腻感觉，质轻柔软。它有韧性、易弯曲，能浮在水面上。聚乙烯薄膜用手抖动，声音发脆。聚丙烯塑料不加着色剂时是乳白色半透明体，比聚乙烯更透明一些。它手感润滑，但没有聚乙烯那种滑腻感。它比同体积的聚乙烯轻，能浮在水面上。聚苯乙烯是无色透明体，表面硬而有光泽。它容易着色，色泽晶亮。聚苯乙烯的制品落地或敲打时发出类似金属的清脆声音。它看上去像玻璃，容易摔碎。在80℃的热水中能软化。化学与生活-6-聚氯乙烯的硬制品表面坚硬平滑，敲击时没有聚苯乙烯那样的清脆声，而是闷音。软制品表面光滑柔软，有弹性，放在水里会下沉。它在60℃的热水中易发软变形，有时还能闻到特殊的气味。有机玻璃外观像水晶，有光泽，质轻。摩擦时略带果香味。它的着色制品色泽鲜艳，表面光滑。它的表面硬度低，容易划痕，划痕用软布加牙膏摩擦可以消除。把它放入水里会下沉。酚醛塑料（电木）多为不透明的棕、灰、黑色固体。它的表面坚硬、质脆易碎，敲击时发出类似木板的声音。它在热水中不变软。脲醛塑料（电玉）的表面光亮、色泽鲜艳，比酚醛塑料更硬，在热水中不变软。赛璐珞的本色制品是半透明体，柔软而有弹性，摩擦时产生樟脑气味。它的耐热性差，在沸水里软化。它极易燃烧。（2）燃烧鉴别法不同的塑料，燃烧的难易程度、火焰的颜色、燃烧状态和产生的气味等都不相同。根据以上燃烧特征可以鉴别各种塑料。把一小块塑料放在铁板上加热，如果塑料先变软后熔融，最后烧焦，这就是热塑性塑料。如果加热不经过变软而变脆，最后烧焦，就是热固性塑料。然后做燃烧试验。把要鉴别的一小块塑料用火柴或酒精灯点燃，仔细观察塑料燃烧时发生的各种现象，对照下表中各项内容作出判断。化学与生活-7-塑料工业的发展近些年来，世界各国塑料工业的发展有起有伏，但工程塑料的产量一直稳步增长，应用范围越来越广。目前世界各国都相当重视工程塑料的研究开发和生产，它预示塑料工业今后发展的趋势。目前工程塑料品种不少，今后还会研制一些新品种，但发展的重点是对现有品种的改性和扩大应用范围。而改性研究开发的重心已从原有的均聚物转向开发有特殊性能的共聚物。例如，ABS塑料是由苯乙烯、丙烯化学与生活-8-腈和丁二烯三种单体共聚而成的。ABS的开发，是基于丙烯腈有优良的耐化学腐蚀性能和表面硬度，丁二烯有无比的韧性，而苯乙烯有良好的加工性能和染色性能。三者共聚就得到有优良综合性能的ABS。又如，制造医疗器械的聚碳酸酯常因辐照和消毒，容易发黄和变脆。为了克服这一缺点，人们开发出聚碳-嵌段共聚物。它能耐γ-射线的辐射，在较低温度下，有较高的弹性和冲击强度，并有优良的韧性和卓越的耐燃烧性能。功能塑料是一类具有特殊性能和特殊用途的塑料，它跟医疗卫生、火箭、导弹、宇航技术和原子能工业的发展密切相关，因此受到各国的重视。目前，全世界正在研制的功能塑料主要有以下三类。（1）导电塑料塑料通常对电有绝缘性，因此它在电气工业中广泛用作电绝缘材料。然而，在有些工业中，特别是计算机行业，需要大量质轻、容易加工而能导电的塑料，用来保护与屏蔽电磁波的辐射、降低电绝缘体的使用量。从已问世的导电塑料来看，通常分结构型和复合型两大类。结构型指高分子由离子或电子导电。这类高分子制备和提纯困难，有实用价值的比较少，多属于半导体材料和光导材料。目前开发较多的是复合型导电高分子材料，它是以聚合物为基体，跟各种导电物质（如金属、炭黑、石墨、纤维等）复合而制得。例如，在聚丙烯中加入导电性填料（如炭黑）、抗氧剂、润滑剂，经混炼成型，再加工就能制得导电聚丙烯塑料。意大利一家公司生产一种导电塑料，它是在不同的聚合基体（如ABS、PC、PPE或PA）中