高分子化合物

第7版()
专栏：

高分子化合物
王葆仁
各种生产工具和生活用品的制造，都需要有适宜的材料。新材料的获得，能促使生产发展。在本世纪以前，工业上所用材料如钢铁、有色金属、陶瓷、水泥、玻璃、石料、木竹材、纤维素、橡皮等等，都是从自然界取得直接应用，或经过一些化学加工再行应用的。天然资源常受到区域的限制，如矿藏分布不匀，气候寒暑不一等等，使各个国家各个地区的生产受到一定的限制。同时，生产的发展又提出具有特定性质的新型材料的要求，旧有的材料已不能满足。新型的材料——高分子化合物，就是在这种情况下出现和发展起来的。
由于在高分子化合物中，有许多品种具有特殊优良的性质，为过去一切材料所不及，它们已成为建立现代化的工业（如电气工业、飞机汽车拖拉机工业、纺织工业、重型机器工业以及许多轻工业等），建立现代化的国防和提高人民的物质文化生活所不可缺少的材料了。又由于制造高分子化合物所需的天然资源，只是煤、盐、砂石、水和空气等（有时也需要极少数的矿物），可以大量生产而不受区域限制。因此，在最近二三十年内，各国高分子化合物生产的发展非常迅速。
什么是高分子化合物？一般的化合物，每一个分子中只含有几个到几十个原子，最多也不超过几百个。可是像蛋白质、纤维素、橡胶等化合物，每一个分子里就含有几万到几十万个原子。这样的化合物，叫做高分子化合物。先前，这样大的高分子化合物，只是天然产物。到本世纪开始，化学家们用“加成聚合”和“缩合聚合”两种化学反应做出了许许多多合成的高分子化合物。
因为高分子化合物分子的结构特殊，它们的性质也就和一般的化合物有显著的不同。按照高分子的结构，可分为线型和立体型两类。线型高分子，每一个分子是由许多原子串连成为长的主链，链上再附上一些基团。主链里的原子全部是碳原子的叫做“均链”高分子，如果是碳原子和一些其它元素如氧、氮等原子的叫做“杂链”高分子。这种线型分子链通常都是处于无规则的蜷曲状态。有一些线型高分子，当外力加上去拉它的时候，每个蜷曲的分子可以拉直伸长，外力除去后即恢复原状。这些高分子被称为弹性体。其中一部分可做成橡皮，叫做橡胶。另外一些线型高分子，如一些“杂链”高分子或“均链”而具有极性基团的高分子，拉长以后，分子链和分子链之间起了较强的相互吸引作用，排列得比较整齐，具有部分结晶状态，外力除去后不再恢复原状，成为坚韧的细丝。这些高分子就叫做纤维，还有一些线型高分子，弹性很小，遇热软化可以模塑成型，冷后不再改变形状，叫做热塑性塑料。
立体型高分子的结构，由许多线型分子链相互交联起来，成为网状或格状结构。这类高分子具有一定形状和坚牢度。交联越多就越坚牢，能耐强力，可以在模中形成，也可以做成大块用机器加工。但是，直接制成立体型高分子的方法，在工业上并不常见，一般都是先制成线型的或是较小的高分子。它们的分子链上具有可以继续起化学作用的基团，当温度升高时，可以软化甚至熔融，模塑成各种形状。当继续加热时，起进一步的化学作用，发生交联，形成牢固的物件。这一类高分子叫做热固性塑料。
下面就按照高分子化合物主要应用的分类——橡胶、纤维、塑料，来做一些介绍。
橡胶，有天然橡胶和合成橡胶两类。天然橡胶是一种巴西橡树当树干割开后分泌出来的胶乳凝集成的，所以又叫巴西橡胶。橡胶在化学上是属于碳化氢类，主链中含有许多双键。在较高温度时，可以同硫黄起化学反应（需要促进剂），发生少量的交联，可塑成一定的形状，具有一定的坚牢度和保持一定的弹性，就是普通的橡皮。我国杜仲树叶子和枝干里，含有一种杜仲胶，比巴西橡皮硬，耐腐蚀，是做电缆的优良材料。除了巴西橡树和杜仲树外，还有一些植物，如橡胶草中也含有橡胶，不过质量不好。产生橡胶的植物，产区有一定的限制，为了适应各种需要，各国都在生产合成橡胶。
合成橡胶种类很多，且有许多特殊的性能为天然橡胶所不及。最重要的合成橡胶有这几种：丁钠橡胶，可代替天然橡胶用于一般用途，价廉，耐寒性好。丁苯橡胶，具有比较天然橡胶耐磨的特性，可供一般用途，如轮胎、转运带、传动带等。它是目前最重要的合成橡胶之一。此外，还有氯丁橡胶、丁睛橡胶、异丁橡胶、聚硫橡胶、矽橡胶，等等。
纤维，也有天然纤维和合成纤维两种。天然纤维素存在于棉花、木材、麻和各种植物中，是纺织造纸等工业的原料。经过化学加工又可以制成人造丝、汽车轮胎中的帘线衬布、胶卷软片、油漆和塑料。合成纤维主要的有以下几种：聚醯胺纤维，具有高度的强力，耐磨，耐化学品，不吸水。它是制造高速重载飞机轮胎的帘线衬布和降落伞、飞机辅翼的材料，也可以制造日常衣着和牙刷毛等。它又能制成薄膜，做汽油袋，或优级代用皮革，拉力较牛皮约大十倍。乙烯纤维，价格便宜，可以补充纺织用纤维的不足，而又比较美观耐用，也可以做成人造皮革。蛋白纤维，是利用动植物蛋白，经过化学处理制成的纤维，可以代替羊毛，供纺织用。此外，还有聚酯纤维、聚丙烯睛纤维，等等。
塑料种类很多，现在只举几个最重要的；酚醛塑料，它的制造有两个阶段。第一阶段，先制成具有可塑性的高分子。它可以溶解于溶剂内，遇热也可软化。第二阶段有两种处理方法：第一种把它同木屑或石棉等填充料混合起来，再加高热压铸，凝固成坚硬的物件。日常用的电木器皿，电气零件，以及汽车飞机中的刹车片，巨型机器如轧钢机中的轴瓦轴承，都用这种高分子制造。它们比青铜更耐磨经用。第二种是把它的溶液浸渍纸、布、木片或木料，晾干后再在高温下加压，就成为层压材料。可以做绝缘板、齿轮，飞机螺旋桨等，比金属轻而强度大。脲醛塑料，强度不如酚醛塑料，但颜色很淡，可以加入种种染料，压制出来的东西呈半透明，所以常称为电玉。可制造仪表、收音机的外壳。因为有高度绝缘和耐电火花的特性，在电气工业中也有重要的用途。乙烯类塑料，这类塑料都是热塑性塑料，种类很多，在现代工业中有很多重要的用途。
高分子化合物的应用范围，除上面所谈的几个例子以外，在医疗、农业、建筑方面都有广泛的用途。
高分子化合物的用处是很大的。在我们国家社会主义建设事业中，建立一个完整的高分子化合物工业体系，生产各种重要的高分子，供给各种工业以性质优良的材料，应该是最重要的任务之一。同时科学工作者还应大力开展高分子化合物的科学研究，不断地作出贡献，来把高分子这门新兴的科学逐步地提高到世界先进水平。