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1、第 10 节黏性物 47第 11 节聚合体处理而且再循环 48例子 10 绝缘为众议院搭乘 52解决 53摘要 53字汇 55PROBLEMS 57第 1 节聚合体的分类 57第 2 节附加和压缩聚合 57设计 PROBLEMS 62 介绍聚合体, 以塑料、橡皮和纤维的形式，已经许多年担任日常生活的必要又不同的角色: 同样电的绝缘, 当做轮带, 和当做为食包装, 除了提到三。 没有可以为他们替换的材料的其他班级。你曾经想知道被做的雷射唱片是从什么吗? 什么聚合体被用于口胶? 第一合成纤维是哪一个曾经制造? 为什么是一些塑料 洗碗机保险箱 和一些不? 什么是防弹的背心制造从? 什么聚合体作为东西

2、不黏上的厨具?世纪前，聚合体业在它的幼年方面。 第一人造的塑料,一种纤维素硝酸盐的形式, 在 1862 年在伦敦的棒国际的展览被展现。 展览品被安排和进入 36个班级之内。 在班级 4（在产品中用的动物和蔬菜物质） 的区段 C 的这 14000 展览品是被来自他命名了 Parkesine 的材料的亚历山大公园做的一组小的成型当中。它为天然的材料，像是象牙制和龟甲制的哪一个正在变成稀有又贵当做一个替换在展览广告传单中被描述。公园在 1813 年出生而且当做胸罩-创办人被做学徒。 他在年青的橡皮业中变成活跃而且在 1843 年请准专利一件防水的织物了, 专利权他稍后对查尔斯麦金塔卖了。 防水的织物

3、自然地是一种天然橡皮的主要早使用, 在那时被从南美洲丛林的树获得。 早产品的不愉快 tackiness 由硫磺的 vulcanizing 效果的这 1840 s 的固特异和汉考克与发现一起除去。 起先，硫磺只在表面上被拂去灰尘, 但是这很快是被橡皮和硫磺的机械的混合跟随。 在婴儿橡皮和塑料业的公园的兴趣是在他们之间一直存在的科学和工业关系的代号。 对于来自纤维素硝酸盐 （赛璐珞） 的塑料材料的生产的首先真正商业的程序是由于纽约州的奥尔巴尼 的约翰 Hyatt。 在 1863 年, Hyatt, 然后是一二十-六年的打印机, 寻找赢得一个 $10000 元的奖从 Phelan 得到和 Colla

4、nder 公司为新的综合性的材料赚撞球的球。 他在纤维素硝酸盐上学习了文学而且知道公园的发现 pyroxylin 和樟树的组合生产了相似象牙的塑料。 Hyatt 构思了使用溶剂的小量而且用热和压力补充它的主意。 在早的实验在他的寄宿舍的厨房中引导了之后，他被驱逐到一个车棚了。 赛璐珞是纤维素的较低的硝酸盐之一 - 较高的之一是枪棉花! Hyatt 完全成功具有他的程序，而且专利权在 1870 年被发行了。 Celluloiod 的重要性是不只有它是第一塑料，但是它四十年,直到人造树胶的发展,唯一的一个。 赛璐珞仍然今天被用使撞球的球和桌球成为球。字 mer 意谓这上下文中一 单位 ，期限 me

5、r 提及一个原子的单位小组或者定义一个聚合体的特性安排的分子。一个聚合体能被想到为藉由联合一些 mers 或单位被做的材料。 聚合体是材料有巨人或者 macromoleculars, 像链一样的分子有平均的分子压重从 10,000 至藉由经过化学的会接参加许多 mers 或单位被建造的超过 1,000,000 g/摩尔。 分子的重量在每个分子中被定义为原子块的总数。大多数的聚合体、固体或液体, 是以碳为基础; 然而，他们可能是无机的。 （举例来说,以矽树脂为基础的网络）塑料是被主要地包含添加剂，像是纤维、匈牙利货币单位，色素和更进一步提高他们的财产的同类的聚合体组成的材料。 塑料包括热后可塑性

6、物质 （日用品和工程学）, thermoset 材料、和 elastomers.（天然的或合成物质） 在这一本书中，我们可交换地使用期限塑料和聚合体。 聚合是在有一单位 （知道当做单体） 或者一些单位 （已知的当做 oligomers） 的小分子用化学被叁加产生这些庞大的分子方面所依据的程序。 聚合通常由长链的生产开始在哪一个原子是被强烈叁加的共有原子价会接。 塑料被用于包括衣服、玩具、家庭的器械、结构和装饰的项目、涂料、油漆、黏性物、汽车轮带、生物医学的材料的一个申请的令人惊异数字, 汽车缓冲挡和内部、泡沫和包装。 聚合体时常被用于合成物,当做纤维和一个点阵式。 液晶显示器 （LCDs） 以

7、聚合体为基础。 我们也在对光反应变色透镜中使用聚合体。 因为他们的使能力绝缘的和低电介体常数，塑料时常用来制造电子的成份。 最近更常，重要的发展已经在以有用的压电， semiconductivity 为基础的有柔性电子的装置的区域中发生, 光学的和电镀物品-在一些聚合体中见到的光学的财产。 聚合体，像是乙烯聚合物的醋酸盐 （PVA） 是水溶性。 许多如此的聚合体能在水或者有机的溶剂中被溶解在处理窑业和半导体方面被当作缚者、表面活性剂或可塑剂使用, 和当做对许多消费者产品来说的添加剂。 乙烯聚合物的 butyral（PVB）,一个聚合体, 组成叠片的一部份汽车挡风玻璃用的玻璃。 聚合体或许被用于

8、技术更甚于材料的任何其他的班级。商业广告或标准日用品聚合体是轻量级, 抗腐蚀的材料用低的力量和坚硬, 和他们在高温度对使用是不适当的。 这些聚合体然而，是相对地廉宜的而且不迟疑地进入多种形状之内被形成, 排列到浴缸的对机械的齿轮形式塑料袋子。 工程聚合体被设计在提高的温度提供改良的力量或较好的表现。 这些材料在相对小的量中被生产而且时常是贵的。 一些工程聚合体能在温度运行当做高度当做 350; 其他通常在纤维形式的有比钢棒的力量。 聚合体也有许多有用的物理性质。 一些聚合体如此的当做压克力的喜欢 PlexiglasTM 而且 LuciteTM 是透明的而且能为眼镜替换。 虽然大多数的聚合体是持

9、有有用的导电性的电的绝缘体、特别的聚合体 （像是缩荃） 和以聚合体为基础的合成物。 TeflonTM 有一个摩擦的低系数而且是非根厨具的涂料。 聚合体也抵抗腐蚀和化学的攻击。第 1 节聚合体的分类聚合体在某些方面被分类; 被分子如何被综合, 藉着他们的分子结构, 或由他们的化学家庭。 如果聚合体是一个线的聚合体或一个被分枝的聚合体 （图 1） ，分类聚合体的一个方法将说。 一个线的聚合体有像意大利面条一样分子的链。 在一个被分枝的聚合体中，有起源于这些主要部份链的较小的链的主要聚合体链和中级分枝。 注意，即使我们说 线的 , 链以直线的形式实际上不。 一个较好的方法描述聚合体根据他们的机械和热

10、行为。 提议 1 比较三个主要的聚合体种类。 （一） （b）（c） （d）图 1 Schemetic 成绩线的而且分枝了聚合体。注意：分岐能在任何类型的聚合体中发生。 （举例来说, 热后可塑性物质、 thermosets 和 elastomers） （一） 线的不分枝聚合体: 注意链不是直线和不连接。 不同的聚合体链被显示使用不同的色度和设计清楚地表示每个链不对另外的被连接。 （b） 线的分枝聚合体: 链没被连接，然而他们有部门。 （c） 没有分岐的 Thermoset 聚合体: 链被共价键连接到彼此，但是他们没有部门。 参加点与坚硬的圆周一起加亮。 （d） 有部门，而且经由共价键用铁链锁住那

11、的 Thermoset 聚合体被互相连接。 不同的链和部门为比较好的差别在不同的色度中被显示。 链实际上用化学以债券作保证的地方与填充的圆周一起显示。提议这三个聚合体种类的 1个比较行为 一般的结构 例子热后可塑性物质 有柔性的线链 （直线或分枝） 聚乙烯热硬化性的 硬的三度空间的网络 （链分枝可能是线的） 聚亚安酯Elastomers 热后可塑性物质或轻轻的交叉结合 thermosets,有像春天一样分子 自然橡皮热后可塑性物质由藉由一起参加单体被生产的长链组成; 他们以塑料又易延展的样子典型地行为表现。 链可能或可能没有部门。 个别的链是 interwined 。 有在不同链的原子之间的相

12、对弱的货车 der Waals 束缚。 这略微相似至被使缠结的一些树在一起上面。 树可能或可能没有树枝, 每棵树靠它自己和不对另外的连接。 在热后可塑性物质的链能被张应力的申请解开纠结。 热后可塑性物质可能是无定形或水晶的。 在暖气之上，热后可塑性物质使而且变柔软融化。 他们藉由对提高的温度加热进入形状之内被处理。 热后可塑性物质容易地被使再循环。 热硬化性的聚合体由强烈地是对彼此的交叉结合形成三度空间的网络结构的分子的长链 （线的或者分枝） 组成。 网络或热硬化性的聚合体像被打结到在一些地方中的彼此的一束线而且不仅仅使缠结在。上面 每线可能有对它的其他边线附件。 Thermosets 通常较

13、强壮, 但是更易碎的, 超过热后可塑性物质。 Thermosets 一加热不融化但是开始分解。 他们不能够容易地在再处理之后被，交叉结合反应已经发生，而且因此再循环很困难。 Elastomers 这些即是橡皮。 他们有一个有柔性的毁坏 200%. 这些可能是热后可塑性物质或轻轻的交叉结合 thermosets。 聚合体链有能藉由应用一个力量可逆地伸展的像卷一样分子。 热后可塑性物质 elastomers 是特别一群聚合体。 他们有热后可塑性物质的处理安逸和 elastomers 的有柔性行为。代表结构图 2 表演三个方法我们可以表现一个聚乙烯的片段,热后可塑性物质的最简单的。 聚合体链有碳原子

14、的脊椎; 二氢原子对链的每碳原子是以债券作保证的。 链一扭和旋转到处隔开。 在身材，聚乙烯没有部门而且因此是线的热后可塑性物质。 在图 2（c） 的简单的二维模型包括聚合体结构的必要元素，而且意志用来描述各种不同的聚合体。 碳原子和碳和氢原子之間的单一线 （-） 表现一个共价键。 二条平行线 （=） 表现在原子之间的一个两倍的共价键。 一些聚合体包括戒指结构。 如此的当做苯戒指在聚苯乙烯和其他的聚合体 （图 3） 中发现.图五个方法表现聚乙烯的结构; （一） 一个坚硬的三度空间的模型 （b），三度空间的 空间 做模型, 和 （c） 一个简单的二维模型。在图 2（c） 被显示的结构, 如果我们代

15、替在 CH2 的氢原子之一与 （CH3）, 一个苯戒指或氯, 分别地, 我们得到聚丙烯，聚苯乙烯和乙烯聚合物的氯化物 （pvc） 的结构。 如果我们以氟 （F） 替换在 CH2 小组的所有 H ，我们得到 TeflonTM 的 polytetrafluoroethylene 的结构。 像许多其他的发现 TeflonTM 也意外地被发现。 许多聚合体结构能如此起源于聚乙烯的结构。 下列的例子表示聚合体的不同类型如何被用。图五个方法表现苯戒指。在这情况，苯戒指被跟一双碳原子显示附件,产生苯乙烯。例子 1 设计/材料选择为聚合体成份设计你可能为下列的申请选择的聚合体材料的类型: 一个外科医生的手套、

16、一个饮料容器和一个滑车。解决手套一定有能力伸展棒的交易为了要在外科医生的手之上滑倒, 然而它一定紧紧地遵照手在手术期间允许触觉的最大感觉。 接受很多的有柔性的紧张的材料-特别地与相对地少应用的压迫力-可能是充用: 这一个需求描述 elastomer 。饮料容器应该容易地而且经济上地生产。 它应该有一些延性和有黏性，以便它不偶然地打碎而且泄漏内容。 如果饮料被变成碳酸盐， CO2 的散布是主要的担心。 一热后可塑性的如此当做聚乙烯 terephthalate（伴侣动物） 将会有必需的 formability 和延性对这一个申请的需要。滑车将会受制于一些压迫力，而且穿着当做一条带子忽略它。 相对强

17、壮、硬、以及难的材料是避免穿着所必要者，因此，一个热硬化性的聚合体可能最适当。第 2 节附加和压缩聚合附加聚合和压缩聚合是引导 聚合 的二个主要的方法。 （创造一个聚合体） 起源于的聚合体分别地,这些程序即是附加和压缩聚合体。 最通常的聚合体的形成，聚乙烯 （PE）,从乙烯分子是一个附加的例子或链-生长的聚合。 乙烯,一种瓦斯, 是单体 （单一单位） 而且有公式 C2 H4 。 这二粒碳原子被一个两倍共价键叁加。 每碳原子用第二粒碳原子分享它的电子中的二, 和二氢原子对每一粒碳原子 （图 4） 是以债券作保证的.图 4 附加为产生来自乙烯分子的聚乙烯反应。 在单体的没有饱和的两倍束缚被打破生产

18、活跃的位置，这然后吸引另外的重复单位生产链。在一个热、压力和催化剂的适当组合之前，碳原子之間的两倍的束缚被打破而且与一个共价键一起代替。 两倍的束缚是一个没有饱和的束缚。 在对一个束缚变更之后，碳原子仍然被叁加，但是他们变成活跃; 其他的重复单位或 mers 能被增加生产聚合体链。 我们需要有受约束的平均分子的重量和分子的重量分配的聚合体。 因此，聚合反应一定有一个 OFF 开关恐怕最好! 链可能被结束二个机制。 首先，二成长的链的结束可能被叁加。 这一个程序,呼叫组合,产生来自二较小的链的大的链。 其次，一链的活跃结束可能把一粒氢原子从即是 disproportionation 的一个程序的

19、第二个链移开。 这反应结束二链, 并非结合二链变成一较大的链。 有时，混合已知的当终结者被增加结束聚合反应。 大体上，为热后可塑性物质，比较高的平均分子的重量较高的意志是熔化的温度，而且较高的意志是聚合体的年轻率。 下列的例子举例说明附加聚合反应。例子 2 创始者的计算必需的 计算大量的 benzoyl peroxide 创始者必需的 1 公斤 用 200,000 的平均分子重量 g/摩尔的聚乙烯。 聚合的程度是什么? 承担：创始者的 20% 的实际上有效而且所有的终止根据组合机制发生。 对于 100% 效率，我们为每个聚乙烯链需要 benzoyl peroxide 的一个分子。 自由基之一会

20、开始一链, 另一个自由基第二个链; 然后，这二链进入一较大的之内联合。 乙烯 （2个 C）（12） 的分子重量 =+（4H）（1）=28 g/摩尔。 因此, 聚合的程度是: =7143个乙烯分子每一平均的链组合机制需要 benzoy 的数字 1 peroxide 分子是:benzoy 的分子重量 1 peroxide 是（14个 C）（12）+（10 H）（1）+（4 O）（16）=242 g/摩尔。因此, 大量的创始者需要形成链的结束是:然而，只有创始者的 20% 的实际上是有效的; 其余者再结合或者和其他的分子结合而且不引起链的开始。 因此，我们每一公斤的聚乙烯需要五次这数量、或 benz

21、oy 的 6.03 g 1 peroxide 。压缩聚合聚合体链也能根据压缩反应或者步骤-生长的聚合、生产结构和相似附加聚合体的财产形成。 在压缩聚合中，一个相对小的分子 （像是水、乙醇, 甲醇等等） 聚合反应的结果被形成。 这一个机制可能时常包括不同的单体作为出发或先驱者分子。 生产多元酯的 dimethylterephthalate 的聚合和乙烯乙二醇是一个重要的例子 （图 5） 。Dimethylterephthalate 乙烯乙二醇重复单位为聚乙烯 terephthalate（伴侣动物聚合体） 甲基酒精（副产品）为聚乙烯 terephthalate（伴侣动物）,一个通常的多元酯的图 5

22、 压缩反应。 那阿 3个小组而且从单体移走, 允许这二个单体参加而且产生 methy 1 酒精作为一个副产品。在聚合期间, 乙烯乙二醇单体的在结束上的一粒氢原子和一结合阿来自二甲基的 terephthalate 的 3（methoxy）个小组。 一个副产品, 甲基酒精 （CH3 哦）, 走开被 浓缩的 和这二个单体联合生产一个较大的分子。 在这一个例子的每一个单体是 bifunctional ，而且压缩聚合能根据相同的反应继续。 最后, 长的聚合体链-一个多元酯-被生产。 给这一个多元酯的重复单位有二个最初的单体: 一个乙烯乙二醇和一二甲基的 terephthalate。 聚合体链的长度仰赖安

23、逸与哪一个单体能散播为那目的而且接受压缩反应。 用铁链锁住生长停止当没有较多的 monmers 延伸链的结束继续反应。 压缩聚合反应也在 sol 中发生-凝胶陶瓷材料的处理。 follwing 例子 decribes 讲到压缩聚合的尼龙和计算的发现。例子 3 压缩聚合 6,6 尼龙的尼龙首先被华莱士 Hume Carothers 报告了,在大约 1934 年 du 缆拉渡船,在 1939 年， du 缆拉渡船的查尔斯 Stine 向为纽约世界的展览会被聚集的一群 3000个女人报告这第一种合成物质纤维的发现的事。 第一个申请是尼龙强壮的长袜。 今天尼龙被用于数以百计的申请。 在尼龙之前， Ca

24、rothers 发现氯丁橡胶 （elastomer） 。线的聚合体 6,6 尼龙的是藉由结合 hexamethylene diamine 的 1000 g 和 adipic 酸被生产。 压缩反应然后生产聚合体。 表示这反应如何发生而且决定形成的副产品。 多少 adipic 酸的克被需要, 和多少 6,6 尼龙的被生产, 假定 100% 效率?单体的分子结构在下面被显示。线的尼龙链被生产当 diamine 结合的来自 hexamethylene 的一粒氢原子一哦从 adipic 酸聚集形成一个水分子。注意反应能在新分子的两者结束继续; 结果，长的链可能形成。 这一个聚合体被呼叫 6,6 尼龙的因

25、为两者的单体包含六碳原子。我们能决定 hexamethylene diamine 的分子重量是 116 g/摩尔,adipic 是 146 g/摩尔, 而且水是 18 g/摩尔。 hexamethylene diamine 的痣的数字把是相等的加入（有计划的在下面） adipic 酸的痣的数字: 1000 g =8.62个痣 = x g 116 g/摩尔 146 g/摩尔x= adipic 酸的 1259 g 必需的被遗失的水的痣的数字也是 8.621:y（8.621个痣）（18 g/摩尔）=155.2 g H2 O但是每次另外一个单体是附件，另外的 H2 O 被释放。 因此, 生产的完全量的

26、尼龙是1000 g+1259 g 2（155.2 g）=1948.6 g第 3 节聚合的度聚合体, 不像有机的或无机化合物,没有固定的分子重量。 举例来说, 聚乙烯可能有排列的分子的重量从 二千五百万到六百万! 线聚合体的平均长度被聚合的程度表现, 或在链中的重复单位的数字。 聚合的程度也能被定义当做:聚合的程度 = 聚合体的平均分子重量 重复单位的分子重量如果聚合体包含 monmer 的只有一个类型，重复单位的分子重量是单体的。 如果聚合体包含单体的超过一个类型，重复单位的分子重量是单体的分子压重的总数, 比较少量副产品的分子重量。在一个线的聚合体的链的长度非常地改变。 一些由于早的终止可能

27、相当短; 另外地可能格外长。 我们能在二个方法中定义平均的分子重量。平均的分子重量被藉由把链分为大小范围获得而且正在有分子的压重在那一范围里面的链决定分数的重量。 重量平均的分子重量 Mw 是Mw= fiMi在 Mw 是每范围的低劣分子重量而且是聚合体的重量分数有链在那一范围里面的地方。数字平均的分子重量 Mn 在每大小范围里面以链的数字分数并非重量分数为基础。 它总是比重量小平均的分子重量而且有被Mn= xiMi在 mi 再是每大小范围的低劣分子重量的地方，但是 xi 在每范围里面是链的总数的分数。 Mw 或 Mn 能用来计算聚合的程度。二个下列的例子举例说明这些观念。例子聚合的 4 度为

28、6,6 尼龙的计算聚合的程度如果 6,6 尼龙的有 120,000 的分子重量 g/摩尔。反应被哪一个 6,6 尼龙的被生产在例子 3 被描述. Hexamethylene diamine 和 adipic 酸联合而且释放一个水的分子。 当长的链形成,有,一般说来的时候，一浇水分子的发表为每个反应分子。 分子的压重是 hexamethylene diamine 的 116 g/摩尔, 146 g/摩尔为 adipic 酸、和 18 g/摩尔为水。 重复单位为 6,6 尼龙的是:重复单位的分子重量是这二个单体的分子压重的总数, 减那在二水中被进展的分子:Mrepeat 单位 =116+146-2

29、（18）=226 g/摩尔聚合的程度 = 120,000 =531 226 聚合的程度在链中提及重复单位的总数。 链包含 531 hexamethylene diamine 和 531 adipic 酸分子。例子 5 数字和重量平均分子的重量我们有聚乙烯样品 0 而且 5000 g/摩尔之间用分子的压重包含 4000 链, 8000 链用分子的压重在 5000 而且 10,000 g/摩尔之间, 7000 链用分子的压重在 10,000 而且 15,000 g/摩尔之间, 和 2000 链用分子的压重在 15,000 而且 20,000 g/摩尔之间。 决定数字和重量平均分子的压重。首先我们需

30、要为每这四范围决定数字分数 xi 和重量分数 fi 。 对于 xi ，我们只是在每范围中分开数字 21,000, 链的总数。 为了要找 fi ，我们首先在每范围中乘链的低劣分子重量的链的数字,提供每个小组的 重量 ,然后藉由藉着 192.5 106 的完全重量分开找 fi 。 然后我们能使用相等 （Mw= fiMi） 而且 （Mn= xiMi） 找分子的压重。链的数字 低劣的 M 每一链 xi xiMi 重量 fi fiMi4000 2500 0.191 477.5 10 106 0.0519 129.758000 7500 0.381 2857.5 60 106 0.3118 2338.507000 12,500 0.333 4162.5 87.5 106 0.4545 5681.252000 17,500 0.095 1662.5 35 106 0.1818 3181.50=21,000 =1.00 =9160 =192.5 106 =1 =