化学与生活——化学使人类丰衣足食.ppt

第四章 化学使人类丰衣足食 一 粮食增产呼唤化学 1984年联合国公布的数据 全球2000万人因饥饿而死亡 5亿人严重营养不良 2003年报载 全球每天锇死2万人 粮食问题为人类的生存拉响了警报 第四章化学使人类丰衣足食 NH3 H2 N2 20度一个体积的水可溶解700个体积的氨 有挥发性 有刺激性 NH4Cl NH4 2SO4 NH4NO3 NH4HCO3 肥田粉 尿素Urea NH2 CONH2 Ammonia 第四章化学使人类丰衣足食 氨溶于水即为氨水 可直接作为氨肥使用 也可制 NH4 2SO4NH4NO3 NH4Cl NH4HCO3 俗称肥田粉 酸化和板化 理想的氮肥是尿素2NH3 CO2 NH2CONH2 H2O 第四章化学使人类丰衣足食 磷肥 磷矿石Ca3 PO4 2 Ca5 PO4 3F酸洗法磷肥 重过磷酸钙 过磷酸钙 沉淀磷肥热法磷肥 脱氟磷肥 钙镁磷肥 第四章化学使人类丰衣足食 化学为粮食增产作出的贡献之二 提供合成农药 第一代农药 配方式杀虫剂 波尔多液 石灰水加硫酸铜 袼里森水 石灰硫黄合剂 缺点 杀虫效果不佳 配方数量有限 第四章化学使人类丰衣足食 钾肥 钾矿石经处理得硫酸铵和硫酸钾混合复肥 氯化钾 海水其他营养元素 CaMgS七个微营养成分 BCuFeMnMoZnCl 第四章化学使人类丰衣足食 青海百万吨钾肥项目生产区 1939年瑞士医生Muller提出了主动合成杀虫剂的概念 化学家们开创了第二代农药 合成农药 DDT 首次被推出的合成农药 当时的商品名为二氯二苯三氯乙烷 DiDiTri 第四章化学使人类丰衣足食 有机磷农药的问世 敌敌畏 第四章化学使人类丰衣足食 杀虫活性更高的有机磷还有 1605 对硫磷 1059 内吸磷 第四章化学使人类丰衣足食 开发新农药的八字方针 高效 低毒 价廉 广谱 致死中量 LD50 使某生物群体50 死亡所需的农药剂量 通常以每公斤动物体重的农药质量来计算 如 敌敌畏50 80毫克 kg 甲胺膦20 30毫克 kg 16054 12毫克 kg 10592 3毫克 kg 第四章化学使人类丰衣足食 氨基甲酸酯类新农药 甲萘威 毒扁豆碱 第四章化学使人类丰衣足食 1984年12月8日世界八大灾难事件之一印度博帕尔惨案 起因 异氰酸酯 第四章化学使人类丰衣足食 新一代安全农药 拟除虫菊酯 除虫菊酯 烯丙菊酯 第四章化学使人类丰衣足食 农药在概念上的突破 昆虫激素 保幼激素 性激素 拒食剂 不育激素 第四章化学使人类丰衣足食 植物生长调节剂 除草剂 矮壮素 云苔素交酯 2 4 二氯苯氧基乙烯 2 4 D 2 氯乙基三甲基氯化铵 第四章化学使人类丰衣足食 化学信息物质 寄生草的克星 非洲粮食生产的天敌 亚细亚刚毛草 化学家的杰作让魔草上当 如法炮制 化学家又制服了棉田中的另一个寄生草 独角金草 第四章化学使人类丰衣足食 二人要衣装人类文明的标志之一是人们的衣着 衣着不仅是为了御寒 更是为了美观 人类对衣着的要求愈来愈高 自然界提供衣着材料 棉花麻羊毛蚕丝 第四章化学使人类丰衣足食 1纤维素和人造纤维 植物性纤维 棉 麻 碳水化合物 由碳 氢 氧三种元素构成的 从结构上看 是一类多羟基醛多羟基酮式水解后产生多羟基有机化合物的物质分为 单糖低聚糖多糖 第四章化学使人类丰衣足食 单糖 是最简单的 不能再被水解的碳水化合物 低聚糖 是由几个单糖分子缩水聚合而成的 水解后生成单糖的数目分为二糖 三糖 蔗糖 麦芽糖是二糖蔗糖水解后产物是葡萄糖 果糖 第四章化学使人类丰衣足食 1 单糖和多糖 纤维素与淀粉则是多糖的代表物纤维素是自然界中分步最广的多糖 它的基本结构单元也是葡萄 糖 分子质量很高 为200万 纤维素分子的长链能依靠数目众多的氢键结合起来而形成纤维束 第四章化学使人类丰衣足食 2 纤维素 几个纤维束绞在一起形成绳束壮结构再定向排布就形成肉眼可见的纤维 因而 同样是由葡萄糖构成的纤维素 比起淀粉来有高的多的强度 可以支撑植物 由于人的消化系统中没有水解纤维素的酶 所以人不能消化纤维素硝化纤维 无烟火药 火棉胶 赛璐硌制品 第四章化学使人类丰衣足食 自然界纤维中 棉花 麻茎可直接被利用 如 木材 芦苇 甘蔗渣 棉杆 麦杆 经过化学处理也可以纺织织布 优点 织物柔软 轻飘舒适 美观 便宜 缺点 缩水大 湿强度小 弹性差 不耐碱 第四章化学使人类丰衣足食 3 人造纤维 外保暖材料通常是人造纤维或羽绒 第四章化学使人类丰衣足食 市场上还有 铜氨纤维特点 洁白光泽柔 手感柔软 成本高 醋酸纤维 第四章化学使人类丰衣足食 高分子之化合物合成高分之化合物合成聚合物方式有两种 缩聚 缩合反应加聚烯烃的加成反应 第四章化学使人类丰衣足食 2合成纤维 1 聚酯 涤纶原料 对苯二甲酸 乙二醇优点 具有高强度 耐光 耐蚀 耐蛀 缺点 吸湿性差 导电性差 不透气 里布 西装里布 半宾霸 涤粘里布 第四章化学使人类丰衣足食 1 聚酯纤维的结构 性能及用途1 聚酯纤维的结构聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线性聚合物 易于取向和结晶 具有较高的强度和良好的成纤性及成膜性 结晶度为40 60 结晶速度慢 2 聚酯纤维的性能 用于聚酯纤维原料的具体性能参数参见附表9所示 聚酯纤维一般为乳白色 相对密度为1 38 1 4 回潮率很低 具有易洗快干的特性 在纺织时 容易产生静电 其纺织品在使用过程中易积累静电荷而吸灰尘 第四章化学使人类丰衣足食 聚酯纤维的熔点为255 265 软化温度230 240 遇明火能燃烧 有黑烟并有芳香气味 离火后自息 聚酯纤维在承受外力时不易发生变形 纺织品尺寸稳定性好 使用过程中褶裥持久 耐磨性仅次于聚酰胺纤维 在室温下 聚酯纤维能耐弱酸 弱碱和强酸 但不耐强碱 对丙酮 苯 卤代烃等有机溶剂较稳定 但在酚类及酚类与卤代烃的混合溶剂中能溶胀 第四章化学使人类丰衣足食 3 聚酯纤维的用途即可以纯纺也或以与其他纤维混纺制成各种机织物和针织物 聚酯长丝可用于织造薄纱女衫 帷幕窗帘等 与其他纤维混纺可制成各种棉型 毛型及中长纤维纺织品 聚酯纤维在工业上可作为轮胎帘子线 制作运输带 篷帆 绳索等 第四章化学使人类丰衣足食 2 聚酰胺 尼龙尼龙 6指聚己内酰胺尼龙 66聚已二酰己二胺 3 聚烯烃1 腈纶2 维尼纶合成方法两种 一种乙炔法二种乙烯法3 丙纶4 氯纶 第四章化学使人类丰衣足食 一 聚酰胺 6 锦纶 6 的生产聚酰胺 6纤维的商品名称是锦纶 尼龙 6 卡普隆等 是由已内酰胺或 氨基已酸经缩聚反应而制得的一种合成纤维 1 主要原料已内酰胺在室温下为白色结晶体 熔点为68 70 沸点为292 5 手触有润滑感 工业品有微弱的叔胺气味 易溶于水 乙醇 乙醚 氯仿和苯等 在水存在下 加热开环聚合为聚已内酰胺 主要用于加工成聚已内酰胺纤维 已内酰胺主要来源 以苯酚为原料 经环已醇 环已酮而得 以环已烷为原料 用光亚硝化法合成 以甲苯原料 用尼斯亚法合成 不可以糠醛或乙炔为原 2 聚酰胺 尼龙 第四章化学使人类丰衣足食 2 原理与工艺 1 聚合原理已内酰胺在高温下 微量水存在时的聚合反应如下 该反应为可逆逐步缩聚反应 反应的转化率一般为85 90 未反应的单体在高聚物成粒后用水萃取除去 该反应的温度一般控制在250 260 并且为防止产物氧化而在惰性气体保护下进行 其引发剂的用量为已内酰胺的0 5 5 用量多少对产物的相对分子质量有影响 在反应过程中为了控制产物的最终相对分子质量而需要加入单体量的0 07 0 14 的乙酸或0 2 0 3 的已二酸为相对分子质量调节剂 纺丝用的聚酰胺 6的相对分子质量为15000 23000 第四章化学使人类丰衣足食 3 聚酰胺纤维的性能与用途聚酰胺纤维的原料性能参见附表 聚酰胺纤维具有耐磨性好 耐疲劳强度和断裂强度高 抗冲击负荷性能优异 容易染色及与橡胶的附着力好等突出性能 因此 聚酰胺纤维多用于作衣料和轮胎帘子线 其产量仅次于聚酯纤维 居第二位 第四章化学使人类丰衣足食 3 聚烯烃 1 主要单体 丙烯腈丙烯腈的结构式为 CH2 CH C N丙烯腈在常温常压下是具有独特气味的无色透明 易流动液体 相对分子质量为53 06 沸点为77 3 凝固点为 83 6 相对密度为0 8060 易燃 易爆 在空气中的爆炸极限为3 05 17 0 体积 丙烯腈能与苯 甲苯 四氯化碳 甲醇 乙醇 乙醚 丙酮 醋酸乙酯等许多有机溶剂以任何比例互溶 丙烯腈也能溶于水 丙烯腈能与水 苯 甲醇 异丙醇 四氯化碳等形成二元共沸物 其中丙烯腈与水的共沸温度为71 含水12 质量 丙烯腈分子中含有碳 碳双键和腈基 化学性质很活泼 能进行聚合反应 均聚和共聚 加成反应 氰乙基化反应等 贮存 运输过程要加入酚类 胺类阻聚剂 第四章化学使人类丰衣足食 二 聚丙烯纤维的生产原理与工艺1 丙烯的聚合原理见本书的第二章第四节配位聚合反应 2 聚丙烯纤维的生产工艺 1 聚丙烯树脂的生产工艺聚丙烯的生产方法有淤浆法 气相聚合和液相聚合法三种 下面主要介绍淤浆法生产工艺 该工艺过程主要包括 引发剂悬浮液的配制 淤浆聚合 引发剂的洗除 干燥等 其工艺流程如图10 12所示 聚合原料及系统的处理引发剂为齐格勒 纳塔引发剂或改进的三组分或四组分复合引发剂 稀释剂 溶剂 为烷烃化合物 一般是已烷 庚烷 戊烷及混合物等 相对分子质量调节剂为氢或甲烷 第四章化学使人类丰衣足食 三 聚丙烯树脂及纤维的结构 性能及用途1 聚丙烯树脂的结构 性能聚丙烯为线形结构 根据大分子上甲基的空间排列可分为全同立构聚丙烯 间同立规聚丙烯和无规立构聚丙烯 其性能有很大差别 全同立构聚丙烯的结构规整性好 具有高度的结晶性 熔点高 硬度和刚性大 力学性能好 无规立构聚丙烯为无定形