有机材料与海水淡化
我们的体重的百分之七十是水，血液中水的比重更高近百分之八十。可以说水是人类生命之源，是人类赖以生存的最基本物质。人若7天不进食，尚有一线生存之机；若7天不饮水，恐怕早已脱水而亡。
世界各国的工业的高速发展，带给人类高度的物质文明，同时也给人类带来严重的危害。西欧最大的河流——全长1320千米的莱茵河，由于沿岸各国污染物的排入，已成了“欧洲最大的下水道”，河水变成红褐色，鱼类大量死亡；美国号称“百川之父”的密西西比河，其流域面积达美国大陆的1/4，也处于危机之中；被俄罗斯人称为“母亲河”的伏尔加河，几乎接受了该国一半的污水。发展中国家的情况也不容乐观：南美洲拥有的世界第一长度和第一大水量的亚马孙河被污染着；被印度人敬为“圣河”的恒河，曾因受污染而导致几万人患黄疸病，许多人因此死亡。人口的猛增给地球带来了沉重的负担。工业的发展和人口的猛增，地球已发生了水危机。
据统计，每人每天约需饮用清洁水5升，加上其他生活用水，共需几百升。1830年世界人口是10亿，1930年增加到20亿，1960年达到30亿，1975年已有40亿，1990年高达53亿，2000年世界人口高达64亿。而据世界卫生组织的调查，早在70年代中期，世界上就已有70％的人得不到安全、卫生的水了。随着人口的剧增，很快就会有90％以上的人处于饮用水问题中。到那时，说“水贵如油”毫不过分。
卫星传回地球的照片显示：地球表面的70．8％被水覆盖着，总水量达13．56亿立方千米。但是所有水中97．2％是浩瀚的海洋，而陆地水面只占2．8％，其中淡水更是少得可怜，只占0．64％。
能说我们的地球缺水吗？不能，地球表面70．8％被水覆盖着。能说现在人类不缺水吗？也不能，随着人口的剧增，可饮用的淡水人均越来越少，而且水污染一天比一天严重。面对如此矛盾的问题，我们怎么办？无疑，向大海要水——海水淡化，是一种行之有效的办法。
海水淡化其实早就是人们重视的一项技术，如今已有很多种海水淡化的方法，如多级闪蒸法、电渗析法、溶剂萃取法、冷冻法、反渗透法等。我们所要讲述的是耗能最少，而且用它可直接得到清洁的淡水的反渗透法。
反渗透海水淡化装置包括去除混浊物质的前处理设备、高压泵、反渗透装置、后处理设备、浓缩水能量回收器等。其中最核心的装置就是反渗透装置，而这个装置中最核心的部件就是反渗透膜。让我们用一个实验来了解一下反渗透装置和反渗透膜。
在一个水池中，用一张有机材料薄膜从中间隔开，把水池分为两部分。在其中一部分注入盐水，在另一部分注入淡水。这张薄膜是特制的，它可以让水分子透过，但绝不让盐分子透过。这种膜称为半透膜。如果淡水和盐水的水面本来一样平，过一段时间，你就会发现：一部分淡水自动地透过了半透膜，跑到了盐水那一边，使得盐水的水面有所升高，但升高到一定程度，便不再升高。这时，淡水水面和盐水水面之间就形成了一个高度差。这种现象称为渗透。那个高度差所造成的压强称为渗透压。就好像淡水那边有一种“压力”，把淡水从膜那边“压”到膜这边，使得膜两边的水形成高度差，从而产生渗透压来抵消这种“压力”。
渗透现象属于大自然的一种平衡趋势，它似乎总是希望保持某种一致性。当膜两边的溶液浓度不一致时，低浓度溶液中的水分子就透过膜来到高浓度溶液中。同样，高浓度溶液中的溶质分子，也有透过膜进入低浓度溶液的趋势。只是在我们的实验中，使用的是半透膜，它忠于职守地只让水分子通过，而不让盐分子通过。于是，只有用水面高度差来维持平衡了。
科学家就是利用能够了半透膜只让水分子通过而不让盐分子通过这一特性，研制成反渗透装置。只要在盐水那边施加压强，这个压强只要大于渗透压，我们可以看到：盐水中的水分子从盐水中透过半透膜跑到淡水这边来了，施加的压强越大，透过来的水就越多。这就是反渗透现象，那张半透膜就称为反渗透膜。
其实说白了，淡化海水的反渗透法就是利用反渗透膜是半透膜的特性，让它起过滤器的作用，把海水中的盐分及其他杂质“过滤”掉。
据研究，这种半透膜是一层有机高分子薄膜，以前都是在动植物身上获得。直到1960年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的索里拉金和劳勃制得了世界上第一张人工制造的透水量大、除盐率高的醋酸纤维素反渗透膜。1969年，美国杜邦公司制成了以尼龙66为主的中空纤维膜组件。1971年，丹麦DDS公司制成了平板式组件并获得专利。但是这些膜都需要较大的反渗透压强，因此不够理想。
上世纪八十年代，一种复合膜出现，解决了该难题。这种复合膜由三层组成。上面一层是超薄反渗透膜，中间一层是多孔支撑层，最底下为织物增强层。它透水量极大，除盐率达99％，是一种理想的反渗透膜。
如今，反渗透海水淡化装置已在为人类服务了。目前，世界上已有反渗透海水淡化厂1000多家，其中最大的建在位于地中海中部的马耳他。它为这个小岛国的3．5万居民以及来观光的旅游者源源不断地提供着清洁的淡水。
生物体上的膜是隔开不同组织的屏障，它能有选择地让膜两边的物质进行交流，有的让过，有的不让过，这就是膜的分离功能。人们很早就发现了膜具有分离功能。据记载，1748年，奈尔克脱发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱中去。人们由此受到启发，从而进行人工分离膜的研究的。
反渗透膜只不过是膜分离技术所研究的各种分离膜中的一种。除反渗透膜之外，还有可分离氧气的高透量富氧膜，氢分离膜、氮气分离膜、乙醇和水的分离膜、细菌分离膜、干扰素分离膜等等。研制各种分离膜的关键是材料，例如，模仿人体功能的人工膜的研究就是当今高分子材料研究的前沿课题之一。
合成橡胶
世界第一大河南美洲的亚马逊河，西起秘鲁的安第斯山脉东麓，向东横穿巴西北部，流入大西洋。在其流域的原始大森林中有一种高大的乔木，叫作“三叶树”。该树的树汁就是最原始的橡胶的来源。“橡胶”一词来源于印地安土语，意为“树木的眼泪”。其实，除了亚马孙河流域之外，其他许多热带林区也生长着会流“眼泪”的树木，比如我国的海南、广西、云南西双版纳等地。
目前为止，人们已发现至少有2000多种植物的树汁能够作为橡胶的原料，人们把这种树汁称为胶乳。胶乳经加工，便成为有弹性的固态的生胶。生胶强度大小，表面又发粘，无法作为材料使用。1832年，德国的鲁斯特道尔夫无意间将硫加入到橡胶里，发明了硫化橡胶，这种橡胶既有弹性又不发粘。鲁斯特道尔夫把它作为贡品敬献给英国女王，用于包覆女王御用马车的车轮，使这辆马车显得更加豪华，坐起来又十分舒适。然而，同今天的橡胶轮胎相比，硫化橡胶的耐磨性和强度还差得太远。鲁斯特道尔夫发明的硫化技术，实质上相当于在一定条件下，将胶乳的一个又一个大分子互相牵制起来，使它们无法自由移动。硫原子充当了联系大分子的“桥梁”，而且“桥梁”的多少决定了硫化橡胶的软硬程度。“桥”越多，橡胶越硬。所以同一种天然胶乳，可以根据需要硫化成多种不同的橡胶。
硫化技术将胶乳变成可以实用的硫化橡胶，但硫化橡胶在强度和耐磨性上还不尽如人意。在我们上小学时用的橡皮就是一种硫化橡胶，但用不了多久就磨完了。假如这样的橡胶制成汽车轮胎，汽车能跑多远呢？为此，人们不得不再次潜心试验，终于发现一种黑不溜秋、毫不起眼的材料——炭黑，可以用来弥补这一缺陷。在生炼橡胶的同时，加入一定量的炭黑，充分混合炼制成橡胶，再经硫化，其强度和耐磨性便大大提高。炭黑的这种作用是独一无二的，因为有人试图用其他物质来代替炭黑，结果都失败了。这就是为什么至今大多数橡胶制品，如汽车轮胎、耐高压橡皮管、传送带、橡胶鞋鞋底等等，都是黑色的原因。
为了满足载重车、飞机等轮胎的要求，科学家们又在橡胶中加入纤维，制成了“子午线轮胎”。开始时只是在黑色橡胶混合时加入由棉线、麻线等织成的子午线布的碎片，强度已有明显提高。后来发展到用高强度的合成纤维甚至钢纤维来制造子午线轮胎，强度又得到了大幅度的提高。现在使用的橡胶轮胎一般都是经过加硫磺、炭黑、纤维等一系列加工后制成的，英国女王座车的车轮恐怕和它们无从相比了。
现阶段用天然胶乳加工制成的橡胶仍在橡胶工业中占主导地位。不过，人工合成的橡胶也早已登上了橡胶材料的舞台，发挥着它们独特的作用。下面叫我们一起去了解几种合成橡胶。
1、顺丁橡胶
是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能交差，抗湿滑性能不好。
2、异戊橡胶
异戊橡胶是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。异戊橡胶与天然橡胶一样，具有良好的弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶强度显著低于天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。异戊橡胶可以代替天然橡胶制造载重轮胎和越野轮胎还可以用于生产各种橡胶制品。
3、异丙橡胶
乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造胶鞋、卫生用品等浅色制品。
4、氯丁橡胶
它是以氯丁二烯为主要原料，通过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高、耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡胶的缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如用来制作运输皮带和传动带，电线、电缆的包皮材料，制造耐油胶管、垫圈以及耐化学腐蚀的设备衬里。
虽然至今没有哪种合成橡胶在弹性和抗撕裂性方面优于天然橡胶，但是合成橡胶总能在某些性能上超过天然橡胶。伴随人类科技日新月异的发展，相信总会有那么一天，合成橡胶各方面性能会超过天然橡胶的。
被人们称之为“第三代橡胶”的热塑性弹性体兼有塑料和橡胶的性能。在常温下，它很像橡胶，被拉长到原长的几倍也不断；在高温下，它又像塑料那样便于塑化成型。这种热塑性弹性体，不需要硫化和加炭黑就具有橡胶的弹性和强度，又能像塑料一样加工和反复使用。在热塑性弹性体的分子结构中，由于软段提供弹性，硬段提供强度，因此我们可以通过改变软段和硬段的长度或连接方式来改变材料的性能。
从最初的“树木的眼泪”到子午线轮胎，再到热塑性弹性体，橡胶工业的发展宛如人类文明进步的一个缩影，它清晰地反映出人类从利用大自然馈赠的现成材料，走向揭开材料结构的奥秘，创造自己所需要的材料，让大自然更好地为人类服务的过程。
吸水树脂
地球上面陆地面积约有120亿公顷，这是我们人类祖祖辈辈赖以生存的家园。当我们的老祖先刚刚出现的时候，这120亿公顷的土地上近2/3是森林。我们的祖先便是在森林中与豺狼虎豹搏斗，艰难地存活下来的。在漫长的岁月中，人类逐渐学会了取火、畜牧、伐木、种植、狩猎等生存本能，从依赖大自然、听命大自然转向利用大自然、改造大自然。也正是人类文明的进化，使森林的原始状态开始遭到破坏。好在最初的破坏并不严重，砍伐与生长基本上保持着平衡，气候也一直风调雨顺。
在最近的几百年里，各国工业的迅猛发展，使森林面积急剧下降，大量的乱砍滥伐、烧林垦荒、过度放牧，使今天的森林只剩下当初的1/6，而且仍在不断地被破坏！森林的减少，取而代之的是沙漠的肆无忌惮。现在，沙漠正以每年增加500～700万公顷的速度，无情地吞噬着良田和牧场，肆虐的风沙一夜间就可以掩没几千公顷土地。比如著名的撒哈拉大沙漠，在近半个世纪中已向南扩大了65万平方千米；而我国辽宁省西北部的章古台地区在100多年前还是水草丰美、树木成林的绿地，盛产杏树，现在却成为一片不毛之地，风沙漫天。
世上什么东西最值得留恋，答曰失去的家园。我们的家园正在遭受沙漠的吞噬，我们还能这么无知下去吗？不能。有关部门已经严禁滥伐森林，大力植树造林已是世界上所有国家的一致行动。我们坚信人类利用自己的智慧，改造沙漠，改造大自然，定会取得丰硕的成果。
缺水是沙漠不能生长植物的主要原因。70年代美国农业部北方研究中心针对这一状况开发了高吸水性的树脂，用于改造沙漠为农田。这种树脂一改普通树脂憎水的特点，可以把周围的水分吸附住，受热以后又能缓慢释放出这些水分。吸水树脂具有超强的吸水能力，最初研制出来的吸水树脂能够吸附自身重量200倍的水，而今最多的可以吸附5000倍以上。
美国的弗洛里教授，对吸水树脂进行了深入的研究后发现，这种材料是由许多长链高分子连接而成，其结构就像一张巨大的网，牢牢锁住水分子。众所周知，高分子的链很长，通常情况下它们都是蜷曲起来的，因此由这样的长链结成的网一旦伸展开来，可以扩大许多倍，也就是说，水可以源源不断地被吸附到网中，直到分子链被近乎拉直为止。这就是为什么吸水树脂能够吸附这样多的水的缘故。而当树脂被加热时，水分子运动剧烈起来，最后冲破网的束缚而蒸发出去，树脂的分子结构渐渐恢复到原状。所以，吸水树脂可以重复使用。
人们利用吸水树脂在干旱的沙漠和荒地上建起了无形的水库，于是树木得以不断吸取到水分，沙漠有望将重新变为绿洲。
上世纪八十年代，吸水树脂刚刚崭露头角，产量就骤增了10倍。当时日本的三洋化学公司投入巨资，引进生产线，使日本生产的吸水树脂达到世界产量的一半。日本没有沙漠，但日本人早已发现了吸水树脂的其他新用途。