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本周,我们将与布莱恩·克莱格一起,了解一种在他童年记忆中挥之不去的化合物。

布莱恩·克莱格

马塞尔·普鲁斯特

资料来源:Otto Wegener

马塞尔·普鲁斯特(1871-1922

法国小说家马塞尔·普鲁斯特(Marcel Proust)对此负有很大责任。具体来说,在他冗长的多卷本小说中À追忆暮年,他确立了嗅觉和味觉特别有助于唤起记忆中的过去事件的观点。普鲁斯特有个著名的描述,就是品尝泡在茶里的玛德琳蛋糕时勾起的回忆。虽然有限的科学证据表明嗅觉和味觉比其他感官更重要,但对我来说,一种气味确实能让我回到某个特定的时间点。这是环氧树脂的独特气味,让我回想起几十年前,我父亲用玻璃纤维船体建造了一艘模型船。

制作船模型

来源:©Shutterstock

我们遇到的环氧树脂既作为粘性液体反应,以给予玻璃纤维其刚性,也在令人印象深刻的强粘接环氧胶粘剂。含氧气原子连接到两个原子被称为环氧化物,由它们制成的物质是环氧树脂——因此是环氧树脂和环氧胶粘剂。两者之间的区别是任意的,尽管粘合剂往往与更广泛的其他材料有更好的粘结。

最常见的是在固化过程中使用第二种称为硬化剂的化合物来固化树脂。在使用之前,将硬化剂混合到树脂中,然后在固化之前放置到位。在随后的放热反应中,硬化剂通常会破坏环氧基团,并将几个分子连接在一起,以产生具有三维结构的聚合物,从而获得材料强度。环氧树脂和胶水种类繁多,但它们的工作原理大致相同。

混合两组份环氧胶粘剂

来源:©Shutterstock

有些树脂,只要有合适的催化剂或加热,就能发生自反应。这种环氧树脂往往产生特别高强度的结果,通常用于工业环境。硬化剂的种类很广泛,从简单的碳/氨基化合物以有机硫化合物硫醇(传统上称为硫醇)为主。这些往往是最强的硬化剂,不需要加热,反应迅速。这使它们成为速凝环氧胶的理想材料,在速凝环氧胶中,硫醇独特的大蒜气味可以被检测到。

混合集成电路(橙色),封装在环氧树脂中。

来源:Janke在英文维基百科,公共领域

混合集成电路(橙色),封装在环氧树脂中

虽然我们倾向于认为环氧树脂和胶水在结构上的作用,但它们在电子产品中也被证明是无价的,因为大多数环氧树脂是优秀的绝缘体,所以电子电路可以包裹在环氧树脂中,然后固化以提供保护外壳。

在现代生活中,很难找到一个环氧树脂没有发挥作用的领域。除了封装电子产品外,它们还构成了印刷电路板的基础。它们甚至进入了超导磁体的高科技领域,从医院的核磁共振扫描仪到欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider),在那里,专门的环氧树脂用于绝缘磁线圈。当磁铁以一种不受控制的方式从超导到正常传导时,它们的作用是至关重要的。当这个被称为猝灭的过程发生时,会释放大量的热量(这就是为什么大型强子对撞机在投入使用后不久就停止工作了)。绕组的环氧浸渍加速了正常传导的传播,分散了热量,最大限度地减少了热点造成损坏的机会。

大型强子对撞机用于引导质子束相互作用的四极磁铁

来源:Gamsiz CC BY 2.0,通过Wikimedia Commons

大型强子对撞机中的超导四极电磁铁引导质子束相互作用

更复杂的复合材料(结合纤维和树脂)被用于生产风力涡轮机叶片。尽管环氧树脂不是唯一可以使用的树脂,但它们也经常作为碳纤维材料的基体出现,这种材料现在在需要轻质和坚固建筑的地方很常见。环氧漆用于白色家电和其他需要良好附着金属的地方。尽管环氧树脂通常不用于船只的外部,因为它们可能会被紫外线损坏,但它们经常被发现在外部油漆下,就像它们经常被用于汽车和航空航天工业一样,在这些领域,强度和重量的结合特别有吸引力。

使用环氧胶粘剂有一些相当特别的地方:挤出树脂和硬化剂,并将它们混合在一起,开始硬化过程。毕竟,环氧树脂提醒我们,我们从未远离化学反应。

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这是Brian Clegg的环氧胶粘剂。下次,Kat Arney会让你热泪盈眶。

Kat Arney

拿起一把刀切洋葱,你很快就会有刺痛感,眼泪开始流下来。你正在遭受一种被称为“催泪因子”的化学物质的影响,或丙硫醛- s -氧化物——一种空气中含硫的有机化学物质,类似于催泪瓦斯。

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下周和Kat一起来发现让切洋葱变成一种折磨的化合物。在那之前,请通过电子邮件联系chemistryworld@rsc.org推特@chemistryworld.我是本·瓦尔斯勒,感谢收听。