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第五章 合成高分子
第二节 高分子材料
教学目标
1、教学目标
1) 通过对高分子材料的学习，进一步巩固加聚反应和缩聚反应的认知思路，认识塑料、橡胶和合成纤维的组成和结构特点。
2) 通过对比分析线型、支链和网状结构对材料性质的影响，了解高分子与有机小分子的主要不同之处。扩展并完善对有机化合物结构、性质和应用的认识。
3) 通过不同条件下合成酚醛树脂的实验探究，进一步体会“化学反应是可控制的”“条件不同产物不同”等化学观念，在实验中直观感受微观的线型结构与网状结构对材料宏观性质的影响。
4) 通过高分子材料吸水性能的对比实验，体会通过分析微观结构解释化学性质的思路，以及结构、性质和应用之间的关系；体验功能导向的高分子材料合成的价值，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。
教学目标
2、教学重点和难点
1) 重点：三大合成材料的组成和结构特点。
2) 难点：功能高分子的结构对性能的影响。
导入新课
随着人类不断的文明和进步，人对天然材料的利用已不能满足很多方面的需要，于是就发生了一场材料的革命 — 人工合成材料。
第一个完全人工合成的高分子聚合物酚醛树脂于1910年开始投入生产。
三大“合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶已渗透到国民经济的各个部门，成为现代化建设不可缺少的材料。
导入新课
高分子材料的分类 — 按用途和性能
通用高分子材料
功能高分子材料
高分子材料
塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等
高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等
一、通用高分子材料
1、塑料
1) 塑料的成分
合成树脂
加工助剂
塑料的成分
塑料的主要成分是合成树脂
树脂：指未加工处理的聚合物
举例：增塑剂、热稳定剂、着色剂等
作用：改善塑料的性能，以适应工农业生产和人们的生活需求
2) 塑料的分类
类型
热塑性塑料
热固性塑料
特征
种类
可反复加热熔融加工
不能加热熔融，只能一次成型
聚乙烯、聚苯乙烯等
酚醛树脂、脲醛树脂等
一、通用高分子材料
1、塑料
3) 常见的塑料
Ⅰ ) 聚乙烯(PE)的制备
n CH2＝CH2 CH2 CH2
聚乙烯
催化剂
加热、加压
[ ]
n
①聚乙烯
Ⅱ ) 高压法聚乙烯和低压法聚乙烯的比较 (合成方法)
一、通用高分子材料
Ⅱ ) 高压法聚乙烯和低压法聚乙烯的比较 (合成方法)
高压法聚乙烯
低压法聚乙烯
聚合反应条件
高分子链结构
链间的疏密远近
相对分子质量
链间的作用力
密度(g cm 3)
软化温度(oC)
主要性能
主要用途
较高压力、温度，使用引发剂
较低压力、温度，使用催化剂
含有较多短长不一的支链
支链较少
相对疏而远
相对进而密
相对小
相对大
相对较小
相对较大
0.9~0.93(又称低密度聚乙烯)
0.94~0.97(又称高密度聚乙烯)
105~120(相对低)
120~140(相对高)
无毒、较柔软
无毒、轻硬
食品包装袋、薄膜、绝缘材料
生产瓶、桶、板、管等
一、通用高分子材料
高分子链越长→相对分子质量越大→高分子链之间的作用力越大→熔点、密度越高
高分子链之间越密→链之间易于接近→高分子链之间的作用力越大→熔点、密度越高
思考：为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的熔点低、密度也低呢？
资料卡片P135 — 高分子的命名(自己阅读整理)
一、通用高分子材料
②酚醛树脂：
用酚(如苯酚或甲苯酚等)与醛(如甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。
教材P136·实验5 1 酚醛树脂的制备及性质
1) 在试管中加入2g苯酚，3mL质量分数为40%的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在沸水浴中加热，当试管中反应物接近沸腾时，从沸水浴中取出试管，并用玻璃棒搅拌，观察产物的颜色和状态。
2) 在另一试管中加入2g苯酚和3mL质量分数为40%的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，稍加振荡后，加入0.5mL浓氨水，注意与(1)中酸催化聚合反应的现象进行比较。
实验
实验现象
实验结论
(1)
(2)
液体变浑浊，有黏稠物质生成
苯酚与甲醛在酸或碱作用下均发生缩聚反应生成酚醛树脂
一、通用高分子材料
②酚醛树脂
酸催化合成：在酸催化下，等物质的量的苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚。
OH
＋ H C H
O
H＋
OH
CH2OH
羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子
H＋
OH
CH2OH
n
OH
CH2 OH
H
[ ]　　
n
＋(n 1)H2O
一、通用高分子材料
②酚醛树脂
碱催化合成：在碱催化下，苯酚或过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。
2,4-二羟甲基苯酚
OH
CH2OH
CH2OH
2,4,6-三羟甲基苯酚
OH
CH2OH
CH2OH
HOH2C
一、通用高分子材料
(2019 北京卷)交联聚合物P的结构片段如图所示。下列说法不正确的是(图中 表示链延长) ( )
A．聚合物P中有酯基，能水解
B．聚合物P的合成反应为缩聚反应
C．聚合物P的原料之一丙三醇可由
油脂水解获得
D．邻苯二甲酸和乙二醇在聚合过程
中也可形成类似聚合物P的交联结构
一、通用高分子材料
②酚醛树脂
酚醛树脂的性质及用途
性质
用途
具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般溶剂。因此，酚醛树脂具有优良的绝缘性、耐腐蚀性等。
酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料。可用于生产烹饪器具的手柄，一些电器与汽车的零部件，火箭发动机、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料
一、通用高分子材料
2、合成纤维
1) 纤维的分类
天然纤维
化学纤维
纤维
植物纤维：如棉花、麻等(主要成分纤维素)
动物纤维：如羊毛、蚕丝等(主要成分蛋白质)
再生纤维：如黏胶纤维、大豆蛋白纤维等
合成纤维：如聚酯纤维、聚酰胺纤维等
注意：1) 化学纤维：通过化学方法处理并加工而得到的纤维；
2) 再生纤维：以木材、秸秆等天然纤维为原料，经加工处理制得的纤维；
3) 合成纤维：以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经聚合反应制得的纤维。
一、通用高分子材料
2、合成纤维
2) 合成纤维的性能和用途
性能
优点
缺点
改进方法
用途
吸湿性和透气性明显不及天然纤维(维纶吸湿性较好)
强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖
将天然纤维和合成纤维混合纺织，得到的混纺纤维实现了优势互补，性能更加优良
合成纤维除满足人们的穿着需求外，还广泛应用于工农业生产和高科技领域。如工业用的隔音、隔热、绝缘材料，渔业用的渔网、缆绳，医疗用的缝合线、止血棉，航天用的降落伞、航天服等
一、通用高分子材料
3) 重要的合成纤维
①聚酯纤维——涤纶
乙二醇 (HOCH2CH2OH)
(HO C
O
C OH)
O
单体：
对苯二甲酸
O
nHO C
浓硫酸
Δ
O
C OH＋nHO CH2 CH2 OH
合成原理：
O
HO—C
O
C O CH2CH2O—H
[ ]
n
＋(2n 1) H2O
一、通用高分子材料
①聚酯纤维——涤纶
O
nHO C
浓硫酸
Δ
O
C OH＋nHO CH2 CH2 OH
合成原理：
O
HO—C
O
C O CH2CH2O—H
[ ]
n
＋(2n 1) H2O
性能：
用途：
强度大、耐磨、易洗、快干、保形性好，但吸湿性和透气性差
大量用于服装和床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物(航天服、降落伞)、工业用纤维制品等
一、通用高分子材料
3) 重要的合成纤维
②聚酰胺纤维：
由二元或多元胺与二元或多元羧酸缩合而形成的高分子纤维称为聚酰胺纤维
脂肪族聚酰胺纤维：锦纶(聚己二酰己二胺纤维)
合成原理：
浓硫酸
Δ
O
nHO C(CH2)4C OH
O
nH2N (CH2)6 NH2 ＋
O
H—O C(CH2)4C HN(CH2)6NH—H
O
[ ]
n
＋(2n 1) H2O
一、通用高分子材料
脂肪族聚酰胺纤维：锦纶(聚己二酰己二胺纤维)
合成原理：
浓硫酸
Δ
O
nHO C(CH2)4C OH
O
nH2N (CH2)6 NH2 ＋
O
H—O C(CH2)4C HN(CH2)6NH—H
O
[ ]
n
＋(2n 1) H2O
特性：
用途：
不溶于普通溶剂、熔化温度高于260oC、拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨，强度大等
用于生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等
一、通用高分子材料
3) 重要的合成纤维
②聚酰胺纤维：
由二元或多元胺与二元或多元羧酸缩合而形成的高分子纤维称为聚酰胺纤维
脂肪族聚酰胺纤维：锦纶(聚己二酰己二胺纤维)
O
H—O C(CH2)4C HN(CH2)6NH—H
O
[ ]
n
芳香族聚酰胺纤维：芳纶
O
H—HN
O
C—OH
[ ]
n
NH C
一、通用高分子材料
3、合成橡胶
1) 合成橡胶的原料及性能
原料
性能
以石油、天然气为原料，以烯烃和二烯烃为单体聚合而成的高分子
具有高弹性、绝缘性、气密性，耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀
2) 顺丁橡胶
①顺丁橡胶的合成原理及结构特点
C＝C
n
H
CH2
CH2
H
合成原理：nCH2＝CH2 CH2＝CH2
催化剂
结构特点：分子呈线型结构，分子链较柔软，性能较差
一、通用高分子材料
②顺丁橡胶的硫化：
将顺丁橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的碳碳双键打开，以二硫键( S S )等与碳原子结合，把线型结构连接成网状结构，得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶
应用：用于制造轮胎
一、通用高分子材料
3) 天然橡胶简介：
天然橡胶有两种，一种是巴西三叶橡胶树产出的橡胶，通常称为天然橡胶；另一种是杜仲数产出的橡胶，称为杜仲胶或古塔波胶。
C＝C
n
H
CH2
CH2
H
天然橡胶
顺式聚异戊二烯
C＝C
n
H
CH2
CH2
H
杜仲胶
反式聚异戊二烯
二、功能高分子材料
1、功能高分子材料的含义
在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其具有特殊的功能，满足化学、物理或医学等方面的功能要求，这类高分子称为功能高分子。
功能高分子
化学功能高分子
物理功能高分子
生物功能高分子
功能转换型高分子
二、功能高分子材料
功能高分子
化学功能高分子
物理功能高分子
生物功能高分子
功能转换型高分子
如电致发光高分子、光致变色高分子、形状记忆树脂等
如高分子药物、软组织替代高分子等
如发光高分子、导电高分子、高传导热高分子、吸声高分子等
如高分子试剂、高分子催化剂、离子交换膜等
二、功能高分子材料
2、高吸水性树脂
结构特点
性能
制取方法
用途
(1)含强亲水基团，如羧基、羟基、酰胺基；(2)具有网状结构
不溶于水，也不溶于有机溶剂，吸水性好，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收其自身质量数百倍甚至上千倍的水，同时保水性好，且耐挤压
(1)改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基；(P141)
(2)合成新的带有强亲水基团的高分子。(P142)
高吸水性树脂用于干旱地区农业、林业抗旱保水，改良土壤
二、功能高分子材料
3、高分子分离膜
1) 高分子分离膜简介
结构特点
类型
生产材料
用途
一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另一侧，形成浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的
根据膜孔大小的不同，分离膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，可用于分离不同的物质
主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚丙烯等
广泛用于海水淡化、饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液渗析等领域
二、功能高分子材料
3、高分子分离膜
2) 高分子分离膜的分离原理

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