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第五章 合成高分子
第二节　高分子材料
1.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
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.高分子材料概述
2.高分子的命名
(1)天然高分子：习惯使用专有名称，如淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等。
(2)合成高分子
①一种单体：在单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯等。
②两种单体
a.在缩合产物或两种单体前加“聚”，如聚对苯二甲酸乙二酯等。
b.在两种单体名后加“树脂”，如酚醛树脂等。
(3)合成橡胶：通常在单体名称后加“橡胶”，如顺丁橡胶等。
(4)合成纤维的名称常用“纶”，如氯纶(聚氯乙烯纤维)、腈纶
(聚丙烯腈纤维)等。
二.通用高分子材料——塑料
1.塑料的成分
主要成分是合成树脂
例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂
辅助成分是各种加工助剂
增塑剂：提高柔韧性
热稳定剂：提高耐热性
着色剂：赋予塑料各种颜色
2.塑料的分类
(1)热塑性塑料：可以反复加热熔融加工 (受热时软化并可熔化成流动的液体，冷却后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，多次使用)。
如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。
(2)热固性塑料：不能加热熔融，只能一次成型 (在制造过程中受热时能变软塑成一定的形状，但加工成型后就不会受热熔化 )。
如用具有不同结构的酚醛树脂等制成的塑料。
线型结构，链状结构
网状结构，体型结构
物质的结构决定其性质的原则同样适用于高分子。
思考：同样的聚乙烯原料，为什么合成的塑料性能不同？
应用
性能
结构
决定
决定
工艺
控制
3.常见的塑料——聚乙烯
比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 150 Mpa~300 Mpa，200 ℃左右，高温高压、使用引发剂 0.1 Mpa~2 Mpa，60~100 ℃，
低温低压、使用催化剂
高分子链的结构 含有较多支链 支链较少
密度/ (g·cm－3) 0.91～0.93(较低) 0.94～0.97(较高)
软化温度/℃ 105～120(较低) 120～140(较高)
主要性能 无毒，较柔软 无毒，较硬
主要用途 生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 生产瓶、桶、板、管等
类别 低密度聚乙烯(LDPE) 高密度聚乙烯(HDPE)
(1)聚乙烯的分类——按合成方法
为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低，密度也低呢？
这是因为高分子链之间的作用力与链的长短有关，高分子链越长，高分子相对分子质量越大，高分子链之间的作用力越大。低密度聚乙烯相对分子质量相对较小。
此外，还与高分子链之间的疏密远近有关。低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小，软化温度和密度也就较低；相反，高密度聚乙烯的支链较少，链之间易于接近，相互作用力较大，软化温度和密度都较高。
这两种聚乙烯加热均可熔融，也可溶于某些溶剂中。
以聚乙烯为例说明，高分子化合物一般具有一定弹性的原因？
3.常见的塑料——酚醛树脂
(1)概念
酚醛树脂是酚与醛在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。
实验操作
实验现象
实验结论
生成白色固体物质
生成白色固体物质
苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成树脂
a. 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H原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间脱水缩合成线型结构高分子。
(2)酚醛树脂的形成
羟甲基苯酚
酚醛树脂的单体
酚醛树脂的链节
△
△
b. 在碱催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚继续反应生成网状结构酚醛树脂。
羟甲基苯酚
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。
(3)酚醛树脂的用途
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。
简述线型结构、支链型结构、网状型结构对合成高分子性能的影响。
结构 结构特点 性质特点
线型 没有支链的长链分子，且大多数呈卷曲状 受热后熔化，冷却后固化，具有热塑性 可反复加工，多次使用,能溶解在适当的有机溶剂里
支链型 主链上有长支链和短支链，分子排列松散，分子间作用力弱 柔软度和溶解度较线型高分子的大，密度、强度和软化温度低于线型高分子
网状 线型或支链型高分子以化学键交联，形成网状结构 柔软度降低，刚性提高，加工成型后受热不再熔化，在溶剂中会发生溶胀，但不能溶解
尿素（H2NCONH2）可以与甲醛发生反应，最终缩聚成具有线型或网状结构的脲醛树脂。脲醛树脂可用于生产木材黏合剂，也可制作生活器具与电器开关。请写出尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式。
H2NCONH2 + 2HCHO
1：2 加成
HNCONH
CH2
HO
CH2
OH
催化剂
+(n-1) H2O
n
H
OH
HNCONH
CH2
O
CH2
nH2NCONH2 + 2nHCHO
三.通用高分子材料——合成纤维
1. 纤维的分类
天然纤维
化学纤维
棉花 羊毛
蚕丝 麻
合成纤维
涤纶
锦纶
腈纶
丙纶
维纶
氯纶
六大纶
以各种单体为原料经聚合反应制成
强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖；但透气性、吸湿性较差。
再生纤维
用木材、秸秆等为原料，经化学加工处理所得
2. 合成纤维的应用
满足人们的穿着需求；工业用隔音、隔热、绝缘材料；渔业用的渔网、缆绳；医疗用的缝合线、止血棉；航空航天用的降落伞、航天服等。
3. 合成纤维——聚酯纤维
(1) 聚对苯二甲酸乙二酯纤维 (涤纶)，合成纤维中产量最大的。
①单体：
HOCH2CH2OH
②缩聚反应：
③性能：
强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。
④应用：
大量用于服装与床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物,以及工业用纤维制品等。
4. 合成纤维——聚酰胺纤维
(1)聚己二酰己二胺纤维(锦纶66或尼龙66)
①单体：
②缩聚反应：
H2N-(CH2)6-NH2 HOOC-(CH2)4-COOH
③性能：
不溶于普通溶剂，熔化温度高于260 ℃，拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度高。
④应用：
丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线。
合成橡胶
通用橡胶
特种橡胶
丁苯橡胶 氯丁橡胶
顺丁橡胶 乙丙橡胶
丁腈橡胶
——硅橡胶
2.性质：耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀、耐老化等各有其优势。
天然橡胶
三叶树胶（顺式聚异戊二烯）
杜仲树胶（反式聚异戊二烯）
四.通用高分子材料——合成橡胶
1.橡胶的分类
3.顺丁橡胶
①单体：CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
②顺丁橡胶合成方程式为
请观察顺丁橡胶的结构特点，实验室中哪些试剂瓶的瓶塞不能选用橡胶塞？
顺丁橡胶中存在碳碳双键，易发生加成反应和氧化反应，所以盛放溴水、酸性高锰酸钾溶液、浓硝酸、浓硫酸、汽油等的试剂瓶，不能用橡胶塞。
思考：顺丁橡胶能否直接用于制造汽车轮胎？
橡胶硫化是将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，把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的硫化橡胶。
该聚合物呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。
③顺丁橡胶---硫化
4.天然橡胶
三叶树
顺式聚异戊二烯
异戊二烯
2-甲基-1,3-丁二烯
杜仲树
反式聚异戊二烯
线型高分子，含碳碳双键，易发生氧化反应。
(2)应用:可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水、改良土壤。
1.高吸水性树脂
(1)合成方法
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的主链上再接上带有强亲水基团的支链，以提高它们的吸水能力。
②用带有强亲水基团的烯类为单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如:在丙烯酸钠中加入少量交联剂，在一定条件下发生聚合，得到聚丙烯酸钠高吸收性树脂。
五.功能高分子材料
2.高分子分离膜

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