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第二节 高分子材料
[目标]能说出加聚反应及缩聚反应的特点,能用常见的单体写出简单的加聚反应的方程式和缩聚反应的方程式或从简单的聚合物结构式分析出单体,辨析加聚产物和缩聚产物结构与性质的异同。
[重点]加聚反应和缩聚反应的方程式书写、聚合物结构式分析出单体
[难点]建立高聚物与单体间的相互推断的思维模型
一、目标导学
[时间]15min [内容]阅读教材p.132-134+笔记，完成下列任务：
1.加聚反应的定义、高聚物特点、化学方程式书写方法
2.缩聚反应的定义、高聚物特点、化学方程式书写方法
3.高聚物推单体的方法
二、自主学习
按用途和性能分类
高分子材料
高分子材料
塑 料
合成纤维
合成橡胶
粘 合 剂
涂 料
高分子分离膜
导电高分子
医用高分子
高吸水性树脂
高分子
材 料
一、高分子材料的分类
二、合作学习
通用
功能
①天然高分子一般有习惯使用的专有名称。
②合成高分子的名称一般在单体名称前加上“聚”字。
③两种单体聚合成的高聚物有两种命名法，一是在缩合产物或两种单体
前加“聚”；二是在两种单体名称后加上“树脂”。
④合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”。
⑤合成纤维的名称常用“纶”。如涤纶、腈纶、氯纶、锦纶、维纶。
二、高分子的命名
三、通用高分子材料
(一)塑料
[主要成分] 。
[加工助剂]
未经加工处理的，没有与添加剂混合的聚合物
增塑剂
提高柔韧性
热稳定剂
提高耐热性
着色剂
赋予各种颜色
1.塑料成分
合成树脂
2.塑料分类
② 塑料—不能加热熔融，一次成型
① 塑料—可反复加热熔融加工
聚氯乙烯
聚乙烯
酚醛树脂
聚氯乙烯薄膜的透明性好，具有防潮、防水、绝缘等性能，广泛用作包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具、塑料大棚等。但是，聚氯乙烯本身较硬，为了提高其塑料制品的可塑性、柔韧性与稳定性，需加入增塑剂、稳定剂等，如加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯等。这些掺杂在聚氯乙烯高分子链间的增塑剂小分子能起到润滑的作用，利于高分子链的运动。但是，这些增塑剂小分子在室温下会逐渐“逃逸”出来，使柔软的塑料制品逐渐变硬；有的增塑剂还具有一定毒性。所以，不能用含增塑剂的聚氯乙烯薄膜生产食品包装材料。
聚氯乙烯薄膜能用于食品包装吗？
热塑性
热固性
3.常见塑料
(1)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，使用引发剂 0.1 Mpa~2 MPa
60~100 ℃，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 0.94～0.97
软化温度/℃ 105～120 120～140
主要性能 无毒，较柔软 无毒，较硬
主要用途 生产食品包装袋、薄膜等 生产瓶、桶、板、管等
①聚乙烯结构
线型结构
支链型结构
网状结构
②聚乙烯特性
a.一般高分子材料均有弹性;
聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连，可以想象常温下聚乙烯分子链上碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态。大量聚乙烯分子纠缠在一起，似一团乱麻当有外力作用时，卷曲的高分子链可被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢复卷曲状态
b.加热均可熔融，也可溶于
某些溶剂。
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？
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。
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
③聚乙烯用途
低密度聚乙烯: 。
通过改进聚合反应的催化剂，现已得到超高相对分子质量的聚乙烯。具有高强度和高耐磨性，使用温度范围广，耐化学腐蚀
高密度聚乙烯: 。
食品包装袋、薄膜等
瓶、桶、板、管等
[科学·技术·社会]
可降解高分子
废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染”。这是因为它们在自然中降解非常慢，有人估计废弃的农用地膜在土壤中可长达100年不分解。为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光能的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望。
聚 乳 酸
(2)酚醛树脂
酚(苯酚或甲苯酚)与醛(甲醛)在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。
（1）在大试管中加入2 g苯酚、3 mL质量分数为40 %的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在水浴中加热。当试管中反应物接近沸腾时，从水浴中取出试管，并用玻璃棒搅拌，观察产物的颜色和状态。
（2）在另一大试管中加入2 g苯酚和3 mL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0.5 mL浓氨水，在水浴中加热，注意与（1）中酸催化
的聚合反应进行比较。
[演示实验]
1.酸催化
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，脱水缩合成线型结构高分子。
2.碱催化
过量甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、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。
3.酚醛树脂的用途
具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。
酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音等器材和复合材料。
[思考]通过以上学习，我们了解到合成高分子的结构大致可以分为三类：线型结构、支链型结构和网状结构，你能举例说明它们各自的特性吗？
结构 结构特点 性质特点
线型 没有支链的长链分子，大多呈卷曲状 受热后熔化，冷却后固化，热塑性
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，不能熔融，在溶剂中会发生溶胀，但不能溶解
[思考]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、生活器具和电器开关。请写出尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式。
(二)合成纤维
纤维
天然纤维
化学纤维
棉花、麻、羊毛、蚕丝等
再生纤维：以木材、秸杆等农副产品为原料，经加工处理，又称人造纤维（人造丝、人造棉）
合成纤维：用石油、天然气、煤和农副产品等不含天然纤维的物质为原料加工制得单体，经聚合制成
(锦纶、涤纶、氯纶、腈纶、维纶、丙纶)
1.分类
2.性能与用途
[优点]强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等
[缺点]吸湿性和透气性明显不及天然纤维
衣物 绳索 渔网 手术缝合线
3.常见的合成纤维
(1)聚酯纤维
合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的涤纶。涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。
强度大，耐磨，易洗快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可与天然纤维混纺获得改进
(2)聚酰胺纤维
聚己二酰己二胺纤维（又称锦纶66、尼龙66，两个数字6分别代表二胺和二酸分子中所含碳原子的个数）。
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，耐磨性和强度超过当时任何一种纤维
[科学·技术·社会]
高强度芳纶纤维
20世纪60年代，人们合成了强度高、密度低，并且具有耐酸、耐碱、耐高温、耐磨等优异特性的芳香族聚酰胺纤维——聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414（商品名凯芙拉）
(三)合成橡胶
天然橡胶是异戊二烯的聚合物，具有顺式结构称为顺式聚异戊二烯。天然橡胶原为线型高分子，硫化后转变成网状结构，增加了它的强度与弹性。
天然橡胶易发生加成反应和氧化反应
1.天然橡胶
常见的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等，它们有耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等优势。橡胶的相对分子质量比大多数塑料和合成纤维的都要高，一般在105~106。
2.合成橡胶
[顺丁橡胶的合成]
1,3-丁二烯在催化剂作用下发生加聚反应得到的以顺式结构为主的聚合物。
该聚合物呈线型结构，分子链较柔软，性能较差。将其与硫等硫化剂混合加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，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顺丁橡胶。但硫化交联的程度不宜过大否则会使橡胶失去弹性
四、功能高分子材料
1.高吸水性树脂
①应用
纸尿裤
农业、林业抗旱保水，改良土壤
②结构特点
a.含有强亲水基团的支链，如羧基、羟基、酰氨基等。
b.具有网状结构。
c.吸水、保水且不溶于水。
③合成方法
a.对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。
b.有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得高聚物。
接枝共聚物示意图
[思考]天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
[思考]为什么高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别这么大？
[思考]查阅资料，与同学讨论为什么高吸水性树脂能吸水而又不溶于水。
橡胶：增强其强度、弹性、耐溶性等
树脂：增强吸水、保水性能，保持形状
高吸水性树脂：存在亲水基，网状结构，吸水和保水性能好
一般吸水材料：物理吸附
吸水性能好：存在亲水基
不溶于水：三维网状结构
2.高分子分离膜
分离膜一般只允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。分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等，可用于分离不同的物质。
四、复述检测

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