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高分子智能材料
目前在新材料领域中，正在形成一门新的分支学科── 高分子智能材料。这类物质是通过有机合成的方法，使无生命的有机材料变得似乎有了“感觉”和“知觉”。这类材料在实际中已有了应用，并正在成为各国科技工作者崭新的研究课题，预计不远的将来，这些材料将进入到我们的生活。
数千年来，人们建造的建筑物都是模拟动物的壳，天花板和墙壁都是密不透风，以便把建筑物内外隔开。科学家正在研制了一种能自行调温调光的新型建筑材料，这种制品叫“云胶”，其成分是水和一种聚合物的混合物，低温下是透明的胶状半流体，当天气变暧时，它就变成白色，这一变化过程是可逆的。
这种聚合物的一部分是油质成分，在低温时油质成分把水分子以一种冰冻的方式聚集在这种聚合物纤维的周围，就像“一件冰茄克衫”，这种像绳子似的聚合物是成串排列起来的，呈透明状，可以透过90％的光线。当它被加热时，这种聚合物分子就像“面条在沸水里”那样翻滚，并抛弃它们的像冰似的“冰茄克衫”，使聚合物纤维得以聚在一起，此时，“云胶”又从清澈透明变成为白色，可阻挡90％的光。这种变化可在两三度温差范围内完成。
建筑物如果具有像这样的“皮肤”，就可以适应周围的环境。当天气寒冷时，它就变成透明的，让阳光照射进来；当天气暖和且必须把阳光挡住时，它就变得半透明。一个装有云胶的天窗，当太阳光从天空的一端移向另一端时，能提供比较恒定的进光量，充满云胶的多层玻璃，不仅可用作天花板，而且可用作墙壁。
德国在高分子智能材料方面也取得了一定的进展，著名化学康采恩巴斯夫公司正在研制一种智能塑料，它可以按人们的需要时而变硬时而变软。
这种名为“施马蒂斯”的塑料是由这家公司的工程师舒勒发明的：他在烧杯中倒入一种乳白色流体，用一根金属棒搅拌，液体渐渐变稠，最后成为硬块，接着硬块又在顷刻之间变成液体。如果急速把金属棒从液体中抽出，那么液体就会像胶水一样把棒拉住，只有非常缓慢地提起，才能抽出金属棒。据舒勒说，造成这种现象的原理是，这种塑料的溶剂是水，其微小的颗粒排列整齐时呈液体状，受到干扰时就呈固体状，因而人们可通过各种外因来变换它的物理状态。
如这种塑料能自行消除外来的撞击，特别适合于车辆的缓冲器，用这种塑料制成的油箱即使被坦克压过也不会破裂；用于建房则抗震性能特强；如果在桥梁钢架上套上一层用这种塑料制成的微型管道网，其中储存有防锈剂，一旦钢架生锈，管道会自行溶解，释放出防锈剂；以此制成的胶囊丸病人服用后，可到体内指定部位才释放出药物。
日本正在研制的用高分子聚碳酸酯与液晶结合而成的液晶膜或人工分离膜已在医药工业得到应用。比如，在医疗中，将薄膜做成胶囊状，把消炎剂放入里面，然后将胶囊埋入发炎部位，胶囊可依据患处发炎而引起的温度变化，及时释放出药剂，达到预期的治疗目的和治疗效果。在食品工业方面，利用人工膜可研制出“辨味机器人”的味觉感知器，并可改进或制造所需的各种食品成分。又如用薄膜技术可浓缩葡萄汁，提高葡萄酒的味质；可制造低盐分酱油、纯化果汁，给食品着色等。这既可改进食品质量，增强人的食欲，又可扩大食品销售市场，提高食品工业的经济效益。
随着对高分子智能材料研究的深入，把高分子材料和传感器结合起来，已成为智能材料的一个新的特点。意大利在研制有“感觉”功能的“智能皮肤”，已处于世界领先地位。1992年，意大利比萨大学工程专家德．罗西根据人类皮肤有表皮和真皮(外层和内层)组织的特点，为机器人制造了一种由外层和内层构成的人造皮肤，这种皮肤不仅富有弹性，厚度也和真的皮肤差不多。
为了使人造皮肤能“感知”物体表面的质感细节，德．罗西的研究小组还研制了一种特殊的表皮，这种表皮由两层橡胶薄膜组成，然后在两层橡胶薄膜之间到处放置只有针尖大小的传感器，这些传感器是由压电陶瓷制成的，在受到压力时，就产生电压，受压越大，产生的电压也就越大。据报道，德．罗西制成的这种针尖大小的压电陶瓷传感器很灵敏，对纸张上凸起的斑点才能感觉到，铺上德．罗西研制的人造皮的机器人，可以灵敏地感觉到一片胶纸脱离时产生的拉力，或灵敏地感觉到一个加了润滑剂的发动机轴承脱离时磨擦力突然变化的情况，迅速作出握紧反应。
美国的一些桥梁专家正在研究主动式智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固；美国密执安大学则在研究一种能自动加固的直升飞机水平旋翼叶片，当叶片在飞行中遇到疾风作用而猛烈振到时，分布在叶片中的微小液滴就会变成固体而自动加固；人们还研究一种住宅用的“智能墙纸”，当住宅中的洗衣机等机器产生噪音时，智能墙纸可以使这种噪音减弱。
总之，高分子智能材料已成为材料科学的一个重要研究领域，各国科学家正在为此作不懈地努力。从人类发展的历史证明，每一种重要材料的发现和利用，都会给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精神文明向前推进一步。可以肯定地说，终有一天各种各样实用的高分子智能材料会大量出现在我们的面前，必将改变我们人类赖以生存的环境，把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平。
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究·
第二节 合成材料学案（新授课）
姓名：___________ 班级：__________
教学目的：
1．使学生对常见的合成高分子材料的品种、性能和用途有大致的印象。
2．使学生树立环境保护观念，培养环境保护意识。
教学重点：
塑料、合成纤维、合成橡胶的性能和用途。
教学过程:
[巩固]
高分子按来源分：________________________
高分子按结构分：_________________________
高分子按性质分：__________________________
高分子按用途分：__________________________
[新授]
一、塑料
1．塑料与合成树脂
1）什么是塑料？
2）塑料的基本性能主要决定于_____________________
2．塑料的分类：________________________________
3．常见塑料的性能和用途
常见的塑料有_____________________________________________________.
二、合成纤维
1．纤维的分类
_________
_________________
纤维
________________
_________
________________( )
2．合成纤维
性能:_____________________________________
用途:______________________________________
3．特种合成纤维
三、合成橡胶
1．定义:________________________________________________________________
2．分类:_______________________________________________________________
3．常见合成橡胶:_________________________________________________________
4．性能:__________________________________________________
5．用途:___________________________________________
四、环境保护
1．白色污染
2．污染治理
五、练习：
1．天然橡胶的主要成分是______________,其结构简式可表示为____________,
2．乳酸是人体生理活动中的一种代谢产物,其结构式可表示为:
以下是采用化学方法对乳酸进行加工处理的过程:
请填写以下空白:
②的反应类型是__________;化合物A的结构简式是_________________.
3． 作为制作隐形眼镜的材料,对其性能的要求除应具有良好的光学性能,还应具有良好的透气性和亲水性.采用化合物D的聚合物而不是化合物B的聚合物作为隐形眼镜的制作材料的主要原因是__________________;请写出由化合物D合成高分子化合物的反应方程式:________________________.
4．在实际生产过程中,往往插入一定量的下列单体,与化合物D形成共聚产物,
加入此单体的主要作用是__________________,
这种单体的加入对所合成的高分子化合物性能的改善主要体现在_______________.
六、思考题：
电器仪表、飞机等的一些部件要用一种DAP塑料，其结构简式如下，则合成它的单体是：
OH
CH3－CH－COOH
CH3－CH－COOH
OH
A
(C3H4O2)n
B
C3H4O2
C
C4H6O2
D
C5H8O3
① 一定条件
②
浓硫酸，△
③CH3OH
浓硫酸，△
④HOCH2CH2OH
浓硫酸，△
CH3
CH3
CH2＝C－COOCH2CH2OOC＝CH2
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第二节 合成材料（新授课）教案
教学目的：
1．使学生对常见的合成高分子材料的品种、性能和用途有大致的印象。
2．使学生树立环境保护观念，培养环境保护意识。
教学重点：
塑料、合成纤维、合成橡胶的性能和用途。
教学方法：
多媒体教学
教学过程：
[巩固]
[引入]
[新授]
一、塑料
1．塑料与合成树脂
2．塑料的分类
3．常见塑料的性能和用途
二、合成纤维
1．纤维的分类
2．合成纤维
3．特种合成纤维
三、合成橡胶
1．定义
2．常见合成橡胶
3．性能
4．用途
四、环境保护
五、练习：
1．天然橡胶的主要成分是 ，其结构简式可表示为 。
2．乳酸是人体生理活动中的一种代谢产物,其结构式可表示为:
以下是采用化学方法对乳酸进行加工处理的过程:
请填写以下空白:
②的反应类型是__________;化合物A的结构简式是_________________.
3．作为制作隐形眼镜的材料,对其性能的要求除应具有良好的光学性能,还应具有良好的透气性和亲水性.采用化合物D的聚合物而不是化合物B的聚合物作为隐形眼镜的制作材料的主要原因是__________________;请写出由化合物D合成高分子化合物的反应方程式:________________________.
4．在实际生产过程中,往往插入一定量的下列单体,与化合物D形成共聚产物,
加入此单体的主要作用是__________________,
这种单体的加入对所合成的高分子化合物性能的改善主要体现在_______________.
六．思考题：
电器仪表、飞机等的一些部件要用一种DAP塑料，其结构简式如下，则合成它的单体是：
OH
CH3－CH－COOH
CH3－CH－COOH
OH
A
(C3H4O2)n
B
C3H4O2
C
C4H6O2
D
C5H8O3
① 一定条件
②
浓硫酸，△
③CH3OH
浓硫酸，△
④HOCH2CH2OH
浓硫酸，△
CH3
CH3
CH2＝C－COOCH2CH2OOC＝CH2
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新授课
第二节 合成材料
巩固：
高分子按来源分：
天然高分子
合成高分子
线型高分子
体型高分子
热塑性高分子
热固性高分子
塑料　合成纤维　合成橡胶
涂料　粘合剂　　……
高分子按结构分：
高分子按性质分：
高分子按用途分：
高分子科学与诺贝尔奖
中国著名高分子科学家
　　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”的合成塑料、合成纤维和合成橡胶已渗透到国民经济的各个部门，成为四化建设不可缺少的材料。
合成材料的发展
我国一些合成材料厂厂家的宣传网页
什么是塑料？
塑料一般由合成树脂及增塑剂、防老化剂、润滑剂、色料等添加剂组成，它的主要成分是合成树脂。
塑料的基本性能主要决定于合成树脂的性能
1．塑料
常见的塑料有哪些？各有什么性能？
常见的塑料按受热表现分为？
热塑型：可反复加工，多次使用（线型结构）；
热固型：成型后不再会熔化。（体型结构）
聚乙烯(PE)产品
保鲜膜
吹塑成型的聚乙烯薄膜
无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料
聚氯乙烯（PVC）
化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用温度
不宜超过60℃，在低温下会变硬
分为：软质塑料和硬质塑料
2．合成纤维
纤维
天然纤维
化学纤维
棉花
羊毛
木材
草类
人造纤维：利用天然高分子化合物，经过一系列的化学处理和机械加工而制得的纤维。如粘胶纤维等
合成纤维：用石油、天然气等不含天然纤维的物质为原料，经过化学合成和加工制得的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）
喷丝（使熔融状态下高聚物转变成纤维）
世界上出现的第一种合成纤维是20世纪30年代美国杜邦公司科研小组研制出的尼龙66（Nylon，聚酰胺66），它是由己二酸和己二胺缩聚而成的，写出合成尼龙66的化学方程式
涤纶
尼龙
纺纶纤维织成
的防弹衣腈纶
腈纶
橡　胶
天然橡胶
合成橡胶
通用橡胶
特种橡胶
丁苯橡胶
顺丁橡胶
氯丁橡胶
聚硫橡胶
硅橡胶
３．橡胶
橡
胶
产
品
橡胶工人从橡胶树上提取橡胶
天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，根据天然橡胶的结构特点，说说它的性质可能有哪些不足？
如：橡胶遇到下列物质各发生什么反应？
A、Br2水 B、KMnO4(H+) C、HCl D、汽油 E、HNO3 F、O2
橡胶的老化概念
有无办法对橡胶进行改性，使它克服这些缺点？
天然橡胶
丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯共聚而成的弹性体，请以丁二烯和苯乙烯为原料写出合成丁苯橡胶的方程式
已知①1，3—丁二烯有等物质的量溴加成时，主要为1，4-加成
现以1，3—丁二烯为主要原料，写出制取氯丁橡胶的化学方程式
合成橡胶
讨论：
合成高分子材料的应用与发展给环境带来哪些危害？
为什么会造成环境污染？
生活中常见到哪些处理废弃材料的方法？
这些处理对环境有哪些破坏？
如果你是科研人员，你会对已有的“白
色污染”如何治理？并请对以后合成材
料的发展方向提一点可行性意见？
4、合成材料和环境保护
A．废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；
B．制造易降解材料。
淀粉的优点在于：
①它是无毒的；
②制造淀粉的原料来自农业，来源丰富，价格低廉；
③淀粉是一种很容易降解的化合物，能通过下图所示过程降解，最终的产物是无毒、无害、安全性极高的葡萄糖。
淀粉塑料
塑料是由高分子化合物制造的，而高分子化合物本身是由重复的基团组成的长链分子，化学家已经找到一些方法来改变高分子化合物的结构，使它们容易降解
有一种方法是在高分子化合物的分子链的一定距离之间添加光敏基团，它们被曝晒在阳光下，光敏基团就吸收辐射而使高分子化合物在此断裂，断裂以后的碎片是比较容易被生物降解的。
另一种方法是在高分子化合物中引入一些基团，使它适合某些微生物的口味，这些微生物能使高分子化合物的长链分子断裂为小碎片，小碎片进一步降解就比较容易了。
降解材料
习题1：电器仪表、飞机等的一些部件要用一种DAP塑料，其结构简式如下，则合成它的单体是：
下列原料或制成的产品中，若出现破损不可以进行修补的是（ ）
A、聚氯乙烯塑料 B、电木插座
C、自行车内胎 D、聚乙烯塑料薄膜
练习
课后作业
整理课堂笔记
完成针对性练习PAGE
8-2-1 合成材料
[教学目标]
1．知识目标
（1）初步了解常见合成高分子材料的品种、性能和用途有大致的印象．
（2）初步了解塑料、合成纤维、合成橡胶的分类。
2．能力和方法目标
通过醇、醛、酸、酯的相互转化关系的总结归纳，提高对烃的衍生物的统摄思考能力。培养有机物的推断分析能力。
3．情感和价值观目标
合成材料在工农业生产、日常生活中有着广泛的用途，通过本节的学习可以培养学生热爱化学、应用化学的热情。
通过本节的学习拓展学生的知识面，培养学生保护环境、正确使用合成材料的观念。
[重点与难点]
三大合成材料的品种、性能和用途。
[教学过程]
引入：塑料、合成纤维、合成橡胶总称三大合成材料。它们是以石油、天然气、煤和农副产品为主要原料，先制成单体，通过加聚或缩聚反应，生成高聚物（称为合成树脂），再加入添加剂（如强固剂、填充剂、增塑剂、发泡剂、稳定剂、色料等）而成。
“树脂”原意是树木分泌出的液体（不一定是油脂）、松香、桃胶是来自松树和桃树的天然树脂，我们把人工合成的树脂状物叫合成树脂。
三大合成材料在国防、生产和生活上有重要作用（展示实物样品和用途表）。
下面是生活中常见的塑料和合成纤维的图片：
（泡沫塑料） （合成纤维）
它们为什么有这么广泛的用途呢？因为它们有优良的性能。
①比重小：合成纤维一般都比天然纤维轻，如棉花比重是1.54，羊毛是1.32，而聚丙烯只有0.9。
②性能好：强度大、耐化学腐蚀、耐磨、电绝缘等。
③易加工。
它们之所以具有优良的性能，是由结构决定的。
合成材料的缺点是容易老化、易燃烧、不耐高温，这也是由结构决定的。
一、合成纤维
约150万年前人们把棉麻（植物纤维──糖）和丝毛（动物纤维──蛋白质），称为天然纤维。由于需要增大，人们用不能纺纱的纤维素（棉短绒、木材、麦秸、稻草、野生植物等）溶于特定溶剂中，仿照蚕吐丝的办法（磁口大面积约有几万孔），压挤入某种介质中固化而成丝，你为人造纤维，市售粘胶纤维布就是其中的一种。
人造纤维与棉花的成分同属纤维素，性能相似（保水性与着色），但强度差，而且原料仍来自天然植物，不能满足日益增长的需要。于是以石油化工的三烯一炔（乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔）、苯系物质、苯酚、甲醛、乙二醇等为主要原料，先合成高聚物，再纺成丝，称为合成纤维，我国叫纶。如（展示着色的图表，①②③绘在一张图上，——Cl、——CH3、——CN着红色）：
分子中有—O-CO-基团，故名聚酯纤维，俗名涤纶（的确良）。　
分子中有酰胺（肽）键，故名聚酰胺纤维，俗名尼龙（锦纶）。我国首办厂于锦州，以己内酰胺单体制成具有——CONH——基团的纤维，称锦纶-6（指含6个碳原子）。原理如下（展示图表）：
由己二酸与己二胺合成的纤维就叫锦纶-66。
聚酰胺纤维（锦纶）在目前的合成纤维中强度最大，这是因为在分子链间除分子间力外，还会形成氢键，加强了分子间的引力，再经过拉伸，结晶区域排列更整齐，分子间力和氢键作用发挥得更好（展示图表或幻灯）。
合成纤维与人造纤维总称化学纤维。合成纤维的强度大、耐磨、耐化学腐蚀，但保水性、着色性能均不及人造纤维，故常以混纺制品出现。
二、合成橡胶
天然橡胶来源于巴西橡胶树（南洋及我国南部均有）及某些草本植物。定期把树干划开伤口，流出胶乳（胶体），用电解质处理凝聚即得生胶。生胶性能不好：受热变软，遇冷变脆，不易成型，易磨损老化，故需进一步处理才能制为成品。加入S或S2Cl2（电子式！）使之“硫化”得硫化橡胶（俗名橡皮）。
为什么硫化后性能变好呢？可用结构解释。干馏（隔绝空气加强热）橡胶得2——甲基——1，3——丁二烯（异戊二烯），用异戊二烯在一定条件下加聚可得橡胶（展示着色图表）。
聚异戊二烯是天然橡胶的主要成分。它是线型分子，分子间没有极性基团相互作用，容易滑动，且每个键节中都有双键（π键），故不稳定。硫化后产生交联而成网状体型结构：
一般加硫量占总量3％左右弹性适宜，此时分子中不饱和键减少，稳定性增强。如加大用硫量至30％，则双键用尽而变硬（交联增多），成为硬橡皮。
天然胶生产速度受植物生长的限制，有些国家地区寒冷，完全依靠进口，出于战略需要必须大力研制合成橡胶。但制造异戊二烯成本高，不宜投产，人们按异戊二烯的，“骨架”合成了多种橡胶（展示图表），其中关键物质是丁二烯。
30年代生产的丁二烯橡胶性能不好，后改用钛的氯化物制成的络合物为催化剂，使分子中CH2基团都顺倒在一边而结构比较有规则，因而也象天然胶那样具有良好的性能（展示球棍模型），称为顺（式）丁（二烯）橡胶。可表示如下：
每种合成胶的性能都有各自突出的优点和缺点，所以也常混合使用。此外，还制出了具有特殊性能的聚硫橡胶和硅橡胶：
三、塑料
人们不仅能仿照自然界已有物质的结构合成性能相似的物质，而且还能运用离分子结构理论合成新物质。塑料是一大类，除已知的聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、酚醛树脂外，还有很多种（展示图表），如：
聚四氟乙烯号称塑料之王，稳定性极好，这是由于C——F键能大之故。聚甲基丙烯酸甲酯（注意引导学生命名）即常用的有机玻璃。锦纶-1010的单体癸二酸与癸二胺来自蓖麻油，它是一种工作塑料（机械、电、尺寸诸方面稳定性好）。
塑料种类虽多，但可归纳为两大类。一类是热塑性塑料，它由线型分子构成，遇热变软，遇冷变硬，可以重塑。另一类是热固性塑料，它由体型分子构成，一次塑成不能变型。前者如聚氯乙烯、有机玻璃，后者如酚醛塑料、环氧树脂等。
课堂思考题：
1．三大合成材料在生产、生活和国防上有哪些用途？为什么这样广泛？
2．你知道几种合成纤维？写出用单体制取它们的化学方程式，指出反应类型。
3．从原料和成分上比较天然纤维和化学纤维、人造纤维与合成纤维的差异。
4．你知道几种合成橡胶？写出用单体制取它们的化学方程式，指出反应类型。
5．为什么橡胶要硫化？硫化前后在结构上有什么变化？性能有什么变化？为什么？
6．你知道哪些塑料？它们可分为几大类？写出用单体制取它们的化学方程式，指出反应类型，这几类塑料在结构上和性能上有何不同？
7．用化学方程式表示以石灰石、焦炭、食盐、水为原料和必要的催化剂制取聚氯乙烯。
课外练习：
1．（1）分别由聚乙烯、聚氯乙烯为原料制成的两种塑料袋，鉴别的实验方法是______________________________，写出有关的化学方程式__________________________。
（2）Nomex纤维是一种新型的阻燃性纤维，它可由间二甲苯和间二胺在一定条件下以等物质的量缩聚而成，请完成该化学方程式，并配平。
（3）某种高强度的纤维由三种单体组成，其结构为：
则这三种单体的结构简式分别为________________________________________。
2．某新型弹性材料“丁苯吡橡胶”的结构简式如下：
则其单体是_____________________________________________。
3．由电石跟水反应制得有机物A，在催化剂存在时于357~369K发生两分子加成反应制得B，B与氯化氢气体在318~330K时继续催化加成得C，C在一定条件下聚合得D，D经硫化后有如下交联结构：
写出有关物质的结构简式：A为_________，B为_____________，C为__________________，D为______________。
课堂练习答案：
1．（1）①各剪取少许用火点着，如果燃烧效果不好，离开火源就熄灭的是聚氯乙烯。②如果在燃烧过程中产生浓重的刺激性气体的是聚氯乙烯。聚氯乙烯燃烧的化学方程式为：
（2）。
（3）HOCH2CH2OH，H2N(CH2)4COOH，。
2．。
3．
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