第五章第二节应用广泛的高分子材料(上课课件)

1、 选修选修5 第五章第五章 第二节第二节 应用广泛的高分子材料应用广泛的高分子材料20142014年年8 8月月第一个完全人工合成的高分子聚合物第一个完全人工合成的高分子聚合物-酚醛树脂酚醛树脂于于1910年开始投入生产。年开始投入生产。 人工合成高分子化合物的成功为人工合成材料人工合成高分子化合物的成功为人工合成材料开辟了新路，改变了只能依靠天然材料的历史。开辟了新路，改变了只能依靠天然材料的历史。合成高分子材料由于合成高分子材料由于用途广泛、多样、性能优用途广泛、多样、性能优异异，而且其合成原料一般来自于含量丰富的天，而且其合成原料一般来自于含量丰富的天然资源，具有价廉、易得、适于大规模工

2、业的然资源，具有价廉、易得、适于大规模工业的特点，在经济发展和改善人民生活中发挥着极特点，在经济发展和改善人民生活中发挥着极大的作用。大的作用。【引言引言】合成合成材料材料合成高分合成高分子材料子材料功能高分功能高分子材料子材料复合材料复合材料塑料塑料合成纤维合成纤维合成橡胶合成橡胶黏合剂黏合剂涂料涂料高分子分离膜高分子分离膜液晶高分子液晶高分子导电高分子导电高分子医用高分子医用高分子高吸水性树脂高吸水性树脂三大合成材料三大合成材料一、合成材料的分类及命名一、合成材料的分类及命名 1 1、按用途和性能分类、按用途和性能分类2、按结构分类、按结构分类高高分分子子化化合合物物线型高分子线型高分子支

3、链型高分子支链型高分子体型高分子体型高分子网状结构网状结构(体型体型)合成高分子合成高分子3、按性质分类、按性质分类线型线型支链型支链型热固性热固性热塑性热塑性加工成型后受热加工成型后受热不再熔化不再熔化可反复加工，多次可反复加工，多次使用。使用。能溶解在适当的有能溶解在适当的有机溶剂里机溶剂里不易溶解，只有一不易溶解，只有一定程度的胀大。定程度的胀大。网状结构网状结构体型体型【资料卡片资料卡片】（1 1）天然高分子化合物习惯用专有名称。如淀）天然高分子化合物习惯用专有名称。如淀粉、纤维素、蛋白质、甲壳质等；粉、纤维素、蛋白质、甲壳质等； （2 2）合成高分子化合物一般在单体名称前加）合成高分

4、子化合物一般在单体名称前加上上“聚聚”。如聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯。如聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯等；如聚对苯二甲酸乙二醇酯，酚醛树脂等。等；如聚对苯二甲酸乙二醇酯，酚醛树脂等。 树脂含义：指未加工处理的聚合物。树脂含义：指未加工处理的聚合物。 （3 3）合成橡胶的名称通常在单体名称后加上）合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶橡胶”。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。胶等。 （4 4）合成纤维的名称常用）合成纤维的名称常用“纶纶”。如涤纶。如涤纶高分子化合物的命名高分子化合物的命名 二、高分子合成材料二、高分子合成材料1、塑料、塑料1)1)主要成分：主要成分：

5、 塑料塑料主要成分是主要成分是合成高分子化合物合成高分子化合物即即合成树脂合成树脂 适应各种要求：在高分子材料中掺入各种适应各种要求：在高分子材料中掺入各种加工助剂加工助剂（如聚氯乙烯；增塑剂（如聚氯乙烯；增塑剂提高柔提高柔韧性；热稳定剂韧性；热稳定剂改进耐热性；赋予各种改进耐热性；赋予各种颜色颜色- -着色剂等）着色剂等）【理解理解】树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物剂混合的聚合物塑料树脂添加剂塑料树脂添加剂树脂的本性决定了塑料的主要基本性能，添树脂的本性决定了塑料的主要基本性能，添加剂也起重要作用加剂也起重要作用 塑料一般由塑料一般由

6、合成树脂合成树脂及及增塑剂增塑剂、防老化剂防老化剂、润滑剂润滑剂、色料色料等添加剂组成，它的等添加剂组成，它的主要成分主要成分是是合成树脂合成树脂。2)塑料的主要性能塑料的主要性能 热热固性固性:树脂为体型结构，有热固性树脂为体型结构，有热固性。 热热塑性塑性:树脂为线型结构，有热塑性树脂为线型结构，有热塑性。3)常见塑料：常见塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚四氟聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚四氟乙烯、脲醛塑料、酚醛树脂等。乙烯、脲醛塑料、酚醛树脂等。选修选修1P64高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯合成条件

7、合成条件分子结构类型分子结构类型有无支链有无支链高分子链长短高分子链长短相对分子质量相对分子质量高压高温引发剂高压高温引发剂较低压力催化剂较低压力催化剂线型线型支链型支链型有有少有或没有少有或没有相对较长相对较长相对较短相对较短相对较小相对较小相对较大相对较大(1)聚乙烯聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯熔融温度熔融温度密度密度硬度硬度分子间作分子间作用力用力用途用途低密度低密度相对较低相对较低相对较小相对较小相对较小相对较小相对较高相对较高高密度高密度相对较大相对较大相对较大相对较大高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂中高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂中低密度聚乙

8、烯低密度聚乙烯 LDPE高密度聚乙烯高密度聚乙烯 HDPE食品包装袋等薄膜制品食品包装袋等薄膜制品瓶、桶、板、管、棒材等瓶、桶、板、管、棒材等【思考思考】高压聚乙烯为什么比低压聚乙烯的熔点低、密高压聚乙烯为什么比低压聚乙烯的熔点低、密度低？为什么高分子化合物具有一定的弹性？度低？为什么高分子化合物具有一定的弹性？影响高分子化合物熔点、密度的因素：影响高分子化合物熔点、密度的因素：高分子高分子链越长链越长相对分子质量越大相对分子质量越大分子间的分子间的作用力越大作用力越大熔点、密度越高熔点、密度越高。 高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短，相对分子质量小。高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短，相对分子质量小。链

9、与链与链链之间之间越密越密链之间的作用力越大链之间的作用力越大熔点、密度越高熔点、密度越高 高压聚乙烯主链带有长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单高压聚乙烯主链带有长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力比低压聚乙烯低，键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力比低压聚乙烯低，熔点和密度也就较低。熔点和密度也就较低。（参看（参看P106P106教材）教材）高分子链之间的作用力与链的长短有关高分子链之间的作用力与链的长短有关熔沸点还与高分子链之间的疏密远近有关熔沸点还与高分子链之间的疏密远近有关低压聚乙烯比高压聚乙烯链更长，而且支链少低压聚乙烯比高压聚乙烯链更长，而且支

10、链少得多得多低压、高密度、高熔点、较硬管材、桶、瓶低压、高密度、高熔点、较硬管材、桶、瓶高压、低密度、低沸点、较软塑料薄膜、食品包装袋高压、低密度、低沸点、较软塑料薄膜、食品包装袋【资料卡片资料卡片】 增塑剂的毒性增塑剂的毒性 P105 请阅读教材请阅读教材【科学视野科学视野】可降解高分子材料可降解高分子材料【光降解光降解】 有一种方法是在高分子化合物的有一种方法是在高分子化合物的分子链分子链的的一定距离之间一定距离之间添加光敏基团添加光敏基团，它们被，它们被曝晒曝晒在阳光下，在阳光下，光敏基团光敏基团就就吸收辐射吸收辐射而使高分子化合物在此而使高分子化合物在此断裂断裂，断，断裂以后的碎片是比

11、较容易被生物降解的。裂以后的碎片是比较容易被生物降解的。 【微生物降解微生物降解】 另一种方法是在高分子化合物中另一种方法是在高分子化合物中引引入入一些一些基团基团，使它，使它适合适合某些某些微生物微生物的的口味口味，这些微生，这些微生物能使高分子化合物的物能使高分子化合物的长链分子长链分子断裂断裂为为小碎片小碎片，小碎，小碎片进一步降解就比较容易了。片进一步降解就比较容易了。酚醛树脂P108烹饪器具烹饪器具的手柄的手柄宇宙飞船宇宙飞船的外壳的外壳电器部件电器部件 主要用作绝缘、主要用作绝缘、隔热、难燃、隔音隔热、难燃、隔音器材和复合器材。器材和复合器材。组成：组成： 用酚类（如苯酚）与醛类（

12、如甲醛）在用酚类（如苯酚）与醛类（如甲醛）在酸酸或或碱碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。的催化下相互缩合而成的高分子化合物。形成：形成： 在酸催化下，在酸催化下，等物质的量等物质的量的苯酚与甲醛反应，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邻苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成邻( (或对位）或对位）羟甲基苯酚羟甲基苯酚，然后，然后羟甲基苯酚羟甲基苯酚之间相互之间相互脱水缩合成脱水缩合成线型线型结构高分子。结构高分子。(2)(2)酚醛树脂酚醛树脂（电木）（电木） OHOHCH=+H+OHCH2OHn nH+OHCH2 OHCH2OHnHOH+（n -1）H2O羟甲

13、基苯酚羟甲基苯酚HOH(n-1)H2O 在在碱碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量的催化下，等物质的量的甲醛与苯酚或过量的甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、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，然后加热继续反应，就可以生成三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，就可以生成网网状状结构的酚醛树脂。结构的酚醛树脂。OHCH2OHCH2OHHOCH22，4，6-三羟甲基苯酚三羟甲基苯酚2，4-二羟甲基苯酚二羟甲基苯酚OHCH2OHCH2OH【思考与交流思考与交流】 为什么用碱性催化生成的酚醛树脂能形为什么用碱性催化生成的酚醛树脂能形成网状结构？你能画出酚醛树脂的部分网

14、状成网状结构？你能画出酚醛树脂的部分网状结构吗？结构吗？ 在碱性条件下，甲醛过量时，苯酚与甲在碱性条件下，甲醛过量时，苯酚与甲醛的反应不仅可以发生在邻位，而且还可以醛的反应不仅可以发生在邻位，而且还可以发生在对位，得到网状结构的酚醛树脂发生在对位，得到网状结构的酚醛树脂(淡淡黄色黄色)。 酚醛树脂局部结构酚醛树脂局部结构图图5 51 1酚醛树脂的制取酚醛树脂的制取 【实验实验5 51 1】酚醛树脂的制备及性质酚醛树脂的制备及性质在一个大试管里加入苯酚在一个大试管里加入苯酚2g，注入，注入3mL甲醛溶液和甲醛溶液和3滴浓盐酸混合后，用带有滴浓盐酸混合后，用带有玻璃管的橡皮塞塞好，放在沸水浴里加玻

15、璃管的橡皮塞塞好，放在沸水浴里加热约热约15min。待反应物接近沸腾时，液。待反应物接近沸腾时，液体变成白色浑浊状态。从水浴中取出试体变成白色浑浊状态。从水浴中取出试管，用玻璃棒搅拌反应物，稍冷。管，用玻璃棒搅拌反应物，稍冷。将试管中的混合物倒入蒸发皿中，倾去将试管中的混合物倒入蒸发皿中，倾去上层的水，下层就是缩聚成线型结构的上层的水，下层就是缩聚成线型结构的热塑性酚醛树脂（米黄色中略带粉色）。热塑性酚醛树脂（米黄色中略带粉色）。它能溶于丙酮、乙醇等溶剂中。它能溶于丙酮、乙醇等溶剂中。1用盐酸作为催化剂用盐酸作为催化剂图51酚醛树脂的制取 在另一个试管里加入在另一个试管里加入2.5g苯酚，注入

16、苯酚，注入34mL40甲醛溶液，混匀后再加甲醛溶液，混匀后再加1mL浓氨浓氨水，振荡混合，也用带有玻璃管的橡皮塞水，振荡混合，也用带有玻璃管的橡皮塞塞好，水浴中加热（装置如图塞好，水浴中加热（装置如图51）。约）。约15min后，试管里逐渐出现白色的浑浊状后，试管里逐渐出现白色的浑浊状态，暂停加热。待发生的气泡稍少时，再态，暂停加热。待发生的气泡稍少时，再继续加热，过一会儿，就变成黏稠的半流继续加热，过一会儿，就变成黏稠的半流动性液体。将所得黏稠物倒入一瓷蒸发皿动性液体。将所得黏稠物倒入一瓷蒸发皿里，在里，在50温度下烘温度下烘1h后，再继续在后，再继续在7080下烘下烘8h，即能缩合成体型固

17、体酚醛树，即能缩合成体型固体酚醛树脂脂(淡黄色淡黄色)，它不溶于任何溶剂。，它不溶于任何溶剂。2用浓氨水作催化剂用浓氨水作催化剂【注意事项注意事项】清洗试管的方法是：倒掉试管上部的液体清洗试管的方法是：倒掉试管上部的液体后，在试管底部剩下的酚醛树脂中，加入约后，在试管底部剩下的酚醛树脂中，加入约1mL的福尔马林，再用玻棒刮擦，可使酚醛的福尔马林，再用玻棒刮擦，可使酚醛树脂成团地拉出来。若是体型结构的酚醛树树脂成团地拉出来。若是体型结构的酚醛树脂，倒出后，试管壁上还会留下一些橙红色脂，倒出后，试管壁上还会留下一些橙红色的碎粒，同样可用福尔马林清洗，如果管壁的碎粒，同样可用福尔马林清洗，如果管壁尚

18、有少量高聚物，则可用软质纸卷成与管口尚有少量高聚物，则可用软质纸卷成与管口粗细相仿的纸棒，伸入试管底部，沿管壁刮粗细相仿的纸棒，伸入试管底部，沿管壁刮擦。擦。 此实验需在通风良好的实验室进行，树脂此实验需在通风良好的实验室进行，树脂及残液需统一回收处理。及残液需统一回收处理。 酚醛树脂的制取和性质酚醛树脂的制取和性质分组编号分组编号实验步骤实验步骤2g苯酚苯酚+3ml40%的甲的甲醛醛+3滴滴浓盐酸浓盐酸苯酚苯酚+甲醛甲醛+浓氨水浓氨水产品外观产品外观加热试验加热试验酒精溶解酒精溶解结构特点结构特点实验实验5-1沸水浴加热沸水浴加热15min洗净、烘干洗净、烘干淡粉红色固体淡粉红色固体软化（热

19、塑性）软化（热塑性）不软化（热固性）不软化（热固性）溶解溶解不溶解不溶解线性结构线性结构网状结构网状结构淡黄色固体淡黄色固体怎样清洗线型酚醛树脂？怎样清洗线型酚醛树脂？ 福尔马林溶液或乙醇清洗福尔马林溶液或乙醇清洗【思考与交流思考与交流】尿素是蛋白质的代谢产物，随尿排出体尿素是蛋白质的代谢产物，随尿排出体外。尿素氮原子上的氢可以像苯环上的外。尿素氮原子上的氢可以像苯环上的氢原子那样与甲醛发生加成反应，并可氢原子那样与甲醛发生加成反应，并可缩聚成线型和网状结构的缩聚成线型和网状结构的脲醛树脂脲醛树脂。你。你能写出它们的结构式吗？能写出它们的结构式吗？ P108P108脲甲醛树脂的线形结构：脲甲醛

20、树脂的线形结构： 脲甲醛树脂的网状结构：脲甲醛树脂的网状结构： 脲甲醛树脂的网状结构：脲甲醛树脂的网状结构： 小结：酚醛树脂小结：酚醛树脂（电木）（电木）反应物：酚类醛类反应物：酚类醛类苯酚甲醛苯酚甲醛酚醛树脂酚醛树脂酸催化线型酸催化线型碱催化网状结构（体型）碱催化网状结构（体型）具热塑性，能溶于一些有具热塑性，能溶于一些有机溶剂中机溶剂中具热固性，不溶于任何溶剂具热固性，不溶于任何溶剂2、合成纤维、合成纤维1)纤维分类纤维分类2)“六大纶六大纶”的性能和重要用途的性能和重要用途 “六大纶六大纶”都具有强度高、弹性好、耐磨、耐都具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优

21、点，化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点，而且每一种还具有各自独特的性能。它们除了而且每一种还具有各自独特的性能。它们除了供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。例如，锦纶可制衣料织品、降落伞绳、轮胎帘例如，锦纶可制衣料织品、降落伞绳、轮胎帘子线、缆绳和渔网等。子线、缆绳和渔网等。 3)几种具有某些特殊性能的合成纤维几种具有某些特殊性能的合成纤维芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维。防火纤维。HOCH2CH2OH nH+（2n-1）H2OHO OC- -COOCH2CHO对苯二甲酸和乙二醇缩聚合

22、成涤纶的化学方程式对苯二甲酸和乙二醇缩聚合成涤纶的化学方程式HOOC- -COOHHOOC- -COOH + HOCH2CH2OH合成纤维中目前产量占第一位的是聚酯纤维合成纤维中目前产量占第一位的是聚酯纤维涤纶涤纶【化学名化学名】聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯 n nn n催化剂催化剂3、合成橡胶、合成橡胶 1)橡胶的分类橡胶的分类橡胶是一类具有弹性的物质，当施以外力时形橡胶是一类具有弹性的物质，当施以外力时形状将发生改变，去除外力又恢复原来的形状。状将发生改变，去除外力又恢复原来的形状。共同点：共同点：各种高聚物分子中均存在不饱和键各种高聚物分子中均存在不饱和键2)2)性质：性质：

23、 耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀性、耐老化等方面有着其独特的优势。性、耐老化等方面有着其独特的优势。 橡胶的相对分子质量比塑料、合成纤维都橡胶的相对分子质量比塑料、合成纤维都要高，一般在要高，一般在10105 510106 6范围内。范围内。3)3)合成橡胶合成橡胶顺丁橡胶：顺丁橡胶：弹性高、耐磨、耐寒性好，可在寒冷地带弹性高、耐磨、耐寒性好，可在寒冷地带使用，主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带等。产量居世界第二位使用，主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带等。产量居世界第二位1，3-丁二烯为原料，在催化剂存在下，得到丁二烯为原料，在催化剂存在下，得到顺式聚顺式聚1，

24、3-丁二烯的线型结构丁二烯的线型结构。nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂C=CCH2CH2HH n1 2 3 41 42 3分子链较柔软，具有较好的弹性。分子链较柔软，具有较好的弹性。1 4催化剂催化剂nCH2=CH-CH=CH2C=CCH2CH2HH n1 2 3 42 3 硫化剂的作用是打开顺硫化剂的作用是打开顺式聚式聚1，3-丁二烯的双键，以丁二烯的双键，以-S-S-键将顺丁橡胶的线型结键将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构，得到既构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。但有弹性又有强度的橡胶。但交联程度不宜过大，否则会交联程度不宜过大，否则会失去弹性。失去弹性。【科学视野科学视野】 天然橡胶有几种？它们的结构有何不同？天然橡胶有几种？它们的结构有何不同？两种：巴西三叶橡