选修5-应用广泛的高分子材料上课用

选修5第五章

第二节应用广泛的高分子材料【引言】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。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。合成高分子材料由于多样、用途广泛、性能优异，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、适于大规模工业的特点，在经济发展和改善人民生活中发挥着极大的作用。【知识与

技能】

1.

通过“三大合成材料”的实例，分别说明塑料、合成

纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。

2.

高分子结

构对性能的影响。【过程与方法】

联系生活实际，从身边常见的物质入手，了解高分子合成材料的分类及主要用途，了解“三大合成材料”典型代表物的有关聚合反应，聚合物的结构、性能特点。【情感、态度与价值观】通过活动课研究、学习治理“白色污染”的途径和方法，关注和爱护自然，树立社会责任感，培养环境保护意识。【教学重点】

高分子化合物结构与性能之间的关系

【教学难点】

“三大合成材料”的结构

与性能之间的关系一、有机高分子材料的分类有机高分子材料天然

有机高分子材料合成

有机高分子材料【按来源分类】【按结构分类】有机高分子材料线型高分子材料支链型高分子材料体型高分子材料网状结构(体型)根据结构中链节连接方式分类，可以有线型结构和体型结构，线型结构又可分为带支链和不带支链的结构。合成材料【按用途和性能分类】合成高分子材料功能高分子材料复合材料塑料合成纤维合成橡胶黏合剂涂料高分子分离膜液晶高分子导电高分子医用高分子高吸水性树脂三大合成材料【资料卡片】高分子化合物的命名：（1）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；（2）合成高分子化合物一般在单体名称前加上“聚”。如聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯等。树脂含义：指未加工处理的聚合物。（3）合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。（4）合成纤维的名称常用“纶”。如涤纶1、主要成分：

塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂，如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。为适应各种要求，往往在高分子材料中掺入各种加工助剂（如在聚氯乙烯中加入增塑剂—提高柔韧性；热稳定剂—改进耐热性；着色剂—赋予各种漂亮的颜色）二、三大合成材料——塑料【理解】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，添加剂也起重要作用

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。2、分类：热塑性塑料——如聚乙烯

高分子链间无永久性的化学交联，只有微弱的分子间作用力以及由于链间纠缠所造成的暂时性物理交联，此交联会随加工过程而有去缠的现象；因此热塑性塑料会随加热而有软化变形乃至于流动的现象，随温度下降则有固化变硬的情形，可反复加工。结构性质用途决定决定常见的热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂。热固性塑料：——如酚醛树脂

塑料在加工过程中受热发生聚合反应，通过交联剂(或称做架桥剂)的作用分子链间产生化学交联，形成紧密的网状结构。交联反应本身是不可逆的化学反应，因此热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料会受热软化，若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。常见的塑料按受热可分为:可反复加热熔融加工，多次使用（线型结构）热塑型：热固型：塑料不能加热熔融只能一次成型（体型结构)聚乙烯酚醛树脂3.常见塑料：聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯合成条件分子结构类型有无支链高分子链长短相对分子质量高压高温引发剂较低压力催化剂线型支链型√少有或没有相对较长相对较短相对较小相对较大高压聚乙烯低压聚乙烯熔融温度密度硬度分子间作用力用途低密度相对较低相对较小相对较小相对较高高密度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低密度聚乙烯LDPE高密度聚乙烯HDPE食品包装袋等薄膜制品瓶、桶、板、管、棒材等【思考】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？影响高分子化合物熔点、密度的因素：高分子链越长——相对分子质量越大——分子间的作用力越大——熔点、密度越高高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短，相对分子质量小链与链之间越密——链之间的作用力越大——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。（参看P106教材）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酚醛树脂P108烹饪器具的手柄宇宙飞船的外壳电器部件主要用作绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合器材。（1）组成：用酚类（如苯酚）与醛类（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。（2）形成：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邻（或对位）羟甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构高分子。酚醛树脂（电木）

─OHOH—C—H=+H+─OH─CH2OHnH+OH—CH2[]OH—CH2OHnHOH+（n-1）H2O【思考与交流】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状结构吗？羟甲基苯酚酚醛树脂局部结构在碱催化下，等物质的量的苯酚与甲醛或过量的甲醛与苯酚反应，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，就可以生成网状结构的酚醛树脂。—OHCH2OHCH2OHHOCH22，4，6-三羟甲基苯酚2，4-二羟甲基苯酚OHCH2OHCH2OH

棉花、羊毛、蚕丝和麻等都属于天然纤维。合成纤维三、合成纤维1、纤维分类纤维棉花蚕丝、麻羊毛合成纤维——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，经过化学合成和加工制得的纤维天然纤维——用木材等为原料经加工处理的。人造纤维化学纤维人造丝、人造棉【区别】纤维与纤维素一样吗?纤维天然合成涤纶丙纶锦纶棉花羊毛维纶腈纶氯纶合成纤维包括聚酯（涤纶）、聚酰胺（尼龙）、聚烯烃（腈纶、维纶、丙纶、氯纶）。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HOOC(CH2)4COOHH2N(CH2)6NH2nHO-OC(CH2)4CO-OH+nH-NH(CH2)6HN-H[OC(CH2)4CO—NH(CH2)6NH]nH+（2n-1）H2OHO己二酸和己二胺缩聚合成尼龙-66的化学方程式2、合成纤维性能：合成纤维工业创立于20世纪40年代，由于其性能优异，原料来源丰富，价格便宜，用途广泛，生产不受气候等自然条件的限制，使其得到了非常迅速的发展。涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶被称为合成纤维的：六大纶它们具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点。衣物：工业：隔音、隔热、绝缘、包装材料渔业：渔网、缆绳；医疗：输液管、缝合线、止血棉等；航空：降落伞、飞行服、太空服等。都离不开合成纤维涤纶尼龙纺纶纤维织成的防弹衣腈纶腈纶锦纶丙纶维纶氯纶31【思考】合成纤维和天然纤维比较有什么优点和不足？

合成纤维的强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀，做成的服装挺括不皱，但它的吸湿性和透气性较差。因此，合成纤维常常与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，使衣服穿起来既舒适又挺括。

性能互补如果服装面料是由一种纤维材料制成的，则用“纯X”或“100％X”来表示。如“纯棉”“纯毛”或“100％棉”“100％毛”；如果服装是由两种或两种以上的纤维制成的，标签上应注明每种纤维种类的含量，如“涤纶20％棉80％”等。服装标签HOCH2CH2OH[]nH+（2n-1）H2OHO

OC--COOCH2CHO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——涤纶【化学名】聚对苯二甲酸乙二醇酯nn催化剂橡胶的来源森林中有一种高大的乔木，叫作“三叶树”。如果用小刀在它的树皮上割开一个小口子，便会有牛奶似的树汁流淌出来。这种树汁，就是今天人们所熟悉的橡胶的最初来源。在印第安人的土语中，“橡胶”就是“树木的眼泪”的意思。小学生用的五颜六色的橡皮擦是一种硫化橡胶。现在使用的橡胶轮胎，包括大多数自行车轮胎，都是经过加硫磺、炭黑、纤维等一系列加工步骤后制成的。合成橡胶是以石油和煤为原料，采用高分子合成技术制造出来的。

现在已发展了20多个大品种，人们常用型合成橡胶主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。四、合成橡胶1、橡胶分类橡胶天然橡胶合成橡胶三叶树胶杜仲树胶丁苯橡胶顺丁橡胶合成天然橡胶氯丁橡胶乙丙橡胶硅橡胶丁腈橡胶合成橡胶于20世纪开始出现，40年代得到迅速发展。丁苯橡胶氯丁橡胶通用橡胶硅橡胶特种橡胶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。共同点：各种高聚物分子中均存在不饱和键2、性质：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。橡胶的相对分子质量比塑料、合成纤维都要高，一般在105—106范围内。丁苯橡胶是目前世界上产量最高的合成橡胶，它是由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。合成橡胶顺丁橡胶：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1，3-丁二烯为原料，在催化剂存在下，得到顺式聚1，3-丁二烯的线型结构。nCH2=CH-CH=CH2催化剂C=CCH2CH2HHn12341423分子链较柔软，具有较好的弹性14催化剂nCH2=CH-CH=CH2C=CCH2CH2HHn123423硫化剂的作用是打开顺式聚1，3-丁二烯的双键，以-S-S-键将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。但交联程度不宜过大，否则会失去弹性。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。练习

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B2、现有两种高聚物A、B，已知A能溶于氯仿等有机