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1、选修5 第五章,第二节 应用广泛的高分子材料,2010年12月,【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,【引
2、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用途广泛、多样、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。,有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。,一、有机高分子的分类及命名,【按来源分类】,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
3、,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；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。 （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,二、高分子化合物的结构特点,1、高分子化合物通常结构并不复杂，往往由简单的结构单元重复连接而成； 如聚乙烯 中：,【按结构分类】,高分子化合物,线型高分子,支链型高分子,体型高分子,网状结构(体
4、型),2、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，线性结构又可分为带支链和不带支链的结构。,高分子结构示意图,由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的，所以也常被称为聚合物。当小分子连接构成高分子时，有的形成很长的链状，有的由链状结成网状。,线型结构,网状结构(体型),实验1：有机玻璃的溶解 实验目的：探究线型结构的有机高分子在有机溶剂中的溶解性。 实验用品：聚甲基丙烯酸甲酯，三氯甲烷，试管。 实验步骤：取有机玻璃粉末0.5g放入试管中，加入10mL三氯甲烷，振荡试管。观察有机玻璃是否溶解。 实验现象：几分钟后有机玻璃溶于三氯甲烷，形成了无色液体。 实验结论：有机玻璃能溶于有机
5、溶剂三氯甲烷。 通过这个实验，可以联想起日常生活中许多现象如将塑料尺子与橡皮放在一起，尺子的刻度变模糊了，甚至尺子的形状发生了改变，这就是尺子的材料溶解的现象。,探究活动,三、高分子化合物性质探究,实验2： 橡胶的溶解 实验目的：探究体形结构的有机高分子在有机溶剂中的溶解性。 实验用品：废轮胎粉末、汽油，试管。 实验步骤：取废轮胎粉末0.5g放入试管中，加入10mL汽油，振荡试管。观察轮胎粉末是否溶解及其他现象。 实验现象：几分钟后废轮胎粉末只是有一定程度的胀大，但未溶解。 实验结论：橡胶不溶于有机溶剂汽油。,探究活动,【有机高分子化合物溶解性的小结】 有机高分子化合物都不溶于水； 线型结构的
6、有机高分子能溶解在适当的有机溶剂中，但溶解过程比小分子缓慢； 而体型结构的高分子在有机溶剂中也不易溶解，有的只是有一定程度的胀大。,【生活实例】 市场上出售的香油等各种食用油，包装瓶用塑料材质，瓶塞用塑料材质就是这个原理。农贸市场出售香油使用玻璃瓶、橡胶塞，仔细观察：橡胶塞用一层塑料纸包裹，就是防止橡胶与油品接触发生溶胀现象而不易打开或塞紧瓶塞。,实验3： 塑料的热塑性试验 实验目的：探究塑料是否具有热塑性。 实验用品：聚乙烯塑料碎片，试管、试管夹、酒精灯、火柴。 实验步骤：在一支试管中放入聚乙烯塑料碎片约3g，用酒精灯缓缓加热，观察塑料碎片软化和熔化的情况。等熔化后立即停止加热以防分解。等冷
7、却固化后再加热，观察现象。 实验现象：加热后，聚乙烯塑料变软熔为粘稠状、流动的液体，该液体经冷却后又变为固体，该固体再被加热后又熔为粘稠、流动的液体。 实验结论：聚乙烯塑料有热塑性。,探究活动,实验探究高分子材料在不同温度下的性能,【说明】： 线型结构的高分子具有热塑性。根据这一性质制成的高分子材料具有良好的可塑性，能制成薄膜、拉成丝或压制成各种形状，用于工业、农业、日常生活等。 有些体型高分子一经加工成型就不会受热熔化，因而具有热固性。,合成高分子,按结构分类,线型,支链型,热固型,热塑型,加工成型后受热不再熔化,可反复加工，多次使用,能溶解在适当的有机溶剂里,不易溶解，只有一定程度的胀大,
8、网状结构,体型,三、高分子合成材料塑料,1、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纠缠及去缠的现象；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，为可逆过程 。,适用于高分子化合物,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，透过交联剂(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
9、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）,不能加热熔融只能一次成型（体型结构),聚乙烯,酚醛树脂,2、主要成分： 塑料主要成分是合成高分子化合物即合成树脂 适应各种要求：在高分子材料中掺入各种加工助剂（如聚氯乙烯；增塑剂提高柔韧性；热稳定剂改进耐热性；赋予各种颜色-着色剂等） 常见塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。,【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，
10、它的主要成分是合成树脂。,3. 常见塑料： 例如：聚乙烯,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,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
11、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,低压聚乙烯比高压聚乙烯链更长，而且支链少得多,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,塑料种类,几种常见的塑料, 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,单体: CH2=CH2,了解塑料产品,高压聚乙烯做薄膜，不用加增
12、塑剂，十分柔软。,聚乙烯制品,改进聚合反应的催化剂，得到超高相对分子质量（100万）、性能更为优越的聚乙烯。它具有高强度、高耐磨性、熔融温度135-137 ，使用温度100以上，可用作防弹头盔、防弹衣的材料。,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,单体: CH2=CHCl,聚苯乙烯,单体：,聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）,单体：,聚四氟乙烯,单体：,CF2CF2,人们给聚四氟乙烯冠以“塑料王”的美称。,一种特别的菜锅不粘锅。 易清洁的脱排油烟机，人们仅仅是在锅的内表面和脱排油烟机的外表面多涂了一层氟树脂。利用氟树脂优异的热
13、性能、化学性能、易清洁性能和无毒性能，它还有最好的耐化学腐蚀和耐老化的性能。,常见塑料聚合物的结构是？填表并书写化学方程式：,【资料卡片】 增塑剂的毒性 P105,请阅读教材,【科学视野】可降解高分子材料,【光降解】 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。,【微生物降解】 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。,酚醛树脂P108,烹饪器具的手柄,宇宙飞船的外壳,
14、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。,4、酚醛树脂（电木）,【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
15、成网状结构的酚醛树脂。,【实验51】酚醛树脂的制备及性质,【目的】通过甲醛和苯酚形成酚醛树脂的过程，加深对缩聚反应的认识。 【用品】大试管、带有长玻璃管(约30cm)的橡皮塞、试管夹、量筒、烧杯、石棉网、酒精灯、温度计、蒸发皿。 苯酚、甲醛(40)、浓盐酸(37)、浓氨水(28)。 【原理】酚醛树脂用苯酚和甲醛为原料，在酸或碱的催化作用下缩聚而成。苯酚过量，在酸性催化剂作用下，缩聚成线型结构的热塑性酚醛树脂。甲醛过量，在碱性催化剂作用下，缩聚成体型结构的热固性酚醛树脂。,操作： 1用盐酸作为催化剂 在一个大试管里加入苯酚2g，注入3mL甲醛溶液和3滴浓盐酸混合后，用带有玻璃管的橡皮塞塞好，放在
16、沸水浴里加热约15min。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）。它能溶于丙酮、乙醇等溶剂中。 2用浓氨水作催化剂 在另一个试管里加入2.5g苯酚，注入34mL40甲醛溶液，混匀后再加1mL浓氨水，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51）。约15min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里，在50温度下烘1h后，再继续在7
17、080下烘8h，即能缩合成体型固体酚醛树脂(淡黄色)，它不溶于任何溶剂。,图51酚醛树脂的制取,【注意事项】 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1mL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，沿管壁刮擦。 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。,酚醛树脂的制取和性质,实验5-1,沸水浴加热15min,洗净、烘干,淡粉红色固体,软化（热塑性）,不软化（热固性）,溶解
18、,不溶解,线性结构,网状结构,淡黄色固体,怎样清洗线型酚醛树脂？,福尔马林溶液或乙醇清洗,酚醛树脂的制备和注意事项,写出线型酚醛树脂的方程式。 网状酚醛树脂是如何形成的？,【思考与交流】,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脲醛树脂。你能写出它们的结构式吗？ P108,脲甲醛树脂的线形结构：,脲甲醛树脂的网状结构：,酚醛树脂,反应物：酚类醛类,苯酚甲醛,酚醛树脂,（电木）,酸催化线型,碱催化网状结构（体型）,具热塑性，能溶于一些有机溶剂中,具热固性，不溶于任何溶剂,CH2CHCH2OH,HT纤维由下列两种单
19、体反应生成，写出该高分子的结构。,电器、仪表和飞机等某些部件要用一种简称DAP塑料。它的结构如下，则合成它的单体应该是什么？,用有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。棉花、羊毛、天然橡胶等都属于天然有机高分子材料。,天然纤维,合成纤维,四、合成纤维,1、纤维分类,人造丝、人造棉,【区别】纤维与纤维素一样吗?,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)4C
20、OOH,H2N(CH2)6NH2,nHO-OC(CH2)4CO-OH +,nH-NH(CH2)6HN-H,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
21、织成的防弹衣腈纶,腈纶,锦纶,丙纶,维纶,氯纶,62,合成纤维的单体或聚合物是？填表并书写化学方程式：,【思考】合成纤维和天然纤维比较有 什么优点和不足？合成纤维中的维纶(聚乙烯醇)为什么吸湿性很好？,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,维纶（聚乙烯醇）具有较好的吸湿性，称为人造棉花，是因为在其分子链上含有羟基的缘故。,如果服装面料是由一种纤维材料制成的，则用“纯X”或“100X”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
22、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,对苯二甲酸和乙二醇缩聚合成涤纶的化学方程式,+ 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,n,n,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
23、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。,橡胶的发展,思考：橡胶分为哪两类？天然橡胶的结构式是怎样的？如何增加它的弹性和强度？,五、合成橡胶,1、橡胶分类,橡胶,天然橡胶,合成橡胶,三叶树胶（顺）,杜仲树胶（反）,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,一些合成橡胶产品,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，
24、因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。,合成橡胶的用途,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105106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
25、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=C,CH2,CH2,H,H n,1 2 3 4,1 4,2 3,分子链较柔软，具有较好的弹性,1 4,催化剂,nCH2=CH-CH=CH2,C=C,CH2,CH2,H,H n,1 2 3 4,2 3,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。,【科学视野】 天然橡胶有几种？它们的结构有何不同？,两种：巴西三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）,天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，根据天然
26、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,异戊二烯,天然橡胶线型,硫磺硫化剂,网状体型,橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大,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,B,2、现有两种高聚物A、B，已知A能溶于氯仿等有机溶剂，并加热到一定条件下熔融成粘稠的液体，B不溶于任何溶剂，加热不会变软或熔融，则下列叙述中不正确的是,A.高聚物A可能具有弹性，而B一定没有弹性 B.高聚物A一定是线型高分子材料 C.高聚物A一定是体型高分子材料 D.高聚物B一定是体型高分子材料,C,3、婴儿用的一次性纸尿片中有一层能吸水保水的物质。下列高分子中有可能被采用的是（ ）,B,4、硅橡胶的合成流程如下： 将单体二甲基二氯硅烷(CH3)2SiCl2水解得到二甲基硅二醇，经脱水缩聚成聚硅氧烷，即硅橡胶。 请用化学方程式表示以上过程。,结束 2010年12月,