第五章 第二節(jié) 應(yīng)用廣泛的高分子材料

1、 學習目標學習目標 1.以聚乙烯和酚醛樹脂為例，了解高以聚乙烯和酚醛樹脂為例，了解高 分子化合物的結(jié)構(gòu)特點和基本性質(zhì)，分子化合物的結(jié)構(gòu)特點和基本性質(zhì)， 體會高聚物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系體會高聚物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系 2.了解塑料、合成纖維、合成橡膠的了解塑料、合成纖維、合成橡膠的 性能和用途性能和用途 3.進一步熟練掌握高分子單體與高分進一步熟練掌握高分子單體與高分 子之間的互推技能，加聚、縮聚反應(yīng)子之間的互推技能，加聚、縮聚反應(yīng) 的書寫的書寫 高分子化合物高分子化合物 從來源角度從來源角度 天然高分子化合物天然高分子化合物 合成高分子化合物合成高分子化合物 塑料塑料 合成纖維合成纖維 合成

2、橡膠合成橡膠 棉花棉花 羊毛羊毛 天然橡膠天然橡膠 有機合成材料有機合成材料 合成材料與天然材料相比具有許多優(yōu)良合成材料與天然材料相比具有許多優(yōu)良 的性能，從我們的日常生活到現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)的性能，從我們的日常生活到現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、國防和科學技術(shù)等領(lǐng)域，都離不開合成業(yè)、國防和科學技術(shù)等領(lǐng)域，都離不開合成 材料。材料。 有機高分子化合物有機高分子化合物 合合 成成 材材 料料 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 復合材料復合材料 塑料、合成纖維、合成橡膠、塑料、合成纖維、合成橡膠、 粘合劑、涂料粘合劑、涂料 三大合成材料三大合成材料 按用途和按用途和 性能分類性能分類

3、高分子分離膜、液晶高分高分子分離膜、液晶高分 子、導電高分子、醫(yī)用高子、導電高分子、醫(yī)用高 分子、高吸水樹脂分子、高吸水樹脂 樹脂是指未經(jīng)加工處理的、沒有與各樹脂是指未經(jīng)加工處理的、沒有與各 種添加劑混合的聚合物，種添加劑混合的聚合物， 合成橡膠的名稱通常是在單體名稱后合成橡膠的名稱通常是在單體名稱后 加加“橡膠橡膠” 合成纖維的名稱習慣稱合成纖維的名稱習慣稱“綸綸” 塑料樹脂添加劑塑料樹脂添加劑 樹脂的本性決定了塑料的主要基本性樹脂的本性決定了塑料的主要基本性 能，添加劑也起重要作用能，添加劑也起重要作用 資料卡片資料卡片 一、塑料一、塑料 熱塑性塑料熱塑性塑料( (聚乙烯聚乙烯, , 聚氯

4、乙烯聚氯乙烯, , 聚丙烯等聚丙烯等) ) 塑料塑料 熱固性塑料（酚醛塑料）熱固性塑料（酚醛塑料） 特性：特性：受熱時軟化并可熔化成流動的液受熱時軟化并可熔化成流動的液 體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化， 可反復加工，多次使用可反復加工，多次使用 特性：特性：在制造過程中受熱時能變軟塑成一在制造過程中受熱時能變軟塑成一 定的形狀，但加工成型后就不會受熱熔化定的形狀，但加工成型后就不會受熱熔化 主要成分主要成分: 合成樹脂及加工助劑合成樹脂及加工助劑 熱固性塑料熱固性塑料鏈與鏈間會形鏈與鏈間會形 成共價鍵，產(chǎn)生一些交聯(lián)，成共價鍵，產(chǎn)生一些交聯(lián)， 形成形成體型網(wǎng)狀

5、結(jié)構(gòu)體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 為什么兩種塑料的特性不同呢? 熱塑性塑料熱塑性塑料具有長鏈狀的具有長鏈狀的 線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 熱塑性塑料：熱塑性塑料：高分子鏈間無永久性的化學高分子鏈間無永久性的化學 交聯(lián)交聯(lián),只有只有微弱的分子間作用力微弱的分子間作用力 以及由于以及由于 鏈間糾纏所造成的鏈間糾纏所造成的暫時性物理交聯(lián)暫時性物理交聯(lián) ，此此 交聯(lián)會隨加工過程而有交聯(lián)會隨加工過程而有糾纏及去纏的現(xiàn)象；糾纏及去纏的現(xiàn)象； 因此因此熱塑性塑料會隨加熱而有熱塑性塑料會隨加熱而有軟化變形乃軟化變形乃 至于流動至于流動的現(xiàn)象的現(xiàn)象:隨溫度下降則有固化變隨溫度下降則有固化變 硬硬的情形，的情

6、形，為為可逆過程可逆過程 。 熱固性塑料：熱固性塑料：塑料在加工過程中受熱發(fā)生塑料在加工過程中受熱發(fā)生 聚合反應(yīng)，透過交聯(lián)劑聚合反應(yīng)，透過交聯(lián)劑(或稱做架橋劑或稱做架橋劑)的的 作用作用分子鏈間產(chǎn)生化學交聯(lián)分子鏈間產(chǎn)生化學交聯(lián)，形成緊密的，形成緊密的 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)反應(yīng)本身是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)反應(yīng)本身是不可逆不可逆的化學的化學 反應(yīng)，因此熱固性塑料在加工后并不會如反應(yīng)，因此熱固性塑料在加工后并不會如 熱塑性塑料般會受熱軟化，若溫度過高則熱塑性塑料般會受熱軟化，若溫度過高則 發(fā)生裂解而不會有軟化變形的現(xiàn)象。發(fā)生裂解而不會有軟化變形的現(xiàn)象。 熱塑性塑料熱塑性塑料 熱固性塑料熱固性塑料 可以反復可以反復

7、 加工，多加工，多 次使用次使用 一旦加工成一旦加工成 型就不會受型就不會受 熱熔化熱熔化 聚乙烯聚乙烯 酚醛樹脂酚醛樹脂 1.聚乙烯聚乙烯 高壓聚乙烯高壓聚乙烯 低壓聚乙烯低壓聚乙烯 合成條件合成條件 分子結(jié)構(gòu)類分子結(jié)構(gòu)類 型型 有無支鏈有無支鏈 高分子鏈長高分子鏈長 短短 相對分子質(zhì)相對分子質(zhì) 量量 高壓高溫引發(fā)高壓高溫引發(fā) 劑劑 較低壓力催化劑較低壓力催化劑 線型線型支鏈型支鏈型 少有或沒有少有或沒有 相對較長相對較長相對較短相對較短 相對較小相對較小 相對較大相對較大 高壓聚乙烯高壓聚乙烯低壓聚乙烯低壓聚乙烯 熔融溫熔融溫 度度 密度密度 硬度硬度 分子間分子間 作用力作用力 低密度低

8、密度 相對較低相對較低 相對較小相對較小 相對較小相對較小 相對較高相對較高 高密度高密度 相對較大相對較大 相對較大相對較大 高或低密度的聚乙烯均可溶解于適高或低密度的聚乙烯均可溶解于適 當?shù)挠袡C溶劑中當?shù)挠袡C溶劑中 耳機線為什么總纏在一起？耳機線為什么總纏在一起？ 形狀形狀 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 聚乙烯分子鏈上的聚乙烯分子鏈上的 碳原子完全由碳碳碳原子完全由碳碳 單鍵相連，單鍵可單鍵相連，單鍵可 旋轉(zhuǎn)，使它不可能旋轉(zhuǎn)，使它不可能 成一條直線，只能成一條直線，只能 成不規(guī)則的卷曲狀成不規(guī)則的卷曲狀 態(tài)。態(tài)。 影響高分子化合物熔點、密度的因素：影響高分子化合物熔點、密度的因素： (1)高分子高分子鏈越長鏈

9、越長相對分子質(zhì)量越大相對分子質(zhì)量越大分分 子間的作用力越大子間的作用力越大熔點、密度越高熔點、密度越高 (2)鏈與鏈與鏈鏈之間之間越密越密鏈之間的作用力越大鏈之間的作用力越大 熔點、密度越高熔點、密度越高 聚乙烯聚乙烯(PE)(PE)產(chǎn)品產(chǎn)品 保鮮膜保鮮膜 吹塑成型的聚乙烯薄膜吹塑成型的聚乙烯薄膜 無毒無毒，化學，化學穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好，適合做食品和藥物的，適合做食品和藥物的 包裝材料包裝材料 單體單體: CH2=CH2 無論是直鏈還是支鏈結(jié)構(gòu)具有熱塑性無論是直鏈還是支鏈結(jié)構(gòu)具有熱塑性 分組編號分組編號 實驗步驟實驗步驟 苯酚苯酚+甲醛甲醛+濃鹽酸濃鹽酸 苯酚苯酚+甲醛甲醛+濃氨水濃氨水 產(chǎn)品外

10、觀產(chǎn)品外觀 加熱試驗加熱試驗 酒精溶解酒精溶解 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 水浴加熱水浴加熱15min 洗凈、洗凈、 烘干烘干 米黃色略帶粉色米黃色略帶粉色 軟化（熱塑性）軟化（熱塑性） 不軟化（熱固性）不軟化（熱固性） 溶解溶解 不溶解不溶解 線性線性結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 淡黃色淡黃色 酚醛塑料酚醛塑料 單體：單體：苯酚、甲醛苯酚、甲醛 OH HCH O OH CH2OH OH CH2 OH CH2OH OH CH2 n 水浴加熱水浴加熱 酸性條件下：酸性條件下： OH+ HCH O OH CH2OH CH2OH HOCH2 堿性條件下：堿性條件下： OH 下列高聚物經(jīng)簡單處理可以從線型結(jié)下列高

11、聚物經(jīng)簡單處理可以從線型結(jié) 構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)的是（構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)的是（ ） CH2CH2CHCH2n CH3 OH CH2 CH2CHCCH2n Cl n CH2CHn Cl A BH D BC 線型結(jié)構(gòu)里必須還存在能發(fā)生加線型結(jié)構(gòu)里必須還存在能發(fā)生加 聚或縮聚反應(yīng)的官能團，如雙鍵、聚或縮聚反應(yīng)的官能團，如雙鍵、 羥基、氨基等，才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基、氨基等，才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)?體型結(jié)構(gòu)。體型結(jié)構(gòu)。 C 例：填寫下表例：填寫下表 線型高分子線型高分子體型高分子體型高分子 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 性質(zhì)性質(zhì) 溶解性溶解性溶解溶解 不溶解，只發(fā)不溶解，只發(fā) 生溶脹。生溶脹。 受熱時受熱時 的

12、變化的變化 加熱軟化熔解，加熱軟化熔解， 具有可塑性。具有可塑性。 受熱不熔化，受熱不熔化， 具有熱固性。具有熱固性。 二二. .合成纖維合成纖維 纖維纖維 天然纖維天然纖維化學纖維化學纖維 棉花棉花 羊毛羊毛 蠶絲蠶絲 麻麻 合成纖維：合成纖維：用石油、天然氣、煤和農(nóng)副用石油、天然氣、煤和農(nóng)副 產(chǎn)品作原料加工制得單體，經(jīng)過聚合反應(yīng)制產(chǎn)品作原料加工制得單體，經(jīng)過聚合反應(yīng)制 得的纖維（如：六大綸）得的纖維（如：六大綸） 人造纖維：人造纖維： 滌綸 錦綸 腈綸 丙綸 維綸氯綸 用木材等為原料，經(jīng)化學加工處用木材等為原料，經(jīng)化學加工處 理的纖維理的纖維 世界上出現(xiàn)的世界上出現(xiàn)的第一第一 種種合成纖維

13、是合成纖維是 20 世世 紀紀 30 年代美國杜邦年代美國杜邦 公司科研小組研制公司科研小組研制 出的尼龍出的尼龍 66 （NylonNylon，聚酰胺，聚酰胺 66），它是由己二），它是由己二 酸和己二胺縮聚而酸和己二胺縮聚而 成的，寫出合成尼成的，寫出合成尼 龍龍6666的化學方程式的化學方程式 HOOC(CH2)4COOH H2N(CH2)6NH2 nHO-OC(CH2)4CO-OH +nH-NH(CH2)6HN-H OC(CH2)4CONH(CH2)6NH nH +（2n-1）H2O HO 己二酸和己二胺縮聚合成尼龍己二酸和己二胺縮聚合成尼龍66的化學方程式的化學方程式 合成纖維的強度

14、高、合成纖維的強度高、 彈性好、耐磨和耐化學彈性好、耐磨和耐化學 腐蝕，但它的吸水性和腐蝕，但它的吸水性和 透氣性較差。因此，合透氣性較差。因此，合 成纖維常常與棉纖維或成纖維常常與棉纖維或 羊毛纖維混合紡織，使羊毛纖維混合紡織，使 衣服穿起來既舒適又挺衣服穿起來既舒適又挺 括。括。 思考：合成纖維和思考：合成纖維和 天然纖維比有天然纖維比有 什么什么 優(yōu)點和不足？合成優(yōu)點和不足？合成 纖維中的維綸纖維中的維綸(聚乙聚乙 烯醇烯醇)為什么吸濕性為什么吸濕性 很好？很好？ 維綸維綸聚乙烯醇聚乙烯醇 吸濕性好，因其分子鏈上有羥基吸濕性好，因其分子鏈上有羥基 滌綸滌綸聚酯纖維，合成纖維中產(chǎn)量聚酯纖維

15、，合成纖維中產(chǎn)量 第一，聚對苯二甲酸乙二醇酯第一，聚對苯二甲酸乙二醇酯 2003年年3月月26日，在伊日，在伊 拉克的英國皇家海軍陸戰(zhàn)拉克的英國皇家海軍陸戰(zhàn) 隊戰(zhàn)士埃里克隊戰(zhàn)士埃里克沃爾德曼頭沃爾德曼頭 盔連中四槍?？B中四槍。 沃爾德曼所沃爾德曼所 戴的頭盔是這次英軍專門戴的頭盔是這次英軍專門 為戰(zhàn)爭打造的，其外層和為戰(zhàn)爭打造的，其外層和 普通頭盔沒什么區(qū)別，里普通頭盔沒什么區(qū)別，里 料則采用的是一種名叫料則采用的是一種名叫 “凱夫拉爾凱夫拉爾”的的特制纖維。特制纖維。 該纖維含有高分子聚合塑該纖維含有高分子聚合塑 料，料，硬度比普通鋼鐵硬度比普通鋼鐵高高 40%。質(zhì)地如此堅硬，能。質(zhì)地如此

16、堅硬，能 夠刀槍不入也就不足為奇夠刀槍不入也就不足為奇 了。了。 宇航員費俊龍、聶海勝凱旋歸來宇航員費俊龍、聶海勝凱旋歸來 宇航員的服裝能使太空的人處于加壓狀 態(tài)，供給宇航員生命所需的氧氣，控制溫 度和濕度，防止輻射，還要經(jīng)得起微流星 的沖擊。 宇航服中已經(jīng)應(yīng)用了一百三十多種新型 材料。其中多數(shù)是有機合成材料。 密閉頭盔由透明聚碳酸酯組成，密閉服 由耐高溫的防火聚酰胺纖維織物等特殊材 料組成。宇航服面罩是由碳材料制成的金 剛石膜。 橡橡 膠膠 產(chǎn)產(chǎn) 品品 三三. .橡橡 膠膠 橡膠橡膠是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需 的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。的材料，是重要

17、的戰(zhàn)略物資。 1、天然橡膠天然橡膠的化學組的化學組 成是成是聚異戊二烯聚異戊二烯： 2、合成橡膠分為、合成橡膠分為通用橡膠通用橡膠和和特種橡膠特種橡膠 通用橡膠：通用橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。 特種橡膠：特種橡膠：如耐熱和耐酸堿的如耐熱和耐酸堿的氟橡膠氟橡膠、耐高溫和耐嚴、耐高溫和耐嚴 寒的寒的硅橡膠硅橡膠等等 性能全面，但易老化性能全面，但易老化 3、橡膠的分類：、橡膠的分類： 橡膠橡膠 天然橡膠天然橡膠 合成橡膠合成橡膠 三葉樹膠（順）三葉樹膠（順） 杜仲樹膠（反杜仲樹膠（反） 丁苯橡膠丁苯橡膠 順丁橡膠順丁橡膠 合成天然橡膠合成天然橡膠 氯

18、丁橡膠氯丁橡膠 乙丙橡膠乙丙橡膠 硅橡膠硅橡膠 共同點：共同點： 各種高聚各種高聚 物分子中物分子中 均存在不均存在不 飽和鍵飽和鍵 性質(zhì)：性質(zhì)：耐磨、耐寒、耐油、耐熱、耐燃、耐腐蝕、耐耐磨、耐寒、耐油、耐熱、耐燃、耐腐蝕、耐 老化等各有其優(yōu)勢。老化等各有其優(yōu)勢。 天然橡膠為何容易老化？實驗室盛哪些藥天然橡膠為何容易老化？實驗室盛哪些藥 品的試劑瓶的瓶塞不能用橡膠塞？品的試劑瓶的瓶塞不能用橡膠塞？ 天然橡膠含有雙鍵，易起加成反應(yīng)和易被氧化，所以天然橡膠含有雙鍵，易起加成反應(yīng)和易被氧化，所以 易老化。易老化。 KMnO4 溶液、濃溶液、濃HNO3、液溴、汽油、苯、四氯化、液溴、汽油、苯、四氯化

19、碳等。碳等。 順丁橡膠是順丁橡膠是1,3-1,3-丁二烯為單體聚合而成的高丁二烯為單體聚合而成的高 聚物，寫出該反應(yīng)方程式聚物，寫出該反應(yīng)方程式 nCH2=CH-CH=CH2 催化劑催化劑 C=C CH2CH2 HH n 1 2 3 4 1 4 2 3 硫化劑的作用是打開順式聚硫化劑的作用是打開順式聚1，3-丁二烯的丁二烯的 雙鍵，以雙鍵，以-S-S-鍵將順丁橡膠的線型結(jié)構(gòu)連接為鍵將順丁橡膠的線型結(jié)構(gòu)連接為 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到既有彈性又有強度的橡膠。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到既有彈性又有強度的橡膠。 合成橡膠合成橡膠 硫化橡膠硫化橡膠 優(yōu)點優(yōu)點: 具有較高的強度、韌具有較高的強度、韌 性、良好的彈性和化學穩(wěn)性

20、、良好的彈性和化學穩(wěn) 定性等定性等 丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯共聚共聚而成的彈性體，而成的彈性體， 合成丁苯橡膠合成丁苯橡膠 CH2=CH-CH=CH2 CH2= CH 1,3-丁二烯丁二烯 苯乙烯苯乙烯 硅橡膠的合成流程如下：將單體硅橡膠的合成流程如下：將單體 二甲基二氯硅烷二甲基二氯硅烷(CH(CH3 3) )2 2SiClSiCl2 2水解得到二甲水解得到二甲 基硅二醇，經(jīng)脫水縮聚成聚硅氧烷，即硅基硅二醇，經(jīng)脫水縮聚成聚硅氧烷，即硅 橡膠。請用化學方程式表示以上過程。橡膠。請用化學方程式表示以上過程。 科學視野:天然橡膠P111 兩種：三葉橡膠（順式）、杜仲膠（反式）兩種：三葉橡膠（順

21、式）、杜仲膠（反式） 討論：討論： 合成高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展給環(huán)境帶來哪些危害？合成高分子材料的應(yīng)用與發(fā)展給環(huán)境帶來哪些危害？ 為什么會造成環(huán)境污染？為什么會造成環(huán)境污染？ 生活中常見到哪些處理廢棄材料的方法？生活中常見到哪些處理廢棄材料的方法？ 這些處理對環(huán)境有哪些破壞？這些處理對環(huán)境有哪些破壞？ 如果你是科研人員，你會對已有的如果你是科研人員，你會對已有的“白白 色污染色污染”如何治理？并請對以后合成材如何治理？并請對以后合成材 料的發(fā)展方向提一點可行性意見？料的發(fā)展方向提一點可行性意見？ 4、合成材料和環(huán)境保護、合成材料和環(huán)境保護 A廢棄塑料的再利用（如直接廢棄塑料的再利用（如直接 作

22、為材料、制作單體和燃料油、作為材料、制作單體和燃料油、 制作氣體等）；制作氣體等）； B制造易降解材料。制造易降解材料。 我國制訂的塑料包裝制品回收標志示例我國制訂的塑料包裝制品回收標志示例 回收廢棄塑料是非常重回收廢棄塑料是非常重 要的，因為塑料回收不僅可以要的，因為塑料回收不僅可以 減少廢棄塑料的數(shù)量，而且節(jié)減少廢棄塑料的數(shù)量，而且節(jié) 約資源。但塑料的分類是回收約資源。但塑料的分類是回收 和再利用的一大障礙，這是因和再利用的一大障礙，這是因 為不同種類的塑料，其再利用為不同種類的塑料，其再利用 的途徑是不同的。為了解決這的途徑是不同的。為了解決這 個困難，一些國家已經(jīng)開始在個困難，一些國家

23、已經(jīng)開始在 塑料制品上印刷或模壓所用材塑料制品上印刷或模壓所用材 料種類的標志。上圖就是塑料料種類的標志。上圖就是塑料 包裝制品回收標志示例。包裝制品回收標志示例。 淀粉的優(yōu)點在于：淀粉的優(yōu)點在于： 它是無毒的；它是無毒的； 制造淀粉的原料來自農(nóng)業(yè)，制造淀粉的原料來自農(nóng)業(yè)， 來源豐富，價格低廉；來源豐富，價格低廉； 淀粉是一種很容易降解的化淀粉是一種很容易降解的化 合物，能通過下圖所示過程降合物，能通過下圖所示過程降 解，最終的產(chǎn)物是無毒、無害、解，最終的產(chǎn)物是無毒、無害、 安全性極高的葡萄糖。安全性極高的葡萄糖。 淀粉塑料淀粉塑料 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復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復 的基團組成的長鏈分子，化學家已經(jīng)找到一些方法來改變高分的基團組成的長鏈分子，化學家