选修5应用广泛的高分子材料（上课用ppt课件

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。 【知识识与 技能】 1. 通过过“三大合成材料”的实实例，分别说别说 明塑料、合 成 纤维纤维 、合成橡胶的结结构、性能和用途。 2. 高分子结结 构对对性能的影响。 【过过程与方法】 联联系生活实际实际 ，从身边边常见见的物质质入 手，了解高分子合成材料的分类类及主要用途，了解“ 三大合成材料”典型代表物的有关聚合反应应，聚合物 的结结构、性能特点。 【情感、态态度与价值观值观 】 通过过活动课动课 研究、学习习治理 “白色污污染”的途径和方法，关注和爱护爱护 自然，树树立 社会责责任感，培养环环境保护护意识识。 【教学重点】 高分子化合物结结构与性能之间间的关系 【教学难难点】 “三大合成材料”的结结构 与性能之间间的 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) 【资资料卡片】 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 常见见的热热固性塑 料包括环环氧树树脂、酚 醛树醛树 脂、聚酯树酯树 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） OH O HCH = + H+ OH CH2OH nH+ OH CH2 OH CH2OH n HO H +（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。 OH CH2OH CH2OH HOCH2 2，4，6-三羟甲基苯酚2，4-二羟甲基苯酚 OH CH2OH CH2OH 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)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】合成纤维纤维 和天然纤维纤维 比较较有 什么优优点 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“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。 HOCH2CH2OH nH +（2n-1）H2O HO OC- -COOCH2CHO 对苯二甲酸和乙二醇缩聚合成涤纶的化学方程式 HOOC- -COOH HOOC- -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。 小学生用的五颜颜六色的橡皮擦是一种硫化橡胶。 现现在使用的橡胶轮轮胎，包括大多数自行车轮车轮 胎 ，都是经过经过 加硫磺、炭黑、纤维纤维 等一系列加工 步骤骤后制成的。 合成橡胶是以石油和煤为为原料，采用高分子合成 技术术制造出来的。 现现在已发发展了20多个大品种，人们们常用型合 成橡胶主要有丁苯橡胶、顺顺丁橡胶、氯氯丁橡胶等 。 四、合成橡胶 1、橡胶分类类 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-丁二烯为烯为 原料，在催化剂剂存在下，得 到顺顺式聚1，3-丁二烯烯的线线型结结构。 nCH2=CH-CH=CH2 催化剂 C=C CH2CH2 HH 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=CH2C=C CH2CH2 HH n 1 2 3 42 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。 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 1. 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