高分子材料和复合材料 选修IB.ppt

第三单元高分子材料和复合材料 高分子材料 高分子化合物的合成途径 一般是含碳碳双键或三键的有机物 一般是醇酸或多元羧酸和多元醇 一般链节主链上都是碳原子 链节组成与单体相同 链节主链上除碳原子外还有O或N等杂原子 链接组成与单体不同 加聚高分子化合物单体确定思路 1 凡链节的主链只有两个碳原子的高聚物 其合成单体必为一种 将单键变双键即可 2 凡链节主链有四个碳原子 且链节无双键的高聚物 其单体必为二种 二碳一组 单键变为双键即可 3 凡链节主链中只有碳原子 并存在C C双键结构的高聚物 其规律是 凡双键 四个碳 无双键 两个碳 然后单键变双键 双键变单键 缩聚高聚物单体的判断思路 C 3 一次性使用的聚苯乙烯材料带来的 白色污染 就是一种较为严重的污染现象 最近研制成功的一种 O CH C n能代替聚苯乙烯 它是由乳酸聚合而成的 这种材料可以在乳酸菌作用下完全降解 下列关于聚乳酸的说法正确的是 A 聚乳酸是一种纯净物 B 聚乳酸的聚合方式与聚苯乙烯相似 C 聚乳酸的形成过程是一个缩聚反应 D 聚乳酸的单体为 CD 4 科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术 即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯酸酯与水的混合物 使其与沙粒结合 形成既能阻止地下的盐分上升 又能拦截 蓄积雨水作用 下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是 聚丙烯酸酯的单体的结构式为CH2 CHCOOR 聚丙烯酸酯没有固定的熔沸点 聚丙烯酸酯能与H2发生加成反应 合成聚丙烯酸酯的反应属于缩聚反应A B C D B 一 有机高分子的结构 线型 体型 二 有机高分子的基本性质 2 分子链上可以带支链 也可以不带支链 高分子链之间通过化学键相互交联 形成网状 1 溶解性 具有热塑性 加热后熔解 可塑造成各种形状 如聚乙烯 具有热固性 加热不熔解 如酚醛塑料等 3 强度 4 电绝缘性 科学研究发现 经过特殊改造之后 塑料能像金属一样具有导电性 例如聚乙炔 聚苯硫醚等 目前 已制成一批导电性与银 铜相当的聚合物 被称为有机金属或合成金属 与金属相比 塑料的特点是容易加工 重量轻 导电性塑料可以使信息社会的梦想成真 目前 导电性塑料已在许多工业领域内应用 其研究工作进入了实用化阶段 在未来的能源工业中 导电塑料将成为重要的一员 导电塑料的另一特点是具有消除静电的功能 计算机和电子设备机房都要求抗静电防护 新型飞机上的电子器件要求防电磁干扰 树脂基复合材料机身 机翼要求防雷击 这些要求都可以用导电塑料薄膜屏蔽加以解决 合成高分子材料 塑料 聚乙烯 PE 产品 无毒 化学稳定性好 适合做食品和药物的包装材料 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 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 尿醛塑料 电玉 热塑性塑料 成分为热塑性树脂 可以反复塑制 如聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯等 热固性塑料 通用塑料 工程塑料 成分为热固性树脂 加工成型后为不熔状态 如酚醛 氨基塑料等 通用性强 用途广 产量大 价格低 主要有聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯等 机械性能好 强度高 可以代替金属用作工程结构材料 如聚酯 聚酰胺 聚碳酸酯 氟塑料等 其他分类 分为通用 工程 耐高温和特种塑料四大类 或通用 工程和其他塑料三大类 1 有些塑料制品可以用热黏结法修补 有些可以用某种溶剂黏结 另一些则无法修补 你知道其中的原因吗 热塑性塑料制品可以用加热的方法黏补 也可回收后重新软化加工 有些热塑性塑料可溶解于某些有机溶剂 如有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯 可溶解于氯仿 聚苯乙烯可溶解于乙酸乙酯等有机溶剂 2 日常生活中使用的塑料薄膜包装袋 有的可以用于食品包装 有的不可以 为什么 制造塑料制品时 加入的某些添加剂对人体有害 使用时必须注意 例如 聚氯乙烯薄膜中含有的增塑剂对健康有不良影响 不能用来包装食品 聚乙烯塑料中不含对人体有害的添加剂 可制成食品保鲜袋或保鲜膜 3 聚四氟乙烯是一种含氟塑料 它不会被酸 碱 王水及各种有机溶剂所腐蚀 且在 269 3 250 的温度范围内都可使用 因而被誉为 塑料王 不粘锅的内壁涂敷了聚四氟乙烯 写出聚合反应式 为什么用不粘锅进行烹调时食物不容易烧焦 也不会粘锅 聚四氟乙烯之所以难以粘附 原因在于聚四氟乙烯外围是氟原子 它是表面光滑的秘密 氟原子几乎对所有的物质都产生排斥 即使粘胶剂也很难与其粘附 ABS工程树脂 由丙烯腈 CH2 CHCN 符号A 1 3 丁二烯 CH2 CH CH CH2 符号B 和苯乙烯 C6H5 CH CH2 符号S 按一定配比共聚而得 1 A B和S三种单体中 碳氢比 C H 值最小的单体是 2 经元素分析可知该ABS样品的组成为CaHbNc a b c为正整数 则原料中A和B的物质的量之比是 用a b c表示 1 3 丁二烯 2c b a 考虑 随着科技的发展出现了一些具有特殊性能的合成材料 如工程塑料 ABS塑料既保留了聚苯乙烯坚硬 透明 良好的加工性能和绝缘性等优点 又兼具聚丙烯腈高强度 耐热等特性 且具有聚丁二烯较好的弹性和耐冲击性 从而克服了聚苯乙烯性脆和不耐高温的缺点 是一种融合了三者优越性能的合成材料 用ABS塑料制成的装修材料及其他各种用品美观轻巧 可与金属媲美 电视机 洗衣机等家用电器的壳体 通讯器材 汽车 飞机零部件及各种仪表的外壳等都是用ABS塑料制成的 图3 32用ABS塑料制成洗衣机的外壳 可溶解的医用塑料洗衣袋某些医院采用可溶解的塑料袋装放病人用过的衣被 清洗时可以直接放进洗衣机 洗衣袋能很快溶解在水里 避免了衣被中的病菌对洗涤人员的感染 你知道这些可溶解的塑料袋是用什么制成的吗 可溶解的塑料袋可用聚乙烯醇制成 聚乙烯醇是用聚乙酸乙烯酯通过水解反应制得的 在不同的生产条件下制得的聚乙烯醇水溶性有差异 可以在不同场合使用 例如 手术时使用的缝合线 可以根据需要选择溶解时间长短不同的聚乙烯醇制品 合成高分子材料 纤维 纤维 天然纤维 化学纤维 表3 5常见的天然纤维 化学纤维的化学组成和主要性能 粘胶纤维 把植物秸秆 棉绒等富含纤维素的物质经过氢氧化钠和二硫化碳等处理后 得到的一种纤维状物质 粘胶纤维中的长纤维俗称人造丝 短纤维俗称人造棉 都可供纺织使用 硝酸纤维 工业上把硝酸和纤维素酯化比较完全 含氮量高的硝酸纤维叫做火棉 制造无烟火药 把含氮量低的硝酸纤维成为胶棉 制造赛璐珞和油漆 醋酸纤维 用于制造电影胶片的片基 也可作纺织工业原料 1928年 美国杜邦公司的科学家希望合成一种和真丝与羊毛中的蛋白质链相似的高分子 他们没有使用氨基酸 蛋白质的合成原料 而是用胺和羧酸作原料 得到的聚酰胺高分子化合物可拉成细丝 这些细丝坚韧而且光滑 非常像蚕吐出的丝 尼龙 就此诞生 并很快成为丝绸的替代品 尼龙 人类第一次通过化学合成得到的化学纤维 优点 强度高 弹性好 耐磨 耐化学腐蚀和不怕虫蛀等 缺点 吸水性和透气性不如天然纤维 常见合成纤维 锦纶 尼龙 涤纶 的确良 腈纶 人造羊毛 维纶 氯纶 丙纶 合成纤维 涤纶织品涤纶强度高 耐磨 耐光 耐蚀 防蛀 易洗快千 挺括 是优良的衣料 也大量用于制作轮胎帘子线 工业滤布 绳索等 人造羊毛腈纶柔软 轻盈 保暖 有 人造羊毛 之称 它比羊毛轻lO 强度却大2倍多 腈纶防蛀 耐光 不发霉 它适合制作帐篷 炮衣 车篷 幕布 窗帘等户外织物 用它制成的毛线为人们所喜爱 缝合线乳酸纤维与其他有耐水性的化学纤维不同 它易水解成小分子 乳酸 乳酸纤维也可以作外科手术缝合线 在伤口愈合后无需拆线 因为 乳酸纤维在体内水解生成的乳酸能参与人体的正常代谢作用 被消化排出体外 合成纤维制品防弹衣在20世纪60年代 尼龙是制作防弹衣的主要材料 后来发现 分子中含有苯环结构的另一种聚酰胺纤维凯夫拉 Kevlar 有助于加强衣料本身的张力 较尼龙强2 5倍 当子弹击中由此种纤维制成的防弹衣时 就像坠入一个网中 其能量会向四周扩散 子弹便没有足够的能量冲破衣料伤害人体了 现在凯夫拉已取代尼龙作为制作防弹衣的主要材料 防弹衣 合成高分子材料 橡胶 橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶 天然橡胶是利用天然胶乳作为原料制造的 天然胶乳可从近500种不同植物中获得 但主要还是从热带植物 橡胶树中取得 其基本的化学组成是异戊二烯 考虑1 写出天然橡胶 聚异戊二烯 的形成过程 考虑2 根据天然橡胶的结构 说说它的性质可能有哪些不足 缺陷1 天然橡胶 生胶 是线型高分子 物理与机械性能比较差 在温度较高或受力较大时 易发生形变 且形变后难复原 缺陷2 一般橡胶制品只达到轻度交联 高分子链上含有双键 受氧气 臭氧 日光等作用时 容易老化 弹性下降 变硬开裂或变软发黏 改进措施 增加橡胶分子之间交联的方法 使线型分子转变成为体型分子 硫化橡胶既有弹性又不易变形 就是因为在长的线型分子间形成了二硫键 但是未经硫化的生橡胶可溶解于甲苯等有机溶剂 硫化橡胶在有机溶剂中不溶解 只发生溶胀 生橡胶的甲苯溶液可用做橡胶制品的黏接剂 改进措施 1 添加防老剂 如抗氧化剂 热稳定剂 防霉剂等 2 用物理保护法 如涂漆 镀金属等 人们在长期的生产和科学实验中认识了天然橡胶的结构 受到启发 成功地合成了多种合成橡胶 丁苯橡胶 是由丁二烯 CH2 CH CH CH2 和苯乙烯 C6H5CH CH2 共聚而得到的弹性体 其耐磨性 耐自然老化性 耐水性 气密性等却优于天然橡胶 丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品 它是合成橡胶第一大品种 综合性能良好 价格低 在多数场合可代替天然橡胶使用 主要用于轮胎工业 汽车部件 胶管 胶带 胶鞋 电线电缆以及其它橡胶制品 顺丁橡胶是顺式1 4 聚丁二烯橡胶的简称 国际通用代号为BR 是目前仅次于丁苯橡胶的世界上第二大通用合成橡胶 具有弹性好 耐磨性强和耐低温性能好 生热低 滞后损失小 耐屈扰性 抗龟裂性及动态性能好等优点 可与天然橡胶 氯丁橡胶以及丁腈橡胶等并用 在轮胎 抗冲击改性 胶带 胶管以及胶鞋等橡胶制品的生产中具有广泛的应用 指具有特殊性能和特殊用途能适应苛刻条件下使用的合成橡胶 氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶 具有优异的耐热性 耐氧化性 耐油性和耐药品性 它主要用于航空 化工 石油 汽车等工业部门 作为密封材料 耐介质材料以及绝缘材料 硅橡胶由硅 氧原子形成主链 侧链为含碳基团 既耐热 又耐寒 使用温度在 100 300 之间 它具有优异的耐气候性和耐臭氧性以及良好的绝缘性 缺点是强度低 抗撕裂性能差 耐磨性能也差 硅橡胶主要用于航空工业 电气工业 食品工业及医疗工业等方面 聚硫橡胶是含有硫原子的特种合成橡胶的总称 每个重复单元具有两个到四个硫原子的直链 此橡胶不会因氧 臭氧和日光等作用而发生变化 透气性小 拉伸强度和伸长率较低 需加入炭黑补强 由于其耐油性强 需用促进剂作软化剂 用氧化铅 氧化锌作硫化剂 其主要缺点是耐寒性 耐热性 粘着性较差 有臭味 主要用于制造各种耐油橡胶制品 功能高分子材料 也称为精细高分子或特种高分子 一般是指具有传递 转换或贮存物质 能量和信息作用的高分子及其复合材料 或具体地指在原有力学性能的基础上 还具有化学反应活性 光敏性 导电性 催化性等功能的高分子材料或复合材料 1 高吸水性树脂 其是一种新型的功能高分子材料 它具有优异的吸水 保水性能 可吸收比自重几百倍 上千倍 最高可达5300倍的水 即使挤压也很难脱水 被冠于 超级吸附剂 之称 高吸水性树脂是通过化学作用吸水 树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体 即使在外力作用下也很难脱水 因此可用作农业 园林 苗木移植的保水剂 并不是所有的高聚物的吸水性强 如聚丙烯 聚乙烯 它的吸水性就不是很强 象聚酯类或聚氨类的树脂 由于分子链中含有氧 氮原子 它会与水分子中的氢原子形成氢键 所以它们容易吸水 2 导电性材料 在高分子中加入各种导电物质 如银粉 铜粉 石墨粉等就可制成导电材料 导电橡胶 导电涂料等 这种材料通电时因产生热量而使体积膨胀 有可能使加入的导电微粒相互分离而断电 如触摸屏等电子仪器窗口材料是透明的导电薄膜 它是用具有导电功能的高分子材料制造的 有些计算机的键盘也使用导电橡胶 如用导电高分子代替电池中的电解质溶液 不仅能解决漏液问题而且还可减轻电池的质量 提高能量密度 获得较大的电压 3 高分子分离膜 这是具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜 它的特点是能让某些物质有选择性地通过 而把另外一些物质分离掉 应用于物质分离 如用于生活污水 工业废水处理 海水淡化 浓缩天然果汁等 未来的高分子膜还可用于能量转换 如传感膜能将化学能转化为电能 热电膜能将热能转化为电能 4 医用高分子材料 某些合成高分子材料与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性质 因此这些医用高分子做成的人工器官具有很好的生物相容性 不会因与人体接触而产生排斥作用 如人造骨骼 人造牙 人造肾脏 人造心脏等 人造心脏 人造肾脏 人造膝关节 一张柔软的纸 白中透出微黄 这张不起眼的 白纸 就是填补国内空白的高科技 人造皮肤 这种 人造皮肤 能帮助伤口尽快恢复 比如烧烫伤 把水泡的水放出 用药清洗后 将 人造皮肤 敷贴在伤口上 很快 人造皮肤 就和人的身体长在一起 成了真的皮肤 人造皮肤 不同的材料具有不同的性能 如普通金属材料强度大 但易腐蚀 普通陶瓷材料耐高温 但易碎裂 合成高分子材料强度大 密度小 但易老化 人们在实践中发现 由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的复合材料通常具有比原材料更优越的性能 钢筋混凝土 建造简易车棚使用的石棉瓦 用于制造快艇的玻璃钢等都是复合材料 1 复合材料 指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料 其中一种做为 另外材料做为 具有 等优异性能 在综合