【知识解析】通用高分子材料

塑料（1）塑料的成分合成树脂——主要成分加工助剂塑料的成分举例：增塑剂、热稳定剂、着色剂等作用：改善塑料的性能，以适应工农业生产和人们的生活需求塑料辨析比较1．树脂是指未加工处理的聚合物，没有添加各种加工助剂，而塑料是由合成树脂及各种加工助剂组成的，塑料的主要成分是合成树脂。这两个名词有时也混用，因为有些塑料基本上是由合成树脂组成的，不含或含少量其他加工助剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。2．塑料的基本性能主要取决于树脂的性质，但加工助剂也起着重要作用。合成树脂和塑料的关系塑料（2）塑料的种类类型特征举例热塑性塑料可以反复加热熔融加工聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等热固性塑料不能加热熔融，只能一次成型酚醛树脂、脲醛树脂等塑料（3）常见的塑料①聚乙烯a．聚乙烯的制备b．高压法聚乙烯和低压法聚乙烯的比较按合成方法的不同，聚乙烯可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。聚乙烯是由乙烯在催化剂或引发剂的作用下发生加成聚合反应而制得的，反应的化学方程式为。塑料高压法聚乙烯低压法聚乙烯聚合反应条件较高压力和较高温度（150MPa～300MPa，200℃左右），使用引发剂较低压力和较低温度（0.1MPa～2MPa，60～100℃），使用催化剂高分子链的结构含有较多长短不一的支链支链较少高分子链间的疏密远近相对远而疏相对近而密相对分子质量相对小相对大高分子链间的作用力相对较小相对较大塑料高压法聚乙烯低压法聚乙烯密度/（g·cm－3）0.91～0.93（又称低密度聚乙烯）0.94～0.97（又称高密度聚乙烯）软化温度/℃105～120（相对低）120～140（相对高）主要性能无毒、较柔软无毒、较硬主要用途生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等生产瓶、桶、板、管等续表总结：高压→低密度、低软化温度、较软→塑料薄膜、食品包装袋；低压→高密度、高软化温度、较硬→瓶、桶、板、管。塑料深化理解1．聚乙烯的软化温度、密度与高分子链之间的作用力有关。高分子链之间的作用力越大，聚乙烯的软化温度越高、密度也越高。聚乙烯分子结构与其软化温度、密度之间的关系高分子链越长高分子链之间越密相对分子质量越大链之间易于接近高分子链之间的作用力越大软化温度、密度越高塑料深化理解2．组成和结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越大。低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的结构相似，与高密度聚乙烯相比，低密度聚乙烯的高分子链较短，主链有较多长短不一的支链，因此高分子链之间的作用力较小，低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低、密度也低。聚乙烯分子结构与其软化温度、密度之间的关系塑料c．聚乙烯的弹性因此，一般的高分子材料都具有一定的弹性。d．通过改进聚合反应的催化剂，现已得到超高相对分子质量的聚乙烯，其具有高强度和高耐磨性，使用温度范围广，耐化学腐蚀，可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。聚乙烯分子链上的碳碳单键可以旋转分子链常呈卷曲状态卷曲的高分子链被拉直或部分被拉直恢复卷曲状态导致外力作用除去外力塑料②酚醛树脂酚醛树脂是酚（如苯酚或甲苯酚等）与醛（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。塑料a．教材P136·实验5－1

酚醛树脂的制备及性质酸催化碱催化实验内容在大试管中加入2g苯酚、3mL质量分数为40％的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在水浴中加热。当试管中反应物接近沸腾时，从水浴中取出试管，并用玻璃棒搅拌在大试管中加入2g苯酚和3mL质量分数为40％的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，稍加振荡后，加入0.5mL浓氨水，在水浴中加热实验现象液体变浑浊，有黏稠物质生成液体变浑浊，有黏稠物质生成实验结论苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成酚醛树脂塑料b．酸催化合成在酸催化下，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羟甲基苯酚：羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子：塑料c．碱催化合成在碱催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。塑料d．酚醛树脂的性质及用途决定性质具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般溶剂。因此，酚醛树脂具有优良的绝缘性、耐腐蚀性等用途酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料。可用于生产烹饪器具的手柄，一些电器与汽车的零部件，火箭发动机、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料合成纤维（1）纤维的分类纤维棉花、麻（主要成分是纤维素）羊毛、蚕丝（主要成分是蛋白质）天然纤维化学纤维再生纤维：黏胶纤维、大豆蛋白纤维等合成纤维：聚酯纤维、聚酰胺纤维等合成纤维名师提醒（2）再生纤维是以木材、秸秆等天然纤维为原料，经加工处理制得的纤维；合成纤维是以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经聚合反应制得的纤维。（1）顾名思义，化学纤维是通过化学方法处理并加工而得到的纤维。合成纤维（2）合成纤维的性能和用途性能优点强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖缺点吸湿性和透气性明显不及天然纤维（维纶吸湿性较好）改性方法将天然纤维和合成纤维混合纺织，得到的混纺纤维实现了优势互补，性能更加优良用途合成纤维除满足人们的穿着需求外，还广泛应用于工农业生产和高科技领域。如工业用的隔音、隔热、绝缘材料，渔业用的渔网、缆绳，医疗用的缝合线、止血棉，航空航天用的降落伞、航天服，等等合成纤维（3）重要的合成纤维①聚酯纤维合成纤维中产量最大的是聚酯纤维中的涤纶。涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。合成纤维涤纶单体：对苯二甲酸（）和乙二醇（HOCH2CH2OH）OHO—C————C—OH——O合成原理：OnHO—C————C—OH——O＋nHO—CH2CH2—OH催化剂△＋（2n－1）H2OOHO［C————C—OCH2CH2O］n——O－－性能：强度大、耐磨、易洗、快干、保形性好，但吸湿性和透气性差用途：大量用于服装和床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物（航天服、降落伞）、工业用纤维制品等合成纤维②聚酰胺纤维a．聚酰胺纤维的概念：由二元或多元胺与二元或多元羧酸缩合而形成的高分子纤维称为聚酰胺纤维。锦纶是应用较早的聚酰胺纤维之一。b．脂肪族聚酰胺纤维——锦纶聚己二酰己二胺纤维又称锦纶66、尼龙66（两个数字6分别代表单体二胺、二酸分子中所含的碳原子数）。合成纤维锦纶66合成原理：OnH2N—(CH2)6—NH2＋nHO—C(CH2)4C—OH————O催化剂△OHO［C(CH2)4C—NH(CH2)6NH］nH＋（2n－1）H2O————O－－聚己酰己二胺特性：不溶于普通溶剂，熔化温度高于260℃，拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨，强度大等用途：用于生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等合成纤维c．芳香族聚酰胺纤维——芳纶聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414（数字1和4指单体对苯二甲酸和对苯二胺的官能团在苯环上的位置）。合成纤维芳纶1414合成原理：催化剂nH2N—

—NH2＋nHO—C—

—C—OHO————OOH［NH—

—NH—C—

—C］nOH＋（2n－1）H2O————O－－聚对苯二甲酰对苯二胺特性：强度高、密度低（只有钢的1/5）、热稳定性高、耐酸、耐碱、耐高温、耐磨等用途：可以制成防弹装甲、消防服、防切割耐热手套，以及交通工具的结构材料和阻燃内饰等合成橡胶温故（1）合成橡胶的原料及性能①原料：以石油、天然气为原料，以烯烃和二烯烃等为单体聚合而成的高分子。②性能：具有高弹性、绝缘性、气密性，耐磨、耐油、耐寒、耐热、耐腐蚀等性能。橡胶天然橡胶合成橡胶通用橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等特种橡胶：硅橡胶、氟橡胶等合成橡胶（2）顺丁橡胶①顺丁橡胶的合成原理及结构特点顺丁橡胶合成原理：结构特点：顺丁橡胶中存在碳碳双键，分子呈线型结构，分子链较柔软，性能较差催化剂nCH2＝＝CH—CH＝＝CH2

聚顺－1，3－丁二烯nCH2CH2C＝＝CHH——合成橡胶②顺丁橡胶的硫化将顺丁橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的碳碳双键打开，以二硫键（—S—S—）等与碳原子结合，把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的顺丁橡胶，如图所示为顺丁橡胶硫化形成的网状结构局部示意图。注意：（1）橡胶的硫化交联程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。（2）具有类似顺丁橡胶结构特点的橡胶，都可通过硫化改变其性能。合成橡胶顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。（3）几种重要的合成橡胶单体结构简式性能和用途丁苯橡胶耐磨、耐热、耐油、耐老化。可部分或全部代替天然橡胶。主要用于制造轮胎、乳胶带、胶管、胶鞋等③顺丁橡胶的性能及用途合成橡胶单体结构简式性能和用途氯丁橡胶耐燃、耐油。主要用于制造耐燃、耐油橡胶制品，如耐热运输带、耐油胶管等丁腈橡胶耐油性能优异。主要用于制造耐油制品，如输油管、密封垫圈、化丁容器衬里等续表合成橡胶单体结构简式性能和用途乙丙橡胶耐老化、耐臭氧、弹性好。主要用于制造汽车零件、电气制品、建筑材料等硅橡胶无毒、无味，耐高温与低温。主要用于制造耐高温与低温的垫圈、密封件、高温电线、人造心脏、人造血管等续表合成橡胶（4）天然橡胶简介①天然橡胶有两种，一种是巴西三叶橡胶树产出的橡胶，通常称为天然橡胶；另一种是杜仲树产出的橡胶，称为杜仲胶或古塔波胶。②天然橡胶的结构简式为（顺式聚异戊二烯）；杜仲胶的结构简式为（反式聚异戊二烯）。典例详析下列有关塑料的说法错误的是（）A．塑料的主要成分是合成树脂B．热塑性塑料可以反复加工，多次使用C．聚乙烯为热塑性塑料，受热会变软D．塑料是一种高分子材料，可以通过取代反应大量生产例2－3D典例详析解析：塑料的主要成分是合成树脂，所添加的加工助剂有增塑剂、热稳定剂、着色剂等，A项正确；塑料根据其受热特征可分为热塑性塑料和热固性塑料，热塑性塑料可以反复加工，多次使用，而热固性塑料只能一次成型，B项正确；聚乙烯是热塑性塑料，加热可熔融，C项正确；塑料是通过聚合反应制得的，D项错误。典例详析下列说法正确的是（）A．只有热塑性高分子材料才可能是塑料B．用于包装食品的塑料通常是聚氯乙烯C．有机玻璃是一种透光性好的玻璃制品D．塑料在自然环境下不易分解，可造成“白色污染”例2－4D典例详析解析：塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两种，A项错误；用于包装食品的塑料通常是聚乙烯，生产聚氯乙烯塑料时常会加入增塑剂、稳定剂等以改善塑料的性能，有的增塑剂具有一定毒性，在塑料制品与食品接触时可能会迁移到食品中，因此聚氯乙烯塑料不可用于包装食品，B项错误；有机玻璃是有机高分子材料，而玻璃制品是无机非金属材料，C项错误；塑料不易降解，可造成“白色污染”，D项正确。典例详析警示：聚氯乙烯本身较硬，为了提高其塑料制品的可塑性、柔韧性与稳定性，需加入增塑剂、稳定剂等。这些掺杂在聚氯乙烯高分子链间的增塑剂小分子能起到润滑的作用，利于高分子链的运动。但是，这些增塑剂小分子在室温下会逐渐“逃逸”出来，使柔软的塑料制品逐渐变硬；有的增塑剂还具有一定毒性。所以，不能用含增塑剂的聚氯乙烯薄膜生产食品包装材料。典例详析下列说法正确的是（）A．高压法聚乙烯的相对分子质量比低压法聚乙烯的大B．高压法聚乙烯的密度比低压法聚乙烯的大C．高压法聚乙烯的软化温度比低压法聚乙烯的高D．高压法聚乙烯呈支链型结构，低压法聚乙烯呈线型结构例2－5D典例详析解析：高压法聚乙烯的相对分子质量、密度和软化温度均比低压法聚乙烯的要低，其原因是高压法聚乙烯呈支链型结构，主链上长短不一的支链有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，使得高分子链之间的作用力比低压法聚乙烯的小，软化温度和密度也就较低，相反，低压法聚乙烯呈线型结构，支链较少，高分子链之间的作用力较大，软化温度和密度都比高压法聚乙烯的高。典例详析例2－6食品保鲜膜按材质分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等。PVC广泛用于食品、蔬菜外包装，它对人体有潜在危害。下列有关叙述不正确的是（）A．PVC保鲜膜属于链状聚合物，加热可熔融B．PVC的单体可由PE的单体与氯化氢加成制得D．等质量的聚乙烯和乙烯完全燃烧消耗的氧气相等BC．PVC的结构简式为，PVDC的结构简式为典例详析解析：聚氯乙烯（PVC）的结构简式为，属于链状聚合物，加热可熔融，A项正确；聚氯乙烯（PVC）的单体是CH2＝CHCl，可以由乙炔（CH≡CH）和氯化氢加成制得，而不能由聚乙烯（PE）的单体CH2＝CH2和HCl加成制得，B项错误；聚偏二氯乙烯（PVDC）的结构简式为，C项正确；乙烯和聚乙烯的含碳量和含氢量均相同，等质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧消耗氧气的量相等，D项正确。典例详析例2－7实验室制取少量酚醛树脂的过程如下：在试管中加入2g苯酚、3mL质量分数为40％的甲醛溶液和3滴浓盐酸，水浴加热，等反应不再剧烈进行后，再加热一会儿，即可看到黏稠的近似固体的酚醛树脂。回答下列问题：（1）浓盐酸在该实验中的作用是________。（2）本实验中还用到乙醇，其作用是________________。典例详析例2－7实验室制取少量酚醛树脂的过程如下：在试管中加入2g苯酚、3mL质量分数为40％的甲醛溶液和3滴浓盐酸，水浴加热，等反应不再剧烈进行后，再加热一会儿，即可看到黏稠的近似固体的酚醛树脂。回答下列问题：（3）写出该反应的化学方程式：________________。（4）该反应所属的反应类型是________。典例详析解析：制取酚醛树脂时，甲醛和苯酚在酸作催化剂的条件下用沸水浴加热可制得线型结构的热塑性酚醛树脂，该树脂可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，所以可以用乙醇清洗盛酚醛树脂的试管。答案：（1）作催化剂（2）清洗盛酚醛树脂的试管（3）（4）缩聚反应典例详析再生纤维与合成纤维的区别在于（）A．再生纤维的原料是天然纤维，合成纤维的原料是石油、天然气等B．再生纤维的原料是石油、天然气等，合成纤维的原料是天然纤维C．再生纤维的成分是纤维素，合成纤维的成分是不饱和烃或烃的衍生物D．再生纤维的成分是不饱和烃或烃的衍生物，合成纤维的成分是纤维素例2－8（2020海南海口期末）A典例详析解析：再生纤维与合成纤维的主要区别在于制得它们的原料不同，再生纤维的原料是天然纤维，合成纤维的原料是石油、天然气、煤、农副产品等。警示：纤维和纤维素不是一种物质，纤维是一种高分子材料的总称，而纤维素是一种天然高分子，属于多糖。典例详析下列说法正确的是（）A．化学纤维都是高分子B．合成纤维只能由加聚反应制得C．合成纤维的主要原料是烯烃、二烯烃D．再生纤维的主要原料是烯烃、二烯烃例2－9A典例详析解析：纤维可分为天然纤维和化学纤维，化学纤维可分为再生纤维和合成纤维，纤维都是高分子，A项正确；多数合成纤维是由缩聚反应制得的，B项错误；合成纤维是以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经过聚合反应制得的，C项错误；再生纤维是以天然纤维如木材、秸秆等为原料，经加工处理制得的，D项错误。典例详析某聚酯纤维的结构如下：例2－10（2020山东济南一中期中）下列说法正确的是（）A．由单体合成该聚酯纤维的反应属于加聚反应B．该聚酯纤维不能水解C．该聚酯纤维单体为对苯二甲酸和乙二醇D．该聚酯纤维含有亲水基团羟基，在水中溶解度较大C典例详析解析：该物质是由对苯二甲酸与乙二醇发生缩聚反应得到的，A项错误，C项正确；该物质属于聚酯，含有酯基，可以水解，B项错误；该物质分子中虽然含有亲水基团羟基和羧基，但由于分子中亲油基团烃基所占的比例较大，故难溶于水，D项错误。典例详析某航天服的材料中含有尼龙1010，其结构简式为下列有关尼龙1010的说法正确的是（）例2－11H

NH—（CH2）10—NH—CO—（CH2）8—CO

OH，［］nA．尼龙1010是通过加聚反应制得的B．其单体是H2N（CH2）10NHCO（CH2）8COOHC．尼龙1010是通过缩聚反应制得的D．制作舱外航天服的材料要质轻，方便航天员在舱外行走C典例详析解析：由尼龙1010分子结构中含有酰胺基（）可知，它是通过缩聚反应得到的，A项错误，C项正确；合成尼龙1010的单体是H2N（CH2）10NH2和HOOC（CH2）8COOH，B项错误；由于舱外航天服