第五章第二节应用广泛的高分子材料(上课课件)

选修5第五章

第二节应用广泛的高分子材料2014年8月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。【引言】合成材料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三大合成材料一、合成材料的分类及命名1、按用途和性能分类2、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(体型)合成高分子3、按性质分类线型支链型－热固性热塑性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。网状结构体型【资料卡片】（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”。如涤纶高分子化合物的命名二、高分子合成材料1、塑料1)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）【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)塑料的主要性能

热固性:树脂为体型结构，有热固性。热塑性:树脂为线型结构，有热塑性。3)常见塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚四氟乙烯、脲醛塑料、酚醛树脂等。《选修1》P64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有少有或没有相对较长相对较短相对较小相对较大(1)聚乙烯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【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。(2)酚醛树脂（电木）

─OHOH—C—H=+H+─OH─CH2OHnH+OH—CH2[]OH—CH2OHnHOH+（n-1）H2O羟甲基苯酚HOH(n-1)H2O在碱催化下，等物质的量的甲醛与苯酚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。—OHCH2OHCH2OHHOCH22，4，6-三羟甲基苯酚2，4-二羟甲基苯酚OHCH2OHCH2OH【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？在碱性条件下，甲醛过量时，苯酚与甲醛的反应不仅可以发生在邻位，而且还可以发生在对位，得到网状结构的酚醛树脂(淡黄色)。酚醛树脂局部结构图5－1酚醛树脂的制取【实验5－1】酚醛树脂的制备及性质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。1．用盐酸作为催化剂图5－1酚醛树脂的制取在另一个试管里加入2.5g苯酚，注入3～4mL40％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5－1）。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70～80℃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。2．用浓氨水作催化剂【注意事项】①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。②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分组编号ⅠⅡ实验步骤①2g苯酚+3ml40%的甲醛+3滴浓盐酸①苯酚+甲醛+浓氨水产品外观加热试验酒精溶解结构特点实验5-1②沸水浴加热15min③洗净、烘干淡粉红色固体软化（热塑性）不软化（热固性）溶解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【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：脲甲醛树脂的网状结构：小结：酚醛树脂（电木）反应物：酚类＋醛类苯酚＋甲醛酚醛树脂酸催化－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2、合成纤维1)纤维分类2)“六大纶”的性能和重要用途“六大纶”都具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点，而且每一种还具有各自独特的性能。它们除了供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。例如，锦纶可制衣料织品、降落伞绳、轮胎帘子线、缆绳和渔网等。3)几种具有某些特殊性能的合成纤维芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维。HOCH2CH2OH[