高分子材料（学生版）-2024年高中化学讲义（选择性必修三）

第26课高分子材料

学习目标

1.了解合成高分子材料（塑料、纤维、橡胶）的性质和用途；

2.了解功能高分子材料的结构特点和重要性能。

2.了解合成高分子化合物在高新技术领域的应用以及在发展经济、提高生活质量方面的贡献。

知识梳理

一、高分子材料的命名和分类

1、命名

（1）天然高分子一般有习惯使用的专有名称，如淀粉纤维素、蛋白质、RNA、DNA等。

⑵合成高分子的名称一般在单体名称前加上“聚'’字，如聚乙烯、聚氯乙烯等。由两种单体聚合成的高聚物

的命名法：在缩合产物或两种单体前加“聚”，如聚对苯二甲酸乙二酯等；在两种单体名称后加上“树脂”，

如腺醛树脂（由尿素与甲醛合成）等。

（3）合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”，如乙（烯）丙（烯）橡胶、顺丁（二烯）椽胶等。

（4）合成纤维的名称常用“纶”，如涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯纤维）、氯纶（聚氯乙烯纤维）等。

2、分类

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二、通用高分子材料

1、塑料

1）塑料的成分：主要成分是合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、服醛树脂

等；辅助成分是改善塑料性能的加工助剂：为提高柔韧性加入增塑剂，为提高耐热性加入热稳定剂，为赋

予它

各种漂亮的颜色加入着色剂。

【名师提醒】合成树脂和塑料的关系

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

含少量共•他加工助剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等V

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。

2)塑料的分类(按树脂受热时的特征)

⑴热塑性塑料：为线型结构，可以反复加热熔融加工，可以多次成型，多次使用，如聚乙烯、聚氯乙烯

等制成的塑料。

⑵热固性塑料：为体型结构，不能加热熔融，只能一次成型，但加工成型后就不会受热熔化，如用具有

不同结构的酚醛树脂等制成的塑料。

(3)判断方法；

①根据溶解性判断：能溶于适当溶剂的高分子材料一般为线型结构，如聚乙烯、聚氯乙烯等；在溶剂中

难溶解的高分子材料一般为体型结构，如酚醛塑料等。

②根据热塑性、热固性判断：具有热塑性，受热能熔化的高分子材料具有线型结构；具有热固性，受热

不熔化的高分子材料具有体型结构。

3)常见的塑料

(1)聚乙烯

高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比

高压法聚乙烯低压法聚乙烯

150Mpa〜30()MPa,200。(：左右，使用引发0.1MPa〜2MPa,60〜100°C,使用催化

聚合反应条件

剂剂

高分子链的结构含有较多支链支链较少

密度/（g・cm-3）0.91〜0.93（较低）0.94〜0.97（较高）

类别低密度聚乙烯(LDPE)高密度聚乙烯(HDPE)

软化温度/℃105~120120〜140

主要性能无毒，较柔软无毒，较硬

高分子链较短较长

相对分子质量较低较高

用途生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等生产瓶、桶、板、管等

【名师提醒】①高压法聚乙烯的密度和熔点均低于低压法聚乙烯的原因为高压法聚乙烯的主链有较多的

支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比低压法聚乙烯的小，熔点和密

度也就较低。

②聚乙烯(一般高分子化合物)具有一定弹性的原因是聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连，常温

下

聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态。大量

聚乙烯分子纠缠在一起，好像一团乱麻。当有外力作用时二卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直，除

去外力又恢复卷曲状态。

③两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。

⑵酚醛树脂

①含义：是用酚类（如苯酚或甲苯酚）和醛类（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子。

②合成——实验51pl40

酸催化碱催化

2g紫酣+2g装福+

3m!.4O%的3mL40%的

r中解溶液+3

甲索溶液+3

滴浓盐酸.在清浓氨水

实验

操作

b.待混合物接近沸腾时，取出试管并用玻璃棒搅拌反应物，观察现象:

c.试管冷却至室温后，向试管中加入适量乙醉，观察现象:

d.再把试管放在热水浴中加热，观察现象

混合溶液变浑浊，有黏稠的粉红色混合溶液变浑浊，有黏稠的乳黄色物质生

实验

物质生成；加入乙醇，不溶解；再成；加入乙醇，不溶解：再加热，黏稠物质

现象

加热，黏植物质溶解仍不溶解

在酸催化卜，生成的线型结构的酚在碱催化卜，生成的网状结构的酚醛树脂具

结论

醛树脂具有热塑性有热固性

a.在酸（浓盐酸）催化下，等物质的量苯酚与甲醛反应，苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的城基加成生成羟

甲基苯酚，然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构的高分子

(I)HjO

b.在碱（浓氨水）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、三强

甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂

H0H

HOFfeC-^j-CH20H

CFhOHCFbOH

2.4—2.46—

③制备和结构

FFk占线型高分子

军由、缩合反应酸一

甲酹含叱（网状）高分于

④结构特点：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。

⑤用途：酚醛树脂主要用作绝缘（开关、灯头）、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。可用于烹饪器具的手柄，一

机械强度高、电绝

可制成薄膜、日

4cHi—CH-^缘性好、耐化学腐

丙纶CH=CH—CH常用品、管道、

23蚀、质轻、耐油性

CH3

包装材料等

差

可与棉花混纺，

CHCOOCH=CH2吸湿性优良，有“人作维棉混纺织

维纶3

0—CH^—0和HCHO造棉花”之称物，制成滤布、

帆布、传送带等

可编织窗纱、筛

网、网袋与绳

4cH2—1味难燃，耐酸、碱，

氯纶子，制成毛线、

CH2=CH—Cl

吸湿性差

毛毯、棉絮、滤

布等

3）常见的合成纤维

（1）聚酯纤维——涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯纤维）

①合成纤维中目前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。其合

成反应为

_nHO—CHjCHj—OHHOH£HQ+H_(2»—l)HjO

②涤纶性能：强度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得

改进。

③煤纶用途：是应用最广泛的合成纤维品种，大量用于服装与床上用品（如运动服、被套、睡袋等）、各种

装饰布料、国防军工特殊织物（航天服、降落伞），以及工业用纤维制品（过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子

线、传送带）等。

（2）聚酰胺纤维——锦纶66或尼龙66（聚己二酰己二胺纤维）

①聚己二酰己二胺纤维不溶于普通溶剂，耐磨，强度高，是由H?N—（CH2）6—NHz和HOOCICH2）4COOH

合

成的，其合成反应如卜.:

0

1—1—NH(CH：j)6HH*(2n—1)H2O

-(CH2)4-

②尼龙66性能：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，耐磨性

和强度较大。

③尼龙66用途：生产丝袜、降落佥、渔网、轮胎帘子线等。

（3）高强度芳纶纤维合成

0-4OH+(2n—1)H3O

nH2N-^^-NI-t+nHi

4）合成纤维的性能

①优点:具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等;

②缺点：吸湿性和透气性明显不及天然纤维。

3,合成橡胶

1)橡胶的概念

橡胶是一类具有弹性的物质,在外力作用下，橡胶的形状发生改变，去除外力后又能恢复原来的形状

2)橡胶的分类

3)天然橡胶

(1)单体：异戊二烯即2甲基1,3丁二烯

C=C

H

⑵合成反应方程式为:

【思考与讨论】P145参考答案:

4)合成橡胶

(1)原料：以石油、天然气为原料「以二烯燃和烯垃等为单体，聚合而成

(2)性能：具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油性、耐高温或耐低温等性能

⑶顺丁橡胶合成：顺丁橡胶是以1,3丁二烯为原料，在催化剂作用下，通过加聚反应，得到以顺式结构为

主的聚1.3丁二烯

nCH2=CH—CH=CH2-^1

(4)橡胶的硫化

将线型结构的橡胶与硫等硫化剂混合后加热，硫化剂将聚合物中的双键打开，以二硫键(―S—S—)等把线

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。

【名师提醒】绝大多数橡胶的结构中有碳碳双键或还原性元素(如硫)，故橡胶有较强的还原性。因此，在

实险室中盛放强氧化性物质(如高猛酸钾)的试剂瓶不能用橡胶塞。

(5)顺丁橡胶的用途：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。

⑹几种常见的合成橡胶

名称单体结构简式

BY”

顺丁橡胶

CH2=CH—CH=CH2

1HH.n

CH,=€H—CH=CH、、£CH,—CH-CH—CH,—CH,—CHi

丁苯橡胶

.・d

Q-CHCH

(SBR)

氯丁橡胶CH,=CH—C=CH,-ECH,—CH=€—

2

1・

(CR)ClCl

4、高分子化合物的结构与性质

1）有机高分子的结构及其性能（高分子化合物有线型、支链型和体型结构）

基本类型结构特点性质特点常见物质

在适当的溶剂中能缓慢溶解，

加热能熔融，硬度和脆度较低压聚乙烯、、

分子中的原子以共价键相互连接，

线型结构小，具有热塑性，无固定熔聚氯乙烯、天然

构成一条很长的卷曲状态的“链”

点，强度大、可拉丝、吹薄橡胶

膜、绝缘性好

支链型结构与线型结构类似，是由

支链型结构许多链节相互连成一条长链的高聚熔点、密度比线型结构的更低高区聚乙烯

物，但是在链节的主链上存在支链

不能溶解和熔融，只能溶胀，

分子链与分子链之间还有许多共价

体型结构硬度和脆度较大；不能反复熔碱作催化剂时制

键交联起来，形成三维空间的网状

（网状结构）化，只能一次加工成型（热固备的酚醛树脂

结构

性），强度大、绝缘性好

2）有机高分子化合物的性质，主要有四个方面

（1）一般线型的高分子化合物可溶尸有机溶剂，网状的一般难溶于有机溶剂，有的只有一定程度的溶胀

（2）线型的具有热塑性，体型的具有热固性

（3）它们一般不导电

（4）它们往往易燃烧，线型高分子叱合物一般不耐高温

3）有机高分子化学反应的特点

（1）与结构的关系：结构决定性质，高分子的化学反应主要取决于结构特点、官能团与基团之间的影响。

如碳碳双键易氧化和加成，酯基易水解、醇解，按基易发生酯化、取代等反应

（2）常见的有机高分子化学反应

①降解：在一定条件下，高分子材料降解为小分子,如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）热解为甲基丙烯酸甲

酯；聚苯乙烯用氧化钢处理，能分解为苯乙烯。常见的高分子降解方法有：生物降解、化学降解、光降解

等

■ECH,一＜I'H—CH,十

I

②橡胶硫化：天然橡胶（CH）经硫化，破坏了碳碳双键，形成单硫键（一S—）或双硫键

（―S—S—）,线型结构变为体型（网状）结构

③催化裂化：塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油及可燃气体等。

【思考与讨论】P141参考答案

（1）高分子结构的比较

线型结构支链型结构网状结构

结构特点由许多链节相互连成一条与线型结构类似，但在主链一般由多官能团单体相互作用，使

长链，且大多数呈卷曲状上存在较多长短不一的支主链与主链间以共价键相连接，形

链，分子排列松散，分子间成立体网状结构

作用力弱

结构模型之一生

很难溶解，但往往有•定程度的胀

溶解性能缓慢溶解于适当溶剂

大

性能具有热塑性，无固定熔点具有热固性，受热不熔化

特性强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好，具有热塑性强度大、绝缘性好，具有热固性

举例低压法聚乙烯高压法聚乙烯碱催化下制备的酚醛树脂

(2)H2NCONH2+HCHOJH2NCONHCH2OH+H2OnH2NCONHCH2OHf•^NCONHCH^H+(N|)H20

三、功能高分子材料

1、定义：具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。如，高分子催化剂；各种滤膜：磁性高分

子；形状记忆高分子；高吸水性材料；医用高分子材料；高分子药物等

2、分类

水

树

高

吸

性

脂

高

子

磁

性a

子

物

高

分Q

子

离

高

膜

分

分

高

子

医

隹

分

剂

S化

高

分

畿

意

附

叶

4之

功能高分子材料1C

3、高吸水性树脂

⑴结构特点

①含有强亲水性原子团(如粉基、羟基、酰氨基等)的支链

②具有网状结构

⑵性能：不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍

甚至上千倍的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用

(3)改进思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团；二是合成新的带有强亲水基团的高分子

(4)合成方法

①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性。在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，

可以提高它们的吸水能力。如淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。

为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉聚丙烯酸钠高吸水性树脂

②用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。如在丙烯酸钠中加入少量交联

剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。聚丙烯酸铜的结构简式

三CH1一CH+

为COONa

这两种方法有一个共同特点，都要在反应中加入少量交联剂，让线型结构变为网状结构

(5)应用，可在干旱地区用于农业，林业抗旱保水，改良土壤；可用于婴幼儿使用的纸尿裤

【思考与讨论】P147参考答案：橡胶加交联剂的目的是变支转型结构为体型结构，使其具有不变黏、弹

性较高、耐热性好、拉伸强度大、有机溶剂中不溶解、不易折断等；高吸水性树脂加交联剂的目的是变支

链型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。

4、高分子分离膜

(1)分离原理：分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一根!，称为浓缩

液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。

(2)特点：让某些物质有选择地通过，而把另外一些物分离掉。

(3)分类：分离膜根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。

(4)制作材料：主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。

⑸应用：高分子分离膜已广泛用于海水淡化和饮用水的制取，果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液

透圻等。

5、功能高分子材料的比较

常见功能高分子材料主要功能主要应用

①废水处理

选择性地允许某些物质②海水淡化

高分子分离膜

高通过③浓缩果汁、乳制品加工、酿酒

分等

子①发电

高分子传感膜把化学能转换成电能

膜②开发新型电池

①发电

高分子热电膜把热能转换成电能

②开发新型电池

①具有优异的生物相容

医用高分子材料性人造器官

②具有某些特殊功能

四、白色污染与高分子降解

(1)废弃的塑料制品会危害环境，造成“白色污染，为了根除“白色污染”，人们联想到淀粉、纤维素可以在

自然中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光线的光敏剂的帮助卜也能降解的事实，帆究出微生物

降解和光降解两类高分子材料。微生物降解高分子在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再

进•步转变为CO?和比0等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用卜，高分子的化学键被破坏而发

生降解。它们为消除“白色污染”带来了希望

0

II「

HCH-C—＜：H—

一I一

(2)一些微生物降解高分子，如聚乳酸(CH?)具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可

以用于手术缝合线、骨科固定材料、药物缓释材料等，手术后不用拆线或取出固定材料，减轻了患者与医

生的负担。现在还出现了聚乳酸与淀粉等混合制成的生物降解塑料，可用于一次性餐具、食品和药品包装

等；以及加入光敏剂的聚乙烯等光降解塑料，可用于农用地膜、包装袋等

(3)近年来，我国科学工作者已成功研究出以CO?为主要原料生产可降解高分子材料的技术°CO2是稳定分

子，要让它转化为高分子是很困难的。然而他们发现稀土催化剂能活化CO?,使之与环氯丙烷

CH,—CHCH,

VZ1

(°)等反应生成聚合物。这种工艺目前已投入小规模生产，为消除“白色污染”和减轻温室效应

作出了贡献。

问题探究

A'可题一高分子材料的分类及其应用

【典例1】下列关于高聚物的说法错误的是

A.聚乙块可以用于制作导电部件

B.网状结构的酚醛树脂可以加热重塑

C.聚丙烯酸钠是一种高吸水性树脂

D.顺丁橡胶弹性好,可用于轮胎制造

【变式11】尼龙1013刊出叫，晒认阳卜科田是制作舱外航天服的一种材料。下列有关尼龙1010的

说法正确的是

A.尼龙1010是纯净物

B,尼龙⑼。的单体是H，N(CH上NHCO(CHJ»COOH

C.尼龙1010是通过缩聚反应制成的

D.制作舱外航天服的材料要质轻，方便航天员在舱外行走

【变式12］下列有关功能高分子材料的用途的叙述中，不正确的是()

A.高吸水性树脂主要用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠

B.离子交换树脂主要用于分离和提纯物质

C.医用高分子材料可用于制造医用器械和人造器官

D.聚乙焕膜可用于分离工业废水和海水淡化

A'可题二白色污染与高分子降解

产

【典例2】甲基丙烯酸甲酯(CH,=C-COOCH；)在一定条件下发生聚合反应得到线型聚合物a.再通过和

交联剂b作用形成网状结构聚合物，其结构片段如下图所示。

---LLrt2V--vn2v

O—c00CO0C

O

O&

111

一CH.-C——CH.-C——CH.—C—

强化训练

□目化

——CH）—CH——

1.氯乙烯（C1CH=CH*是生产聚氯乙烯塑料（C1）的原料。下列说法正确的是

A.聚氯乙烯分子呈平面结构

B.氯乙烯不能使酸性高锌酸钾溶液褪色

C.氯乙烯分子中C—C1键采用的成键轨道是sp2-p

D.聚氯乙烯塑料可作食品包装袋

2.下列关于合成材料的说法不正确的是

A.尼龙、涤纶、精纶都是有机合成纤维

B.聚氯乙烯可制成薄膜、软管等，其单体是CH2=CHC1

OH

C.合成酚醛树脂（.9In）的单体是苯酚和甲醇

HH

\Z

（V

D.合成顺丁橡胶（-CIL二，，）的单体是CH2=CH—CH=CH2

3.化学是材料学的基础。卜.列说法不正确的是

A.可降解聚乳酸塑料的推广应用可减少“白色污染”

B.制造特种防护服的芳纶纤维属于有机高分子材料

C.北京冬奥会火炬使用的碳纤维不属于有机高分子材料

D.制作电器开关用的喔醛树脂属于热塑性塑料

4.天然橡胶具有弹性，但强度差，易发黏。研究人员在研究天然橡胶改性过程中，意外发现橡胶与硫磺

混合共热，可以使橡胶制品性能大为改观。橡胶硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，

硫化程度较高的是

A.医用橡皮手套B.皮鞋胶底

C.自行车内胎D.橡皮筋

5.下列说法正确的为

A.聚酯纤维、有机玻璃、碳纤维都属于有机高分子材料

B.用木材等经加工制成的粘胶纤维属于合成纤维

C.通常将葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖等不能水解的糖称为单糖

D.“伦乃造意用树肤，麻头及弊布、渔网以为纸。”其中“树肤”与“麻头”的主要成分属于糖类

H4NH_<O-NH-"OH

6.芳纶1414（L——」〃）是制作消防服、防切割耐热手套的一种材

料.下列有关芳纶1414的说法正确的是

A.芳纶1414是天然有机高分子材料

C.芳纶1414是通过加聚反应制成的

D.芳纶1414具有耐酸、耐碱等优异特性，但是热稳定性较差

7.高分子材料与生产、生活密切相关，下列说法错误的是

A,聚米胺可用于制备导电高分子材料

B.含增塑剂的聚氯乙烯薄膜可用于食品包装

C.人造草坪使用了合成纤维

D.酚醛树脂可作为宇宙飞船外壳的烧蚀材料

8.材料是人类社会发展的物质基础，材料科学的发展离不开化学。

（1）钢铁是应用广泛的金属材料。纲铁在潮湿空气中易生锈，铁锈的主要成分是（填化学式），我国

C9I9机身蒙皮使用的是第三代铝锂合金材料。下列不属于铝锂合金性质的是（填字母）。

a.密度大b,硬度大c.抗腐蚀

（2）制造普通玻璃时，需要的主要原料有纯碱、石灰石和（填化学式），陶瓷、水泥和普通玻璃都是

生活中最常见的材料，它们属于（填字母）。

a.金属材料b.无机非金属材料c.有机高分子材料

（3）在尼龙、棉花、涤纶这三种物质中，属于天然纤维的是。橡胶是制造轮胎的重要原料，天然橡

股通过（填“硫化”、"氧化''或"老化”）措施可增大其强度、弹性和化学稳定性等。

1.下列有关高分子材料制备的说法错误的是

A.己二酸和己二胺发生缩聚反应生成尼龙66

B.一定条件下，乙烯和丙烯发生加聚反应合成塑料

C.苯酚和甲醛在一定条件下发生缩聚反应生成酚醛树脂

D.乳酸［CH3cH（OH）COOH］发生加聚反应合成可降解高分子材料

2.合成高分子材料用途广泛、性能优异，其功能与分子结构有密切的关系。下面是几种高分子材料的结

构简式，有关说法不正确的是

『心

COOCH,

丙丁

A.甲是天然橡胶的主要成分，易老化，能使酸性高锌酸钾溶液褪色

B.乙是由两种单体形成的网状高分子化合物，具有是热塑性

C.丙与NaOH溶液在一定条件下反应，生成高吸水性树脂

D.丁是合成纤维中目前产展第一的聚酯纤维，可由两种单体缩聚合成

3.关于下列三种常见高分