(共36张PPT)
第五章 合成高分子
第二节 高分子材料
2020年11月24日凌晨,嫦娥5号在长征5号火箭巨大的推力下,启程前往月球,经20多天旅程后带着月壤返回,这是中国航天“探月工程”向世界展示出“中国力量”。其中制作国旗材料之一是高强度芳纶纤维,属于高分子材料。
【情境思考】
1.了解合成高分子材料(塑料、纤维、橡胶)的性质和用途。(宏观辨识与与微观探析)
2.了解合成高分子化合物在发展经济、提高生活质量方面的贡献。(科学态度与社会责任)
1.认识塑料、合成纤维、合成橡胶的组成和结构特点,能列举重要的合成高分子。
2.了解新型高分子材料的优异性能及其在材料领域、高新技术领域中的应用。
高分子材料
通用高分子材料
功能高分子材料
高分子材料的分类
按性质和用途
(包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等)
(包括高分子分离膜、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等)
......
【探究导学】
热塑性塑料
热固性塑料
可以反复加热熔融加工
不能加热熔融,只能一次成型
主要成分是合成树脂。例如,聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。
通用高分子材料
1.塑料:
分类
实例:聚乙烯、聚氯乙烯等
例如:酚醛树脂、脲醛树脂等
热固性塑料受热时形成体型网状结构,硬化定型
为什么两种塑料的特性不同呢
热塑性塑料具有
长链状的线型结构
(1)聚乙烯
高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 150MPa~300MPa,200℃左右,使用引发剂 0.1MPa~2MPa,60~100℃,使用催化剂
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 0.94~0.97
软化温度/℃ 105~120 120~140
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、绝缘体等 生产瓶、桶、板、管等
为什么高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点低、密度也低呢?
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
链与链之间越密—链之间的作用力越大—熔点、密度越高
思考:我们平时用的耳机线为什么总缠在一起?
聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连,单键可旋转,使它不可能成一条直线,只能成不规则的卷曲状态。
除聚乙烯外,生活中我们还经常接触到聚氯乙烯、聚四氟乙烯和聚丙烯酸甲酯,你知道合成它们的单体是什么吗?
(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。
苯酚、甲醛
缩聚反应
酸
碱
线性结构酚醛树脂
网状结构酚醛树脂
分组编号 Ⅰ Ⅱ
实验步骤 ①苯酚+甲醛+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
②水浴加热15min
③洗净、烘干
米黄色略带粉色
软化(热塑性)
不软化(热固性)
溶解
不溶解
线型结构
网状结构
淡黄色
【实验结论】
①苯酚与甲醛在酸催化下
等物质的量的苯酚与甲醛反应,苯酚邻位或对位的H原子与甲醛的羰基加成生成羟甲基苯酚,然后羟甲基苯酚之间脱水缩合成线型结构的高分子。
②苯酚与过量甲醛在碱催化下
生成羟甲基苯酚的同时,还生成________________、______________继续反应生成_______结构酚醛树脂
二羟甲基苯酚
三羟甲基苯酚
网状
OH
CH2OH
CH2OH
2,4-二羟甲基苯酚
OH
CH2OH
CH2OH
HOCH2
2,4,6-三羟甲基苯酚
O
H
C
H
+ H2O
+
CNHCH2OH
O
HOCH2NH
CNHCH2 OH
O
H OCH2NH
[ ]n
【练一练】尿素(H2NCONH2)可以与甲醛发生反应,最终缩聚成具有线型或网状结构的脲醛树脂。脲醛树脂可用于生产木材黏合剂、生活器具和电器开关。请写出尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式。
CNHCH2OH
O
HOCH2NH
n
+
H NH
CNH H
O
(n 1)
O
H
C
H
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。酚醛树脂主要用作绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。可用于烹饪器具的手柄,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。
塑料的性质和用途
纤维
纤维的分类
天然纤维
化学纤维
棉花 羊毛
蚕丝 麻
人造纤维
合成纤维
以木材、秸秆等农副产品为原料,经加工处理得到
用石油、天然气、煤和农副产品等为原料,将其转化为单体,经聚合反应得到
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,且有“人造棉花”的美称)
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
合成纤维的性能
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
常见合成纤维:“六大纶”——涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶
合成纤维的用途
(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,俗称的确良。
制取:
单体:
和
催化剂
△
聚对苯二甲酸乙二酯
CH2
CH2
H O
O H
+
n
O
C
HO
C
O
OH
(2n 1)
CH2
CH2
O
O
[ ]n
C
O
HO
C
O
H
+
H2O
性能:
涤纶纤维的强度大,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。
用途:
涤纶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。
聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一。聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66,两个数字6分别代表二胺和二酸分子中所含碳原子的个数)
H2N-(CH2)6-NH2和HOOC-(CH2)4-COOH
制取:
(2)聚酰胺纤维
单体:
催化剂
△
H2O
(2n 1)
[ ]n
O
HO
C
O
H
C(CH2)4
NH(CH2)6NH
+
C(CH2)4
O
HO
C
O
OH
+
n
(CH2)6
H NH
NH H
n
聚己二酰己二胺
性能:
聚己二酰己二胺不溶于普通溶剂,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。
用途:
生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等
发展:
由6-氨基已酸合成的锦纶6、由癸二酸和癸二胺合成的锦纶1010等脂肪族聚酰胺纤维(锦纶),以及耐高温、高强度的芳香族聚酰胺纤维(芳纶)
橡胶
天然橡胶
合成橡胶
丁苯橡胶
顺丁橡胶
氯丁橡胶
丁腈橡胶
乙丙橡胶
硅橡胶
橡胶的分类
具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。
顺丁橡胶是以1,3-丁二烯为原料,在催化剂作用下发生加聚反应得到的以顺式结构为主的聚合物。
CH2
催化剂
C C
H
H
CH2
CH2
n
CH
n CH2
CH
其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。但硫化交联的程度不宜过大,否则会使橡胶失去弹性。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。
缺点:
该聚合物呈线型结构,分子链较柔软,性能较差。
改进措施:
功能高分子材料
例如,用于化学反应的高分子催化剂,用于分离
纯化的各种滤膜;用于信息存储的磁性高分子,用于传感器的形状记忆高分子;用于吸水保水的高吸水性材料;可以替代人体器官、组织的医用高分子材料;用于药物缓释的高分子药物等。
为了适应高科技产业等对材料的要求,化学工作者合成了具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料。
高吸水性树脂
《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明,其中“尿不湿”榜上有名
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行
改性,在它们的高分子链上再接上含
_______________的支链,以提高它们的
吸水能力。
②用带有___________的烯类单体进行聚合,得到含有亲水基团的高聚物。
强亲水基团
强亲水性原子团
(1)合成方法
如:在丙烯酸钠中加入少量交联剂,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收性树脂。
CH2
CHCOONa
n
一定条件
干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水、改良土壤,改造沙漠。婴儿用的“尿不湿”可以吸收其自身重量约几百倍的尿液而不滴不漏,保证婴儿夜晚安睡和白天活动。
可吸收其自身质量数百倍甚至上千倍的水,同时_____能力强,还能耐一定的挤压作用。
保水
(2)性能
(3)应用
高分子分离膜分类
按孔径大小分类
应用:生活用水、工业废水等废液的处理;海水、苦咸水的淡化;浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒、各种能源的转换(传感膜、热电膜)。
高分子材料
通用高分子材料
功能高分子材料
高分子分离膜
塑料
合成纤维
合成橡胶
高吸水性树脂
【课堂小结】
1.工程塑料PBT的结构简式如下。下列有关说法正确的是( )
A.PBT是加聚反应得到的高分子化合物
B.PBT中含有羧基、羟基和酯基
C.PBT的单体中有芳香烃
D.PBT的单体均能与Na、NaOH溶液、Na2CO3溶液反应
B
【随堂训练】
2.下列说法中,不正确的是( )
A.线型结构和网状结构的有机高分子都可以溶解在适当的溶剂中
B.某些高分子化合物具有热固性,它们在受热时不会熔化
C.高分子化合物中的分子链之间存在较强的作用力,因而其强度较高
D.普通高分子材料存在易被氧化、不耐高温等缺点
A
3.关于天然橡胶的下列叙述中,不正确的是( )
A.天然橡胶是天然高分子化合物
B.天然橡胶受空气、日光作用,不会被氧化而老化
C.天然橡胶能溶于汽油、苯等有机溶剂
D.天然橡胶含有双键,能发生加成反应
B
4.下列材料中:①高分子膜 ②生物高分子材料 ③隐身材料
④液晶高分子材料 ⑤光敏高分子材料 ⑥智能高分子材料。属于功能高分子材料的是( )
A.①②⑤ B.②④⑤⑥
C.③④⑤ D.①②③④⑤⑥
D
5.新型有机高分子材料在日常生活中、工农业生产和尖端科技领域中发挥着越来越重要的作用。下列有关高分子材料的叙述中不正确的是( )
A.在通用高分子材料基础上改进的导电塑料属于新型高分子材料
B.利用高分子分离膜可以进行海水淡化或污水净化
C.导弹技术中利用复合材料的耐腐蚀性能提高导弹的射程
D.医用高分子材料的发展可以使人类能够制造人工器官
C