5.2.1通用高分子材料 课件（共49张PPT）

(共49张PPT)
第1课时 通用高分子材料
第二节 高分子材料
第五章 合成高分子
学习目标
结合合成高分子实例，认识塑料、合成橡胶、合成纤维的组成和结构特点，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域中的应用。
1.人们使用的天然高分子材料包括棉花、羊毛和天然橡胶等。
2.合成高分子材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等。
3.化学纤维包括再生纤维和合成纤维。
复习旧知
高分子材料
按用途和
性能分类
通用高分子材料
功能高分子材料
塑料
合成纤维
合成橡胶
粘合剂
涂料
高分子分离膜
导电高分子
医用高分子
高吸水性树脂
一、高分子材料的分类
学习探究
二、通用高分子材料
1.塑料
（1）定义：是指具有可塑性能的高分子材料
塑料
主要成分
加工助剂
合成树脂
实例：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂
增塑剂
热稳定剂
着色剂
提高柔韧性
提高耐热性
赋予塑料各种颜色
（2）组成：
塑料的分类
热塑性塑料
热固性塑料
可以反复加热熔融加工
实例：聚乙烯、聚氯乙烯等
不能加热熔融，只能一次成型
例如：酚醛树脂、脲醛树脂等
（3）分类：
热固性塑料再次受热时，链与链间会形成共价键，产生一些交联，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。受热时，分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，会重新硬化
判断高分子材料是线型结构还是体型结构，一般从以下两个角度判断：
（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。
①合成反应：
②按合成方法分类：
高压聚乙烯：是在较高压力与较高温度，并在引发剂作用下，使乙烯发生加聚反应得到的，含有较多支链，密度和软化温度较低，属于低密度聚乙烯(LDPE)
低压聚乙烯：是在较低压力和温度下，用催化剂使乙烯发生加聚反应得到的，支链较少，密度和软化温度较高，属于高密度聚乙烯(HDPE)
（4）几种常见的塑料
聚乙烯：
物质 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
合成方法 高温、高压、引发剂 低温、低压、催化剂
高分子链的结构 含有较多支链 支链较少
相对分子质量 相对较小 相对较大
软化温度 相对较低 相对较高
密度 相对较小 相对较大
硬度 相对较大 相对较小
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
高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比
③聚乙烯分子结构与软化温度、密度的关系：
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。
低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小；相反，高密度聚乙烯的支链较少，链之间易于接近，相互作用力较大。
点拨：
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。
②两种聚乙烯塑料均有热塑性，加热均可熔融。
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。
④聚乙烯的弹性
酚醛树脂是酚（如苯酚或甲苯酚等）与醛（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
酚醛树脂（俗称电木）：
①定义：
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高分子。
②合成：
酚类+醛类
高分子化合物
在碱催化下：等物质的量的甲醛与苯酚或过量甲醛与苯酚反应，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，生成网状结构的酚醛树脂。属于体型高分子
+
3
2
或
甲醛与苯酚1:1或n:1反应
③实验探究酚醛树脂的制备：
（1）现象：混合溶液变浑浊，有粘稠的白色物质生成；
（2）现象：混合溶液变浑浊，有粘稠的白色物质生成；
结论：苯酚和甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成树脂。
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（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。
④酚醛树脂的性质形成和用途结构：
结构 结构特点 性质特点
线型 没有支链的长链分子，且大多数呈卷曲状 受热后熔化，冷却后固化，具有热塑性
支链型 主链上有长支链和短支链，分子排列松散，分子间作用力弱 柔软度和溶解度较线型高分子的大，密度、强度和软化温度低于线型高分子
网状 线型或支链型高分子以化学键交联，形成网状结构 柔软度降低，刚性提高，不能熔融，在溶剂中会发生溶胀，但不能溶解
思考与讨论：（1）通过以上学习，我们了解到合成高分子的结构大致可以分为三类：线型结构、支链结构和网状结构，你能举例说明它们各自的特性吗？
（2）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。
nH2NCONH2 + 2nHCHO
催化剂
+(n-1) H2O
尿素可以与甲醛生成线型聚合物的化学方程式：
1：2 加成
HNCONH
CH2
HO
CH2
OH
n
H
OH
HNCONH
CH2
O
CH2
纤 维
化学纤维
棉花 羊毛 木材 草类
人造纤维：利用天然高分子化合物，经过一系列的化学处理和机械加工而制得的纤维，也叫再生纤维。如粘胶纤维等
合成纤维：用石油、天然气、煤和农副产品等不含天然纤维的物质为原料加工制得单体，经聚合反应制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）
天然纤维
2.合成纤维
（1）纤维的分类：
①合成纤维：以石油、天然气、煤和农副产品等为原料加工制得的单体，再经过聚合反应而制得的纤维。其原料本身不是纤维。
②再生纤维：以木材、秸秆等农副产品为原料，经过加工处理得到的纤维。如人造丝、人造棉等，也叫人造纤维。
③六大纶包括：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶。它们都属于合成纤维，其性能具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点，除维纶外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不足。其中维纶被称为“人造棉花”,因其分子链上含有羟基而具有较好的吸湿性。
合成纤维
性能
应用
具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等优点
满足人们的穿着需求
工农业生产与高科技领域
工业用隔音、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
举例
“六大纶”：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶
（2）合成纤维的性能和应用：
①优点：
强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖
②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)
③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
（3）重要的合成纤维：
合成方程式为
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醇酯纤维的商品名，俗称的确良
涤纶的单体：
和
特点：强度高、弹性好、耐磨损、耐化学腐蚀、不发霉、不缩水等
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)
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。
聚酰胺纤维：
锦纶的单体：H2N-(CH2)6-NH2和HOOC-(CH2)4-COOH
合成方程式为：
用途：
生产的丝袜、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)
两类合成纤维的比较:
名称 聚酯纤维 聚酰胺纤维
实例 涤纶 锦纶
成分 聚对苯二甲酸乙二酯纤维 聚己二酰己二胺纤维
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 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,耐磨性和强度高
应用 大量用于服装与床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物,以及工业用纤维制品等 丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线
高强度芳纶纤维合成：
合成方程式为
单体为 和
+(2n-1)H2O
名称 结构简式 单体 性能 用途
涤纶 抗皱性好、强度高、耐酸腐蚀、耐磨、吸湿性差 衣料、室内装修材料、电绝缘材料、绳索、渔网等
锦纶 耐磨、强度高、耐光、耐碱、有弹性 衣料、绳索、渔网等
常见“六纶”的结构简式、单体和性能
腈纶 CH2==CH—CN 弹性高、保温性能好、耐光、耐酸但不耐碱 衣料、毛毯、幕布、工业用布等
丙纶 CH2==CH—CH3 机械强度高、电绝缘性好、耐化学腐蚀、质轻、耐油性差 可制成薄膜、日常用品、管道、包装材料等
维纶 CH3COOCH==CH2 和HCHO 吸湿性优良，有“人造棉花”之称 可与棉花混纺，作维棉混纺织物，制成滤布、帆布、传送带等
氯纶 CH2==CH—Cl 难燃，耐酸、碱， 吸湿性差 可编织窗纱、筛网、网袋与绳子，制成毛线、毛毯、棉絮、滤布等
橡 胶
天然橡胶
合成橡胶
三叶树胶（顺式聚异戊二烯）
杜仲树胶（反式聚异戊二烯）
丁苯橡胶
顺丁橡胶
合成天然橡胶
氯丁橡胶
乙丙橡胶
硅橡胶
性质：耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀、耐老化等各有其优势。
3.合成橡胶
（1）橡胶的分类：
（2）天然橡胶
天然橡胶的单体为异戊二烯即2 甲基 1,3 丁二烯
合成反应方程式为
（3）常见的合成橡胶——顺丁橡胶
①单体：CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
②顺丁橡胶合成方程式为
③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。易加成也易被氧化，所以盛放酸性高锰酸钾、溴水、浓硝酸、浓硫酸等的试剂瓶，塞子不能用橡胶塞
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，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。
④顺丁橡胶的硫化：
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。
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。
⑤顺丁橡胶的性能及用途
点拨：
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，在实验室中盛放强氧化性物质(如高锰酸钾)的试剂瓶不能用橡胶塞。
思考与讨论：
天然橡胶是顺式聚异戊二烯，杜仲胶是反式聚异戊二烯，你能写出杜仲胶的结构简式吗？
（4）常见合成橡胶的单体、结构简式、性能和用途
(1)三大合成材料是指塑料、合成纤维和合成橡胶。 (　　)
(2)高压聚乙烯比低压聚乙烯的熔点高。 (　　)
(3)苯酚与甲醛通过缩聚反应一定形成线状结构高分子。 (　　)
(4)人造丝与人造棉为合成纤维。 (　　)
(5)天然橡胶易被氧化是因为其链节中有碳碳双键。 (　　)
√
√
×
×
×
1. 判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
当堂检测
2．下列说法正确的是(　　)
A．合成纤维和人造纤维统称为化学纤维
B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是热固性塑料
C．锦纶丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧焦羽毛的气味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末
D．可以将合成材料和塑料制品废弃物倾倒到海洋中进行处理
A
3．PVC是聚氯乙烯的英文缩写，为保证PVC塑料制品的性能，通常需要加入多种有机助剂。下列选项中的事实均能支持“PVC保鲜膜对人体健康带来危害”这种假设的是(　　)
①PVC塑料属于高分子材料 ②使用的有机助剂有毒
③含氯的化合物不一定有毒 ④在高温下会分解出有害物质
A．①②　　　　　B．③④ C．②④ D．①③
C
本节内容结束