(共39张PPT)
第二节 高分子材料
01
学习目标
CONTENT
塑料
02
合成纤维
03
橡胶
塑 料
新课导入
合成纤维
新课导入
合成橡胶
新课导入
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
一、高分子材料的分类
1. 塑料
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
二、通用高分子材料
热塑性塑料(聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚丙烯等)
塑料分类
热固性塑料(环氧树脂、酚系树脂如酚醛塑料、聚酯树脂)
特性:受热时软化并可熔化成流动的液体,冷却后变成固体,加热后又熔化,可反复加工,多次使用
特性:在制造过程中受热时能变软塑成一定的形状,但加工成型后就不会受热熔化
线型结构,链状结构,可以反复加热熔融加工
体型结构,网状结构。不能加热熔融,只能一次成型
物质的结构决定其性质的原则同样适用于高分子
二、通用高分子材料
洗手液
思考:同样的聚乙烯原料,为什么合成的塑料性能不同?
应用
性能
结构
决定
决定
工艺
控制
比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯
聚合反应条件 150 Mpa~300 MPa,200 ℃左右,使用引发剂 0.1 Mpa~2 MPa,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
塑料
可以反复加热熔融加工
聚乙烯、聚氯乙烯等
不能加热熔融,只能一次成型
酚醛树脂、脲醛树脂等
热固性塑料
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。因此能反复加热软化和冷却硬化。
线型结构
不带支链的
带支链的
热固性塑料第一次加热时软化流动,到一定温度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。此后再次加热时不能软化。
体型(网状)结构
交联的
热塑性塑料
二、通用高分子材料
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。
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。
思考与讨论
如何利用性质判断高分子材料是线型结构还是体型结构?
为什么聚乙烯材料具有一定弹性?
聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转
导致
分子链只能呈不规则的卷曲状态
外力作用
卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直
除去外力
恢复卷曲状态
所以,一般的高分子材料都具有一定的弹性
思考与讨论
为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低、密度也低?
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
软化温度和
密度越高
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,软化温度和密度也就较低。
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,软化温度和密度都较高。
思考与讨论
(2)酚醛树脂
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
二、通用高分子材料
(2)酚醛树脂
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高分子。
二、通用高分子材料
(2)酚醛树脂
①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
二羟甲基苯酚
OH
CH2OH
CH2OH
HOCH2
三羟甲基苯酚
主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料。
二、通用高分子材料
(3)脲醛树脂
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
二、通用高分子材料
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
纤维的分类
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
合成纤维的性能和应用
(1)橡胶的分类
橡胶
天然橡胶
合成橡胶
通用橡胶
特种橡胶
丁苯橡胶
顺丁橡胶
氯丁橡胶
聚硫橡胶:有耐油性
硅橡胶:有耐热、耐寒性
(2)合成橡胶
①原料:以石油、天然气为原料,以二烯烃和烯烃等为单体聚合而成。
②性能:具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。
合成橡胶
(3)常见的橡胶
①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。化学方程式为:
②天然橡胶是异戊二烯的聚合物,具有顺式结构,称为顺式聚异戊二烯。
(2-甲基-1,3-丁二烯)
异戊二烯
顺式聚异戊二烯
合成橡胶
(4)橡胶的硫化
天然橡胶和顺丁橡胶均呈线型结构,分子链较柔软,性能较差。而且分子中存在
碳碳双键,易加成也易被氧化,直接加工成用品使用容易老化。
将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硫化橡胶。
这一加工过程称为橡胶的硫化。
橡胶的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。
合成橡胶
单体:CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
顺丁橡胶合成方程式为
请观察顺丁橡胶的结构特点,实验室中哪些试剂瓶的瓶塞不能选用橡胶塞?
顺丁橡胶中存在碳碳双键,易发生加成反应和氧化反应,所以盛放溴水、酸性高锰酸钾溶液、浓硝酸、浓硫酸、汽油等的试剂瓶,不能用橡胶塞。
合成橡胶
思考与讨论
橡胶硫化是将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硫化橡胶。
顺丁橡胶能否直接用于制造汽车轮胎?
该聚合物呈线型结构,分子链较柔软,性能较差。
合成橡胶
思考与讨论
线型高分子,含碳碳双键,易发生氧化反应。
杜仲树
顺式聚异戊二烯
异戊二烯
2-甲基-1,3-丁二烯
反式聚异戊二烯
天然橡胶
01
天然橡胶主要是顺式聚异戊二烯,杜仲胶是反式聚异戊二烯,请写出杜仲胶的结构简式:
顺式聚异戊二烯与反式聚异戊二烯化学性质基本相同,物理性质不同:杜仲胶硬而弹性差,属于硬橡胶,但绝缘性好。
思考与讨论
定义: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
高分子分离膜
形状记忆高分子
磁性高分子
高分子催化剂
医用高分子材料
高分子药物
功能
高分子材料
功能高分子材料
80年代,“太空服之父”华人唐鑫源在宇航服里加入高分子吸收体,发明了一种能吸水1400毫升的纸尿片,解决了航天员排尿的一大难题。此技术后来转为民用,就是现在千家万户使用的“尿不湿”。
含有强亲水基团的支链,如羧基、羟基、酰氨基等。
1)结构特点:
2)合成方法:
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性,在它们的主链上再接上带有强亲水基团的支链(如丙烯酸钠),在交联剂作用下形成网状结构,以提高吸水能力。
1)结构特点:
2)合成方法:
①对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性,在它们的主链上再接上带有强亲水基团的支链(如丙烯酸钠),在交联剂作用下形成网状结构,以提高吸水能力。
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
3)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。
高吸水性树脂
在干旱地区用于农业、林业抗旱保水,改良土壤,还可用于婴儿纸尿裤等。如在苗木根部放上一些吸足了水的高吸水性树脂,可以使苗木在生长发育过程中有充足的水分。
4)应用:
高吸水性树脂
(1)结构特点:分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过,其余物质则
被截留在膜的另一侧形成浓缩液,达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
(2)类型:分离膜根据膜孔大小分为
高分子分离膜
(4)用途:
广泛用于海水淡化和饮用水的制取,以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域
饮用水的制取
血液透析
高分子分离膜
人造骨骼和关节
人造心脏
人工肾脏
人造皮肤
人造血管和心脏补片
拓展:医用高分子材料
尿不湿所用的材料是高吸水性树脂(常用网状结构的聚丙烯酸钠 )。
聚丙烯酸钠的合成:
CH2=CHCOOH→CH2=CHCOONa→聚丙烯酸钠
在橡胶工业中,天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺,将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂,以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
高吸水性树脂
思考与讨论
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。
在橡胶工业中,天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺,将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂,以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构。
高吸水性树脂
思考与讨论
原理:分离膜一般只允许水及一些小分子物质通过,其余物质则被截留在膜的另一侧,形成浓缩液,达到对原液净化、分离和浓缩的目的。
特点:让某些物质有选择地通过,而把另外一些物分离掉
高分子分离膜
(1)分离膜根据膜孔大小分为 、 、 纳滤膜和 。
(2)分离膜根据离膜材料分为:醋酸纤维、芳香族聚酰胺、_______、__________等。
海水淡化
饮用水的制取
微滤膜
超滤膜
反渗透膜
(3)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
(4)广泛用于海水淡化和饮用水的制取,以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域
高分子分离膜