5.2.1 通用高分子材料课件(共41张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修3

(共41张PPT)
第五章　合成高分子　第二节　高分子材料
第1课时　通用高分子材料
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”向世界展示出的“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。
学习目标
1．能从微观角度了解高分子材料的分类和用途，理解高聚物的结构与性质的关系。
2．了解合成高分子材料在生活、生产方面的巨大贡献，但也要了解高分子材料对环境造成的不良影响。
塑料
合成纤维
合成橡胶
黏合剂
涂料
高分子分离膜
导电高分子
医用高分子
高吸水性树脂
按用途和
性能分类
通用高分子材料
功能高分子材料
高分子材料的分类
高分子
材料
(1)天然高分子：习惯使用专有名称，如淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等。
(2)合成高分子
合成高分子
一种单体：在单体名称前加“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯等
两种单体
①在缩合产物或两种单体前加“聚”，如聚对
苯二甲酸乙二酯等
②在两种单体名后加“树脂”，如酚醛树脂等
(3)合成橡胶：通常在单体名称后加“橡胶”，如顺丁橡胶等。
(4)合成纤维的名称常用“纶”，如氯纶(聚氯乙烯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)等。
高分子的命名
一、塑料
加工助剂
提高柔韧性
提高耐热性
赋予塑料各种颜色
1．组成
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
合成树脂
主要成分
塑料
以聚氯乙烯为例
特点：无色、硬质、耐热性差
改善 性能
聚氯乙烯塑料中含有的增塑剂在室温下会逐渐“逃逸”出来，且有的还具有一定毒性，因此聚氯乙烯塑料不能用于生产食品包装材料。
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
2．分类
【思考】如何利用性质判断高分子材料是线型结构还是体型结构？
(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。
物质 高压法聚乙烯 (低密度聚乙烯)LDPE 低压法聚乙烯
(高密度聚乙烯)HDPE
合成方法 高温、高压、引发剂 低温、低压、催化剂
高分子链结构 含有较多支链 支链较少
相对分子质量 相对较低 相对较高
软化温度 相对较低 相对较高
密度 相对较低 相对较高
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
3．常见的塑料——聚乙烯
【思考】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
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】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？
医用聚乙烯无纺布防护服
线型结构的聚乙烯可以在一定条件下转变为网状结构的聚乙烯，以增加强度。
网状结构
支链型结构
线型结构
低密度聚乙烯和高密度聚乙烯
塑料均有热塑性，加热均可熔融，
也可溶于某些溶剂中。低密度聚
乙烯可用于生产食品包装袋等薄
膜制品，不用加入增塑剂就显得
十分柔软。高密度聚乙烯较硬一
些，可用于生产瓶、桶、板、管
与棒材等。
通过改进聚合反应的催化剂得
到超高相对分子质量(>106)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。
(1)概念：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。
【实验5-1】酚醛树脂的制备
实验操作
实验现象 混合溶液变浑浊，生成黏稠粉红色物质 混合溶液变浑浊，生成黏稠淡黄色物质
实验结论 苯酚与甲醛在酸或碱作用下均可发生缩聚反应生成树脂 4．常见的塑料——酚醛树脂
(2)酸性、碱性条件对酚醛树脂结构的影响
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。
　 ＋　　　　　　　　　
n 　　　　　　　　　　　　　　　　　 ＋(n－1)H2O
总反应：
n 　　＋n　　　　　 　　　　　　　　　　＋(n－1)H2O
在碱催化下，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、三羟甲基苯酚等，继续反应生成网状结构的酚醛树脂，属于体型结构高分子。
2,4-二羟甲基苯酚
2,4,6-三羟甲基苯酚
羟甲基苯酚
(3)酚醛树脂的性质特点和用途
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。
图5-5 宇宙飞船返回舱烧蚀后的外壳
图5-6 使用酚醛树脂底板制成的集成电路板
【思考与讨论】
(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。
尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式为：
使用脲醛树脂制成的开关
二、合成纤维
以石油、天然气、煤、农副产品等为原料，将其转化为单体，再经过聚合反应得到合成纤维，
如锦纶、涤纶、氯纶、腈纶、维纶、丙纶等。
以木材、秸杆等农副产品为原料，经加工处理可以得到再生纤维，又称人造纤维。
如粘胶纤维(人造丝、人造棉)等。
如棉花、羊毛、蚕丝和麻等
再生纤维
合成纤维
天然纤维
化学纤维
纤维
1．纤维的分类
(1)合成纤维的性能
合成纤维的优点：强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖等。
合成纤维的缺点：除维纶(具有较好的吸湿性，被称为“人造棉花”)外，
其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不及天然纤维。
2．合成纤维的性能与应用
(2)合成纤维的应用
除满足人们的穿着需求外，还广泛应用于工农业生产与高科技领域：
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
合成纤维中目前产量最大的是聚酯纤维中的涤纶，它是聚对苯二甲酸乙二酯
纤维的商品名称。其合成反应为：
3．常见的合成纤维——聚酯纤维（涤纶）
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。
涤纶用途：
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。
宇宙飞船降落伞
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)的合成反应为：
4．常见的合成纤维——聚酰胺纤维
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。
尼龙66用途：生产丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等。
锦纶在发展：
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)。
三、合成橡胶
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
1．橡胶的分类
2．合成橡胶
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。
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。
(1)顺丁橡胶是以1,3 -丁二烯为原料，在催化剂作用下，通过加聚反应得到的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
3．常见的橡胶
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。
4．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。
【总结】
线型结构、支链结构和网状结构等高分子材料的比较
分类 线型结构 支链型结构 网状结构
结构 线型结构示意图 支链型结构示意图
网状结构示意图
分子中的原子以共价键相互连接，构成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链与分子链之间有许多共价键交联起来，形成三维空间网状结构
溶解性 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解，但往往有一定程度的胀大
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
常见物质 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 酚醛树脂、硫化橡胶
知识网络
1.有机化学对于人类生活有着十分重要的作用。下列说法正确的是( )
A.涤纶、锦纶、蚕丝都属于合成纤维
B.按用途和性能，合成材料分为合成高分子材料、功能高分子材料和复合材料
C.制作N95型口罩的“熔喷布”，其主要组成为聚丙烯，聚丙烯是有机高分子化合物
D.蛋白质是结构复杂的高分子化合物，分子都由C、H、O三种元素组成
C
学习评价
2.下列原料或制成的产品中，如果出现破损不可以进行热修补的是( )
A.聚氯乙烯凉鞋 B.电木插座
C.自行车内胎 D.聚乙烯塑料膜
B
学习评价
3.下列说法正确的是( )
A.合成纤维和再生纤维统称为化学纤维
B.酚醛树脂和聚氯乙烯塑料都是热固性塑料
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.制作航天服的聚酯纤维属于天然高分子材料
A
学习评价
4.下列说法不正确的是( )
A.天然橡胶能使溴水褪色
B.硫化橡胶遇汽油能发生溶胀现象
C.聚硫橡胶具有良好的耐严寒、耐高温性能
D.合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃等为单体聚合而成的高分子
C
学习评价
5.生物降解塑料能在微生物的作用下降解成二氧化碳和水，从而消除废弃塑料对环境的污染。PHB塑料就属于这种塑料，其结构简式为
　　　　　　　　　。下列有关PHB的说法正确的是( )
A.PHB是一种聚酯，有固定的熔点
B.PHB的降解过程不需要氧气参加反应
C.合成PHB的单体是CH3CH2CH(OH)COOH
D.通过加聚反应可以制得PHB
C
学习评价
6.橡胶是一类具有弹性的物质，一般分为天然橡胶和合成橡胶两类。丁苯橡胶是合成橡胶的一种，其结构简式为　 　　　　　　　　　　　 ，
下列说法正确的是( )
A.它的单体是CH2==CH—CH2—CH2—CH==
B.丁苯橡胶是CH2==CH—CH==CH2和　 　　 通过缩聚反应制得的
C.装液溴、溴水的试剂瓶均可用丁苯橡胶作瓶塞
D.丁苯橡胶会老化
D
学习评价
本节内容结束