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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。
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。
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
高分子材料的分类
通用
高分子材料
功能
高分子材料
高分子材料
按用途
和性能
塑料（合成树脂）、合成纤维、合成橡胶
黏合剂、涂料等
三大合成材料
高分子分离膜
液晶高分子
导电高分子
医用高分子
高吸水性树脂
塑料
高分子分离膜
合成纤维
医用高分子分
【即时巩固】
下列关于有机化合物的说法正确的是（ ）
A．塑料、天然橡胶都是天然高分子化合物
B．乙烯、聚乙烯和苯分子中均含有碳碳双键
C．棉花、羊毛、涤纶的成分均属于天然纤维
D．化学纤维指人造纤维和合成纤维
D
【解析】塑料是合成高分子化合物，故A错误；聚乙烯为乙烯的加聚产物，不含碳碳双键，故B错误；棉花和羊毛属于天然纤维，涤纶是合成纤维，故C错误；化学纤维指人造纤维和合成纤维，故D正确。
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
【现象】
苯酚+甲醛
+浓盐酸
+乙醇,
加热
生成白色粘性固体；加乙醇加热，固体溶解
【结论】
苯酚和甲醛在酸性下可生成酚醛树脂；线型酚醛树脂溶于有机溶剂乙醇；
苯酚+甲醛
+浓氨水
水浴加热
水浴加热
【现象】
生成黄色粘性固体
【结论】
苯酚和甲醛在碱性下可生成酚醛树脂；
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
酚醛树脂的用途：
宇宙飞船外壳的
烧蚀材料
电路板
主要用作绝缘（开关、灯头）、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。
【即时巩固】
下列关于有机高分子化合物的说法正确的是（ ）
A．高分子化合物有固定的熔点
B．聚乙烯的链节是乙烯
C．线型高分子的长链上可以带支链
D．电木具有热塑性
C
【解析】高分子化合物都是混合物，没有固定的熔点，故A错误；乙烯是聚乙烯的单体而不是链节，故B错误；线型高分子的长链上可以带支链，也可以不带支链，故C正确；电木具有热固性，不具有热塑性，故D错误。
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。
天然橡胶
(1)单体：异戊二烯即2 甲基 1,3 丁二烯
(2)合成反应方程式为：
(4)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、耐磨、耐寒、耐油、耐热、耐燃、耐腐蚀、耐老化等性能。广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。
③橡胶的相对分子质量比大多数塑料和合成纤维的都要高，一般在105~106
④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
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：
【即时巩固】 在制备顺丁橡胶和高吸水性树脂时，都要加入交联剂。下列有关说法错误的是（ ）
A．加入交联剂都可使线型结构变为网状结构
B．橡胶工业中将线型结构连接为网状结构是为了增强橡胶的强度
C．制备高吸水性树脂时将线型结构连接为网状结构是为了使它既吸
水又不溶于水
D．顺丁橡胶和高吸水性树脂都可溶于水
D
【解析】 加入交联剂将聚合物中的双键打开，线型结构连接为网状结构，A正确；橡胶工业中将线型结构连接为网状结构可增强橡胶的强度，B正确；将线型结构连接为网状结构制备的高吸水性树脂，既吸水又不溶于水，C正确；顺丁橡胶具有很好的弹性，耐磨、耐寒性好、不溶于水，主要用于制造轮胎，D错误。
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
功能高分子材料
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）。
微生物降解材料
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代聚丙烯？
聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料；
可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相比，既能降解，又可再生！
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
聚乳酸
聚乳酸
聚乳酸
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
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
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
6.(2024·河北选择考·3)高分子材料在生产、生活中得到广泛应用。下列说法错误的是 ( )
A.线型聚乙烯塑料为长链高分子,受热易软化
B.聚四氟乙烯由四氟乙烯加聚合成,受热易分解
C.尼龙66由己二酸和己二胺缩聚合成,强度高、韧性好
D.聚甲基丙烯酸酯(有机玻璃)由甲基丙烯酸酯加聚合成,透明度高
B
