資源簡(jiǎn)介

第五章 合成高分子
第二節(jié) 高分子材料
第二課時(shí) 合成纖維、合成橡膠、功能高分子材料
教學(xué)目標(biāo):
1.通過(guò)對(duì)通用高分子材料的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步鞏固加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的認(rèn)識(shí)思路，認(rèn)識(shí)橡膠和合成纖維的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
2.通過(guò)對(duì)比分析線型、支鏈和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)材料性質(zhì)的影響，了解高分子與有機(jī)小分子的主要不同之處。
3.擴(kuò)展并完善對(duì)有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。
素養(yǎng)目標(biāo)：
1.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過(guò)高分子材料吸水性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，體會(huì)通過(guò)分析微觀結(jié)構(gòu)解釋化學(xué)性質(zhì)的思路，以及結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用之間的關(guān)系。
2.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：體驗(yàn)功能導(dǎo)向的高分子材料合成的價(jià)值，了解新型高分子材料的優(yōu)異性能及其在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
教學(xué)重、難點(diǎn)：
重點(diǎn)：合成纖維、合成橡膠的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
難點(diǎn)：功能高分子的結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響
(二)合成纖維
1.合成纖維有怎樣的特點(diǎn)性能
(1)合成纖維生產(chǎn)條件可控，原料來(lái)源豐富，不受自然條件影響。
(2)錦綸、滌綸、腈綸、維綸、氯綸、丙綸等合成纖維具有強(qiáng)度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質(zhì)輕保暖等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)，除維綸吸濕性較好，且有“人造棉花”的美稱(chēng)外，其他合成纖維的吸濕性和透氣性明顯不及天然纖維?？萍脊ぷ髡邔深?lèi)纖維混合紡織，使它們的性能互補(bǔ)而得以改善。
2.合成纖維有什么用途
合成纖維除了滿足人們的穿著需求外，還廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與高科技領(lǐng)域。例如，工業(yè)用的隔音、隔熱、絕緣材料，漁業(yè)用的漁網(wǎng)、纜繩，醫(yī)療用的縫合線、止血棉，航空航天用的降落傘、航天服等。
3.錦綸和滌綸簡(jiǎn)介
(1)滌綸： 聚酯纖維，聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，產(chǎn)量最大。
滌綸纖維的強(qiáng)度大，耐磨，易洗，快干，保型性好，但透氣性和吸濕性差，可以與天然纖維混紡獲得改進(jìn)。滌綸是應(yīng)用最廣泛的合成纖維品種，大量用于服裝與床上用品(如運(yùn)動(dòng)服、被套、睡袋等)、各種裝飾布料、國(guó)防軍工特殊織物(航天服、降落傘)，以及工業(yè)用纖維制品(過(guò)濾材料、絕緣材料、輪胎簾子線、傳送帶)等。
(2)錦綸：聚酰胺纖維，聚己二酰己二胺纖維(又稱(chēng)錦綸66、尼龍66)
聚己二酰己二胺不溶于普通溶劑，熔化溫度高于260℃,拉制的纖維具有天然絲的外觀和光澤，耐磨性和強(qiáng)度超過(guò)當(dāng)時(shí)任何一種纖維。20世紀(jì)40年代前后，使用尼龍生產(chǎn)的絲襪、降落傘、漁網(wǎng)、輪胎簾子線等產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世。此后，人們還合成了由6-氨基己酸合成的錦綸6、由癸二酸和癸二胺合成的錦綸1010等脂肪族聚酰胺纖維(錦綸)，以及耐高溫、高強(qiáng)度的芳香族聚酰胺纖維（芳綸）。
社會(huì)·科學(xué)·技術(shù) 高強(qiáng)度芳綸纖維
20世紀(jì)60年代，人們合成了強(qiáng)度高、密度低，并且具有耐酸、耐堿、耐高溫、耐磨等優(yōu)異特性的芳香族聚酰胺纖維——聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維，又稱(chēng)芳綸1414（商品名凱芙拉，數(shù)字1和4指單體對(duì)苯二甲酸和對(duì)苯二胺的官能團(tuán)在苯環(huán)上的位置）。
它的強(qiáng)度高，密度卻只有鋼的1/5；其熱穩(wěn)定性高，在500℃高溫下不會(huì)熔化分解。可以制成防彈裝甲、消防服、防切割耐熱手套，以及交通工具的結(jié)構(gòu)材料和阻燃內(nèi)飾等。
(三)合成橡膠
1.性能：橡膠是一類(lèi)具有彈性的物質(zhì)，當(dāng)施以外力時(shí)形狀將發(fā)生改變，去除外力又恢復(fù)原來(lái)的形狀。
2.用途：橡膠廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通及人民生活的各方面。如每年汽車(chē)、飛機(jī)輪胎消耗大量的橡膠。
3.種類(lèi)：丁苯橡膠、順丁橡膠、合成天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等。它們各自在耐磨性、耐油性、耐寒性、耐熱性、耐燃性、耐腐蝕性、耐老化等方面有著特有的優(yōu)勢(shì)。
4.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：相對(duì)分子質(zhì)量比塑料、合成纖維都要高，一般在10萬(wàn)－100萬(wàn)。
5.順丁橡膠:
順式聚1，3-丁二烯是線型結(jié)構(gòu)，分子鏈較柔軟，性能較差。將其與硫等硫化劑混合加熱。硫化劑將聚合中的雙鍵打開(kāi)，以二硫鍵(-S-S-) 等把線型結(jié)構(gòu)連接為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到既有彈性又有強(qiáng)度的橡膠。但硫化交聯(lián)的程度不宜過(guò)大，否則會(huì)使橡膠失去彈性。順丁橡膠具有很好的的彈性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造輪胎。
社會(huì)·科學(xué)·技術(shù) 天然橡膠
最常見(jiàn)的天然橡膠是三葉橡膠樹(shù)產(chǎn)出的橡膠；還有一種是杜仲樹(shù)產(chǎn)出的橡膠，稱(chēng)為杜仲膠。切割三葉橡膠樹(shù)的樹(shù)皮，收集流出的白色膠乳，經(jīng)濃縮得到的乳膠可制成醫(yī)用乳膠手套等產(chǎn)品。向膠乳中加入醋酸，經(jīng)凝結(jié)、壓片、干燥，制成生膠片。生膠不耐磨，不易成型，可溶于汽油等有機(jī)溶劑。天然橡膠是異戊二烯的聚合物，具有順式結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為順式聚異戊二烯。天然橡膠原為線型高分子，硫化后轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了它的強(qiáng)度與彈性。三葉橡膠樹(shù)只在暖濕地帶生長(zhǎng)，我國(guó)海南、云南等省已引種成功。
杜仲膠可從杜仲樹(shù)的樹(shù)皮、葉、果實(shí)中提取。杜仲樹(shù)是我國(guó)特產(chǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)，種植面廣，我國(guó)四川、貴州、湖南、陜西、湖北等省都有大面積種植。杜仲膠也是異戊二烯的聚合物，與天然橡膠不同的是它具有反式結(jié)構(gòu)。杜仲膠硬而彈性差，人稱(chēng)硬橡膠，但絕緣性好。我國(guó)科學(xué)工作者正在研究開(kāi)發(fā)杜仲膠，使它既能做塑料也能做橡膠。現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)出多種產(chǎn)品，如杜仲膠形狀記憶材料、代替石膏的醫(yī)用骨科夾板、海底電纜、絕緣器件等。
任務(wù)三：功能高分子材料
1.什么是功能高分子材料 具有某些特殊化學(xué)、物理及醫(yī)學(xué)功能的高分子材料
2. 功能高分子材料主要有哪些類(lèi)別
3. 怎么探索功能高分子材料
需要考慮高分子的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出擁有某種功能的高分子的結(jié)構(gòu)，以及合成它的路線與方法。
(1)高吸水性樹(shù)脂
①用途：干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)抗旱保水，改良土壤；制作紙尿褲。
②合成方法：
a.淀粉、纖維素等天然吸水材料的改性。
在淀粉或纖維素的主鏈上再接人帶有強(qiáng)親水基團(tuán)(羥基、羧基等)的支鏈，可以提高它們的吸水能力。
如，淀粉與丙烯酸鈉在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物。為防止此共聚物溶于水，還需在交聯(lián)劑作用下生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉-聚丙烯酸鈉樹(shù)脂。這種樹(shù)脂具有強(qiáng)大的吸水、保水能力，同時(shí)還是可生物降解的綠色材料。
圖5-15 吸水前與吸水后的高吸水性樹(shù)脂顆粒
b.用帶有強(qiáng)親水基團(tuán)的烯類(lèi)單體進(jìn)行聚合，得到含親水基團(tuán)的高聚物。
例如，在丙烯酸鈉中加人少量交聯(lián)劑，再在一定條件下發(fā)生聚合，可得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉高吸水性樹(shù)脂。
思考與討論
在橡膠工業(yè)中，天然橡膠與合成橡膠一般都要經(jīng)過(guò)硫化工藝，將橡膠的線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在制備高吸水性樹(shù)脂時(shí)也要加入少量交聯(lián)劑，以得到具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
高分子強(qiáng)度增加，使橡膠既有彈性又有強(qiáng)度，使高吸水性樹(shù)脂不溶于水。
探究 高吸水性樹(shù)脂的吸水性能
【問(wèn)題］
高吸水性樹(shù)脂與一般吸水材料的吸水性能差別有多大？
【實(shí)驗(yàn)］
(1)選擇吸水材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。可以取一條紙尿褲，用剪刀剪開(kāi)，取出其中的高吸水性樹(shù)脂顆粒（也可使用你選擇的其他高吸水性材料）。一般吸水材料可以選擇醫(yī)用脫脂棉、餐巾紙或海綿等。
(2)在已知質(zhì)量的100mL燒杯中放入70mL水，再放入1 g ( mL)高吸水性樹(shù)脂，用玻璃棒充分?jǐn)噭蚝箪o置5 min ，觀察和記錄現(xiàn)象。傾出未被吸收的水，再稱(chēng)出吸收水后的高吸水性樹(shù)脂的質(zhì)量(m2)，計(jì)算其吸水率。
(3)取1g醫(yī)用脫脂棉（或其他一般吸水材料），按上述方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出它的吸水率，與高吸水性樹(shù)脂的吸水率進(jìn)行比較。
現(xiàn)象數(shù)據(jù)記錄：
[討論]
1.為什么高吸水性樹(shù)脂與一般吸水材料的吸水性能差別這么大？
絕大多數(shù)高吸水性樹(shù)脂的主鏈或接枝側(cè)鏈上含有羧基、羥基等強(qiáng)親水性官能團(tuán)，這些親水基團(tuán)與水的親和作用是其具有強(qiáng)吸水性的最主要內(nèi)因。
2.查閱資料，與同學(xué)討論為什么高吸水性樹(shù)脂能吸水而又不溶于水。
高吸水性樹(shù)脂分子中含有強(qiáng)吸水性基團(tuán)和一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即具有一定的交聯(lián)度，導(dǎo)致高吸水性樹(shù)脂能吸水溶脹但不溶于水。
(2)高分子分離膜
①種類(lèi)：根據(jù)膜孔大小分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜等
②制作材料：主要是有機(jī)高分子材料，如醋酸纖維、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。
③用途：只允許水及小分子通過(guò)。廣泛用于海水淡化和飲用水的制取，以及果汁濃縮、乳制品加工、藥物提純、血液透析等領(lǐng)域。
板書(shū)設(shè)計(jì)：
作業(yè)設(shè)計(jì)：
教學(xué)反思：

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