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(共39張PPT)
5.2 高分子材料
2020年11月24日凌晨,嫦娥5號在長征5號火箭巨大的推力下,啟程前往月球,經20多天旅程后帶著月壤返回,這是中國航天“探月工程”向世界展示出“中國力量”。其中制作國旗材料之一是高強度芳綸纖維，屬于高分子材料。
閱讀課本P132-134的內容，回答下列問題
1.有機高分子材料根據用途和性能可以分為幾類？
2.塑料的主要成分是什么？為改善塑料的性能，提高實用價值一般向其加入哪些物質？提高的是哪些性能？
3.塑料可以分為哪幾類？
4.制備聚乙烯有哪些方法？得到的聚乙烯具有怎樣的性質？
5.為什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的軟化溫度低，密度也低呢？
高分子材料
按用途和
性能分類
通用高分子材料
功能高分子材料
塑料
合成纖維
合成橡膠
粘合劑
涂料
高分子分離膜
導電高分子
醫用高分子
高吸水性樹脂
高分子材料的分類
加工助劑
提高柔韌性
提高耐熱性
賦予塑料各種顏色
一、組成
實例：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、
聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂
增塑劑
熱穩定劑
著色劑
合成樹脂
主要成分
塑料
以聚氯乙烯為例
特點：無色、硬質、耐熱性差
改善 性能
聚氯乙烯塑料中含有的增塑劑在室溫下會逐漸“逃逸”出來，且有的還具有一定毒性，因此聚氯乙烯塑料不能用于生產食品包裝材料。
塑料
塑料
可以反復加熱熔融加工
聚乙烯、聚氯乙烯等
不能加熱熔融，只能一次成型
酚醛樹脂、脲醛樹脂等
熱固性塑料
熱塑性塑料具有長鏈狀的線型結構。受熱時，分子間作用力減弱，易滑動；冷卻時，相互引力增強，會重新硬化。因此能反復加熱軟化和冷卻硬化。
熱固性塑料第一次加熱時軟化流動，到一定溫度時鏈與鏈間會形成共價鍵，產生一些交聯，形成體型網狀結構，硬化定型。此后再次加熱時不能軟化。
交聯的
熱塑性塑料
二、分類
線型結構
不帶支鏈的
帶支鏈的
體型(網狀)結構
交聯的
物質 高壓法聚乙烯 (低密度聚乙烯)LDPE 低壓法聚乙烯
(高密度聚乙烯)HDPE
合成方法 高溫、高壓、引發劑 低溫、低壓、催化劑
高分子鏈結構 含有較多支鏈 支鏈較少
相對分子質量 相對較低 相對較高
軟化溫度 相對較低 相對較高
密度 相對較低 相對較高
主要性能 無毒、較柔軟 無毒、較硬
主要用途 生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等 生產瓶、桶、板、管等
三、常見的塑料——聚乙烯
醫用聚乙烯無紡布防護服
線型結構的聚乙烯可以在一定條件下轉變為網狀結構的聚乙烯，以增加強度。
網狀結構
支鏈型結構
線型結構
低密度聚乙烯和高密度聚乙烯
塑料均有熱塑性，加熱均可熔融，
也可溶于某些溶劑中。低密度聚
乙烯可用于生產食品包裝袋等薄
膜制品，不用加入增塑劑就顯得
十分柔軟。高密度聚乙烯較硬一
些，可用于生產瓶、桶、板、管
與棒材等。
通過改進聚合反應的催化劑得
到超高相對分子質量(>106)的聚乙烯，
其具有高強度和高耐磨性，使用溫度
范圍廣，耐化學腐蝕，可用于制造防彈服、防彈頭盔、繩纜等。
(1)概念：酚醛樹脂是酚(如苯酚或甲苯酚等)與醛(如甲醛)在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。
四、常見的塑料——酚醛樹脂
網狀
(2)酚醛樹脂的性質特點和用途
具有網狀結構的高分子受熱后不能軟化或熔融，也不溶于一般溶劑。
酚醛樹脂主要用作絕緣（開關、燈頭）、隔熱、難燃、隔音器材和復合材料。可用于烹飪器具的手柄，一些電器與汽車的零部件，火箭發動機、返回式衛星和宇宙飛船外殼等的燒蝕材料。
圖5-5 宇宙飛船返回艙燒蝕后的外殼
圖5-6 使用酚醛樹脂底板制成的集成電路板
思考交流
(2)尿素(H2NCONH2)可以與甲醛發生反應，最終縮聚成具有線型或網狀結構的脲醛樹脂。脲醛樹脂可用于生產木材黏合劑、生活器具和電器開關。
尿素與甲醛反應得到線型聚合物的化學方程式為：
使用脲醛樹脂制成的開關
1．纖維的分類
纖維
以石油、天然氣、煤、農副產品等為原料，將其轉化為單體，再經過聚合反應得到合成纖維，
如錦綸、滌綸、氯綸、腈綸、維綸、丙綸等。
以木材、秸桿等農副產品為原料，經加工處理可以得到再生纖維，又稱人造纖維。
如粘膠纖維(人造絲、人造棉)等。
如棉花、羊毛、蠶絲和麻等
再生纖維
合成纖維
天然纖維
化學纖維
纖維
優點：
強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、保暖
缺點：
吸濕性和透氣性明顯不及天然纖維(維綸吸濕性較好，且有“人造棉花”的美稱)
改性方法：
將天然纖維和合成纖維混合紡織得到的混紡纖維實現了優勢互補，性能更加優良
2、合成纖維的性能
合成纖維除滿足人們的穿著需求外，還廣泛應用于工農業生產和高科技領域。如工業用的隔音、隔熱、絕緣材料，漁業用的漁網、纜繩，醫療用的縫合線、止血棉，航空航天用的降落傘、航天服，等等
常見合成纖維：“六大綸”——滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸
3、合成纖維的用途
合成纖維中目前產量最大的是聚酯纖維中的滌綸，它是聚對苯二甲酸乙二酯纖維的商品名稱。其合成反應為：
4．常見的合成纖維——聚酯纖維（滌綸）
制取：
單體：
和
催化劑
△
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
滌綸性能：
強度大，耐磨，易洗，快干，保形性好，但透氣性和吸濕性差，可以與天然纖維混紡獲得改進。
滌綸用途：
是應用最廣泛的合成纖維品種，大量用于服裝與床上用品(如運動服、被套、睡袋等)、各種裝飾布料、國防軍工特殊織物(航天服、降落傘)，以及工業用纖維制品(過濾材料、絕緣材料、輪胎簾子線、傳送帶)等。
聚酰胺纖維中的錦綸是較早面世的合成纖維之一，聚己二酰己二胺纖維(又稱錦綸66、尼龍66)的合成反應為：
4．常見的合成纖維——聚酰胺纖維
H2N-(CH2)6-NH2和HOOC-(CH2)4-COOH
制取：
單體：
催化劑
△
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
尼龍66性能：
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，耐磨性和強度較大。
尼龍66用途：生產絲襪、降落傘、漁網、輪胎簾子線等。
錦綸在發展：
由6-氨基已酸合成的錦綸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、高強度的芳香族聚酰胺纖維(芳綸)。
名稱 結構簡式 單體
滌綸(的確良)
錦綸
腈綸(人造毛)　　
維綸
丙綸
氯綸
認識六大綸的結構，試寫出對應的單體。
CH2=CHOH
CH2=CH—CH3
CH2=CH—Cl
思考交流
具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。
橡膠
3、合成橡膠
原料：以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴等為單體聚合而成。
性能：具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。
2、天然橡膠是異戊二烯的聚合物，具有順式結構，稱為順式聚異戊二烯。
(2-甲基-1,3-丁二烯)
異戊二烯
順式聚異戊二烯
(1)順丁橡膠是以1,3 -丁二烯為原料，在催化劑作用下，通過加聚反應得到的以順式結構為主的聚1,3- 丁二烯。化學方程式為：
3．合成橡膠
缺點：
該聚合物呈線型結構，分子鏈較柔軟，性能較差。
改進措施
天然橡膠和順丁橡膠均呈線型結構，分子鏈較柔軟，性能較差。而且分子中存在碳碳雙鍵，易加成也易被氧化，直接加工成用品使用容易老化。
將橡膠與硫等硫化劑混合后加熱，硫化劑將聚合物中的碳碳雙鍵打開，以二硫鍵 (—S—S—)等，把線型結構連接為網狀結構，得到既有彈性又有強度的硫化橡膠。 這一加工過程稱為橡膠的硫化。
4．橡膠的硫化
橡膠的硫化交聯的程度不宜過大，否則會使橡膠失去彈性。
順丁橡膠具有很好的彈性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造輪胎。
線型結構、支鏈結構和網狀結構等高分子材料的比較
分類 線型結構 支鏈型結構 網狀結構
結構 線型結構示意圖 支鏈型結構示意圖
網狀結構示意圖
分子中的原子以共價鍵相互連接，構成一條很長的卷曲狀態的“鏈” 分子鏈與分子鏈之間有許多共價鍵交聯起來，形成三維空間網狀結構
溶解性 能緩慢溶解于適當溶劑 很難溶解，但往往有一定程度的脹大
性能 具有熱塑性，無固定熔點 具有熱固性，受熱不熔化
特性 強度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好，具有熱塑性 強度大、絕緣性好，具有熱固性
常見物質 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡膠 酚醛樹脂、硫化橡膠
歸納小結
功能高分子材料的定義和分類
功能高分子材料
具有某些特殊化學、物理及醫學功能的高分子材料
分類
高分子催化劑
高分子分離膜
形狀記憶高分子
磁性高分子
高吸水性材料
醫用高分子材料
高分子藥物
功能高分子材料
功能高分子材料的品種
①改造_______ 或_____分子，接入_______基團。
如淀粉與丙烯酸鈉生成網狀結構的淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。
②合成新的帶有強親水基團的高分子。
如CH2==CH—COONa
聚丙烯酸鈉(網狀結構)
纖維素
淀粉
強親水
高吸水性樹脂
2.合成方法
①含有強親水基團的支鏈，如羧基、羥基、酰氨基等。
②具有網狀結構。
1.結構特點：
閱讀課文P141-142
《時代周刊》評出20世紀最偉大的100項發明，其中“尿不濕”榜上有名
3.性能：
不溶于水，也不溶于有機溶劑，與水接觸后在很短的時間內溶脹，可吸收其本身質量的數百倍甚至上千倍的水，同時保水能力要強，還能耐一定的擠壓作用。
在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤，還可用于嬰兒紙尿褲等。如在苗木根部放上一些吸足了水的高吸水性樹脂,可以使苗木在生長發育過程中有充足的水分。
4.應用
醫用高分子材料：
人造骨骼和關節
人造心臟
人工腎臟
人造皮膚
人造血管和心臟補片
美國在上世紀六十年代初，航天事業崛起，如何解決宇航員的排尿問題迫在眉睫，華人唐鑫源成為“尿不濕”的發明人，后來他被譽為美國“太空服之父”。
尿不濕所用的材料是高吸水性樹脂（常用網狀結構的聚丙烯酸鈉 ）。
聚丙烯酸鈉的合成：
CH2=CHCOOH→CH2=CHCOONa→聚丙烯酸鈉
思考與討論：在橡膠工業中，天然橡膠與合成橡膠一般都要經過硫化工藝，將橡膠的線型結構轉變為網狀結構。在制備高吸水性樹脂時也要加入少量交聯劑，以得到具有網狀結構的樹脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹脂轉變為網狀結構。
高吸水性樹脂加交聯劑的目的是變支鏈型結構為體型結構，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。
思考與討論：在橡膠工業中，天然橡膠與合成橡膠一般都要經過硫化工藝，將橡膠的線型結構轉變為網狀結構。在制備高吸水性樹脂時也要加入少量交聯劑，以得到具有網狀結構的樹脂。思考為什么要將橡膠和高吸水性樹脂轉變為網狀結構。
1.所含官能團及性質
官能團 碳碳雙鍵 酯基 羧基 肽鍵
性質 氧化反應、 加成反應 水解反應 酯化反應、 取代反應 水解反應
①降解：在一定條件下高分子降解為小分子，如聚苯乙烯降解為苯乙烯。常見降解方法有：生物降解、化學降解、光降解等。
②催化裂化：塑料催化裂化得到柴油、煤油、汽油和可燃性氣體等。
③橡膠硫化：天然橡膠經硫化，破壞碳碳雙鍵，形成單硫鍵(—S—)或雙硫鍵(—S—S—)，由線性結構變為網狀結構。
常見高分子材料的化學性質
2常見反應
分類 線型結構 支鏈型結構 網狀結構
結構 線型結構示意圖 支鏈型結構示意圖
網狀結構示意圖
分子中的原子以共價鍵相互連接，構成一條很長的卷曲狀態的“鏈” 分子鏈與分子鏈之間有許多共價鍵交聯起來，形成三維空間網狀結構
3.線型結構、支鏈型結構和網狀結構的性質比較
分類 線型結構 支鏈型結構 網狀結構
溶解性 能緩慢溶解于適當溶劑 很難溶解，但往往有一定程度的脹大
性能 具有熱塑性，無固定熔點 具有熱固性，受熱不熔化
特性 強度大、可拉絲、吹薄膜、絕緣性好 強度大、絕緣性好、有可塑性
常見 物質 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡膠 酚醛樹脂、硫化橡膠
再見

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