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第五章 合成高分子
第二節 高分子材料 課時1
可降解高分子
廢棄的塑料制品會危害環境，造成“白色污染”。這是因為它們在自然界中降解非常慢，有人估計廢棄的農用地膜在土壤中可長達100年不分解。
為了根除“白色污染”，人們研究出微生物降解和光降解兩類高分子材料。
一些微生物降解高分子，如聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可吸收性，可用于手術縫合線、骨科固定材料、藥物緩釋材料等。
近年來，我國科學工作者已成功研究出以CO2為主要原料生產可降解高分子材料的技術，為消除“白色污染”和減輕溫室效應作出了貢獻。
微生物降解塑料
1.認識塑料和合成纖維的組成和結構特點；
2.通過對比分析線型、支鏈和網狀結構對材料性質的影響，了解高分子與有機小分子的主要不同之處；
3.認識到化學反應是可以控制的，條件不同產物不同。
一、高分子材料的分類
高分子材料
通用高分子材料
合成纖維
塑料
合成橡膠
黏合劑
涂料
功能高分子材料
高分子分離膜
醫用高分子
導電高分子
高吸水性樹脂
1.塑料
二、通用高分子材料
增塑劑
熱穩定劑
著色劑
提高柔韌性
提高耐熱性
賦予塑料各種顏色
潤滑劑
加速高聚物分子間發生交聯、硬化
主要成分
如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂
合成樹脂
組成
加工助劑
樹脂: 指未加工處理的聚合物
防止塑料在成型過程中粘附壓模，脫落困難
固化劑
熱塑性塑料
熱固性塑料
可以反復加熱熔融加工
如：聚乙烯、聚氯乙烯等
不能加熱熔融，只能一次成型
如：酚醛樹脂、脲醛樹脂等
分類
聚乙烯的彈性
聚乙烯分子鏈
上的碳碳單鍵
可以旋轉
分子鏈常呈
卷曲狀態
外力
作用
卷曲的高分子
鏈被拉直或部
分被拉直
除去
外力
導致
恢復卷
曲狀態
(1)聚乙烯
nCH2=CH2 [ CH2—CH2 ]n
催化劑
按合成方法分類：
①高壓法聚乙烯：
在較高壓力與較高溫度，并在引發劑作用下，使乙烯發生加聚反應得到的，含有較多支鏈，密度和軟化溫度較低，屬于低密度聚乙烯(LDPE)
支鏈型結構
②低壓法聚乙烯：
在較低壓力和溫度下，用催化劑使乙烯發生加聚反應得到的，支鏈較少，密度和軟化溫度較高，屬于高密度聚乙烯(HDPE)
網狀結構
線型結構
線性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。
聚乙烯分子結構與軟化溫度、密度的關系：
低密度聚乙烯的主鏈有較多長短不一的支鏈，支鏈結構有礙碳碳單鍵的旋轉和鏈之間的接近，鏈之間的作用力就比高密度聚乙烯的小；相反，高密度聚乙烯的支鏈較少，鏈之間易于接近，相互作用力較大。所以高壓聚乙烯比低壓聚乙烯的熔點低、密度也低。
高分子鏈之間越密
相對分子質量越大
高分子鏈
之間的作
用力越大
軟化溫度
密度越高
高分子鏈越長
鏈之間易于接近
同為聚乙烯制品，為什么性質差別如此之大呢？
思考與討論
物質 高壓法聚乙烯 低壓法聚乙烯
合成方法
高分子鏈的結構
軟化溫度/℃
密度
主要性能
主要用途
高壓法聚乙烯與低壓法聚乙烯的對比
兩種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。
高溫、高壓、引發劑
低溫、低壓、催化劑
含有較多支鏈
支鏈較少
105~120(較低)
120~140(較高)
較小
較大
無毒、較柔軟
無毒、較硬
生產食品包裝袋、薄膜、絕緣材料等
生產瓶、桶、板、管等
聚氯乙烯薄膜能用
于食品包裝嗎？
通過改進聚合反應的催化劑，現已得到超高相對分子
質量的聚乙烯，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。
防彈頭盔
聚氯乙烯本身較硬，需加入增塑劑提高其塑料制品的
可塑性。增塑劑在常溫下會“逃逸”出來，使柔軟的
塑料制品逐漸變硬，有的增塑劑還有一定毒性。所以，
不能用含增塑劑的聚氯乙烯薄膜生產食品包裝材料。
(2)酚醛樹脂（俗稱電木）
①定義：酚醛樹脂是酚（如苯酚或甲苯酚等）與醛（甲醛）在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。
視頻
+HCHO
OH
H+
△
OH
CH2OH
n
+(n-1)H2O
OH
CH2 OH
n
H+
△
OH
CH2OH
H
②制備：
線性結構酚醛樹脂
在堿催化下，等物質的量的甲醛與苯酚或過量甲醛與苯酚反應，生成羥甲基苯酚、二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚等，然后加熱繼續反應，生成網狀結構的酚醛樹脂。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。
③用途：
宇宙飛船外殼的
燒蝕材料
電路板
主要用作絕緣（開關、燈頭）、隔熱、難燃、隔音器材和復合材料。
思考與討論
Ⅰ.通過以上學習，我們了解到合成高分子的結構大致可以分為三類：線型結構、支鏈型結構和網狀結構，你能舉例說明它們各自的特性嗎？
結構 結構特點 性質特點
線型 沒有支鏈的長鏈分子，且大多數呈卷曲狀 受熱后熔化，冷卻后固化，具有熱塑性
支鏈型 主鏈上有長支鏈和短支鏈，分子排列松散，分子間作用力弱 柔軟度和溶解度較線型高分子的大，密度、強度和軟化溫度低于線型高分子
網狀 線型或支鏈型高分子以化學鍵交聯，形成網狀結構 柔軟度降低，剛性提高，不能熔融，在溶劑中會發生溶脹，但不能溶解
Ⅱ.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。
請寫出尿素與甲醛生成線型聚合物的化學方程式：
nH2NCONH2 + 2nHCHO
+(n-1) H2O
H
n
OH
—O—CH2—HN—C—NH—CH2—
O
2.合成纖維
(1)分類：
纖維
天然纖維
棉花、羊毛、蠶絲、麻、木材、秸稈
化學纖維
再生纖維：以木材、秸稈等農副產品為原料，經過一系列的化學處理和機械加工而制得的纖維
合成纖維：以石油、天然氣、煤和農副產品等為原料加工制得單體，經聚合反應制成的纖維
如“六大綸”：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸
工業用隔音、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
(2)合成纖維的性能和應用
①優點：
強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、保暖
②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)
③改性方法：
將天然纖維和合成纖維混合紡織，使它們的性能互補得以改善
④應用：
(3)重要的合成纖維
①聚酯纖維：
合成纖維中產量最大的是聚酯纖維中的滌綸，滌綸是聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維的商品名。
性能：滌綸纖維的強度大，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。
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66,兩個數字6分別代表二胺和二酸分子中所含碳原子的個數)
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，耐磨性和強度較大。
②聚酰胺纖維
nH2N—(CH2)6—NH2+nHO—C(CH2)4C—OH
催化劑
△
O
O
[
HO—C(CH2)4C—HN(CH2)6NH—H +(2n-1)H2O
O
O
]
n
[練一練]
1.判斷正誤
(1)黏合劑屬于功能高分子材料。(　　)
(2)高壓法聚乙烯比低壓法聚乙烯的軟化溫度高。(　　)
(3)苯酚與甲醛通過縮聚反應一定形成線型結構高分子。(　　)
(4)人造絲與人造棉為合成纖維。 (　　)
2.有甲、乙兩種高聚物，甲能溶于有機溶劑，加熱可熔融；乙不溶于任何溶劑，加熱不會變軟或熔融，則下列敘述中錯誤的是(　　)
A．高聚物甲可能具有彈性，而高聚物乙沒有彈性
B．高聚物甲可能是線型高分子化合物材料
C．高聚物甲一定是體型高分子化合物材料
D．高聚物乙一定是體型高分子化合物材料
C
3.受熱到一定程度就能軟化的高聚物主要是(　　)
A.相對分子質量較大的高聚物
B.分子結構復雜的高聚物
C.網狀結構的高聚物
D.線型結構的高聚物
D
4．下列說法正確的是(　　)
A．合成纖維和人造纖維統稱為化學纖維
B．酚醛塑料和聚氯乙烯都是熱固性塑料
C．錦綸絲接近火焰時先卷縮，燃燒時有燒焦羽毛的氣味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末
D．可以將合成材料和塑料制品廢棄物傾倒到海洋中進行處理
A
3.下列說法中,不正確的是( )
A.線型結構和網狀結構的有機高分子都可以溶解在適當的溶劑中
B.某些高分子化合物具有熱固性,它們在受熱時不會熔化
C.高分子化合物中的分子鏈之間存在較強的作用力,因而其強度較高
D.普通高分子材料存在易被氧化、不耐高溫等缺點
A
6.下列高聚物經簡單處理可以從線型結構變成網狀結構的是(　　)
D
有機高分子材料中,若含有易反應的官能團,在一定條件下使官能團發生反應,如羥基縮合、雙鍵交聯等,其線型結構就能變成網狀結構。
通用高分子材料
合成纖維
塑料
合成橡膠、黏合劑、涂料
主要成分
分類
合成樹脂
聚乙烯
熱塑性塑料
熱固性塑料
高密度聚乙烯
低密度聚乙烯
酚醛樹脂
定義
制備
用途
酸
堿
線性結構
網狀結構
性能與應用
聚酯纖維
聚酰胺纖維

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