資源簡介

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第五章　合成高分子
第二節 高分子材料
第2課時
功能高分子材料
2
合成橡膠
1
本節重點
本節難點
最新市場報告：2024年，全球市場輪胎總銷量將達到27.5億條，橡膠是汽車輪胎的主要原材料之一，用于制造輪胎的胎體、胎面、側壁等部分
大鹿
化學
橡膠
三葉橡膠樹
天然橡膠
類型一
合成橡膠
橡膠的分類
天然橡膠的結構簡式
CH2
C
C
CH3
CH2
H
n
順式聚異戊二烯
天然橡膠
天然橡膠
類型一
合成橡膠
橡膠的分類
杜仲樹
杜仲膠
杜仲膠的結構簡式
H
C
C
CH3
CH2
CH2
n
反式聚異戊二烯
橡膠廣泛應用于工業、農業、國防、交通及日常生活的方方面面。僅每年制造汽車、飛機用的輪胎就要消耗大量的橡膠，天然橡膠無論是產量還是性能都遠遠不能滿足需要
合成橡膠
類型二
合成橡膠
橡膠的分類
合成橡膠早在20世紀初就已問世，20世紀40年代得到了迅速發展，其具有高彈性、絕緣性、耐油、耐高溫和不易老化等優良性能，廣泛應用于工農業、國防、交通及日常生活
丁苯橡膠
順丁橡膠
氯丁橡膠
丁腈橡膠
通用
橡膠
特種
橡膠
乙丙橡膠(耐臭氧耐紫外線)
聚硫橡膠(耐油性)
硅橡膠(耐熱耐寒性)
合成橡膠
示例分析：順丁橡膠合成過程
CH2
C
C
H
CH2
H
n
1，3- 丁二烯
催化劑
順丁橡膠
H
CH2
C
C
H
CH2
n
聚1，3-丁二烯
合成橡膠
示例分析：順丁橡膠合成過程
CH2
C
C
H
CH2
H
n
呈線型結構，分子鏈較柔軟，性能較差
CH2
CH
CH
CH2
CH2
CH
CH
CH2
CH2
CH
CH
CH2
CH2
CH
CH
CH2
合成橡膠
示例分析：順丁橡膠合成過程
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
硫化劑
(硫磺)
CH2
CH
S
S
CH
CH2
CH2
CH
CH
CH2
注意：交聯程度過大會失去彈性
呈網狀結構，硫化后的橡膠既有彈性，又有強度
思考：為什么酸性高錳酸鉀，溴水等試劑所用的試劑瓶塞不能用橡膠塞？
橡膠含有碳碳雙鍵，易被酸性KMnO4溶液氧化，或與Br2水發生加成反應，因此，這類試劑瓶不適合使用橡膠塞
解析：氣球需要較高的彈性，硫化程度不宜過高，故A錯誤；
醫用乳膠手套需要較高的彈性，硫化程度不宜過高，故B錯誤；
汽車外胎應具有彈性差、強度很大的特征，硫化程度較高時符合要求，故C正確；
橡皮筋需要較好的彈性，硫化程度不宜過高，故D錯誤。
【例1】橡膠是重要的工業原料，生膠的彈性好但強度較差，將其硫化后，強度增大但彈性減弱，且硫化程度越高，強度越大，彈性越差。在以下橡膠制品中，你認為硫化程度最高的是
A.氣球 B.醫用乳膠手套
C.汽車外胎 D.橡皮筋
為了適應高科技產業對材料的要求，化學工作者合成了具有某些特殊化學、物理及醫學功能的高分子材料
形狀記憶高分子暴露于體溫后恢復到原來的形狀(多重曝光圖像)
羅切斯特大學的Mitch Anthamatten等人開發的一種特殊的形狀記憶高分子材料，僅靠體溫就可以觸發形狀改變，而且還有很好的彈性能存儲性能
功能高分子材料
高吸水性樹脂
可吸入自身質量數百倍的水
思考：為什么這些由纖維素分子組成的物質具有吸水性呢？
功能高分子材料
高吸水性樹脂
發展歷史
人們從棉花、紙張等含纖維素物質的吸水性得到啟發
功能高分子材料
高吸水性樹脂
結構分析
纖維素的結構簡式
O H
O H
O H
O H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
親水基
氫鍵
纖維素鏈
但是它們的吸水量只有自身質量的20~40倍，擠壓后保有的水量也比較少
思考：棉花、紙張等含纖維素物質的吸水性和保水性不夠好的原因是什么
纖維素
的分子
結構
吸水
性不
夠好
官能團
親水基團吸水性強弱順序：—COO-> —COOH> —OH
纖維素
顯微結
構示意圖
碳骨架
親水基團
線型結構
保水
性不
夠好
科學家是如何改進這種不足的呢？
功能高分子材料
高吸水性樹脂
兩種思路
改造纖維素或淀粉分子，接入強親水基團
思路一
羧酸根、羧基、羥基等
示例分析
淀粉
(纖維素)
線型
丙烯酸鈉
交聯劑
網狀淀粉-聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂
接枝共聚物
功能高分子材料
高吸水性樹脂
兩種思路
合成新的帶有強親水基團的高分子
思路二
CH2
CH
COOH
NaOH
交聯劑
引發劑
CH2
CH
COONa
n
CH2
CH
COONa
聚丙烯酸鈉
(網狀結構)
高吸水性樹脂加交聯劑的目的是變線型結構為體型結構，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓
功能高分子材料
高吸水性樹脂
吸水前
吸水后
大鹿化學
思考：高吸水性樹脂和橡膠硫化工藝中都加入了交聯劑制得了網狀結構，目的是否相同
大鹿化學
不同，高吸水性樹脂——使其既吸水而又保水，橡膠——使其既有彈性又有強度
應用1
可用于嬰幼兒使用的紙尿褲
功能高分子材料
高吸水性樹脂的應用
這項發明在1961年被美國《時代》周刊雜志評為“20世紀最偉大的100項發明之一”
應用2
功能高分子材料
高吸水性樹脂的應用
可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水，改良土壤
大鹿
化學
放在苗木根部的一些吸足了水的高吸水性樹脂
結構特點
功能高分子材料
歸納總結：高吸水性樹脂
①含有_________原子團的支鏈
②具有_________結構
強親水性
能夠與水分子相互作用并吸水的基團
由于氧原子有較高的電負性，它與氫原子形成的鍵具有較強的極性，使得羥基具有良好的水溶性
羥基(-OH)
由于氮原子上的孤對電子，氨基也有一定的氫鍵形成能力，有助于與水分子相互作用
氨基(-NH2)
羧基具有很高的電負性，有強烈的極性。羧基還可以通過羥基與水分子形成氫鍵，增加與水的相互作用，提高溶解性
羧基(-COOH)
結構特點
功能高分子材料
歸納總結：高吸水性樹脂
①含有_________原子團的支鏈
②具有_________結構
強親水性
網狀
能夠與水分子相互作用并吸水的基團
胺基類似于氨基，具有良好的水溶性，其親水性稍遜于氨基
胺基(RNH2—伯胺、R2NH—仲胺、R3N—叔胺)
此外，還有一些其他的親水基團，如醇基(-R-OH)、醚基(R-O-R1)等。這些基團可以與水分子形成氫鍵或范德華力等相互作用，從而增加與水的親和力
都要在反應中加入少量_________
讓_________結構變為_________結構
交聯劑
線型
網狀
功能高分子材料
歸納總結：高吸水性樹脂
合成方法
共同
特點
RO反滲透膜一般用高分子材料制成，如：醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜
生活中，我們常常忽視了自己家中飲用水的衛生情況。而凈水器作為一種高效環保的家居必備家電，可為我們提供了清潔可口的飲用水。
分離原理
功能高分子材料
高分子分離膜
只允許水及一些小分子物質通過，其余物質被截留在膜的另一側，稱為濃縮液，達到對原液凈化、分離和濃縮的目的
分類標準
功能高分子材料
高分子分離膜
大
小
應用1
功能高分子材料
高分子分離膜的應用
海水淡化和飲用水的制取
應用2
功能高分子材料
高分子分離膜的應用
血液透析
應用3
功能高分子材料
高分子分離膜的應用
其他
人造
血管
人造
皮膚
人造
心臟
人造
骨骼
【例1】現有一種為嬰兒特制的新型尿布——“尿不濕”，這種尿布表面涂有一種既能吸水又能保水的物質，根據你的推測，這種特殊物質的結構可能是( )
A. B.
C. D. [ CCl2CCl2 ]
n
C
嵊泗列島海水淡化工程
1．分子的組成和結構決定了分子的性質，是確定其應用領域的基礎。下列說法錯誤的是
A．聚乙烯塑料制品可反復加熱熔融加工
B．酚醛樹脂可用作宇宙飛船外殼的燒蝕材料
C．再生纖維與合成纖維均可由石油產品經聚合反應獲得
D．天然橡膠硫化后具有網狀結構，增強了其強度與彈性
【答案】C
【詳解】A．聚乙烯塑料制品可以反復加熱熔融加工，屬于熱塑性塑料，故A正確；
B．網狀結構的酚醛樹脂主要用作絕緣、隔熱、阻燃隔音材料和復合材料，可用于生產烹飪器具的手柄、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，故B正確；
C．再生纖維指用化學方法將農林產品中的纖維素、蛋白質等天然高分子加工為粘膠纖維、大豆蛋白纖維等，故C錯誤；
D．天然橡膠為線型高分子，經硫化后轉變成網狀結構，性能提高，增加了它的彈性和強度，故D正確。
答案選C。
2．橡膠的硫化程度越高，強度越大，但彈性越差。下列橡膠制品中，硫化程度最低的是
A．橡膠跑道 B．橡皮筋 C．皮鞋膠底 D．乳膠管
【答案】B
【詳解】橡膠跑道、皮鞋膠底和乳膠管都不需要較好的彈性，硫化程度較高，而橡皮筋需要較好的彈性，硫化程度不能太高，所以硫化程度最低的是橡皮筋，故B正確；
故答案為：B。
3．醫用膠能夠在常溫、常壓下發生加聚反應，快速黏合傷口，且黏合部位牢固，它的結構中含有a-氰基丙烯酸酯(結構如圖所示)。下列關于醫用膠的說法正確的是
A．碳碳雙鍵發生加聚反應使醫用膠形成網狀結構
B．氰基和酯基使碳碳雙鍵活化，更易發生加聚反應
C．醫用膠中含有極性基團，故水溶性很好
D．醫用膠與皮膚黏合牢固只靠氰基與蛋白質分子間形成的氫鍵
【答案】B
【詳解】A．碳碳雙鍵發生加聚反應形成線狀結構，故A錯誤；
B．氰基和酯基使碳碳雙鍵的極性增大，更容易斷鍵發生加聚反應，故B正確；
C．該醫用膠中的氰基和酯基具有強極性，但其形成的聚合物更易溶于有機溶劑，故C錯誤；
D．α-氰基丙烯酸酯，可通過吸收空氣中或被粘物表面上的濕氣，發生陰離子聚合實現固化，故D錯誤；
故選：B。
4．一種自修復高分子材料在外力破壞后能夠復原，其結構簡式和修復原理分別如圖1和圖2所示。下列說法正確的是
A．該高分子材料不易溶于水
B．該高分子屬于縮聚高分子
C．該材料通過形成氫鍵完成自修復
D．該高分子材料耐酸堿腐蝕
【答案】A
【詳解】A．該有機物分子中含有酯基，且無其他親水基團，因此不溶于水，選項A正確；
B．通過分析高分子結構可知其應該是加聚高分子，選項B錯誤；
C．由圖2可知，該高分子不能形成氫鍵，因此不是通過氫鍵完成修復，選項C錯誤；
D．該高分子含有酯基，酯基與酸、堿均可反應，因此不耐酸堿腐蝕，選項D錯誤；
答案選A。
5．中國科學院大連化學物理研究所和西湖大學合作合成出一種新的高分子材料(如圖所示，硫原子連接的波浪線代表鍵延長)。下列敘述錯誤的是
A．X中的含氧官能團是酯基
B．X的水解產物之一是
C．Y是線型結構高分子材料，具有熱塑性
D．Y在堿性介質中能降解
【答案】C
【詳解】A．由題干有機物X的結構簡式可知，X中的含氧官能團是酯基 -COO-，A正確；B．由題干有機物X的結構簡式可知，X分子中的3個酯基完全水解之后可知，X的水解產物之一是 ，B正確；
C．由題干有機物Y的結構簡式可知，Y是體型結構即空間網狀結構的高分子材料，不具有熱塑性，而具有熱固性，C錯誤；
D．由題干有機物Y的結構簡式可知，Y中含有酯基，故Y在堿性介質中能降解，生成小分子物質，D正確；
故答案為：C。
第二節 高分子材料
第2課時
天然橡膠
功能高分子材料
結構簡式
示例分析：高吸水性樹脂
示例分析：高分子分離膜
三葉橡膠樹
合成橡膠
通用橡膠
特種橡膠
示例分析：順丁橡膠合成過程
杜仲樹
THANKS

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