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第五章 合成高分子
第二節　高分子材料
1.高分子材料的分類
按用途和性能
通用高分子材料
功能高分子材料
塑料
合成纖維
合成橡膠
黏合劑
涂料等
高分子分離膜
導電高分子
醫用高分子
高吸水性樹脂等
一.高分子材料概述
2.高分子的命名
(1)天然高分子：習慣使用專有名稱，如淀粉、纖維素、甲殼質、蛋白質等。
(2)合成高分子
①一種單體：在單體名稱前加“聚”字，如聚乙烯、聚丙烯等。
②兩種單體
a.在縮合產物或兩種單體前加“聚”，如聚對苯二甲酸乙二酯等。
b.在兩種單體名后加“樹脂”，如酚醛樹脂等。
(3)合成橡膠：通常在單體名稱后加“橡膠”，如順丁橡膠等。
(4)合成纖維的名稱常用“綸”，如氯綸(聚氯乙烯纖維)、腈綸
(聚丙烯腈纖維)等。
二.通用高分子材料——塑料
1.塑料的成分
主要成分是合成樹脂
例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、脲醛樹脂
輔助成分是各種加工助劑
增塑劑：提高柔韌性
熱穩定劑：提高耐熱性
著色劑：賦予塑料各種顏色
2.塑料的分類
(1)熱塑性塑料：可以反復加熱熔融加工 (受熱時軟化并可熔化成流動的液體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，可反復加工，多次使用)。
如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。
(2)熱固性塑料：不能加熱熔融，只能一次成型 (在制造過程中受熱時能變軟塑成一定的形狀，但加工成型后就不會受熱熔化 )。
如用具有不同結構的酚醛樹脂等制成的塑料。
線型結構，鏈狀結構
網狀結構，體型結構
物質的結構決定其性質的原則同樣適用于高分子。
思考：同樣的聚乙烯原料，為什么合成的塑料性能不同？
應用
性能
結構
決定
決定
工藝
控制
3.常見的塑料——聚乙烯
比較項目 高壓法聚乙烯 低壓法聚乙烯
聚合反應條件 150 Mpa~300 Mpa，200 ℃左右，高溫高壓、使用引發劑 0.1 Mpa~2 Mpa，60~100 ℃，
低溫低壓、使用催化劑
高分子鏈的結構 含有較多支鏈 支鏈較少
密度/ (g·cm－3) 0.91～0.93(較低) 0.94～0.97(較高)
軟化溫度/℃ 105～120(較低) 120～140(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
類別 低密度聚乙烯(LDPE) 高密度聚乙烯(HDPE)
(1)聚乙烯的分類——按合成方法
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？
這是因為高分子鏈之間的作用力與鏈的長短有關，高分子鏈越長，高分子相對分子質量越大，高分子鏈之間的作用力越大。低密度聚乙烯相對分子質量相對較小。
此外，還與高分子鏈之間的疏密遠近有關。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，軟化溫度和密度也就較低；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，軟化溫度和密度都較高。
這兩種聚乙烯加熱均可熔融，也可溶于某些溶劑中。
以聚乙烯為例說明，高分子化合物一般具有一定彈性的原因？
3.常見的塑料——酚醛樹脂
(1)概念
酚醛樹脂是酚與醛在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子。
實驗操作
實驗現象
實驗結論
生成白色固體物質
生成白色固體物質
苯酚與甲醛在酸或堿作用下均可發生縮聚反應生成樹脂
a. 在酸催化下，等物質的量的苯酚與甲醛反應，苯酚鄰位或對位的H原子與甲醛的羰基加成生成羥甲基苯酚，然后羥甲基苯酚之間脫水縮合成線型結構高分子。
(2)酚醛樹脂的形成
羥甲基苯酚
酚醛樹脂的單體
酚醛樹脂的鏈節
△
△
b. 在堿催化下，苯酚與過量的甲醛反應，生成羥甲基苯酚的同時，還生成二羥甲基苯酚、三羥甲基苯酚繼續反應生成網狀結構酚醛樹脂。
羥甲基苯酚
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)酚醛樹脂的用途
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。
簡述線型結構、支鏈型結構、網狀型結構對合成高分子性能的影響。
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 可反復加工，多次使用,能溶解在適當的有機溶劑里
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，加工成型后受熱不再熔化，在溶劑中會發生溶脹，但不能溶解
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，也可制作生活器具與電器開關。請寫出尿素與甲醛反應得到線型聚合物的化學方程式。
H2NCONH2 + 2HCHO
1：2 加成
HNCONH
CH2
HO
CH2
OH
催化劑
+(n-1) H2O
n
H
OH
HNCONH
CH2
O
CH2
nH2NCONH2 + 2nHCHO
三.通用高分子材料——合成纖維
1. 纖維的分類
天然纖維
化學纖維
棉花 羊毛
蠶絲 麻
合成纖維
滌綸
錦綸
腈綸
丙綸
維綸
氯綸
六大綸
以各種單體為原料經聚合反應制成
強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質輕保暖；但透氣性、吸濕性較差。
再生纖維
用木材、秸稈等為原料，經化學加工處理所得
2. 合成纖維的應用
滿足人們的穿著需求；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。
3. 合成纖維——聚酯纖維
(1) 聚對苯二甲酸乙二酯纖維 (滌綸)，合成纖維中產量最大的。
①單體：
HOCH2CH2OH
②縮聚反應：
③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。
④應用：
大量用于服裝與床上用品、各種裝飾布料、國防軍工特殊織物,以及工業用纖維制品等。
4. 合成纖維——聚酰胺纖維
(1)聚己二酰己二胺纖維(錦綸66或尼龍66)
①單體：
②縮聚反應：
H2N-(CH2)6-NH2 HOOC-(CH2)4-COOH
③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，耐磨性和強度高。
④應用：
絲襪、降落傘、漁網、輪胎簾子線。
合成橡膠
通用橡膠
特種橡膠
丁苯橡膠 氯丁橡膠
順丁橡膠 乙丙橡膠
丁腈橡膠
——硅橡膠
2.性質：耐磨、耐寒、耐油、耐熱、耐燃、耐腐蝕、耐老化等各有其優勢。
天然橡膠
三葉樹膠（順式聚異戊二烯）
杜仲樹膠（反式聚異戊二烯）
四.通用高分子材料——合成橡膠
1.橡膠的分類
3.順丁橡膠
①單體：CH2=CH-CH=CH2 1,3-丁二烯
②順丁橡膠合成方程式為
請觀察順丁橡膠的結構特點，實驗室中哪些試劑瓶的瓶塞不能選用橡膠塞？
順丁橡膠中存在碳碳雙鍵，易發生加成反應和氧化反應，所以盛放溴水、酸性高錳酸鉀溶液、濃硝酸、濃硫酸、汽油等的試劑瓶，不能用橡膠塞。
思考：順丁橡膠能否直接用于制造汽車輪胎？
橡膠硫化是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。
該聚合物呈線型結構，分子鏈較柔軟，性能較差。
③順丁橡膠---硫化
4.天然橡膠
三葉樹
順式聚異戊二烯
異戊二烯
2-甲基-1,3-丁二烯
杜仲樹
反式聚異戊二烯
線型高分子，含碳碳雙鍵，易發生氧化反應。
(2)應用:可在干旱地區用于農業、林業抗旱保水、改良土壤。
1.高吸水性樹脂
(1)合成方法
①對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在它們的主鏈上再接上帶有強親水基團的支鏈，以提高它們的吸水能力。
②用帶有強親水基團的烯類為單體進行聚合，得到含親水基團的高聚物。如:在丙烯酸鈉中加入少量交聯劑，在一定條件下發生聚合，得到聚丙烯酸鈉高吸收性樹脂。
五.功能高分子材料
2.高分子分離膜

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