第二节　应用广泛的高分子材料板书设计及设计说明

人教版选修5第五章

进入合成有机高分子化合物的时代

第二节

应用广泛的高分子材料

第一课时

【教学目标】

1．了解高分子化合物的结构特点和基本性质，体会高聚物的结构与性质之间的关系。 2．了解塑料的性能和用途。 3．进一步熟练掌握高分子单体与高分子之间的互推技能、加聚和缩聚反应的书写。

【教学过程】

一、新型高分子材料介绍

1.功能高分子材料

(1)含义：功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。

(2)分类：

①新型骨架结构的高分子材料。

②特殊功能材料，即在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能。

(3)高吸水性树脂：

①合成方法：a．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。b．以带有强亲水性原子团的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物。

②性能：可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。

③应用：干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水，改良土壤，改造沙漠。

2．复合材料

(1)含义：指将几种不同的材料组合在一起制成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，其他材料作为增强材料。高分子、金属、陶瓷等都可作为基体，目前发展最快的是碳纤维作增强剂。

(2)性能：具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，弥补了单一材料在性能上的缺陷。

(3)应用：宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。

3．新型高分子和传统的三大合成材料的关系

(1)二者在本质上并没区别。从组成元素上看，都是由 C、H、O、N、S 等元素组成；从合成反应上看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成的；从结构上看，都有线型、体型结构。

(2)它们的重要区别在功能和性能上，与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。

二、几种常见的塑料

1.聚乙烯

优点：

（1）良好的耐热性（软化点120-125℃）和耐寒性（脆化温度：-70℃）、使用温度可达100℃。

（2）机械性能（拉伸、弯曲、压缩、剪切强度和硬度均优于LDPE，耐磨性好。

（3）介电性能优良（绝缘材料！）。

（4）化学稳定性良好，室温下不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱、盐。

（5）吸水性和水蒸汽透过率很低（包装好材料！）。

缺点：

（1）耐老化性能（热氧老化）较差——抗氧剂和紫外吸收剂；

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（2）在受力作用下，热变形温度很低。

聚乙烯的加工与应用

聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、中空制品、纤维和日用杂品等。

（1）聚乙烯应用薄膜

低密度聚乙烯总产量的一半以上经吹塑制成薄膜，这种薄膜有良好的透明性和一定的抗拉强度，广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。

1975年以来，高密度聚乙烯薄膜也得到发展，它的强度高、耐低温、防潮，并有良好的印刷性和可加工性。

线型低密度聚乙烯的最大用途也是制成薄膜，其强度、韧性均优于低密度聚乙烯，耐刺穿性和刚性也较好，透明性虽较差，仍稍优于高密度聚乙烯。

此外，还可以在纸、铝箔或其他塑料薄膜上挤出涂布聚乙烯涂层，制成高分子复合材料。

（2）聚乙烯应用中空制品

高密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。如牛奶瓶、去污剂瓶；可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器。

（3）聚乙烯应用管板材

挤出法可生产聚乙烯管材，高密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设；挤出的板材可进行二次加工；也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料；防护套（例如缆索护套）。

（4）聚乙烯应用纤维

中国称为乙纶，一般采用低压聚乙烯作原料，纺制成合成纤维。乙纶主要用于生产渔网和绳索，或纺成短纤维后用作絮片，也可用于工业耐酸碱织物。

目前已研制出超高强度聚乙烯纤维（强度可达3～4GPa），可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。

（5）聚乙烯应用杂品

用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小型容器、自行车和拖拉机的零件等；电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等；制造结构件时要用高密度聚乙烯。

2.酚醛树脂

含义：酚醛树脂是_________________________________________________________。

制备和结构：在酸催化下等物质的量的苯酚和甲醛反应生成酚醛树脂的化学方程式：

_____________________________________________________________________。

具有_____________结构的高分子受热后都不能软化和熔融，也不溶于任何溶剂。酚醛树脂主要用作___________________________________。

3.

酚醛树脂制备

【原理】苯酚和甲醛在酸性或碱性的催化剂作用下，通过缩聚反应生成酚醛树脂。在酸性催化剂作用下，苯酚过量时生成线型热塑性树脂；在碱性催化剂作用下，甲醛过量时生成体型热固性树脂。

【操作】

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（1）在25×200mm的试管中加入 4g化学纯苯酚和2.5mL化学纯甲醛溶液（密度约1.1g/cm3、浓度为36～38%），再加入1mL化学纯的浓盐酸，振荡均匀后塞上带有直玻璃管（长300mm）的橡皮塞。把上述试管固定在铁架台上，放在80～90℃的水浴中加热（如左图）。片刻后，试管中发生剧烈反应，反应后还要继续加热，直到生成粉红的固体树脂为止。取出固体树脂（用铁丝钩出），用水冲洗后得到热塑性树脂。

（2）在25×200mm的试管中加入2.5g化学纯苯酚和3mL化学纯甲醛溶液（浓度同前），再加入1mL化学纯浓氨水（浓度为25～28%），振荡均匀之后塞上带有直玻璃管（长300mm）的橡皮塞。把上述的试管固定在铁架台上，用沸水浴加热，直到混合物分成两层。当底层的树脂粘度增大时，取下试管用水冷却，等树脂固化后倒出，用水冲洗，得到黄色的热固性树脂。

注意事项

（1）苯酚和甲醛在碱性条件下反应，要比在酸性条件下反应慢。要使生成的树脂冷却后呈固体，必须加热半小时以上。

（2）苯酚和甲醛在碱性条件下是逐渐生成体型树脂的。开始生成的液态物是可溶于酒精、丙酮和碱性水溶液的树脂，叫做甲阶树脂。继续加热后，生成粘稠状的液体，冷却后成为脆性固体，能部分溶于酒精、丙酮，但不溶于碱性水溶液。它叫乙阶树脂（固体受热能软化）。再继续加热，才生成不溶不熔的体型树脂，叫做丙阶树脂。在课堂教学实验中制备，由于加热的时间不够，一般生成乙阶树脂。

（3）苯酚有毒，它的浓溶液对皮肤有强烈的腐蚀性，使用时要小心。如沾到皮肤上，要立即用酒精擦洗干净。

（4）苯酚在常温下是无色晶体，不易从瓶中取出。取用时先把装有苯酚的瓶子放在60～70℃的热水中，使晶体液化，再用长滴管吸出，滴入小烧杯中称量。

三、板书设计：

第二节

应用广泛的高分子材料一、塑料

1．塑料的组成：合成树脂、添加剂

2．塑料的主要性能

热塑性。树脂为线型结构，有热塑性。

热固性。树脂为体型结构，有热固性。

3．几种常见塑料的性能和用途

4．简介几种具有特殊用途的塑料：工程塑料、增强塑料、改性塑料等。

四、常见塑料的简易鉴定

在选购、使用或修补塑料制品时，总需要知道该种塑料的质地和组分。因此了解一些常见塑料的简易鉴别方法对我们的生产和生活一定会带来不少益处。下面介绍几种常见塑料的鉴别。

聚乙烯塑料

如不加色素，为乳白色半透明体。手摸有蜡状滑腻感觉，质地轻软柔韧，易弯曲，能浮于水面。遇火易起燃，火焰上端为黄色、下端呈蓝色，并伴随产生燃烧蜡烛的气味。

聚氯乙烯塑料

软制品表面光滑柔软、富有弹性，置于水中会下沉；硬制品表面坚硬平滑，敲击时带有闷音。遇火不易起燃，离开火焰就会熄火，产生的火焰中间为黄色、边缘带绿色，冒有白烟，并伴随有盐酸刺激味。

聚苯乙烯塑料

为无色透明体（制成泡沫塑料时为白色），表面坚硬而有光泽。看上去像玻璃，容易摔碎，敲打3

时发出较清脆的声音。遇火易起燃，燃烧时光焰为橙黄色，并伴有浓黑烟和特殊的苯乙烯气味。

聚丙烯塑料

如不加色素为乳白色半透明体，与聚乙烯相比，其透明度好一些，质地也坚硬些。手摸有润滑的感觉，但没有聚乙烯那种滑腻感。比重比聚乙烯小，能浮在水面上，遇火易起燃，燃烧时火焰上端为黄色，下端为蓝色，伴有少量的黑烟，并产生石油样的气味。

有机玻璃

如不加色素为无色透明体。外观像玻璃，质轻，但在水中会下沉。表面硬度低，容易划痕，磨擦时会产生果香味，着色制品色泽鲜艳。遇火不易起燃，起燃后离开火焰能勉强继续燃烧，火焰呈浅蓝色，顶端带白色，伴有腐烂的水果臭味。

酚醛塑料

又称电木，大多为不透明的棕色或黑色固体。表面坚硬，不易变形，质脆易碎，敲击时发出类似木板的声音。在热水中有黑烟，并产生难闻的甲醛的刺激味和焦木味。

赛璐珞

制品为半透明体。柔软而有弹性。磨擦时会产生樟脑气味。耐热性差，在沸水中软化。遇火极易起燃，会急剧地燃烧，火焰黄色，伴有樟脑味。

五、塑料小结

主要成分——合成树脂

添加某些特定用途的添加剂

增塑剂——提高防老化剂——防止老化

热塑性塑料——有些合成树脂制成的塑料。可反复加工，按受热特征分

热固性塑料——如酚醛树脂制成的塑料

一旦加工成型就不会受热熔化

塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些热塑性塑料，可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料，一旦加工成型就不会受热熔化。有些塑料具有特殊用途如工程塑料、增强塑料、改进塑料等。

常见的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛树脂（电木）、聚四氟乙烯等。

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第二课时

【教学目标】

1.通过“三大合成材料”的实例，分别说明合成纤维、合成橡胶的结构、性能和用途

2.了解“三大合成材料”典型代表物的有关聚合反应，聚合物的结构、性能特点。

【教学过程】

一、合成纤维简介

约150万年前人们把棉麻（植物纤维──糖）和丝毛（动物纤维──蛋白质），称为天然纤维。由于需要增大，人们用不能纺纱的纤维素（棉短绒、木材、麦秸、稻草、野生植物等）溶于特定溶剂中，仿照蚕吐丝的办法（磁口大面积约有几万孔），压挤入某种介质中固化而成丝，你为人造纤维，市售粘胶纤维布就是其中的一种。

人造纤维与棉花的成分同属纤维素，性能相似（保水性与着色），但强度差，而且原料仍来自天然植物，不能满足日益增长的需要。于是以石油化工的三烯一炔（乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔）、苯系物质、苯酚、甲醛、乙二醇等为主要原料，先合成高聚物，再纺成丝，称为合成纤维，我国叫纶。如（展示着色的图表，①②③绘在一张图上，——Cl、——CH3、——CN着红色）

合成纤维（synthetics）是化学纤维的一种，是用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维的统称。它以小分子的有机化合物为原料，经加聚反应或缩聚反应合成的线型有机高分子化合物，如聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺等。从纤维的分类可以看出它属于化学纤维的一个类别。

合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶（或可熔）性的线型聚合物，5

经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制得的，生产不受自然条件的限制。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。

二、合成纤维

1．纤维的分类

［投影］

［讲］合成纤维性能优异，原料来源丰富、价格便宜、用途广泛，生产不受气候等自然条件的限制。

2．“六大纶”的性能和重要用途

涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维)、锦纶、腈纶、丙纶、维纶(聚乙烯醇、人造棉花)和氯纶。

［投影］涤纶的制备原理：

［讲］“六大纶”都具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点，而且每一种还具有各自独特的性能。它们除了供人类穿着外，在生产和国防上也有很多用途。例如，锦纶可制衣料织品、降落伞绳、轮胎帘子线、缆绳和渔网等。

3．几种具有某些特殊性能的合成纤维

芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维。

小结：

1.化学纤维分为天然纤维和合成纤维。棉花、羊毛、木材等纤维属于天然纤维；涤纶、锦纶、腈纶等属于合成纤维，合成纤维是通过单体经聚合反应制得的。

2.合成纤维具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点。随着新兴科学技术的发展，近年还出现了许多特殊性能的合成纤维。如芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维等等。

三、合成橡胶

合成橡胶

1．橡胶的分类

［投影］

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［讲］合成橡胶一般具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。

［投影］顺丁橡胶的制备原理：

2．合成橡胶的性能和主要用途

［讲］相比而言，合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面，但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。

3．使用合成材料的负面作用及对策

［讲］一些塑料制品所带来的“白色污染”。目前，治理“白色污染”主要应从减少使用和加强回收开始。从长远来看，可逐步以可降解塑料取代现在普遍使用的塑料，从根本上解决“白色污染”的问题。

［小结］这节课我们主要了解高分子合成材料的分类及主要用途。

四、天然橡胶与合成橡胶性能比较表

1.

天然橡胶

（1）主要性能

优点：弹性极大，有非常好的机械强度、抗折、耐磨、耐挠曲，有较好的透气性，可塑性和工艺加工性能好。 缺点：不耐老化，耐热性和热稳定性差，耐碱但不耐强酸，耐油、耐溶剂性能差。

（2）用途

综合性能好，广泛用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋及其他橡胶制品。

2.

合成橡胶

（1）丁苯橡胶

主要性能：优点：耐热、耐油、耐磨、耐老化性能优于天然橡胶。 缺点：机械性能、耐寒性可塑性和工艺加工性能较天然橡胶差。

用途：主要用于制造轮胎、胶板、胶鞋等

（2）丁腈橡胶

主要性能：有优异的耐油性，耐热性优于天然橡胶和丁苯橡胶

用途：广泛用于各种耐油

橡胶制品

（3）丁基橡胶

主要性能：优点：气密性极好，耐热性好，耐老化性好，减震性好，耐酸、碱和耐溶剂性强

缺点：碳化速度慢，工艺性能较差

用途：用于制造轮胎内胎、水胎、耐热、耐老化垫片，化工

容器衬里，减震制品、胶管、运输带等

（4）氯丁橡胶

主要性能：优点：耐老化性极好、耐热性、耐燃性好，耐油性仅次于丁腈橡胶，而优于其他通用橡胶，耐酸碱性能好。

缺点：耐寒性差，贮存稳定性差，加工不易控制。

用途：用途极为广泛，用于制造各种耐油、耐老化、耐热、耐燃、耐化学腐蚀橡胶制品

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