第二节　应用广泛的高分子材料第一课时教学设计

第二节 应用广泛的高分子材料

当今，人们将能源、材料和信息工程视为影响社会经济发展和进步的三大支柱产业。材料是能源和信息发展的基础。

材料应该包括为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质这两层涵义。是人类进步的一个重要里程碑。

按化学组成分为：

金属材料无机材料非金属材料传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等材料新型无机非金属材料：氧化铝、氮化硅、碳化硼等

天然高分子材料：淀粉、纤维素、蛋白质等有机材料合成高分子材料：塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等

高分子化合物从来源角度分为：天然高分子化合物和合成高分子化合物。

合成高分子化合物又可以进一步分类：

1．合成高分子化合物按用途分类：

热塑性塑料线型结构：聚乙烯、聚丙烯有机玻璃等塑料热固性塑料体型结构如：酚醛树脂、脲醛树脂等丁苯橡胶顺丁橡胶合成橡胶氯丁橡胶丁腈橡胶

合成高分子化合物乙丙橡胶聚酯涤纶合成纤维聚酰胺尼龙聚烯烃腈纶、维纶、丙纶、氯纶涂料黏合剂

2．合成高分子化合物按结构分类：

线型高分子（高分子的结构为链状结构）

体型高分子（高分子链之间形成化学键，产生交联，形成网状结构）。

线型结构

网状（体型）结构

结构

特性

能溶解在适当的溶剂里，溶解过程难于溶解，但有一定程度的胀缓慢。受热熔化，冷却固化，加热大。受热不会熔化，温度更高时，又熔化。

体型高分子的化学键出现断裂，高分子结构就被破坏，所以体型高分子具有热固性，一经加工成型后就不再受热熔化。

3．合成高分子化合物按性质分类：

热塑性高分子──可以反复受热熔化、冷却固化。

热固性高分子──加工成型后不能受热熔化。

其中，被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最为广泛。

高分子化合物的命名：

天然高分子化合物习惯用专有名称。

合成高分子化合物如果只有一种单体聚合而成的聚合物一般在单体名称前加上“聚”。如果是由两种单体聚合成的高聚物有两种命名法，一是在两种单体前加“聚”；二是在两种单体名称后加上“树脂”。树脂的含义是指未加工处理的聚合物。

合成纤维的名称常用“纶”。主要指六大纶。

合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶”。

一、塑料

1．塑料的组成：合成树脂、加工助剂（又称添加剂）

树脂和塑料的关系：

树脂就是指还没有跟各种添加剂混合的高聚物，如是聚乙烯树脂，

是聚丙烯树脂。

塑料是由树脂及加工助剂（增塑剂、热稳定剂、着色剂等添加剂所组成的，它的主要成分为是树脂。有时这两个名词也混用，因为有些塑料基本上是由树脂所组成的，不含或少含其他添加剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。

2．塑料的主要类型及其性能

（一）热塑性塑料

热塑性塑料是指能反复加热熔融加工的塑料。其结构特点是：具有线型结构，加热可熔融，也可溶于一些溶剂中。

以聚乙烯为例讲述。

聚乙烯有高压聚乙烯（又称为低密度聚乙烯）和低压聚乙烯（又称高密度聚乙烯）

（1）高压聚乙烯（又称为低密度聚乙烯）：在150MPa~300 MPa、170~200℃的温度下，并在引发剂作用下使乙烯发生加聚反应制得的。

密度低（0.9~0.93g/cm3），熔融温度也低：105~115℃。原因：

其相对分子质量低，主链上带有长短不一的支链。故高压聚乙烯链之间的作用力就较小。

（2）低压聚乙烯（又称高密度聚乙烯）：在较低压力、催化剂的作用下使乙烯发生加聚反应制得的。

密度较高（0.94~0.96g/cm3），熔融温度也较高：131~137℃。原因：

其相对分子质量较高（≥50万），主链上少有或没有支链。故低压聚乙烯链之间的作用力就较大。

另外，高分子化合物都有一定的弹性，其原因是：

由于高分子化合物链上的碳碳单键会发生旋转，使它不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态，当有外力作用时，卷曲的高分子可以被拉直或部分被拉直，除去外力，高分子又恢复卷曲状态，因此，高分子化合物都具有一定的弹性。

（二）热固性塑料

热固性塑料是指不能反复加热熔融加工的，只能一次成型的塑料。其结构特点是：具有网状结构（也称体型结构），加热后不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。

以酚醛树脂为例讲述。

【实验5－1】酚醛树脂的制备及性质

目的：通过甲醛和苯酚形成酚醛树脂的过程，加深对缩聚反应的认识。

用品：大试管、带有长玻璃管(约30cm)的橡皮塞、试管夹、量筒、烧杯、石棉网、酒精灯、温度计、蒸发皿。

苯酚、甲醛(40％)、浓盐酸(37％)、浓氨水(28％)。

原理：酚醛树脂用苯酚和甲醛为原料，在酸或碱的催化作用下缩聚而成。苯酚过量，在酸性催化剂作用下，缩聚成线型结构的热塑性酚醛树脂。甲醛过量，在碱性催化剂作用下，缩聚成体型结构的热固性酚醛树脂。

操作：

1．用盐酸作为催化剂

在一个大试管里加入苯酚2g，注入3mL甲醛溶液和3滴浓盐酸混合后，用带有玻璃管的橡皮塞塞好，放在沸水浴里加热约15min。待反应物接近沸腾时，液体变成白色浑浊状态。从水浴中取出试管，用玻璃棒搅拌反应物，稍冷。将试管中的混合物倒入蒸发皿中，倾去上层的水，下层就是缩聚成线型结构的热塑性酚醛树脂（米黄色中略带粉色）。它能溶于丙酮、乙醇等溶剂中。

2．用浓氨水作催化剂

在另一个试管里加入2.5g苯酚，注入3～4mL40％甲醛溶液，混匀后再加1mL浓氨水，振荡混合，也用带有玻璃管的橡皮塞塞好，水浴中加热（装置如图5－1）。约15min后，试管里逐渐出现白色的浑浊状态，暂停加热。待发生的气泡稍少时，再继续加热，过一会儿，就变成黏稠的半流动性液体。将所得黏稠物倒入一瓷蒸发皿里，在50℃温度下烘1h后，再继续在70～80℃下烘8h，即能缩合成体型固体酚醛树脂(淡黄色)，它不溶于任何溶剂。

酚醛树脂的制取

注意事项：①清洗试管的方法是：倒掉试管上部的液体后，在试管底部剩下的酚醛树脂中，加入约1mL的福尔马林，再用玻棒刮擦，可使酚醛树脂成团地拉出来。若是体型结构的酚醛树脂，倒出后，试管壁上还会留下一些橙红色的碎粒，同样可用福尔马林清洗，如果管壁尚有少量高聚物，则可用软质纸卷成与管口粗细相仿的纸棒，伸入试管底部，沿管壁刮擦。②此实验需在通风良好的实验室进行，树脂及残液需统一回收处理。

P108【思考与交流1】

在碱性条件下，甲醛过量时，苯酚与甲醛的反应不仅可以发生在邻位，而且还可以发生在对位，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，就可以得到网状结构的酚醛树脂(淡黄色)。

或

P108【思考与交流2】

脲甲醛树脂的线形结构：

脲甲醛树脂的网状结构：

二、合成纤维

1．纤维的分类

天然纤维：如棉花、羊毛、木材和草类中的纤维人造纤维：如粘胶纤维

纤维化学纤维合成纤维：如六大纶

六大纶单体及其聚物

名称

涤纶（的确良）

单体

HOCH2CH2OH

高聚物

锦纶

腈纶

维纶

丙纶

氯纶

H2N（CH2）5COOH CH2=CHCN CH3COOCH=CH2

HCHO等

CH2=CHCH3 CH2=CH2Cl

2．“六大纶”的性能和重要用途

“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。

三、合成橡胶

1．橡胶的分类

天然橡胶丁苯橡胶通用橡胶顺丁橡胶

橡胶氯丁橡胶合成橡胶聚硫橡胶：有耐油性特种橡胶硅橡胶：有耐热耐寒性2．合成橡胶的性能和主要用途

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.几种常见的合成橡胶

4.阅读P111，天然橡胶，记住天然橡胶的单体和结构简式。

四、使用合成材料的负面作用及对策

合成材料的快速发展与大量应用，其废弃物的急剧增加带来了环境污染，一些塑料制品所带来的“白色污染”尤为严重。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。

布置作业：

P112习题

书面作业

1.

2.

5.