第二节　应用广泛的高分子材料教学实录

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设计

【教学目标】

1.

了解“三大合成材料”在生活中的应用。

2.

了解合成高分子化合物的结构特点：线型结构、支链型结构、网状结构(体型结构)。

3.

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、、塑料

1.成分：

塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂，如聚乙烯、聚氯乙烯，酚醛树脂等，此外，还有少量使其具有某些特定性能的加工助剂，如增塑剂、热稳定剂，防老化剂等。

2.种类：

热塑性塑料（如聚乙烯，聚氯乙烯等）

热固性塑料（如酚醛树脂）

二、高分子结构对性能的影响

1.聚乙烯

（1）聚乙烯的性能取决于它的聚合方式。在中等压力(15-30大气压)，有机化合物催化条件下进行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)。这种条件下聚合的聚乙烯分子是线性的，且分子链很长，相对分子质量高达几十万。如果是在高压力(100-300MPa)，高温(190–210°C)，过氧化物催化条件下自由基聚合，生产出的则是低密度聚乙烯(LDPE)，它是支化结构的。

（2）聚乙烯特性

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃)，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力(化学与机械作用)是很敏感的，耐热老化性差。

（3）聚乙烯的性质因品种而异，主要取决于分子结构和密度。

高压聚乙烯：相对分子量较低，熔点、密度也低；一般为体型结构，有长短不一的支链；

低压聚乙烯：相对分子量较大，熔点、密度较高；为线型分子，少或无支链。

注意：高分子链越长，相对分子量越大，高分子间的作用力就越强；

高分子链支链越多，高分子间距离越大，高分子间作用力就越强。

2.酚醛树脂

酚醛树脂也叫电木，又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物，市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、

绿、棕、蓝等颜色，有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。苯酚醛或其衍生物缩聚而得。

酚醛树脂是用酚类（如苯酚）与醛类（如甲醛）在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子化合物。

A.在酸催化下：

[来源:]

OH H+

OH 2OH —CH2OH

+

HCHO

OH

OH

H+

—CHH n n

+ (n-1)H2O

B.在碱催化下，等物质的量的甲醛和苯酚或过量的甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚，然后加热继续反应，就可生成网状结构的酚醛树脂。

C.酚醛树脂的制备和性质

在试管中加入2g苯酚，3ml质量分数为40％的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在沸水浴中加热，待反应物接近沸腾时，取出试管，液体变成白色混浊。

搅拌冷却后加入乙醇，能溶解；把试管放在热水浴中继续加热后，不能溶于任何溶剂。

注意：合成高分子化合物的结构大致分为三类：线型结构、支链型结构、体型结构。

线型结构的高分子能溶于乙醇、丙酮等有机溶剂；体型结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。

D.酚醛树脂的用途

酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂才被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。

三、钢铁的竞争者——工程塑料

金属是工农业生产、科学技术和人民生活不可缺少的材料，其中钢铁更是一个国家发达与否的标志。制造一辆火车机车需要100多吨钢铁，一辆汽车需要5～10t钢铁，一辆履带式拖拉机需要10～20t钢铁。尽管钢铁和各种金属材料的产量年年在增长，但仍然不能充分满足各方面的需求。摆在人们面前的任务是：发展经济不能单纯依靠钢铁和其他金属材料，最好的办法是大量发展金属材料的代用品，在这些代用品中发展最快的要算工程塑料。

工程塑料是指可作为结构材料的塑料，主要品种有尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚酯、ABS树脂、聚氨酯、聚砜（fēng）、聚苯硫醚等。

—CH2

OH

工程塑料的主要特性是：

①密度小。密度一般为钢铁的1/4，铜的1/9～1/5，轻金属铝的1/2，这对全面减轻机器、车辆和飞行器的重量具有特殊意义；

②强度高；

③化学稳定性好。对酸和碱以及一般有机溶剂都有良好的耐腐蚀性；

④电绝缘性能优良；

⑤耐磨。工程塑料自身就是润滑剂，因此具有自润滑性，可以降低机器零件之间的摩擦力；

⑥耐热和尺寸稳定性高；

⑦抗冲击、抗疲劳性能优良。

用工程塑料代替金属材料的潜力是很大的。例如分布在城市里纵横交错的自来水管和煤气管，还有上万米长的输油和输气管道，各种机床和机器的零件，甚至小到如门把手等一类五金产品，只要有一部分被工程塑料代替，就会大大地降低成本。

工厂噪声是一种令人烦躁的环境污染，例如磨床开动时的噪声就很大，这类噪声主要是由于高速运转的滚动轴承中的钢球与金属保持架之间的摩擦和碰撞产生的。如果磨床采用工程塑料作保持架，则由于塑料具有优良的吸震和消声作用，它与其他物体摩擦和碰撞时，可将因摩擦而产生的大部分能量吸收，而不再发出噪声。

纺织厂织布机的巨大噪声是织梭和传动机械摩擦造成的。如果利用尼龙浇铸成齿轮，以代替金属齿轮，在织梭和各种传动装置之间互相摩擦时，也能够起到减震和消声作用。

许多工厂都需要将产品磨细，要使用大大小小的球磨机。机器中用大量的钢球将物料磨细，钢球和球磨机壳体之间的摩擦和碰撞，产生的噪声比磨床大很多倍。如果用工程塑料的板材代替钢板来制造球磨机的壳体，塑料与钢球之间的摩擦声和碰撞声将会大大降低。

四、可降解塑料包材缓解“白色污染”

目前，在日常生活中，可降解塑料可用于制作食品包装袋、包装箱、饮料瓶、日化包装瓶、一次性圆珠笔、垃圾袋、旅行用品、休闲用品等。例如，用聚乙烯醇类原料可生产饮料瓶、色拉油瓶、罐装瓶、有机溶剂瓶等。可降解塑料在工农业生产中可用于制造农用薄膜、建筑薄膜、纸张薄膜（或代纸用品）、农药化肥包装袋、林业木材的包装材料等。

现在光降解塑料在美国主要用于制备光降解农用塑料、光降解垃圾袋、塑料包装袋、一次性购物袋以及光降解提拉环等；在西欧，光降解塑料主要用于生产光降解垃圾袋、一次性购物袋、光降解农用薄膜以及光降解型工业包装材料等。

生物降解塑料在美国主要用于生产分解垃圾袋、购物袋以及一些生物降解农用薄膜等；在西欧，可降解塑料主要用于生物降解洗发液瓶、生物降解垃圾袋以及一些一次性商品购物包装袋等。但就目前技术水平而言，过分夸张宣传，认为采用这些可降解材料就可以解决"白色污染"显然是不恰当的，因为这些产品的应用性能并不理想，还存在很多问题。

存在问题首先，生物降解高分子材料的价格高，不易推广应用。如我国在铁路上推广的降解聚丙烯快餐盒比原用的聚苯乙烯泡沫快餐盒价格高50%~80%。

其次，使用性能尚不尽如人意。目前国内外公布的各种品牌淀粉塑料，力学性能一般。和同类应用的现行塑料相比，其使用性能主要缺点之一是凡含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水则力学性能大降，而耐水性恰恰是现行塑料在使用过程中表现的优点。如光-生物降解聚丙烯快餐盒与现用聚苯乙烯泡沫快餐盒相比，实用性较差，质软，装热食品易变形，且资源耗费大，以每个餐盒计算，质量比聚苯乙烯泡沫塑料餐盒大1~2倍。聚乙烯醇-淀粉型生物降解塑料作为包装用的一次性缓冲材料，与普通聚乙烯醇缓冲材料相比，其表观密度稍高，高温、高湿情况下易收缩、遇水易溶解，为水溶性材料。

第三，降解高分子材料的降解控制问题有待于解决。如医学上应用要求降解比较快，而作为包装材料要求有一定的使用期；准确的时控性和用后完全、快速降解离实用要求还有相当大的差距，特别是填充型淀粉塑料，

其大部分根本不可能在1年内降解，虽然很多试验证明它们在紫外线作用下分子量大幅度下降，但这与实用要求是两回事，在美、欧等发达国家已不能被环境组织和公众接受。

第四，高分子材料的生物降解性评价方法有待完善。由于降解塑料的降解性能制约因素很多，各国的地理环境、气候、土壤成分、垃圾处理方式等又有许多差异。因此降解到底意味着什么，其降解时间是否应有所定义，降解产品是什么，这些问题均未能达成共识，其评价方法和标准更是五花八门，要建立起统一、完整的评价方法还需时间。

第五，降解高分子材料的使用会影响高分子材料的回收利用，对使用后的生物降解材料需要建立相应的基础处理设施等。

发展趋势关于可降解材料的发展趋势，首先要利用纤维素、淀粉、甲壳素等天然高分子材料制取生物降解塑料，进一步开发改良天然高分子的功能与技术。

其次，利用分子设计、精细合成技术合成生物降解塑料。通过对具有生物降解性的合成高分子生物降解机理的解析制取生物降解塑料，同时对这类高分子与现有通用聚合物、天然高分子、微生物类聚合物等进行研究开发。 五、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。

六、检测题

1.

电器、仪表和飞机等某些部件要用一种称为DAP的塑料，其结构简式为：

合成它的单体可能是：①邻苯二甲酸；②丙烯醇（CH2=CH—CH2OH）；③丙烯；④乙烯；⑤邻苯二甲酸甲酯。正确的一组是（ ）

A.①② B.④⑤ C.①③ D.③④

2.

具有单双键交替长链（如）的高分子有可能成为导电塑料，2000年度的诺贝尔奖即授予开辟此领域的三位科学家，下列高分子中有可能成为导电塑料的是（ ）

A.聚乙烯 B.聚丁二烯

C.聚苯乙烯 D.聚乙炔

3. 某塑料是一种可在微生物作用下降解的环保型塑料，其结构简式为：下面有关该塑料说法不正确的是(

) ．A．该塑料是一种聚酯

B．该塑料的单体是CH3CH2CH(OH)COOH C．该塑料的降解产物可能有CO2和H2O D．该塑料通过加聚反应制得

4. 某有机物的结构简式为 下列叙述不正确的是

．(

) A．1 mol该有机物与NaOH溶液完全反应时，消耗1 mol NaOH B．该有机物水解所得的高聚物具有很强的吸水性

C．该有机物可通过加聚反应生成

D．该有机物分子中含有双键

5. 下列原料或制成的产品中，若出现破损不可以进行热修补的是(

) A．聚氯乙烯凉鞋

C．自行车内胎(聚异戊二烯)

B．电木插座[来源:学*科*网]

D．聚乙烯塑料膜

参考答案

1.【解析】只要将酯基断开，即可得到单体，分别为。

【答案】A

2.【解析】全面掌握高分子化合物的结构和性质是解答本题的关键。聚乙炔是具有单双键交替的长链结构的高分子化合物。

【答案】D

3. 【解析】解析：由结构简式 知其为通过缩聚反应而得到的一种聚[来源:]

酯，在微生物作用下可降解。

【答案】D

4. 【解析】该有机物水解后得到 和 ，其中分子结构中

含有大量－OH，故具有很强的吸水性；该高聚物可由 经加聚反应而得；1 mol该高聚物可与n mol NaOH发生反应。源:]

【答案】A

5. 【解析】电木插座的成分是酚醛树脂，具有热固性，不可以进行热修补。

【答案】B