《高分子材料》完美课件人教版1.ppt
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1、 选修选修5 5 第五章第五章 第二节第二节 应用广泛的高分子材料应用广泛的高分子材料【知识与知识与技能技能】1.通过通过“三大合成材料三大合成材料”的实例,分别说明塑料、合的实例,分别说明塑料、合成成纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。纤维、合成橡胶的结构、性能和用途。2.高分子结高分子结构对性能的影响。构对性能的影响。【过程与方法过程与方法】联系生活实际,从身边常见的物质联系生活实际,从身边常见的物质入手,了解高分子合成材料的分类及主要用途,了解入手,了解高分子合成材料的分类及主要用途,了解“三大合成材料三大合成材料”典型代表物的有关聚合反应,聚合物典型代表物的有关聚合反应,聚合物的结构、性
2、能特点。的结构、性能特点。【情感、态度与价值观情感、态度与价值观】通过活动课研究、学习治通过活动课研究、学习治理理“白色污染白色污染”的途径和方法,关注和爱护自然,树立的途径和方法,关注和爱护自然,树立社会责任感,培养环境保护意识。社会责任感,培养环境保护意识。【教学重点教学重点】高分子化合物结构与性能之间的关高分子化合物结构与性能之间的关系系【教学难点教学难点】“三大合成材料三大合成材料”的结构的结构与性能之间的与性能之间的关系关系【引言引言】第一个完全人工合成的高分子聚合物第一个完全人工合成的高分子聚合物-酚酚醛树脂于醛树脂于19101910年开始投入生产。年开始投入生产。人工合成高分子化
3、合物的成功为人工合成人工合成高分子化合物的成功为人工合成材料开辟了新路,改变了只能依靠天然材材料开辟了新路,改变了只能依靠天然材料的历史。料的历史。合成高分子材料由于合成高分子材料由于用途广泛、多样、性用途广泛、多样、性能优异能优异,而且其合成原料一般来自于含量,而且其合成原料一般来自于含量丰富的天然资源,具有价廉、易得、适于丰富的天然资源,具有价廉、易得、适于大规模工业的特点,在经济发展和改善人大规模工业的特点,在经济发展和改善人民生活中发挥着极大的作用。民生活中发挥着极大的作用。有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。一、有机高分子的分类
4、及命名一、有机高分子的分类及命名 有机高分子材料有机高分子材料天然天然有机高分子材料有机高分子材料合成合成有机高分子材料有机高分子材料棉花、麻棉花、麻 羊毛、蚕丝羊毛、蚕丝(简称有机合成材料)(简称有机合成材料)【按来源分类按来源分类】合成合成材料材料【按用途和性能分类按用途和性能分类】合成高分合成高分子材料子材料功能高分功能高分子材料子材料复合材料复合材料塑料塑料合成纤维合成纤维合成橡胶合成橡胶黏合剂黏合剂涂料涂料高分子分离膜高分子分离膜液晶高分子液晶高分子导电高分子导电高分子医用高分子医用高分子高吸水性树脂高吸水性树脂三大合成材料三大合成材料【资料卡片资料卡片】高分子化合物的命名:高分子化
5、合物的命名:(1 1)天然高分子化合物习惯用专有名称;如)天然高分子化合物习惯用专有名称;如淀粉、纤维素、蛋白质、甲壳质等;淀粉、纤维素、蛋白质、甲壳质等;(2 2)合成高分子化合物一般在单体名称前加)合成高分子化合物一般在单体名称前加上上“聚聚”。如聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯。如聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯等;如聚对苯二甲酸乙二醇酯,酚醛树脂等。等;如聚对苯二甲酸乙二醇酯,酚醛树脂等。树脂含义:指未加工处理的聚合物。树脂含义:指未加工处理的聚合物。(3 3)合成橡胶的名称通常在单体名称后加上)合成橡胶的名称通常在单体名称后加上“橡胶橡胶”。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯
6、丁橡胶等。胶等。(4 4)合成纤维的名称常用)合成纤维的名称常用“纶纶”。如涤纶。如涤纶二、高分子化合物的结构特点二、高分子化合物的结构特点 1 1、高分子化合物通常结构并不复杂,往、高分子化合物通常结构并不复杂,往往由简单的往由简单的结构单元重复连接结构单元重复连接而成;而成;如聚乙烯中:如聚乙烯中:CH2 CH2n【按结构分类按结构分类】高高分分子子化化合合物物线型高分子线型高分子支链型高分子支链型高分子体型高分子体型高分子网状结构网状结构(体型体型)2 2、根据结构中链节连接方式分类,可以有、根据结构中链节连接方式分类,可以有线线型结构型结构和和体型结构体型结构,线性结构又可分为带线性结
7、构又可分为带支链和不带支链的结构。支链和不带支链的结构。高分子结构示意图高分子结构示意图 由于高分子化合物大部分是由小分子聚合由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成的,所以也常被称为聚合物。当小分子连而成的,所以也常被称为聚合物。当小分子连接构成高分子时,有的形成很长的链状,有的接构成高分子时,有的形成很长的链状,有的由链状结成网状。由链状结成网状。线型结构线型结构网状结构网状结构(体型体型)实验实验1 1:有机玻璃的溶解:有机玻璃的溶解 实验目的:实验目的:探究线型结构的有机高分子在有机溶剂中探究线型结构的有机高分子在有机溶剂中的溶解性。的溶解性。实验用品:实验用品:聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基
8、丙烯酸甲酯,三氯甲烷,试管。,三氯甲烷,试管。实验步骤:取有机玻璃粉末实验步骤:取有机玻璃粉末0.5g放入试管中,加入放入试管中,加入10mL三氯甲烷,振荡试管。观察有机玻璃是否溶解。三氯甲烷,振荡试管。观察有机玻璃是否溶解。实验现象:几分钟后有机玻璃溶于三氯甲烷,形成了实验现象:几分钟后有机玻璃溶于三氯甲烷,形成了无色液体。无色液体。实验结论:实验结论:有机玻璃能溶于有机溶剂三氯甲烷。有机玻璃能溶于有机溶剂三氯甲烷。通过这个实验,可以联想起日常生活中许多现象通过这个实验,可以联想起日常生活中许多现象如将塑料尺子与橡皮放在一起,尺子的刻度变模糊了,如将塑料尺子与橡皮放在一起,尺子的刻度变模糊了
9、,甚至尺子的形状发生了改变,这就是尺子的材料溶解甚至尺子的形状发生了改变,这就是尺子的材料溶解的现象。的现象。三、高分子化合物性质探究三、高分子化合物性质探究 实验实验2 2:橡胶的溶解橡胶的溶解 实验目的:实验目的:探究体形结构的有机高分子在有探究体形结构的有机高分子在有机溶剂中的溶解性。机溶剂中的溶解性。实验用品:废轮胎粉末、汽油,试管。实验用品:废轮胎粉末、汽油,试管。实验步骤:取废轮胎粉末实验步骤:取废轮胎粉末0.5g放入试管中,放入试管中,加入加入10mL汽油,振荡试管。观察轮胎粉末是汽油,振荡试管。观察轮胎粉末是否溶解及其他现象。否溶解及其他现象。实验现象:几分钟后废轮胎粉末只是有
10、一定实验现象:几分钟后废轮胎粉末只是有一定程度的胀大,但未溶解。程度的胀大,但未溶解。实验结论:实验结论:橡胶不溶于有机溶剂汽油橡胶不溶于有机溶剂汽油。实验目的:探究线型结构的有机高分子在有机溶剂中的溶解性。在酸催化下,等物质的量的苯酚与甲醛反应,苯酚邻位或对位的氢原子与甲醛的羰基加成生成邻(或对位)羟甲基苯酚,然后羟甲基苯酚之间相互脱水缩合成线型结构高分子。电器、仪表和飞机等某些部件要用一种简称DAP塑料。福尔马林溶液或乙醇清洗瓶、桶、板、管、棒材等(2)合成高分子化合物一般在单体名称前加上“聚”。C、HCl D、汽油 E、HNO3塑料在加工过程中受热发生聚合反应,透过交联剂(或称做架桥剂)
11、的作用分子链间产生化学交联,形成紧密的网状结构。单体:CH2=CHCl链与链之间越密链之间的作用力越大熔点、密度越高CH2 O C C O CH2【有机高分子化合物溶解性的小结】合成橡胶与天然橡胶相比,具有高弹性,绝缘性、耐油和耐高温等性能,因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。分为:软质塑料和硬质塑料分为:软质塑料和硬质塑料无毒,化学稳定性好,适合做食品和药物的包装材料HO C C O H分为:软质塑料和硬质塑料CH2=C-CH=CH21 4有无办法对橡胶进行改性,使它克服这些缺点?【有机高分子化合物溶解性的小结有机高分子化合物溶解性的小结】有机高分子化合物都不溶于水;有机高分子化合
12、物都不溶于水;线型结构的有机高分子能溶解在适当的有机溶剂线型结构的有机高分子能溶解在适当的有机溶剂中,但溶解过程比小分子缓慢;中,但溶解过程比小分子缓慢;而体型结构的高分子在有机溶剂中也不易溶解,而体型结构的高分子在有机溶剂中也不易溶解,有的只是有一定程度的胀大。有的只是有一定程度的胀大。【生活实例生活实例】市场上出售的香油等各种食用油,包装瓶市场上出售的香油等各种食用油,包装瓶用塑料材质,瓶塞用塑料材质就是这个原用塑料材质,瓶塞用塑料材质就是这个原理。农贸市场出售香油使用玻璃瓶、橡胶理。农贸市场出售香油使用玻璃瓶、橡胶塞,仔细观察:塞,仔细观察:橡胶塞用一层塑料纸包裹,橡胶塞用一层塑料纸包裹
13、,就是防止橡胶与油品接触发生溶胀现象而就是防止橡胶与油品接触发生溶胀现象而不易打开或塞紧瓶塞。不易打开或塞紧瓶塞。实验实验3 3:塑料的热塑性试验塑料的热塑性试验 实验目的:实验目的:探究塑料是否具有热塑性。探究塑料是否具有热塑性。实验用品:聚乙烯塑料碎片,试管、试管夹、酒精实验用品:聚乙烯塑料碎片,试管、试管夹、酒精灯、火柴。灯、火柴。实验步骤:在一支试管中放入聚乙烯塑料碎片约实验步骤:在一支试管中放入聚乙烯塑料碎片约3g,用酒精灯缓缓加热,观察塑料碎片软化和熔化的情用酒精灯缓缓加热,观察塑料碎片软化和熔化的情况。等熔化后立即停止加热以防分解。等冷却固化况。等熔化后立即停止加热以防分解。等冷
14、却固化后再加热,观察现象。后再加热,观察现象。实验现象:实验现象:加热后,聚乙烯塑料变软熔为粘稠状、加热后,聚乙烯塑料变软熔为粘稠状、流动的液体,该液体经冷却后又变为固体,该固体流动的液体,该液体经冷却后又变为固体,该固体再被加热后又熔为粘稠、流动的液体。再被加热后又熔为粘稠、流动的液体。实验结论:实验结论:聚乙烯塑料有热塑性。聚乙烯塑料有热塑性。实验探究高分子材料在不同温度下的性能实验探究高分子材料在不同温度下的性能 【说明说明】:线型结构的高分子具有线型结构的高分子具有热塑性热塑性。根据这。根据这一性质制成的高分子材料具有良好的可塑一性质制成的高分子材料具有良好的可塑性,能制成薄膜、拉成丝
15、或压制成各种形性,能制成薄膜、拉成丝或压制成各种形状,用于工业、农业、日常生活等。状,用于工业、农业、日常生活等。有些体型高分子一经加工成型就不会受有些体型高分子一经加工成型就不会受热熔化,因而具有热熔化,因而具有热固性热固性。合成高分子合成高分子按结构分类按结构分类线型线型支链型支链型热固型热固型热塑型热塑型加工成型后受加工成型后受热不再熔化热不再熔化可反复加工,多可反复加工,多次使用次使用能溶解在适当的能溶解在适当的有机溶剂里有机溶剂里不易溶解,只有一不易溶解,只有一定程度的胀大定程度的胀大网状结构网状结构体型体型熔沸点还与高分子链之间的疏密远近有关 有无办法对橡胶进行改性,使它克服这些缺
16、点?分为:软质塑料和硬质塑料影响高分子化合物熔点、密度的因素:根据这一性质制成的高分子材料具有良好的可塑性,能制成薄膜、拉成丝或压制成各种形状,用于工业、农业、日常生活等。实验结论:聚乙烯塑料有热塑性。HOOC(CH2)4COOH热稳定剂改进耐热性;5g放入试管中,加入10mL汽油,振荡试管。一种特别的菜锅不粘锅。C、HCl D、汽油 E、HNO3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。结构 性质 用途有无办法对橡胶进行改性,使它克服这些缺点?沸水浴加热15minnH-NH(CH2)6HN-H高压聚乙烯做薄膜,不用加增塑剂,十分柔软。思考:橡胶分为哪两类?天
17、然橡胶的结构式是怎样的?如何增加它的弹性和强度?三、高分子合成材料三、高分子合成材料塑料塑料 1 1、分类:、分类:热塑性塑料热塑性塑料如聚乙烯如聚乙烯高分子链间无永久性的化学交联,只有微弱的分高分子链间无永久性的化学交联,只有微弱的分子间作用力以及由于链间纠缠所造成的暂时性物理子间作用力以及由于链间纠缠所造成的暂时性物理交联,此交联会随加工过程而有纠缠及去缠的现象;交联,此交联会随加工过程而有纠缠及去缠的现象;因此因此热塑性塑料会随加热而有软化变形乃至于流动热塑性塑料会随加热而有软化变形乃至于流动的现象:随温度下降则有固化变硬的情形,为可逆的现象:随温度下降则有固化变硬的情形,为可逆过程过程
18、 。结构结构 性质性质 用途用途决定决定 决定决定 适用于高分子化合物适用于高分子化合物 常见的热固性塑料常见的热固性塑料包括环氧树脂、酚醛包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂。树脂、聚酯树脂。热固性塑料:热固性塑料:如如酚醛树脂酚醛树脂 塑料在加工过程中受热发生聚合反应,透过交联塑料在加工过程中受热发生聚合反应,透过交联剂剂(或称做架桥剂或称做架桥剂)的作用分子链间产生化学交联,形的作用分子链间产生化学交联,形成紧密的网状结构。交联反应本身是不可逆的化学反成紧密的网状结构。交联反应本身是不可逆的化学反应,因此应,因此热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料会热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料会受热
19、软化,若温度过高则发生裂解而不会有软化变形受热软化,若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。的现象。常见的塑料按受热可分为常见的塑料按受热可分为:可反复加热熔融加工,多次可反复加热熔融加工,多次使用(线型结构)使用(线型结构)热塑型:热塑型:热固型:热固型:塑塑料料不能加热熔融只能一次成型不能加热熔融只能一次成型(体型结构(体型结构)聚乙烯聚乙烯酚醛树脂酚醛树脂 2 2、主要成分:、主要成分:塑料塑料主要成分是主要成分是合成高分子化合物合成高分子化合物即即合合成树脂成树脂 适应各种要求:在高分子材料中掺入各种适应各种要求:在高分子材料中掺入各种加加工助剂工助剂(如聚氯乙烯;增塑剂(如聚氯乙
20、烯;增塑剂提高柔韧性;提高柔韧性;热稳定剂热稳定剂改进耐热性;赋予各种颜色改进耐热性;赋予各种颜色-着着色剂等)色剂等)常见塑料:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚常见塑料:聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等。苯乙烯、酚醛树脂等。【理解理解】树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物剂混合的聚合物塑料树脂添加剂塑料树脂添加剂树脂的本性决定了塑料的主要基本性能,添树脂的本性决定了塑料的主要基本性能,添加剂也起重要作用加剂也起重要作用 塑料一般由塑料一般由合成树脂合成树脂及及增塑剂增塑剂、防老化剂防老化剂、润滑剂润滑剂、色料色料等添加剂组成,它
21、的等添加剂组成,它的主要成分主要成分是是合成树脂合成树脂。3.常见塑料:常见塑料:例如:聚乙烯例如:聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯合成条件合成条件分子结构类型分子结构类型有无支链有无支链高分子链长短高分子链长短相对分子质量相对分子质量高压高温引发剂高压高温引发剂较低压力催化剂较低压力催化剂线型线型支链型支链型少有或没有少有或没有相对较长相对较长相对较短相对较短相对较小相对较小相对较大相对较大高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯熔融温度熔融温度密度密度硬度硬度分子间作分子间作用力用力用途用途低密度低密度相对较低相对较低相对较小相对较小相对较小相对较小相对较高相对较高高密度高密
22、度相对较大相对较大相对较大相对较大高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂中高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂中低密度聚乙烯低密度聚乙烯 LDPE高密度聚乙烯高密度聚乙烯 HDPE食品包装袋等薄膜制品食品包装袋等薄膜制品瓶、桶、板、管、棒材等瓶、桶、板、管、棒材等【思考思考】高压聚乙烯为什么比低压聚乙烯的熔点低、高压聚乙烯为什么比低压聚乙烯的熔点低、密度低?为什么高分子化合物具有一定的弹性?密度低?为什么高分子化合物具有一定的弹性?影响高分子化合物熔点、密度的因素:影响高分子化合物熔点、密度的因素:高分子高分子链越长链越长相对分子质量越大相对分子质量越大分子间的分子间的作用力越大作用
23、力越大熔点、密度越高熔点、密度越高 高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短,相对分子质量小高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短,相对分子质量小链与链与链链之间之间越密越密链之间的作用力越大链之间的作用力越大熔点、密度越高熔点、密度越高 高压聚乙烯主链带有长短不一的支链,支链结构有碍碳碳单高压聚乙烯主链带有长短不一的支链,支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近,链之间的作用力比低压聚乙烯低,键的旋转和链之间的接近,链之间的作用力比低压聚乙烯低,熔点和密度也就较低。熔点和密度也就较低。(参看(参看P106P106教材)教材)高分子链之间的作用力与链的长短有关高分子链之间的作用力与链的长短有关熔沸点还与高分子链之间
24、的疏密远近有关熔沸点还与高分子链之间的疏密远近有关低压聚乙烯比高压聚乙烯链更长,而低压聚乙烯比高压聚乙烯链更长,而且支链少得多且支链少得多低压、高密度、高熔点、较硬管材、桶、瓶低压、高密度、高熔点、较硬管材、桶、瓶高压、低密度、低沸点、较软塑料薄膜、食品包装袋高压、低密度、低沸点、较软塑料薄膜、食品包装袋实验现象:几分钟后有机玻璃溶于三氯甲烷,形成了无色液体。三、高分子合成材料塑料低压、高密度、高熔点、较硬管材、桶、瓶观察轮胎粉末是否溶解及其他现象。【光降解】有一种方法是在高分子化合物的分子链的一定距离之间添加光敏基团,它们被曝晒在阳光下,光敏基团就吸收辐射而使高分子化合物在此断裂,断裂以后的
25、碎片是比较容易被生物降解的。线型结构的高分子具有热塑性。高压聚乙烯主链比低压聚乙烯短,相对分子质量小常见的热固性塑料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂。实验结论:聚乙烯塑料有热塑性。高分子结 构对性能的影响。OC-COOCH2CHO如:橡胶遇到下列物质各发生什么反应?A、Br2水 B、KMnO4(H+)丁苯橡胶是目前世界上产量最高的合成橡胶,它是由丁二烯和苯乙烯共聚而成的弹性体,请以丁二烯和苯乙烯为原料,写出合成丁苯橡胶的方程式。nH-NH(CH2)6HN-H树脂含义:指未加工处理的聚合物。实验步骤:在一支试管中放入聚乙烯塑料碎片约3g,用酒精灯缓缓加热,观察塑料碎片软化和熔化的情况。常见塑料:
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