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應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料 【學習目標】 1、了解常見功能高分子材料的成分及優(yōu)異性能，了解“三大合成材料”的結(jié)構、性能和用途； 2、了解功能高分子材料在人類生產(chǎn)、生活中的重要應用，了解治理“白色污染”的途徑和方法； 3、了解各類功能高分子材料的優(yōu)異性能及其在高科技領域中的應用； 4、以合成高分子化合物的背景，了解有機合成在發(fā)展經(jīng)濟、提高生活質(zhì)量方面的貢獻。 合成材料品種很多，按用途和性能可分為合成高分子材料（包括塑料、合成纖維、合成橡膠、黏合劑、涂料等）；功能高分子材料（包括高分子分離膜、液晶高分子、導電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹脂等）和復合材料。其中，被稱為“三大合成材料”的塑料、合成纖維和合成橡膠應用最廣泛。 【要點梳理】 要點一、塑料【高清課堂：應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料】 1．塑料的成分。 塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成樹脂。在塑料的組成中除了合成樹脂外，還有根據(jù)需要加入的具有某些特定用途的加工助劑以改進其性能。如，提高柔韌性的增塑劑，改進耐熱性的熱穩(wěn)定劑，防止塑料老化的防老化劑，賦予塑料顏色的著色劑等。 2．塑料的種類。 分類的原則 類型 特征和舉例 按樹脂受熱 時的特征 熱塑性 以熱塑性樹脂為基本成分，受熱軟化，可以反復塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 熱固性 以熱固性樹脂為基本成分，加工成型以后變?yōu)椴蝗蹱顟B(tài)，如酚醛樹脂、脲醛樹脂等 按應用范圍 及性能特點 通用塑料 通用性強，用途廣泛、產(chǎn)量大、價格低，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等 工程塑料 機械性能較好，強度高，可以代替金屬用作工程結(jié)構材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等 3．幾種重要的塑料的性質(zhì)。 （1）聚乙烯塑料的性質(zhì)。 ①聚乙烯塑料無嗅、無毒、具有優(yōu)良的耐低溫性能，最低使用溫度可達－100℃；化學穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸、堿的腐蝕；常溫下不溶于一般溶劑，吸水性??；電絕緣性能優(yōu)良。 ②聚乙烯塑料品種很多，應用廣泛，主要有：薄膜（低密度聚乙烯，有良好的透明度和一定的抗拉強度）用于各種食品、醫(yī)藥、衣物、化肥等的包裝；中空制品（高密度聚乙烯，強度較高）用于塑制各種瓶、桶、罐、槽等容器；管板材（高密度聚乙烯）用于鋪設地下管道和建筑材料；纖維（線型低密度聚乙烯）用于生產(chǎn)漁網(wǎng)繩索；包覆材料，用做包覆電纜、電線的高頻絕緣材料。 （2）酚醛樹脂。 ①酚醛樹脂是用酚類（如苯酚）與醛類（如甲醛）在酸或堿的催化下相互縮合而成的高分子化合物。 ②酚醛樹脂屬于熱固性塑料，體型酚醛樹脂受熱后都不能軟化或熔融，也不溶于任何溶劑。 ③酚醛樹脂主要用做絕緣、隔熱、難燃、隔音器材和復合材料。 要點二、合成纖維【高清課堂：應用廣泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纖維】 1．化學纖維是人造纖維和合成纖維的統(tǒng)稱。 天然纖維：如棉花、羊毛、麻等 化學纖維： 人造纖維：如黏膠纖維 合成纖維：如“六大綸”、光導纖維等 纖維 2．合成纖維： 類型 特征和舉例 合成纖維 具有強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕、不發(fā)霉、不怕蟲蛀、不縮水等優(yōu)點。如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸 特種合成纖維 具有某些特殊性能。如芳綸纖維、碳纖維、耐輻射纖維、光導纖維和防火纖維等 合成纖維性能優(yōu)異，原料來源豐富、價格便宜、用途廣泛、生產(chǎn)不受氣候等自然條件的限制。滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸和氯綸被稱為合成纖維的“六大綸”。它們具有強度高、彈性好、耐腐蝕、不縮水、質(zhì)輕保暖等優(yōu)點。 合成纖維除了改善了人們的穿著外，還被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和高科技的各個領域。 要點三、橡膠 1．橡膠是具有高彈性的高分子化合物。 2．根據(jù)來源不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。 3．合成橡膠以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成，已經(jīng)發(fā)展有丁苯橡膠、順丁橡膠、合成天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠等品種。 4．合成橡膠一般具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或耐低溫等性能。比如，順丁橡膠的特點是彈性高，耐磨、耐寒’ 性好，可在寒冷地帶使用，主要用于制造輪胎、膠鞋、膠帶等。 要點四、其他高分子材料 1．涂料。 （1）涂料是一種涂布于物體表面后能結(jié)成堅韌保護膜的物質(zhì)，它常用于家具、道路指示牌以及船舶表面，可以起到保護、指示以及美化的作用。 （2）涂料的主要成分——成膜物質(zhì)（也稱固著劑），用于溶解成膜物質(zhì)的有機溶劑會污染環(huán)境。目前，涂料正向無毒溶劑或無溶劑化方向發(fā)展。 2．黏合劑。 （1）目前使用的黏合劑是以各種樹脂如酚醛樹脂、脲醛樹脂等為主要成分制成的。 （2）502瞬間強力膠是日常生活中常用的黏合劑，它是在聚-氰基丙烯酸乙酯中加入適當填料制成的。 要點五、功能高分子材料 1．概念。 在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有某種特定功能的官能團，使它們具有特殊的功能，以滿足光學、電學、磁學、熱學、化學、生物學、醫(yī)學等方面的要求，這樣形成的高分子統(tǒng)稱為功能高分子。 2．分類。 高吸水性樹脂 離子交換樹脂 光敏高分子 導電高分子 高分子催化劑和試劑 醫(yī)用高分子 高分子膜 常用功能高分子材料 目前，常用的功能高分子材料的分類可表示如下： 3．幾種重要的功能高分子材料。 （1）高吸水性樹脂： ①有兩種方法可以獲得具有高吸水性能的樹脂： a．對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，住它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。 b．以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸等為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性聚合物。 這兩種方法的共同點是：都要在反應中加入少量含有兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯(lián)劑，讓高聚物分子鏈間發(fā)生交聯(lián)，得到具有網(wǎng)狀結(jié)構的樹脂。 ②高吸水性樹脂可在干旱地區(qū)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、植樹造林時抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。 （2）離子交換樹脂主要用于分離和提純，如制取去離子水，回收工業(yè)廢水中的金屬，硬水的軟化等。 （3）醫(yī)用高分子（如硅橡膠、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等）的生物相容性較好、安全無毒，可用于制造醫(yī)用器械和人造器官。 要點六、復合材料 1．概念。 復合材料是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料，其中一種材料作為基體，其他材料作為增強劑。 2．性能。 復合材料一般具有強度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合性能上超過單一材料。 3．應用。 復合材料主要應用于宇宙航空工業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)、體育用品、人類健康等方面。 要點七、合成材料的應用及發(fā)展 合成材料廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通及日常生活等領域。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各行各業(yè)對材料的需求在逐漸增多，對重要的通用有機高分子材料繼續(xù)進行改進和推廣，使它們的性能不斷提高，應用范圍不斷擴大，在人們的生產(chǎn)和生活中將發(fā)揮越來越重要的作用。 合成材料的快速發(fā)展與大量應用，其廢棄物的急劇增加帶來了環(huán)境污染，一些塑料制品所帶來的“白色污染”尤為嚴重。目前，治理“白色污染”主要應從減少使用和加強回收開始，從長遠來看，可逐步以可降解塑料取代現(xiàn)在普遍使用的塑料，從根本上解決“白色污染”問題。 【典型例題】 類型一：合成材料的性能及用途 例1 下列原料或制成的產(chǎn)品中，如出現(xiàn)破損不可以進行熱修補的是（ ）。 A．聚氯乙烯涼鞋 B．電木插座 C．自行車內(nèi)胎 D．聚乙烯塑料膜 【思路點撥】本題考查對合成材料的性能、用途的理解與掌握以及對三大合成材料的優(yōu)缺點的對比與分析。 【答案】B 【解析】聚氯乙烯涼鞋、自行車內(nèi)胎、聚乙烯塑料膜等都是用熱塑型塑料樹脂加工而成的，可以反復加工，多次使用，出現(xiàn)破損時可進行熱修補，而電木插座是用熱固性塑料電木加工而成的，受熱不熔化，出現(xiàn)破損時不能進行熱修補。 【總結(jié)升華】熱塑性塑料是以熱塑性樹脂為基本成分，受熱軟化，可以反復塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等；熱固性塑料是以熱固性樹脂為基本成分，加工成型以后變?yōu)椴蝗蹱顟B(tài)，如酚醛樹脂、脲醛樹脂等。 舉一反三： 　　【變式1】下列原料或制成的成品中，可溶于有機溶劑的是（ ）。 A．有機玻璃 B．從廢輪胎上刮下的橡膠粉末 C．滌綸繩（其主要成分為） D．電木 【答案】A、C 　　【變式2】下列說法中正確的是（ ）。 A．合成纖維和人造纖維可統(tǒng)稱為化學纖維 B．酚醛樹脂和聚氯乙烯都是熱固性塑料 C．錦綸絲接近火焰時先蜷縮，燃燒時有燒焦毛發(fā)的臭味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末 D．維綸具有較好的吸濕性，是因為其分子鏈上含有羥基的緣故 【答案】A、D 　　【變式3】下列說法中正確的是（ ）。 A．硫化橡膠遇汽油能發(fā)生溶脹 B．聚硫橡膠具有良好的耐嚴寒、耐高溫性能 C．合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子 D．橡膠的老化實質(zhì)上發(fā)生的是酯化反應 【答案】A、C 例2 下列說法中正確的是（ ）。 A．天然纖維就是纖維素 B．合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品 C．化學纖維的原料可以是天然纖維 D．生產(chǎn)合成纖維的過程中發(fā)生的是物理變化 【答案】B、C 【解析】天然纖維不僅包括纖維素，還包括羊毛、蠶絲等；生產(chǎn)合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中必包含有加聚或縮聚反應，應屬化學變化；化學纖維的原料可以是天然纖維。如黏膠纖維就是用木材、草類等天然纖維經(jīng)化學加工制成的。 類型二：功能高分子材料及復合材料的結(jié)構和性能 例3 下列有關新型高分子材料的說法中，不正確的是（　 ） 　　A、高分子分離膜應用于食品工業(yè)中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業(yè)等 　　B、復合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強劑 　　C、導電塑料是應用于電子工業(yè)的一種新型有機高分子材料 　　D、合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達到生物相容的程度 　　【思路點撥】本題考查有關新型高分子材料的知識，認識功能材料對人類社會生產(chǎn)的重要性；了解高分子膜、導電分子、可降解塑料等各種高分子材料的性能和應用。 　　【答案】D 　　【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人體都出現(xiàn)排斥反應，有不少的新型高分子材料具有優(yōu)異的生物兼容性，在人體中排異很小，可以滿足人工器官對材料的苛刻要求。 　　【總結(jié)升華】高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜，以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動力，使氣體混合物、液體混合物或有機物、無機物的溶液等分離技術相比，具有省能、高效和潔凈等特點，因而被認為是支撐新技術革命的重大技術。膜分離過程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離膜的高分子材料有許多種類?，F(xiàn)在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機硅等。膜的形式也有多種，一般用的是平膜和空中纖維。推廣應用高分子分離膜能獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。例如，利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源：利用反滲透進行海水淡化和脫鹽、要比其它方法消耗的能量都小；利用氣體分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。 舉一反三： 　　【變式1】除了傳統(tǒng)的三大合成材料以外，又出現(xiàn)了高分子分離膜，具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料，醫(yī)用高分子材料，隱形高分子材料和液晶高分子材料等許多新型有機高分子材料。試根據(jù)下列用途判斷新型有機高分子材料的種類。 （1）用于海水和苦咸水的淡化方面：________。 （2）用于制造人工器官（如人工心臟）的材料：________。 【答案】（1）高分子分離膜 （2）醫(yī)用高分子材料（如硅聚合物和聚氨酯等高分子材料） 類型三：合成材料對環(huán)境的危害 “ 例4 環(huán)保專家預言：廢棄的地膜最終將成為禍害。武漢大學張俐娜教授提出用甘蔗渣、麥稈、蘆葦漿做原料生產(chǎn)“再生纖維素共混膜”的研究課題，終獲成功。使用“再生纖維素共混膜”不但能使農(nóng)作物增產(chǎn)20％，而且其使用壽命一旦終結(jié)，其成分的30％可被微生物吃掉，剩余部分會在40多天內(nèi)自動降解，對土壤無副作用。請回答下列問題： （1）普通地膜能造成什么“禍害”？ （2）有人建議焚燒處理這些普通塑料廢棄物，你認為可行嗎？為什么？ （3）寫出這種“再生纖維素共混膜”的主要化學成分（纖維素）的基本結(jié)構簡式，該薄膜降解可能生成什么？ 【思路點撥】廢棄的地膜因為難在自然界降解，會造成“白色污染”。明確造成污染的原因即可找到解答題目的思路。 【答案】（1）普通地膜等塑料廢棄物性質(zhì)穩(wěn)定，在自然界中難被生物降解，長期留在土壤中，會破壞土壤結(jié)構，降低土壤肥效，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害。 （2）不行。焚燒廢棄塑料，尤其是含氯塑料會嚴重污染環(huán)境。 （3）[C6H7O2(OH)3]n，該薄膜降解可能生成CO2和H2O（及其他無機鹽）等。 【解析】塑料廢棄物形成污染的主要原因是所用的合成樹脂結(jié)構穩(wěn)定。不易降解成小分子。而“再生纖維素共混膜”可以自動降解。故可以防止污染的產(chǎn)生。 【總結(jié)升華】對廢棄的塑料制品造成的‘白色污染’的原因、后果及預防的考查”、“對為避免“白色污染”而使用的新材料的考查”都是近幾年考試中出現(xiàn)頻度較高的測試內(nèi)容，需要熟練掌握化學用語的使用。 舉一反三： 　　【變式1】據(jù)CCTV《科技博覽》報道，近年來中科院首創(chuàng)用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，下列相關說法合理的是（ ）。 A．聚二氧化碳塑料是通過加聚反應制得的 B．聚二氧化碳塑料與干冰互為同素異形體 C．聚二氧化碳塑料與干冰都是純凈物 D．聚二氧化碳塑料的使用會產(chǎn)生“白色污染” 【答案】A 【變式2】為了保護人類的生存環(huán)境，人們開始著手利用廢棄塑料，使它成為有用的資源： 　?、賍__________ ?、?____________ 　③ ___________?？茖W家展望，21世紀的高分子化學，要制造出對環(huán)境友好的高分子，包括在環(huán)境中可降解的塑料。例如，以_________和__________為原料制成聚乙烯光降解塑料；以_____________和_____________為原料制成微生物降解塑料等。 　　【答案】①直接用作材料　 ②熱解成單體　 ③制成燃油和燃氣　 乙烯 　CO 　纖維素　 淀粉