5.2.2高分子材料 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修3

高分子材料 第2课时 1. 认识塑料的组成成分、种类及其应用。 2. 知道聚乙烯和酚醛树脂的合成方法。 学习目标 2 塑料 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树脂。 在塑料的组成中除了合成树脂外，还有根据需要加入的具有某些特定用途的加工助剂以改进其性能。 如提高柔韧性的增塑剂，改进耐热性的热稳定剂，防止塑料老化的防老化剂，赋予塑料颜色的着色剂等。 知识点： 新课讲授 2. 塑料的种类 ①按树脂受热时的特征 热塑性塑料 特征和举例：以热塑性树脂为基本成分，受热软化，可以反复加热熔融加工，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。 热固性塑料 特征和举例：以热固性树脂为基本成分，不能加热熔融，只能一次成型，如酚醛树脂、脲醛树脂等。 塑料 知识点： 新课讲授 2. 塑料的种类 ②按应用范围及性能特点 通用塑料 特征和举例：通用性强，用途广泛，产量大，价格低，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等。 工程塑料 特征和举例：机械性能较好，强度高，可以代替金属用作工程结构材料，如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等。 塑料 知识点： 新课讲授 3. 常见的塑料——聚乙烯 聚乙烯是由乙烯在催化剂或引发剂的作用下发生加成聚合反应而制得，化学方程式为： nCH2＝CH2 －CH2－CH2－ [ ]n 加热、加压 塑料 知识点： 新课讲授 聚乙烯具有极其广泛的用途，按合成方法可分为高压法聚乙烯和低压法聚乙烯。 3. 常见的塑料——聚乙烯 高压法聚乙烯是在较高压力与较高温度，并在引发剂作用下，使乙烯发生加聚反应得到的，含有较多支链，密度和软化温度较低，属于低密度聚乙烯(LDPE)。 低压法聚乙烯是在较低压力和温度下，用催化剂使乙烯发生加聚反应得到的，支链较少，密度和软化温度较高，属于高密度聚乙烯(HDPE)。 引发剂是用来引发聚合反应的物质。 塑料 知识点： 新课讲授 高压法聚乙烯与低压法聚乙烯的对比 比较项目 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯 聚合反应条件 150MPa~300MPa，200℃左右，使用引发剂 0.1 MPa~2 Mpa，60~100℃，使用催化剂 高分子链的结构 含有较多支链 支链较少 密度/(g·cm－3) 0.91~0.93 0.94~0.97 软化温度/℃ 105~120 120~140 主要性能 无毒，较柔软 无毒，较硬 主要用途 生产食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 生产瓶、桶、板、管等 塑料 知识点： 新课讲授 我们知道，烷烃分子中的碳碳单键可以围绕键轴旋转而不影响键的强度。聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳单键相连，可以想象，常温下聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转，使分子链不可能呈一条直线，只能呈不规则的卷曲状态。大量聚乙烯分子纠缠在一起，好似一团乱麻。当有外力作用时，卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直，除去外力后又恢复卷曲状态。因此，一般的高分子材料都具有一定的弹性。 塑料 知识点： 新课讲授 为什么低密度聚乙烯比高密度聚乙烯的软化温度低、密度也低呢？ 这是因为高分子链之间的作用力与链的长短有关，高分子链越长，高分子相对分子质量越大，高分子链之间的作用力越大。此外，还与高分子链之间的疏密远近有关。低密度聚乙烯的主链有较多长短不一的支链，支链结构有碍碳碳单键的旋转和链之间的接近，链之间的作用力就比高密度聚乙烯的小，软化温度和密度也就较低；相反，高密度聚乙烯的支链较少，链之间易于接近，相互作用力较大，软化温度和密度都较高。 塑料 知识点： 新课讲授 低密度聚乙烯和高密度聚乙烯这两种聚乙烯加热均可熔融，也可溶于某些溶剂中。 低密度聚乙烯可用于生产食品包装袋等薄膜制品，不用加入增塑剂就显得十分柔软。高密度聚乙烯较硬一些， 可用于生产瓶、桶、板、管与棒材等。 通过改进聚合反应的催化剂得到的超高相对分子质量聚乙烯(相对分子质量大于106 )，具有高强度和高耐磨性，使用温度范围广，耐化学腐蚀，可用于制造防弹服、防弹头盔、绳缆等。 塑料 知识点： 新课讲授 合成高分子的结构大致可分为三类：线型结构、支链型结构、网状结构(也称体型结构)。 线型结构示意图： 支链型结构示意图： 网状结构示意图： 塑料 知识点： 新课讲授 线型结构的聚乙烯可以在一定条件下转变为网状结构的聚乙烯，以增加强度。 医用聚乙烯无纺布防护服 塑料 知识点： 新课讲授 线型结构高分子和网状结构高分子 项目 线型结构高分子 网状结构高分子 结构 分子中的原子以共价键相互联结，构成一条很长的卷曲状态的“链” 分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成三维空间的网状结构 溶解性 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解，但往往有一定程度的胀大 塑料 知识点： 新课讲授 项目 线型结构高分子 网状结构高分子 性能 具有热塑性，无固定熔点 具有热固性，受热不熔化 特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好 强度大、绝缘性好、有可塑性 常见物质 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 酚醛树脂、硫化橡胶 线型结构高分子和网状结构高分子 塑料 知识点： 新课讲授 3. 常见的塑料——酚醛树脂 酚醛树脂是人们较早就开始使用的合成高分子，其生产历史已超过百年。 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。 塑料 知识点： 新课讲授 【实验一】 步骤：在大试管中加入2g苯酚、3mL质量分数为40%的甲醛溶液和3滴浓盐酸，在水浴中加热。当试管中反应物接近沸腾时，从水浴中取出试管，并用玻璃棒搅拌，观察产物的颜色和状态。 实验现象：混合溶液变浑浊，有黏稠的粉红色物质生成；加入乙醇，不溶解；再加热，黏稠物质溶解。 塑料 知识点： 新课讲授 【实验一】 结论：苯酚与甲醛在酸作用下发生缩聚反应生成树脂。在酸催化下，生成的线型结构的酚醛树脂具有热塑性。 塑料 知识点： 新课讲授 酸催化合成：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： － OH －CH2OH n － OH －CH2－OH H－ [ ]n ＋(n－1)H2O ＋H－C－H ＝ O － OH － OH －CH2OH 塑料 知识点： 新课讲授 【实验二】 步骤：在另一大试管中加入2 g苯酚和3 mL质量分数为40 %的甲醛溶液，置于水浴中加热片刻，稍加振荡后，加入0.5 mL浓氨水，在水浴中加热，注意与实验一中酸催化的聚合反应进行比较。 实验现象：混合溶液变浑浊，有黏稠的乳黄色物质生成；加入乙醇，不溶解；再加热，黏稠物质仍不溶解。 塑料 知识点： 新课讲授 【实验二】 结论：在碱催化下，生成的网状结构的酚醛树脂具有热固性。 碱催化合成：在碱催化下，过量的甲醛与苯酚反应，生成羟甲基苯酚、二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，然后加热继续反应，就可以生成网状结构的酚醛树脂。 － OH －CH2OH － CH2OH － OH －CH2OH － CH2OH HOCH2－ 2,4-二羟甲基苯酚 2,4,6-三羟甲基苯酚 塑料 知识点： 新课讲授 3. 常见的塑料——酚醛树脂 性质：具有线型结构的酚醛树脂具有热塑性；具有网状结构的酚醛树脂具有热固性，变热时不能软化或熔融，也不易溶解于任何溶剂。此外，酚醛树脂的电绝缘性优良，耐腐蚀，还具有良好的物理机械性能。 用途：主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音器材和复合材料。如做烹饪器具的手柄，一些电器与汽车零部件，导弹头部、返回式卫星和宇宙飞船外壳等的烧蚀材料。 塑料 知识点： 新课讲授 4. 塑料废弃物的回收和利用 随着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。而废弃的塑料制品所带来的“白色污染”尤为严重。目前。治理“白色污染”主要是以减少使用和加强回收为主。 塑料 知识点： 新课讲授 4. 塑料废弃物的回收和利用 (1)直接用作材料。如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作包装袋。 (2)热解成单体。如将有机玻璃热解成单体，再重新聚合为成品。 (3)制成燃油和燃气。不能或难以分解的塑料可在催化剂存在下热解为柴油、煤油、汽油，甚至氢气、气态烃等燃料。 塑料 知识点： 新课讲授 联想到淀粉、纤维素可以在自然界中被微生物降解，以及有些高分子材料在吸收光能的光敏剂的帮助下也能降解的事实，研究出微生物降解和光降解高分子材料。 微生物降解高分子如聚乳酸在微生物的作用下切断某些化学键，降解为小分子，再进一步转变为CO2和H2O等物质而消失。光降解高分子在阳光等的作用下，高分子的化学键被破坏而发生降解。 4. 塑料废弃物的回收和利用 塑料 知识点： 新课讲授 塑料的主要成分是合成高分子化合物即合成树脂。 合成高分子的结构大致可分为三类：线型结构、支链型结构、网状结构(也称体型结构)。 在酸催化下，生成的线型结构的酚醛树脂具有热塑性。在碱催化下，生成的网状结构的酚醛树脂具有热固性。 塑料按树脂受热时的特征可以分为热塑性塑料和热固性塑料。 塑料 课堂总结 知识点： 1. 航天科学家正在考虑用塑料飞船代替铝制飞船进行太空探索，其依据是（ ） A. 塑料是一种高分子化合物，可以通过取代反应大量生产 B. 塑料生产中加入添加剂可得到性能比铝优良的新型材料 C. 塑料用途广泛，可从自然界中直接得到 D. 塑料是有机物，不会和强酸、强碱作用 塑料 练一练 知识点： 【解析】塑料都是通过聚合反应得到的，故A、C两项错误； 飞船速度很快，所以其材料要求质轻、耐高温、耐摩擦，因此所用塑料代替品要加入合适的添加剂制成优良的新型材料，故B项正确； 有些塑料(如聚酯)可以在酸性或碱性条件下水解，且这和其代替铝制飞船没有关系，故D项错误。 塑料 练一练 知识点： 2. 下列说法中，正确的是（ ） A. 只有热塑性高分子材料才可能是塑料 B. 用于包装食品的塑料通常是聚氯乙烯 C. 有机玻璃是一种透光性好的塑料制品 D. 塑料的广泛使用，不会造成环境污染 塑料 练一练 知识点： 【解析】有热塑性塑料，也有热固性塑料，A项错误； 聚氯乙烯易分解形成有毒的氯化氢，不可用于食品包装，用于食品包装的是聚乙烯塑料，B项错误； 有机玻璃是一种透光性好、质轻、耐水、耐酸碱、抗霉、易加工的塑料制品，它是一种热塑性塑料，C项正确； 塑料在自然环境下难以分解、腐烂，会造成白色污染，D项错误。 塑料 练一练 知识点： (1)树脂是指未加工处理的聚合物，没有添加各种助剂，而塑料是由树脂及填料、增塑剂、热稳定剂、润滑剂、着色剂、防老化剂等各种加工助剂组成的，它的主要成分是树脂。 (2)有时这两个名词也混用，因为有些塑料基本上是由合成树脂组成的，不含或含少量其他加工助剂，如有机玻璃、聚乙烯、聚苯乙烯等。 (3)塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，但加工助剂也起着重要作用。 合成树脂和塑料 塑料 知识拓展 知识点： 谢谢！ $$