5.2高分子材料 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修3

该高中化学课件聚焦高分子材料，系统涵盖通用高分子材料（塑料、合成纤维、合成橡胶）和功能高分子材料（高吸水性树脂、分离膜等）的分类、结构与性能关系及应用。课堂导入结合生活实例如聚氯乙烯食品包装安全性问题，衔接合成高分子知识，搭建从基础到应用的学习支架。 其亮点是以“结构决定性质”化学观念为核心，通过聚乙烯线型与支链结构差异分析性能、酚醛树脂酸/碱催化影响结构等案例培养科学思维。高吸水性树脂实验对比不同材料吸水率，落实科学探究与实践。采用问题驱动和表格归纳，学生能深化理解，教师可提升教学效率。

高分子材料 第五章 合成高分子 第二节 高分子材料的分类 高分子材料 按用途和性能分类 通用 高分子材料 功能 高分子材料 塑料、合成纤维、合成橡胶 粘合剂、涂料 高分子分离膜 液晶高分子 导电高分子 医用高分子 高吸水性树脂 等 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 1、主要成分：是_________，辅助成分是各种________ 合成树脂 指未加工处理的聚合物，没有添加各种加工助剂 增塑剂、防老剂、着色剂、填料增强剂等 加工助剂 二者共同决定塑料的基本性能 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 增塑剂 热稳定剂 着色剂 提高柔韧性 聚氯乙烯 硬质、耐热性差 赋予各种颜色 提高耐热性 聚氯乙烯薄膜能用于食品包装吗？ [ ]n n CH2 CH Cl 一定条件 CH2 CH Cl 聚氯乙烯本身较硬，需加入增塑剂，稳定剂等。室温下，增塑剂小分子会逐渐“逃逸”出来。，这些增塑剂小分子在室温下会逐渐“逃逸”出来，使柔软的塑料制品逐渐变硬；有的增塑剂还具有一定毒性。所以，不能用含增塑剂的聚氯乙烯薄膜生产食品包装材料。 COO(CH2)3CH3 COO(CH2)3CH3 COO(CH2)7CH3 COO(CH2)7CH3 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸二辛酯 增塑剂： 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 2、分类 类型一：热塑性塑料 可反复加热熔融加工，如聚乙烯、聚氯乙烯等塑料 线型 结构 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交联，此交联会随加工过程而有纠缠及去缠的现象；因此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，为可逆过程 。 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 2、分类 类型二：热固性塑料 不能加热熔融，只能一次成型，如酚醛树脂等 塑料在加工过程中受热发生聚合反应，透过交联剂(或架桥剂)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应，因此热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料般会受热软化，若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。 体型 结构 交联 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 02 HDPE 04 LDPE 06 PS 03 PVC 05 PP 07 OTHER 01 PETE 大 鹿 化 学 不同标号塑料材质 均为聚乙烯 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 HDPE 高密度 聚乙烯 特点 用途 沐浴露的瓶子、白色药盒、食品包装袋等 较硬，弹性较差，密度较高，熔融温度为120-140°C，短期盛放食物，清洁干净后可循环使用(非食物的容器) 02 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 04 LDPE 大 鹿 化 学 低密度 聚乙烯 特点 用途 柔软，弹性好，密度较低，熔融温度为105-120°C，可装食物，但耐热不强，不能微波加热。 保鲜膜、保鲜袋、牙膏管、牛奶盒内贴膜等 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 高密度聚乙烯与低密度聚乙烯同属于聚乙烯塑料，性能为什么不同? 高密度聚乙烯 乙 烯 0.1 MPa~2 Mpa，60~100 ℃ 催化剂 低压法聚乙烯 线型结构 低密度聚乙烯 乙 烯 150 MPa~300 MPa，200 ℃ 引发剂 高压法聚乙烯 支链型结构 支链较多，密度和软化温度较低 用来引发聚合反应的物质 支链较少，密度和软化温度较高 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 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? 高分子 链越长 相对分子 质量越大 分子链之间 的作用力越大 链与链 之间越密 链之间的作 用力越大 熔点、密度 越高 分子链之间的作用力 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 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? 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。 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 为什么聚乙烯材料一般都具有一定的弹性？ 聚乙烯分子链上的碳碳单键可以发生旋转 导致 分子链只能呈不规则的卷曲状态 外力作用 卷曲的高分子链可以被拉直或部分被拉直 除去外力 恢复卷曲状态 所以，一般的高分子材料都具有一定的弹性 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 低密度 聚乙烯 高密度 聚乙烯 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 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 超高分子量聚乙烯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 PE(超高分子量聚乙烯)防弹衣 高强度聚乙烯缆绳 任务一 认识通用高分子材料 举一反三 塑料 可以反复加热熔融加工 聚乙烯、聚氯乙烯等 不能加热熔融，只能一次成型 酚醛树脂、脲醛树脂等 热固性塑料 热塑性塑料具有长链状的线型结构。受热时，分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，会重新硬化。因此能反复加热软化和冷却硬化。 线型结构 不带支链的 带支链的 热固性塑料第一次加热时软化流动，到一定温度时链与链间会形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构，硬化定型。此后再次加热时不能软化。 体型(网状)结构 交联的 热塑性塑料 任务一 认识通用高分子材料 思考：如何利用性质判断高分子材料是线型结构还是体型结构？ 根据溶解性判断： 能溶于适当溶剂的高分子材料一般为线型结构，如聚乙烯、聚氯乙烯等； 在溶剂中难溶解的高分子材料一般为体型结构，如酚醛塑料等。 根据热塑性、热固性判断： 具有热塑性，受热能熔化的高分子材料具有线型结构；具有热固性，受热不熔化的高分子材料具有体型结构。 一、塑料 3、聚乙烯 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 3、聚乙烯 高压法聚乙烯 低压法聚乙烯 聚合反应条件及产物 150-300MPa,200℃左右,使用引发剂 低密度聚乙烯(LDPE) 0.1-2MPa,60-100℃,使用催化剂 高密度聚乙烯(HDPE) 高分子链的结构 含有较多支链 支链较少 密度 0.91-0.93g/cm3 较低 0.94-0.97g/cm3 较高 软化温度 105-120℃ 较低 120-140℃ 较高 主要性能 无毒，较柔软 无毒，较坚硬 主要用途 食品包装袋、薄膜、绝缘材料等 瓶、桶、板、管等 任务一 认识通用高分子材料 1905 年，比利时化学家利奥·贝克兰德发明了聚氧苄基甲基乙酸酐，常被称作酚醛塑料，是世界上第一种完全由人工合成的塑料。他以自己的名字命名(Bakelite，译为“电木”或“胶木”)，于1940年5月20日被《时代》周刊称为“塑料之父”。 利奥·贝克兰德 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 酚醛树脂是用酚与醛在酸或碱的催化下相互缩合而成的高分子 苯酚或甲苯酚等 甲醛等 缩聚 反应 酸 线型结构高分子 碱 网状结构高分子 苯酚 甲醛 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 (1)在酸的催化下，等物质的量的甲醛和苯酚反应形成线型结构高分子 OH H H O C H+ H OH O CH2 H OH O CH2 H n H+ H OH O CH2 H n H (n-1) H2O 羟甲基苯酚 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 δ+ δ- δ+ δ- 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 (2)在碱的催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。 2，4-二羟甲基苯酚 OH CH2OH CH2OH 2，4，6-三羟甲基苯酚 OH CH2OH CH2OH HOCH2 羟甲基苯酚 OH CH2OH 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 (2)在碱的催化下，苯酚与过量的甲醛反应，生成羟甲基苯酚的同时，还生成二羟甲基苯酚、三羟甲基苯酚等，继续反应就可以生成网状结构的酚醛树脂。 具有网状结构的高分子受热后不能软化或熔融，也不溶于一般 溶 剂 … … … … … … 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 用途：主要用作绝缘、隔热、阻燃、隔音材料和复合材料 烹饪器具手柄 集成电路板 宇宙飞船返回舱 烧蚀材料 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 思考1：合成高分子的结构大致可以分为三类：线型结构、支链型结构和网状结构，你能举例说明它们各自的特性吗？ 线型结构 支链型结构 网状结构 结构 性质 溶解性 举例 无支链的长链，大多呈卷曲状 支链多，分子间作用力弱 分子链间以化学键交联，形成三维空间网状结构 聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶 酚醛树脂、硫化橡胶 有热塑性，可反复加热熔融 有热固性，不能加热熔融 能缓慢溶解于适当溶剂 很难溶解 任务一 认识通用高分子材料 一、塑料 4、酚醛树脂 思考2：尿素(H2NCONH2)可以与甲醛(HCHO)发生反应，最终缩聚成具有线型或网状结构的脲醛树脂。脲醛树脂可用于生产木材黏合剂、生活器具和电器开关。请写出尿素与甲醛反应得到线型聚合物的化学方程式。 H H O C n H2N NH2 O C n (n-1) H2O HN NH O C n H OH CH2 任务一 认识通用高分子材料 二、合成纤维——纤维的分类 天然 纤维 合成纤维 纤 维 植物性纤维(纤维素纤维)：棉、麻 动物性纤维(蛋白质纤维)：羊毛、蚕丝 涤纶 锦纶(尼龙) 腈纶 ······· 再生纤维 原料：木材、秸秆(主要成分为纤维素)等农副产品 加工处理 原料：石油、天然气、煤、农副产品等 聚合反应 化学 纤维 仍是纤维素 任务一 认识通用高分子材料 二、合成纤维——六大纶的性能与应用 涤纶 锦纶 腈纶 维纶 丙纶 氯纶 优点：强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、保暖 渔业用的渔网 降落伞 航天服 人造草坪 缺点：除维伦吸湿性较好，合成纤维的吸湿性和透气性明显不及天然纤维 任务一 认识通用高分子材料 二、合成纤维 1、聚酯纤维——涤纶 合成纤维中目前产量最大的是聚酯纤维中的涤纶，它是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的商品名称。其合成反应为： C O C O HO OH OCH2CH2O H H n + n 催化剂 △ OCH2CH2O H C O C O HO n + (2n-1) H2O 任务一 认识通用高分子材料 二、合成纤维 2、聚酰胺纤维——锦纶 n + n 催化剂 △ + (2n-1) H2O 聚酰胺纤维中的锦纶是较早面世的合成纤维之一。己二胺与己二酸通过缩聚反应合成聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)，合成反应为： C O C O HO (CH2)4 OH NH(CH2)6NH H H NH(CH2)6NH H C O C O HO n (CH2)4 任务一 认识通用高分子材料 二、合成纤维 2、聚酰胺纤维——锦纶 锦纶66 锦纶1010 芳纶1414 NH(CH2)6NH H C O C O HO n (CH2)4 NH(CH2)10NH H C O C O HO n (CH2)8 NH C O C O HO n NH H 脂肪族 聚酰胺纤维 芳香族 聚酰胺纤维 强度高，密度小，高温不易分解。可制成防弹装甲、消防服以及交通工具的结构材料和阻燃内饰等。 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 1、天然橡胶(p145) 三叶橡胶树 天然橡胶的结构简式 CH2 C C CH3 CH2 H n 顺式聚异戊二烯 天然橡胶 主要来自巴西橡胶树，特点：弹性好，拉伸强度高，耐寒性好；但强度较低。 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 1、天然橡胶(p145) 杜仲树 杜仲胶 杜仲胶的结构简式 H C C CH3 CH2 CH2 n 反式聚异戊二烯 主要来自中国的杜仲树，特点：耐磨、绝缘性和耐酸碱性好；但弹性较差。 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 1、天然橡胶 橡胶广泛应用于工业、农业、国防、交通及日常生活的方方面面。仅每年制造汽车、飞机用的轮胎就要消耗大量的橡胶，天然橡胶无论是产量还是性能都远远不能满足需要。 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 2、合成橡胶及其分类 合成橡胶早在20世纪初就已问世，20世纪40年代得到了迅速发展，其具有高弹性、绝缘性、耐油、耐高温和不易老化等优良性能，广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活。 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶 丁腈橡胶 通用 橡胶 特种 橡胶 乙丙橡胶(耐臭氧耐紫外线) 聚硫橡胶(耐油性) 硅橡胶(耐热耐寒性) 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 3、顺丁橡胶的合成 顺丁橡胶是以1，3-丁二烯为原料，在催化剂作用下发生加聚反应得到的以顺式结构为主的聚合物，请书写对应的化学方程式。 CH2 C C H CH2 H n 1，3- 丁二烯 催化剂 顺丁橡胶 H CH2 C C H CH2 n 聚1，3-丁二烯 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 3、顺丁橡胶的合成 CH2 C C H CH2 H n 呈线型结构，分子链较柔软，性能较差 CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 3、顺丁橡胶的合成 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S 硫化剂 (硫磺) CH2 CH S S CH CH2 CH2 CH CH CH2 注意：交联程度过大会失去弹性 呈网状结构，硫化后的橡胶既有弹性，又有强度。 将双键打开，以二硫键等把线型结构连接为网状结构。 任务一 认识通用高分子材料 三、合成橡胶 3、顺丁橡胶的合成 思考：请结合顺丁橡胶的结构分析，为什么酸性高锰酸钾，溴水等试剂所用的试剂瓶塞不能用橡胶塞? CH2 C C H CH2 H n 顺丁橡胶 聚1，3-丁二烯 橡胶含有碳碳双键，易被酸性KMnO4溶液氧化，或与Br2水发生加成反应，因此，这类试剂瓶不适合使用橡胶塞。 任务二 认识功能高分子材料 为了适应高科技产业对材料的要求，化学工作者合成了具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料，即功能高分子材料。 形状记忆高分子暴露于体温后恢复到原来的形状(多重曝光图像) 罗切斯特大学的Mitch Anthamatten等人开发的一种特殊的形状记忆高分子材料，仅靠体温就可以触发形状改变，而且还有很好的弹性能存储性能 任务二 认识功能高分子材料 80年代，“太空服之父”华人唐鑫源在宇航服里加入高吸水性树脂，发明了一种能吸水1400毫升的纸尿片，解决了航天员排尿的一大难题。此技术后来转为民用，就是现在千家万户使用的“尿不湿”。 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 发展历史 人们从棉花、纸张等含纤维素物质的吸水性得到启发 思考：为什么这些由纤维素组成的物质具有吸水性呢? 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 结构分析 纤维素的结构简式 O H O H O H O H O H H O H H O H H O H H 亲水基 氢键 纤维素链 但是它们的吸水量只有自身质量的20~40倍，挤压后保有的水量也比较少 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 思考：棉花、纸等含纤维素物质的吸水性和保水性不够好的原因是什么? 纤维素 的分子 结构 吸水性 不够好 官能团 已知：亲水基团吸水性强弱顺序：—COO- > —COOH> —OH＞—NH2 纤维素 显微结 构示意图 碳骨架 亲水基团 线型结构 保水性不够好 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 改进方法 改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水基团 思路一 —COO-,—COOH,—OH等 示例分析 淀粉 (纤维素) 线型 丙烯酸钠 交联剂 网状淀粉-聚丙烯酸钠高吸水性树脂 接枝共聚物 改造后的树脂具有强大的吸水和保水能力，而且可生物降解。 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 改进方法 合成新的带有强亲水基团的高分子 思路二 CH2 CH COOH NaOH 交联剂 引发剂 CH2 CH COONa n CH2 CH COONa 聚丙烯酸钠 (网状结构) 可吸收几百至几千倍于自身质量的水，同时保水能力强，还能耐一定的挤压作用。 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 1、高吸水性树脂的吸水性能的实验探究 现象及数据处理： 实验结论：其他条件相同时，高吸水性树脂的吸水性及保水性均比一般吸水材料的强。 83.82 10 呈凝胶状 吸水后变形程度小 有较好的保水能力 保水能力较差 吸水性强 吸水性较差 84.82 11.00 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。 吸水前 吸水后 大鹿化学 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 2、高吸水性树脂的应用 在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；还可用于婴儿纸尿裤等。 任务二 认识功能高分子材料 一、高吸水性树脂 思考：在橡胶工业中，天然橡胶与合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结构转变为网状结构。在制备高吸水性树脂时也要加入少量交联剂，以得到具有网状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转变为网状结构？ (1)橡胶工业将线型结构连接成网状结构是为保有弹性的同时增加橡胶的强度。 (2)高吸水性树脂加交联剂将线型结构连接成网状结构，是为了使其既具有吸水性和保水性而又不溶于水、耐挤压。 任务二 认识功能高分子材料 二、高分子分离膜 RO反渗透膜一般用高分子材料制成，如：醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜 生活中，我们常常忽视了自己家中饮用水的卫生情况。而净水器作为一种高效环保的家居必备家电，可为我们提供了清洁可口的饮用水。 任务二 认识功能高分子材料 二、高分子分离膜 1、分离原理：只允许水及一些小分子物质通过，其余物质被截留在膜的另一侧，称为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。 任务二 认识功能高分子材料 二、高分子分离膜 2、分类： ①根据膜孔大小：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等。 ②根据分离膜材料：醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。 任务二 认识功能高分子材料 二、高分子分离膜 3、应用 1、海水淡化和饮用水的制取 任务二 认识功能高分子材料 二、高分子分离膜 3、应用 2、血液透析 任务二 认识功能高分子材料 三、其他功能高分子材料 人造 血管 人造 皮肤 人造 心脏 人造 骨骼 $