高中化学选修5之知识讲解_应用广泛的高分子材料 功能高分子材料_基础-

应用广泛的高分子材料 功能高分子材料

【学习目标】

1、了解常见功能高分子材料的成分及优异性能，了解“三大合成材料”的结构、性能和用途；

2、了解功能高分子材料在人类生产、生活中的重要应用，了解治理“白色污染”的途径和方法；

3、了解各类功能高分子材料的优异性能及其在高科技领域中的应用；

4、以合成高分子化合物的背景，了解有机合成在发展经济、提高生活质量方面的贡献。

合成材料品种很多，按用途和性能可分为合成高分子材料（包括塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料等）；功能高分子材料（包括高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、高吸水性树脂等）和复合材料。其中，被称为“三大合成材料”的塑料、合成纤维和合成橡胶应用最广泛。

【要点梳理】

要点一、塑料【应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#应用广泛的高分子材料 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。

3．几种重要的塑料的性质。

（1）聚乙烯塑料的性质。

①聚乙烯塑料无嗅、无毒、具有优良的耐低温性能，最低使用温度可达－

100℃；化学稳定性好，能耐大多数酸、碱的腐蚀；常温下不溶于一般溶剂，吸水性小；电绝缘性能优良。

②聚乙烯塑料品种很多，应用广泛，主要有：薄膜（低密度聚乙烯，有良好的透明度和一定的抗拉强度）用于各种食品、医药、衣物、化肥等的包装；中空制品（高密度聚乙烯，强度较高）用于塑制各种瓶、桶、罐、槽等容器；管板材（高密度聚乙烯）用于铺设地下管道和建筑材料；纤维（线型低密度聚乙烯）用于生产渔网绳索；包覆材料，用做包覆电缆、电线的高频绝缘材料。

（2）酚醛树脂。

①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。 ②酚醛树脂属于热固性塑料，体型酚醛树脂受热后都不能软化或熔融，也不溶于任何溶剂。

③酚醛树脂主要用做绝缘、隔热、难燃、隔音器材和复合材料。

要点二、合成纤维【应用广泛的高分子材料 功能高分子材料#合成纤维】

1．化学纤维是人造纤维和合成纤维的统称。

天然纤维：如棉花、羊毛、麻等

化学纤维： 人造纤维：如黏胶纤维 合成纤维：如“六大纶”、光导纤维等 纤维

合成纤维性能优异，原料来源丰富、价格便宜、用途广泛、生产不受气候等自然条件的限制。涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶被称为合成纤维的“六大纶”。它们具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点。

合成纤维除了改善了人们的穿着外，还被广泛用于工农业生产和高科技的各个领域。

要点三、橡胶

1．橡胶是具有高弹性的高分子化合物。

2．根据来源不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。

3．合成橡胶以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成，已经发展有丁苯橡胶、顺丁橡胶、合成天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶等品种。

4．合成橡胶一般具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或耐低温等性能。比如，顺丁橡胶的特点是弹性高，耐磨、耐寒’

性好，可在寒冷地带使用，主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带等。

要点四、功能高分子材料

1．概念。

在合成高分子的主链或支链上接上带有某种特定功能的官能团，使它们具有特殊的功能，以满足光学、电学、磁学、热学、化学、生物学、医学等方面的要求，这样形成的高分子统称为功能高分子。

2．分类。

目前，常用的功能高分子材料的分类可表示如下：

3．几种重要的功能高分子材料。

（1）高吸水性树脂：

①有两种方法可以获得具有高吸水性能的树脂：

a ．对淀粉、纤维素等天然吸水材料进行改性，往它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，以提高它们的吸水能力。

b ．以带有强亲水性原子团的化合物，如丙烯酸等为单体，均聚或两种单体共聚，得到亲水性聚合物。 这两种方法的共同点是：都要在反应中加入少量含有两个双键的二烯化合物作为交联剂，让高聚物分子链间发生交联，得到具有网状结构的树脂。

②高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业、植树造林时抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。

（2）离子交换树脂主要用于分离和提纯，如制取去离子水，回收工业废水中的金属，硬水的软化等。

（3）医用高分子（如硅橡胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等）的生物相容性较好、安全无毒，可用于制造医用器械和人造器官。

要点五、复合材料

1．概念。

复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料，其中一种材料作为基体，其他材料作为增强剂。

2．性能。

复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过单一材料。

3．应用。

复合材料主要应用于宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面。 要点六、合成材料的应用及发展

合成材料广泛应用于工农业、国防、医药卫生、交通及日常生活等领域。随着经济的发展，各行各业对材料

高吸水性树脂 离子交换树脂 光敏高分子 导电高分子 高分子催化剂和试剂 医用高分子 高分子膜 常用功能高分子材料

的需求在逐渐增多，对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大，在人们的生产和生活中将发挥越来越重要的作用。

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，一些塑料制品所带来的“白色污染”尤为严重。目前，治理“白色污染”主要应从减少使用和加强回收开始，从长远来看，可逐步以可降解塑料取代现在普遍使用的塑料，从根本上解决“白色污染”问题。

【典型例题】

类型一：合成材料的性能及用途

例1 下列说法中正确的是（）。

A．天然纤维就是纤维素

B．合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品

C．化学纤维的原料可以是天然纤维

D．生产合成纤维的过程中发生的是物理变化

【思路点拨】本题考查对合成材料的性能、用途的理解与掌握以及对三大合成材料的优缺点的对比与分析。

【答案】B、C

【解析】天然纤维不仅包括纤维素，还包括羊毛、蚕丝等；生产合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品，在生产过程中必包含有加聚或缩聚反应，应属化学变化；化学纤维的原料可以是天然纤维。如黏胶纤维就是用木材、草类等天然纤维经化学加工制成的。

【总结升华】注意本节要点中概念的内涵和外延。在学习化学的过程中，需要准确理解概念的实质才能应对题干中一些模糊的选项做出判断。

举一反三：

【变式1】下列原料或制成的成品中，可溶于有机溶剂的是（）。

A．有机玻璃

B．从废轮胎上刮下的橡胶粉末

C．涤纶绳（其主要成分为）

D．电木

【答案】A、C

【变式2】下列有关高分子材料的说法中正确的是（）

A．包装食品用的聚氯乙烯塑料袋破裂后可以热修补

B．具有线型结构的热固性塑料可制作电源插座

C．天然橡胶的结构中含有“C＝C”键

D．羊毛、蚕丝和尼龙都是天然纤维

【答案】C

【解析】聚氯乙烯中的增塑剂有毒，不能用于食品包装，A项错误；制作电源插座的材料是网状结构的材料，B项错误；尼龙是人造纤维，D项错误。

【变式3】下列说法中正确的是（）。

A．硫化橡胶遇汽油能发生溶胀

B．聚硫橡胶具有良好的耐严寒、耐高温性能

C．合成橡胶是以石油、天然气为原料，以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子

D．橡胶的老化实质上发生的是酯化反应

【答案】A、C

例2（2015 福建三明一中期中）食品保鲜膜按材质分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）等种类。PVC被广泛用于食品、蔬菜的外包装，但它对人体有潜在危害。下列有关叙述中不正确的是（）A．PVC保鲜膜属于链状聚合物，在高温时易熔化

B．PVC的单体不能由PE的单体与氯化氢加成制得

C．鉴别PE和PVC，可将其放入试管中加热，在试管口放置一湿润的蓝色石蕊试纸，如果试纸变红，则为PVC，不变红，则为PE

D．等质量的聚乙烯和乙烯分别完全燃烧，聚乙烯消耗的氧气多

【思路点拨】首先分别找出这三种塑料的单体，然后再仔细分析各个选项，从而得出正确结论。

【答案】D

【解析】A项PE、PVC都属于链状高分子化合物，能溶于酒精，加热熔化、冷却后变成固体，可以反复进行，故A正确；B项PVC单体为氯乙烯，应该由乙炔和HCl加成得到，故B正确；C项PVC加热产生氯化氢而PE不产生，根据是否有氯化氢产生即可鉴别，故C正确；D项乙烯是聚乙烯的单体，它们的最简式相同，它们含C和H的质量分数分别相等，所以等质量的两者燃烧时生成CO2、H2O的量分别相等，消耗的氧气的量也相等，故D错误。故选D。

【总结升华】聚氯乙烯易分解形成有毒的氯化氢，不可作为食品包装用，用于食品包装的是聚乙烯塑料。

类型二：功能高分子材料及复合材料的结构和性能

例3 下列材料属于复合材料的是（）。

A．聚丙烯B．铝合金C．黏合剂D．玻璃钢

【思路点拨】本题考查复合材料的结构、性能和应用等。

【答案】D

【解析】复合材料是由两种或两种以上的材料组合成的一种新型材料。复合材料可以发挥每一种材料的长处，并避免其缺点，这样既可以充分利用资源，又可以节约能源。如玻璃钢是以玻璃纤维作增强材料，树脂作基体的复合材料，玻璃钢是一种复合材料。

【总结升华】聚丙烯、黏合剂均属于高分子材料，铝合金是铝和其他金属的特殊混合物，都不是复合材料。

举一反三：

【变式1】（2016 德州月考）科学家研制的一种使沙漠变绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定的

（聚丙烯酸酯）与水的混合物，使其与沙粒结合，形成既能阻止地下的盐分上升，又能拦截、蓄积雨水作用。下列对聚丙烯酸酯的叙述中正确的是（）。

A．聚丙烯酸酯的单体结构式为CH3-CH2COOR

B．聚丙烯酸酯有固定的沸点

C．聚丙烯酸酯能发生加成反应

D．合成聚丙烯酸酯的反应属于加聚反应

【答案】D

【解析】A项由高分子化合物的结构简式可知其单体为CH2=CH2COOR，故A错误；B项聚丙烯酸酯属于

混合物，没有固定的熔沸点，故B错误；C项聚丙烯酸酯的链节为，没有碳碳双键，故C错误；D 项合成聚丙烯酸酯的反应属于加聚反应，故D正确。故选D。

类型三：合成材料对环境的危害

例4 环保专家预言：废弃的地膜最终将成为祸害。武汉大学张俐娜教授提出用甘蔗渣、麦秆、芦苇浆做原

料生产“再生纤维素共混膜”的研究课题，终获成功。使用“再生纤维素共混膜”不但能使农作物增产20％，而且其使用寿命一旦终结，其成分的30％可被微生物吃掉，剩余部分会在40多天内自动降解，对土壤无副作用。请回答下列问题：

（1）普通地膜能造成什么“祸害”？

（2）有人建议焚烧处理这些普通塑料废弃物，你认为可行吗？为什么？

（3）写出这种“再生纤维素共混膜”的主要化学成分（纤维素）的基本结构简式，该薄膜降解可能生成什么？

【答案】（1）普通地膜等塑料废弃物性质稳定，在自然界中难被生物降解，长期留在土壤中，会破坏土壤结构，降低土壤肥效，对农业生产造成危害。

（2）不行。焚烧废弃塑料，尤其是含氯塑料会严重污染环境。

（3）[C6H7O2(OH)3]n，该薄膜降解可能生成CO2和H2O（及其他无机盐）等。

【解析】塑料废弃物形成污染的主要原因是所用的合成树脂结构稳定。不易降解成小分子。而“再生纤维素共混膜”可以自动降解。故可以防止污染的产生。

举一反三：

【变式1】下列高分子在空气中燃烧只生成CO2和H2O的是()

A、白明胶(动物胶)

B、粘胶纤维

C、氯丁橡胶

D、毛发

【答案】B

【变式2】为了保护人类的生存环境，人们开始着手利用废弃塑料，使它成为有用的资源：

①___________ ②____________ ③___________。科学家展望，21世纪的高分子化学，要制造出对环境友好的高分子，包括在环境中可降解的塑料。例如，以_________和__________为原料制成聚乙烯光降解塑料；以_____________和_____________为原料制成微生物降解塑料等。

【答案】①直接用作材料②热解成单体③制成燃油和燃气乙烯CO 纤维素淀粉