應用廣泛的高分子材料

1、第五章 進入合成高分子化合物的時代第二節(jié) 應用廣泛的有機高分子材料沁陽一中 岳愛國 學習目標 1、高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。 2、合成纖維的結(jié)構(gòu)和性能。 3、合成橡膠的結(jié)構(gòu)與性能及其關(guān)系 學習難點 酚醛樹脂的制備。三三大大支支柱柱產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)能源能源材料材料信息信息是能源和信息發(fā)展的基礎(chǔ)是能源和信息發(fā)展的基礎(chǔ)有機合成高分子材料是材有機合成高分子材料是材料工業(yè)的一個重要方面料工業(yè)的一個重要方面 時代時代 的劃分常以材料為標志的劃分常以材料為標志 石器時代、青銅器時代、鐵器時代、石器時代、青銅器時代、鐵器時代、 鋼鐵時代鋼鐵時代 、高分子時代、高分子時代材料簡介合合成成材材料料合成高分合成高

2、分子材料子材料功能高分功能高分子材料子材料復合材料復合材料高分子分離膜、液晶高分子、高分子分離膜、液晶高分子、導電高分子、醫(yī)用高分子、導電高分子、醫(yī)用高分子、高吸水性樹脂高吸水性樹脂塑料、合成纖維、合成橡膠、塑料、合成纖維、合成橡膠、黏合劑、涂料黏合劑、涂料三大合成材料三大合成材料一一 、塑料、塑料添加了特定用途的添加劑的樹脂添加了特定用途的添加劑的樹脂樹脂是指未經(jīng)加工處理的、沒有與各樹脂是指未經(jīng)加工處理的、沒有與各種添加劑混合的聚合物種添加劑混合的聚合物塑料樹脂添加劑塑料樹脂添加劑樹脂的本性決定了塑料的主要基本性樹脂的本性決定了塑料的主要基本性能，添加劑也起重要作用能，添加劑也起重要作用結(jié)構(gòu)

3、結(jié)構(gòu) 性質(zhì)性質(zhì) 用途用途決定決定 決定決定 線型結(jié)構(gòu)：線型結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)支鏈結(jié)構(gòu)：支鏈結(jié)構(gòu)：具有熱塑性?？捎米魉芰媳∧?、具有熱塑性?？捎米魉芰媳∧?、塑料袋。塑料袋。具有熱固性。即加工成型不會具有熱固性。即加工成型不會受熱熔化?？捎米麟娔荆ǚ尤┦軣崛刍?。可用作電木（酚醛塑料）。塑料）。熱固性塑料熱固性塑料再次受熱時，再次受熱時，鏈與鏈間會形成共價鍵，鏈與鏈間會形成共價鍵，產(chǎn)生一些交聯(lián)，形成產(chǎn)生一些交聯(lián)，形成體型體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬化定型，硬化定型為什么兩種塑料的特性不同呢?熱塑性塑料熱塑性塑料具有長鏈狀的具有長鏈狀的線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu)。受熱時，分子受熱時，分子間作用力減弱，

4、易滑動；間作用力減弱，易滑動；冷卻時，相互引力增強，冷卻時，相互引力增強，會重新硬化會重新硬化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)熱塑性塑料：熱塑性塑料：高分子鏈間無永久性的化學交聯(lián)高分子鏈間無永久性的化學交聯(lián),只有只有微弱的分子間作用力微弱的分子間作用力 以及由于鏈間糾纏所以及由于鏈間糾纏所造成的造成的暫時性物理交聯(lián)暫時性物理交聯(lián)，此交聯(lián)會隨加工過程此交聯(lián)會隨加工過程而產(chǎn)生而產(chǎn)生有糾纏及去糾纏的現(xiàn)象；有糾纏及去糾纏的現(xiàn)象；因此熱塑性塑因此熱塑性塑料會隨加熱而有料會隨加熱而有軟化變形乃至于流動軟化變形乃至于流動的現(xiàn)象的現(xiàn)象:隨隨溫度下降則有固化變硬溫度下降則有固化變硬的情形，為的情形，為可逆過程可逆過程

5、。 熱塑性塑料的特性熱塑性塑料的特性 受熱時軟化并可熔化成流動的液體，冷卻受熱時軟化并可熔化成流動的液體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，可反復加工，后變成固體，加熱后又熔化，可反復加工，多次使用多次使用熱固性塑料：塑料在加工過程中受熱發(fā)生聚合熱固性塑料：塑料在加工過程中受熱發(fā)生聚合反應，透過交聯(lián)劑反應，透過交聯(lián)劑(或稱做架橋劑或稱做架橋劑)的作用的作用分子鏈分子鏈間產(chǎn)生化學交聯(lián)間產(chǎn)生化學交聯(lián)，形成緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)，形成緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)反應本身是反應本身是不可逆不可逆的化學反應，因此熱固性塑的化學反應，因此熱固性塑料在加工后并不會如熱塑性塑料般會受熱軟化，料在加工后并不會如熱塑性塑料般會

6、受熱軟化，若溫度過高則發(fā)生裂解而不會有軟化變形的現(xiàn)若溫度過高則發(fā)生裂解而不會有軟化變形的現(xiàn)象。象。 熱固性塑料的特性：熱固性塑料的特性： 不能加熱熔融，只能一次成型。不能加熱熔融，只能一次成型。 耳機線為什么總纏在一起？耳機線為什么總纏在一起？聚乙烯分子鏈上的聚乙烯分子鏈上的碳原子完全由碳碳碳原子完全由碳碳單鍵相連，單鍵可單鍵相連，單鍵可旋轉(zhuǎn)，使它不可能旋轉(zhuǎn)，使它不可能成一條直線，只能成一條直線，只能成不規(guī)則的卷曲狀成不規(guī)則的卷曲狀態(tài)。態(tài)。1.聚乙烯聚乙烯高壓聚乙烯高壓聚乙烯低壓聚乙烯低壓聚乙烯合成條件合成條件分子結(jié)構(gòu)類型分子結(jié)構(gòu)類型有無支鏈有無支鏈高分子鏈長短高分子鏈長短相對分子質(zhì)量相對分子

7、質(zhì)量高壓高溫引發(fā)劑高壓高溫引發(fā)劑較低壓力催化劑較低壓力催化劑線型線型支鏈型支鏈型有長短不一的支鏈有長短不一的支鏈少有或沒有少有或沒有相對較長相對較長相對較短相對較短較低較低較高較高高壓聚乙烯高壓聚乙烯低壓聚乙烯低壓聚乙烯熔融溫度熔融溫度密度密度硬度硬度分子間作分子間作用力用力低密度低密度相對較低相對較低相對較小相對較小相對較小相對較小相對較高相對較高高密度高密度相對較大相對較大相對較大相對較大高或低密度的聚乙烯均可溶解于適當?shù)挠袡C溶劑高或低密度的聚乙烯均可溶解于適當?shù)挠袡C溶劑（低密度聚乙烯）（低密度聚乙烯）（高密度聚乙烯）（高密度聚乙烯）影響高分子化合物熔點、密度的因素：影響高分子化合物熔點、

8、密度的因素：(1)高分子高分子鏈越長鏈越長相對分子質(zhì)量越大相對分子質(zhì)量越大分分子間的作用力越大子間的作用力越大熔點、密度越高熔點、密度越高(2)鏈與鏈與鏈鏈之間之間越密越密鏈之間的作用力越大鏈之間的作用力越大熔點、密度越高熔點、密度越高 聚乙烯聚乙烯(PE)(PE)產(chǎn)品產(chǎn)品 保鮮膜保鮮膜吹塑成型的聚乙烯薄膜吹塑成型的聚乙烯薄膜無毒無毒，化學，化學穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好，適合做食品和藥物的，適合做食品和藥物的包裝材料包裝材料單體單體: CH2=CH2聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）化學化學穩(wěn)定性穩(wěn)定性好，耐酸堿腐蝕，使用好，耐酸堿腐蝕，使用溫度溫度不不宜宜超超過過6060，在在低溫低溫下會下會變硬變

9、硬分為：分為：軟軟質(zhì)塑料和質(zhì)塑料和硬硬質(zhì)塑料質(zhì)塑料單體單體: CH2=CHCl聚苯乙烯聚苯乙烯單體：單體：CH2=CHC6H5聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 （有機玻璃）（有機玻璃）單體：單體：CH2=CCH3COOCH3聚聚四四氟氟乙乙烯烯塑塑料料單體：單體：CF2CF2酚醛塑料酚醛塑料單體：單體：苯酚、甲醛苯酚、甲醛分組編號分組編號實驗步驟實驗步驟苯酚苯酚+甲醛甲醛+濃鹽酸濃鹽酸 苯酚苯酚+甲醛甲醛+濃氨水濃氨水產(chǎn)品外觀產(chǎn)品外觀加熱試驗加熱試驗酒精溶解酒精溶解結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點水浴加熱水浴加熱15min洗凈、洗凈、 烘干烘干粉紅色固體粉紅色固體 軟化（熱塑性）軟化（熱塑性） 不軟化（熱固不

10、軟化（熱固 性）性）溶解溶解不溶解不溶解線型線型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 酚醛塑料酚醛塑料單體：單體： 苯酚、苯酚、 甲醛甲醛OHHCHOOHCH2OHOHCH2 OHCH2OHOHCH2n水浴加熱水浴加熱酚醛樹脂的制備.wmv.flv酸性條件下線性結(jié)構(gòu)酸性條件下線性結(jié)構(gòu)OH+ HCHOOHCH2OHCH2OHHOCH2堿性條件下生成三羥甲基苯酚堿性條件下生成三羥甲基苯酚酚醛樹脂局部結(jié)構(gòu)酚醛樹脂局部結(jié)構(gòu)下列高聚物經(jīng)簡單處理可以從線型結(jié)下列高聚物經(jīng)簡單處理可以從線型結(jié)構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)的是（構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)的是（ ）CH2CH2CHCH2nCH3OH CH2CH2CH2CHCH2nClnCH2CHn

11、ClABCDBC線型結(jié)構(gòu)里必須還存在能發(fā)生加線型結(jié)構(gòu)里必須還存在能發(fā)生加聚或縮聚反應的官能團，如雙鍵、聚或縮聚反應的官能團，如雙鍵、羥基、氨基等，才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榱u基、氨基等，才有可能轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)。體型結(jié)構(gòu)。二、合成纖維二、合成纖維灼燒情況灼燒情況受酸溶液受酸溶液的影響的影響受堿溶液的受堿溶液的影響影響純棉純棉燒后呈粉狀，燒后呈粉狀，無異味無異味輕微輕微輕微輕微羊毛羊毛燒焦羽毛氣味，灰燒焦羽毛氣味，灰燼為黑色小顆粒燼為黑色小顆粒受腐蝕受腐蝕部分溶解部分溶解尼龍布尼龍布 接近火接近火 焰時迅速焰時迅速卷縮，趁熱可拉成卷縮，趁熱可拉成絲，燒后不易破碎絲，燒后不易破碎幾乎不變幾乎不變幾乎不變幾乎不變

12、天然纖維：天然纖維：如棉花、羊毛、蠶絲和麻等如棉花、羊毛、蠶絲和麻等纖維纖維合成纖維：合成纖維：用石油、天然氣等不用石油、天然氣等不含天然纖維的物質(zhì)為原料，經(jīng)過化學含天然纖維的物質(zhì)為原料，經(jīng)過化學合成加工制得的纖維合成加工制得的纖維如腈綸如腈綸(人造羊毛人造羊毛) 、錦綸、錦綸(尼龍尼龍)、維、維綸、氯綸、滌綸綸、氯綸、滌綸(的確良的確良)和丙綸等和丙綸等“六大綸六大綸” 合成纖維具有合成纖維具有優(yōu)良的性能優(yōu)良的性能：如：如強度高、彈性好、耐磨、耐化強度高、彈性好、耐磨、耐化學腐蝕和不怕蟲蛀學腐蝕和不怕蟲蛀等。等。世界上出現(xiàn)的世界上出現(xiàn)的第一第一種種合成纖維是合成纖維是 20 世世紀紀 30

13、年代美國杜邦年代美國杜邦公司科研小組研制公司科研小組研制出的尼龍出的尼龍 66（NylonNylon，聚酰胺，聚酰胺66），它是由己二），它是由己二酸和己二胺縮聚而酸和己二胺縮聚而成的。成的。滌綸滌綸尼龍尼龍紡綸纖維織成紡綸纖維織成的防彈衣腈綸的防彈衣腈綸腈綸腈綸 2003年年3月月26日，在伊日，在伊拉克的英國皇家海軍陸戰(zhàn)拉克的英國皇家海軍陸戰(zhàn)隊戰(zhàn)士埃里克隊戰(zhàn)士埃里克沃爾德曼頭沃爾德曼頭盔連中四槍。盔連中四槍。 沃爾德曼所沃爾德曼所戴的頭盔是這次英軍專門戴的頭盔是這次英軍專門為戰(zhàn)爭打造的，其外層和為戰(zhàn)爭打造的，其外層和普通頭盔沒什么區(qū)別，里普通頭盔沒什么區(qū)別，里料則采用的是一種名叫料則采用的

14、是一種名叫“凱夫拉爾凱夫拉爾”的的特制纖維特制纖維。該纖維含有高分子聚合塑該纖維含有高分子聚合塑料料，硬度比普通鋼鐵高，硬度比普通鋼鐵高40%。質(zhì)地如此堅硬，能。質(zhì)地如此堅硬，能夠刀槍不入也就不足為奇夠刀槍不入也就不足為奇了。了。 高強纖維的代表高強纖維的代表: Kevlar芳綸：全芳香族聚酰胺芳綸：全芳香族聚酰胺抗拉強度抗拉強度模量模量斷裂伸長斷裂伸長宇航員費俊龍、聶海勝凱旋歸來宇航員費俊龍、聶海勝凱旋歸來唐鑫源，江蘇省無錫市人。先后畢唐鑫源，江蘇省無錫市人。先后畢業(yè)于上海光華大學、美國麻省羅宛業(yè)于上海光華大學、美國麻省羅宛爾理工大學、北卡羅納大學、威斯爾理工大學、北卡羅納大學、威斯康新大學

15、，專攻化學、紡織染整工康新大學，專攻化學、紡織染整工程、高分子化學，獲哲學博士。程、高分子化學，獲哲學博士。19621962年，美國太空總署太空飛行中年，美國太空總署太空飛行中心成立，唐鑫源先生出任材料研究心成立，唐鑫源先生出任材料研究所所長，主持研究太空應用材料，所所長，主持研究太空應用材料，研制成能抵御輻射線與高溫的非金研制成能抵御輻射線與高溫的非金屬材料，以及防火材料等等，應用屬材料，以及防火材料等等，應用于登陸月球之阿波羅于登陸月球之阿波羅APOLLOAPOLLO太空艇太空艇及登陸月球艇、太空飛行實驗室及登陸月球艇、太空飛行實驗室SKYLABSKYLAB，太空梭，太空梭SPACE SH

16、UTTLESPACE SHUTTLE以以及太空站及太空站SPACE STATIONSPACE STATION。同時主。同時主持研究設(shè)計太空衣、飛行工作衣、持研究設(shè)計太空衣、飛行工作衣、駕駛裝、運動裝、維生系統(tǒng)、太空駕駛裝、運動裝、維生系統(tǒng)、太空工作設(shè)備與工具，以維持和保護太工作設(shè)備與工具，以維持和保護太空飛行任務(wù)之功效與安全。贊譽唐空飛行任務(wù)之功效與安全。贊譽唐鑫源先生為鑫源先生為“太空衣之父太空衣之父” 宇航員的服裝能使太空的人處于加壓狀態(tài)，供給宇航員生命所需的氧氣，控制溫度和濕度，防止輻射，還要經(jīng)得起微流星的沖擊。 宇航服中已經(jīng)應用了一百三十多種新型材料。其中多數(shù)是有機合成材料。 密閉頭盔

17、由透明聚碳酸酯組成，密閉服由耐高溫的防火聚酰胺纖維織物等特殊材料組成。宇航服面罩是由碳材料制成的金剛石膜。三三. .橡橡 膠膠 橡膠橡膠是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。1、天然橡膠天然橡膠的化學組的化學組成是成是聚異戊二烯聚異戊二烯：2、合成橡膠分為、合成橡膠分為通用橡膠通用橡膠和和特種橡膠特種橡膠通用橡膠：通用橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。特種橡膠：特種橡膠：如耐熱和耐酸堿的如耐熱和耐酸堿的氟橡膠氟橡膠、耐高溫和耐嚴、耐高溫和耐嚴寒的寒的硅橡膠硅橡膠等等性能全面

18、，但易老化性能全面，但易老化性能不及天然橡膠全面，但其具有彈性、絕緣性、氣性能不及天然橡膠全面，但其具有彈性、絕緣性、氣密性、耐高溫或低溫等性能。密性、耐高溫或低溫等性能。橡橡膠膠產(chǎn)產(chǎn)品品天然橡膠為何容易老化？實驗室盛哪些藥天然橡膠為何容易老化？實驗室盛哪些藥品的試劑瓶的瓶塞不能用橡膠塞？品的試劑瓶的瓶塞不能用橡膠塞？天然橡膠含有雙鍵，易起加成反應和易被氧化，所以易老化。天然橡膠含有雙鍵，易起加成反應和易被氧化，所以易老化。KMnO4 溶液、濃溶液、濃HNO3、液溴、汽油、苯、四氯化碳等。液溴、汽油、苯、四氯化碳等。順丁橡膠順丁橡膠nCH2=CH-CH=CH2催化劑催化劑C=CCH2CH2HH n1 2 3 41 42 3兩種：三葉橡膠（順式）、杜仲膠（反式）兩種：三葉橡膠（順式）、杜仲膠（反式）丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯共聚共聚而成的彈性體，而成的彈性體，合成丁苯橡膠合成丁苯橡膠CH2=CH-CH=CH2 CH2= CH 1,3-丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯硫化橡膠硫化橡膠優(yōu)點優(yōu)點: 具有較高的強度、韌具有較高的強度、韌性、良好的彈性和化學穩(wěn)性、良好的彈性和化學穩(wěn)定性等定性等四、復合材料四、復合材料學與問學與問 每種材料都