（中职）有机化学（第四版）第十四章 合成高分子化合物教学课件.ppt

正版可修改PPT课件（中职）有机化学（第四版）第十四章 合成高分子化合物教学课件第十四章 合成高分子化合物【学习目标】n了解高分子化合物的基本概念和命名方法。n了解高分子化合物的合成方法和特性。n 熟悉重要的合成高分子材料塑料、纤维、橡胶、离子交换树脂等的制法、性能和用途。n 了解新型有机高分子材料及其发展趋势。2 本章仅就高分子化合物的一些基本概念、基本知识、几种常见的有机高分子材料及有机新型高分子材料的性能与用途做简单的介绍。蛋白质、淀粉、纤维素都是天然高分子化合物，它们在生物体的生命活动中起着重要的作用，随着社会的发展和科学技术水平的提高，20世纪初期出现了人工合成的高分子化合物，如三大合成材料塑料、橡胶、合成纤维，现在合成材料的使用远远超过了天然高分子材料，从人们的衣、食、住、行到现代工业、农业、尖端科学技术中己成为不可缺少的应用材料。目前，世界合成高分子材料 的年产量己超过全部金属材料的产量，因此，20世纪被称为聚合物时代。进入21世纪，对性能更优异、应用更广泛的新型高分子材料，如具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料、隐身材料、复合材料、高分子分离膜、具有优良导电性能的导电塑料聚乙炔等，尤其是具有生物功能的智能高分子材料的研究，将是21世纪功能高分子材料的一个新生长点。如果说20世纪，合成材料是人类文明的标志，那么21世纪将是智能材料 的时代。3第一节 基 本 概 念一、高分子化合物的含义 高分子化合物是指相对分子质量高达104106的大分子化合物。由于高分子化合物大部分是由一种或几种小分子化合物经聚合反应以共价键连接而成的，所以也叫高聚物或聚合物。虽然高分子化合物的相对分子质量很高，但其元素组成和分子构造并不复杂。它是由简单的构造单元以重复的方式连接而成，例如，聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而成的。其中氯乙烯（CH2 CHCl）就是聚氯乙烯的单体。nCH2CHCl聚合 CH2CHCln4 组成聚氯乙烯的构造单元 称为链节，n表示链节的数目，称为聚合度。高分子化合物的相对分子质量Mr是链节式量M0与聚合度n的乘积，可用下式表示：CH2CHClnMr MO n 实际上，同一种高分子化合物是由许多链节相同而聚合度不同的化合物组成的混合物，也就是说，同一种高分子化合物中各个分子相对分子质量是不同的。因此，高分子化合物的相对分子质量是指平均相对分子质量。高聚物中相对分子质量不等的现象称为高分子化合物的多分散性。5二、高分子化合物的分类 高分子化合物的种类繁多，为了便于研究，将它们进行分类。常用的分类方法有下列几种。n 按来源分类 可将高分子化合物分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。n 按性能和用途分类 可将高分子化合物分为塑料、橡胶和纤维三大类。各大类化合物又可分为若干类别。塑料热塑性塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）热固性塑料（如酚醛塑料）橡胶天然橡胶合成橡胶（如丁苯橡胶、丁腈橡胶等）纤维天然纤维（如棉、毛、丝等）合成纤维（如涤纶、腈纶等）6n 按主链结构分类 根据高分子化合物主链结构的不同，可分为碳链高分子化合物，杂链高分子化合物和元素高分子化合物。碳链高分子化合物 主链全部由碳原子连接而成，如聚丙烯：CH2CHCH3n 杂链高分子化合物 主链除碳原子外还夹有氧、硫、氮等杂原子，如聚己内酰胺：HNH CH2 CH（）5O 元素高分子化合物 主链通常由硅、氧、铝、钛、硼等原子所组成。但侧链多为有机基团，例如：甲基硅橡胶：CH3SiOCH3n7n 按分子链的结构分类 可将高分子化合物分为线型高分子化合物和体型高分子化合物。线型高分子化合物 高聚物的各链节连接成一长链，在主链上也可以带支链，如图所示。如聚乙烯、聚氯乙烯等。支链型结构伸展状卷曲状线型结构图1411高分子几何形状示意图8 体型高分子化合物 高聚物由线型高分子互相交联起来，形成网状的三度空间结构见图。如酚醛树脂等9三、高分子化合物的命名 高分子化合物系统命名法比较复杂，实际上很少使用。合成高分子化合物通常按制备方法及原料名称来命名。n 按制备方法命名 加聚物的命名 如用加聚反应制得的高聚物，往往是在单体名称前面加个“聚”字。例如氯乙烯的聚合物叫聚氯乙烯，苯乙烯的聚合物叫聚苯乙烯。缩聚物的命名 用缩聚反应制得的高聚物，大多数在单体的简称后面加上“树脂”二字来命名。例如苯酚和甲醛缩合得到的缩聚物叫酚醛树脂等。加聚物在未制成制品前也常用树脂来称呼，例如聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂等。合成橡胶的命名 由不同单体共聚得到的合成橡胶是在单体简称后面加“橡胶”二字。由1，3丁二烯和苯乙烯共聚得到 的共聚物叫丁苯橡胶；由1，3丁二烯和丙烯腈共聚得到的共聚物叫丁腈橡胶等。n 商品名称 许多高聚物还常用商品名。例如：聚己内酰胺叫尼龙6；聚己二酰己二胺叫尼龙66；聚甲基丙烯酸甲酯叫有机玻璃。10第二节 高分子化合物的特性一、溶解性 线性高分子化合物一般可溶解在适当的溶剂中。具有网状结构的体型高分子化合物（丁苯橡胶）一般不易溶解；有的只能被溶剂溶胀而不溶解，如丁苯橡胶就属于此类。二、良好的机械强度 高分子化合物由于其分子链具有线型和网状结构，分子中原子的数目又非常多，因此分子间作用力较大，具有良好的机械强度。某些高聚物可代替一些金属，制成多种机械零件，有的比金属强度还大。例如，将10Kg高分子材料或金属材料做成100米长的绳子吊重物，尼龙绳能吊15500Kg，涤纶能吊12000Kg，金属钛能吊7700Kg，碳钢绳能吊6500Kg。11三、柔顺性和弹性 线型高分子化合物的分子链很长，由于某种原因，原子间的键可以自由旋转，分子链也能自由旋转，这样使每个链节的相对位置可以不断变化，因此分子能以各种卷曲状态存在，这种性能称为高分子链的柔顺性，当施加外力拉伸时，分子链可被拉直伸长，当外力取消后又卷曲收缩，所以具有弹性。柔顺性越大，弹性越好。橡胶就是具有良好弹性的高聚物。四、可塑性 将线型高分子化合物加热到一定温度时，就会变软，软化后的高聚物可放在模子里压制成特定的形状，再经冷却至室温，其形状依然保持不变。高聚物的这种特性叫做可塑性。常见的塑料如聚乙烯、聚苯乙烯等都是可塑性的高聚物。日常生活中的塑料制品就是这样压制成型的。12五、良好的绝缘性 不含极性基团的高聚物，如聚乙烯、聚丙烯等由于分子中不存在自由电子和离子，键的极性也很小，因此不易导电，是良好的电绝缘材料，用于包裹电缆，制成各种电器设备的零件等。分子中含有极性基的高聚物，如聚氯乙烯、聚酰胺等，其绝缘性随分子极性的增强而降低。高分子化合物除具有上述几种特性外，还有耐油。耐磨。不透水、不透气等特性。高分子化合物虽然有许多特性，但也有一些缺点，如废弃后不易分解，易燃烧、易老化等。如何通过改善高分子化合物的结构，改进它们的聚合和加工工艺及注意它们的使用环境和条件，以提高高分子材料的性能，降低老化，减少高分子村料对环境的污染，都是研究高分子化合物的重要课题。13第三节 高分子化合物的合成 由单体合成高分子化合物主要采用两种基本反应，一是加成聚合反应（简称加聚反应），二是缩合聚合反应（简称缩聚反应）一、加聚反应 加聚反应是指由一种或多种单体，通过相互加成而聚合成高聚物的反应，并且反应中无低分子物质析出。在高聚物中链节的化学组成与单体相同，故加聚物的相对分子质量是单体相对分子质量的整数倍。通常用含有双键、共轭双键的化合物作为加聚反应的单体。加聚反应按照单体的种类多少，又可分为均聚反应和共聚反应。n 均聚反应由同种单体发生的加聚反应叫均聚以应，例如乙烯聚合成聚乙烯。nCH2 CH2 CH2CH2（）n14n 共聚反应 由不同单体发生的加聚反应叫共聚反应。例如乙烯和丙烯聚合成乙丙橡胶。nCH3 共聚反应往往用来改善高分子化合物的性能。例如，通过均聚反应得到的聚丁二烯橡胶的耐油性较差，而通过共聚反应得到的聚丁二烯橡胶就具有较好的耐油性。二、缩聚反应 缩聚反应是指由一种或多种单体通过缩合而形成的高聚物，同时伴有低分子物质（如水、卤化氢、氨、醇等）生成的反应。在缩聚反应中，由于析出了低分子副产物，所以缩聚物中链节的化学组成与单体不同，故缩聚的相对分子质量不是单体的整数倍。根据缩聚产物的结构不同一般分为线型缩聚反应和体型缩聚反应。15 凡参加反应的两种单体都只含有两个官能团时，反应后生成线型高聚物，这种缩聚反应称为线型缩聚反应。例如，由乙二胺和乙二酸缩聚而成的尼龙66。nH2NCH2NH2 +nHOOCCH2COOH（）（）64HNHCH2NHCCH2COH（）（）64OOn尼龙66+（2n1 H2O）当参加缩聚反应的两种单体中，其中有一种单体的官能团数大于2时，反应后生成体型高聚物，这种缩聚反应称为体型缩聚反应。例如，酚醛 树脂就是体型缩聚物（见本章第四节）。通常用二元酸、二元胺、二元或三元醇、苯酚等分子中含有两个及其以上官能团的化合物作为缩聚反应的单体。16第四节 重要的合成高分子材料 合成高分子材料 主要是指塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料及离子交换树脂、涂料、胶黏剂等。它们具有天然材料所没有的优越性能。其用途非常广泛，发展极为迅速。一。塑料 塑料是由合成树脂及其它填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂添加剂（为增强和改进塑料的性能）在一定条件下塑制而成，基中树脂为主要成分，约占塑料总质量40%100%。塑料的种类很多，至今己达300多种，其中常用的有60多种。塑料根据其受热后表现的特性，可分为热塑性和热固性两大类：n 热塑性塑料 受热时软化，可以塑制成一定形状，并且能多次重复加热塑制。如聚乙烯。聚氯乙烯。纤维素塑料等。17n 热固性塑料 加工成型后，加热不会软化，在溶剂中也不会溶解。如酚醛树脂、环氧树脂等。塑料按其应用情况和使用性能，又可分为通用塑料和工程塑料。聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氨基树脂通称为五大通用塑料。其产量占塑料总产量的四分之三。广泛应用于工农业生产、日常生活和国防上。工程塑料是一类新兴的高分子合成材料。是20世纪60年代出现的一类机械强度好，可以代替金属用作工程材料的一类塑料。工程塑料不仅在机械制造工业、仪器仪表工业、化工、建筑等方面得到了广泛应用，而且在宇宙航行、导弹等尖端科学技术上己成为不可缺少的材料。聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯和ABS树脂称为四大工程塑料。下面介绍几种重要的塑料，其中聚乙烯、聚丙烯、聚-甲基丙烯酸甲脂及聚四氟乙烯己分别在第三章、第五章、第十章介绍，不再赘述。18n 聚氯乙烯 聚氯乙烯是由氯乙烯在引发剂作用下，发生聚合反应得到的。nnCH2 CHCl5060 ，0.5MPa引发剂CH2 CHCl聚氯乙烯 聚氯乙烯简称PVC，是一种通用塑料，它是由聚氯乙烯树脂为主要原料，加入各种添加剂后制得，加入添加剂的数量不同、种类不同及加工方法不同，可得到性状不同的多种制品。例如在聚氯乙烯树脂中加入少量增塑剂（约5%）得到 硬聚氯乙烯，适用于制造硬板、硬管及容器等。若加入 较多增塑剂（30%70%）则得到 软聚氯乙烯塑料，可用于制造薄膜、软管和塑料鞋等日用品。19 聚氯乙烯的原料来源丰富，价格低廉经济效益高，又容易加工成各种透明制品，且具有较好的机械性能和耐腐蚀性能，因此，在工农业生产和日常生活中得到广泛的应用，但聚氯乙烯制品中含有毒的硬脂酸铅，因此，不能用于包装和盛放食物。此外，聚氯乙烯树脂还可以用于制备人造革、聚氯乙烯纤维（氯纶）及泡沫塑料（加入发泡剂加工后制得）等。20n 聚苯乙烯 苯乙烯在加热或过氧化物引发下聚合，制得聚苯乙烯过氧化物nCH CH2或100左右CH CH2（）n聚苯乙烯 聚苯乙烯是应用较广的塑料之一，它的产量仅次于聚乙烯。聚苯乙烯是一种无色、无味、透明、坚硬的热塑性塑料，电绝缘性良好，能耐酸、碱腐蚀、富有光泽。容易染成各种鲜艳的颜色。但质地发脆，耐热和耐油性不佳。聚苯乙烯主要作为高频电绝缘材料，制造化工设备、日用品、还可制造泡沫塑料，是防震隔音材料、在仪器包装中应用广泛。21n 聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯是由二异氰酸酯（O C NRN C O）与多元醇反应得到的线型高聚物。其主链结构为氨基甲酸酯链 HNCOO 在合成聚氨酯过程中，加入少量水，使其与部分异氰酸酯反应，生成不稳定的取代氨基甲酸，氨基甲酸立即分解释放出二氧化碳。二氧化碳形成的小气泡留在高聚物分子内，使产品呈现海绵状，这就是聚氨酯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料塑料的用途很广，可用作表面涂层、纤维、合成橡胶和保温材料等。更广泛地用在家具、床垫、卡车座椅等方面作柔软性泡沫填充材料，是理想的坐垫材料。22n ABS塑料 在引发剂的作用下，由丙烯腈，1，3丁二烯和苯乙烯三种单体共聚合而成，反应式如下：引发剂nCH2 CHCN+mCH2 CHCH CH2PCH CH2+CH CH2 CH2 CHCN CH2 CH CH CH2 ABS是一种生产量大、用途比较广泛的新型工程塑料，且有良好的机械强度、耐温、耐化学腐蚀、容易加工、可电镀、制品美观实用。缺点是价格比较昂贵，常与其它树脂掺和使用，广泛用于制造电器外壳、仪表罩、汽车部件和日常用品。23n 酚醛塑料 它是世界上最早（1909年）生产的热固性塑料。工业上用苯酚和甲醛为原料在酸性催化剂存在下，经缩合反应制得线型热塑性树脂，然后加入填料、固化剂、润滑剂及颜料等各种添加剂，再经加热混炼，即得体型结构酚醛塑料（又称电木粉）。其主链结构如下：OHCH2OHCH2OHCH2OHCH2OHCH2CH2CH2CH2OH体型酚醛塑料酚醛塑料具有较高的机械强度和良好的电绝缘性能、耐热、耐磨、耐腐蚀。可用作各种电绝缘材料、化工设备材料、电机及汽车配件、隔音材料等。24二、合成纤维 棉花、羊毛、丝、麻等属于天然纤维，化学纤维根据所用的原料不同可分为人造纤维和合成纤维两类。人造纤维是利用天然高分子物质如木浆、短棉绒等为原料，经过化学加工处理而制成的黏胶纤维。合成纤维是利用石油、天然气、煤和农副产品作原料制成单体，经加聚反应或缩聚反应合成得到的合成纤维是线型高聚物，有较好的强度和挠曲性能，在合成纤维中涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶被称为“六大纶”。它们都具有比天然纤维和人造纤维更优越的性能。合成纤维不仅为人民生活提供了经久耐用而美观的衣着材料，还为现代工业技术的发展提供了特殊性能的纤维。目前己有耐高温纤维、耐辐射纤维、防火纤维和光导纤维。下面介绍几种常见的合成纤维。n 聚酰胺纤维 聚酰胺纤维的商品名称叫尼龙（又称锦纶）。它是以酰胺键连接分子中各链节的合成纤维。其品种较多，在此仅介绍尼龙6、尼龙610、尼龙1010等。CNHO25 尼龙6是由己内酰胺开环聚合而成的。“6”表明高聚物链节中含有6个碳原子。CH2CH2CH2CH2CH2NHC O少量H2SO4250300 NH（CH2）C On5尼龙6 尼龙610是由己二胺和癸二酸两种单体发生缩聚反应而合成的。其中“6”代表己二胺中的6个碳原子，“10”代表癸二酸中的10个碳原子。H2N（CH2）NH26nHOOC （CH2）COOH8+NH（CH2）NH6C（CH2）C8OOn+2nH2O尼龙61026 尼龙1010是我国首创的以蓖麻油为原料，制得癸二酸和癸二胺两种单体，再经缩聚反应而成高聚物。两个“10”分别代表癸二胺和癸二酸分子中的碳原子数。nH2N（CH2）NH210nHOOC （CH2）COOH8+NH（CH2）NH10C（CH2）C8OOn+2nH2O尼龙1010 聚酰胺纤维具有强度高、富有弹性、耐温、耐酸、耐稀碱、不被虫蛀、不发霉的优点，特别是耐磨性优于其他纤维，其缺点是不耐浓碱、耐光性差，长期光照下易发黄、强度下降。尼龙不仅是民用衣着材料，而且在工业和国防上有着重要用途，如用来制造轮胎的帘子线、渔网等，还可作为工程塑料来制造某些零件，军工生产中用于制作降落伞和宇宙飞行服等。27n 聚酯纤维 聚酯纤维是分子中含有酯键 的一类合成纤维。其中以对苯二甲酸二乙二醇酯为单体的缩聚物为主要品种，商品名为涤纶，俗称“的确良”。涤纶性能优良、强度大、耐磨、保型性好、富有弹性、耐漂白粉和无机酸等腐蚀、绝缘性良好。涤纶还具有良好的热稳定性和光稳定性，例如，在150加热1000h，强度只减小50%。在日光下爆晒6000h，强度只减小60%，超过天然纤维和其它合成纤维。其缺点 是不易染色、吸水性小、耐碱性差。涤纶是一种理想的纺织材料，工业上常用作渔网，帘子线耐酸滤布、水龙带和人造血管等。COO28n 聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维商业名叫腈纶。由于它的外观和性能与羊毛相似，故有“合成羊毛”之称。它是由丙烯腈为单体，在偶氮二异丁腈的引发下，缩聚而成的高聚物 腈纶不仅质轻丰满，则且强度高、耐温、保暖性好、它的密度比羊毛小11%，而强度相当于羊毛的23倍，腈纶不霉不蛀，耐日晒。适宜于制毛线、毛毯、膨体纱、窗帘、帐篷，军用帆布等，也是人造毛皮服装，运动衣的理想面料。化学纤维如锦纶接近火焰时迅速卷缩，燃烧比较缓慢，有芹菜的气味，趁热可以拉成丝，灰烬为灰褐色玻璃球状，不容易破碎。而羊毛和蚕丝接近火焰时先卷缩，燃烧时有烧毛发的焦糊味，燃烧后灰烬较多，为带有光泽的硬块，用手一压就变粉末。利用这个性质可以初步区分化学纤维织物和羊毛织物。nCH2 CHCN引发剂 CH2 CHCNn3529引发剂nCH2CHCHCH2CH2 CH+CH CH2CH2CHCH2 CH20 丁苯橡胶三、合成橡胶 合成橡胶是由人工合成具有天然橡胶性能的线型高聚物它在某些性能上优于天然橡胶，具有一些特殊性能（如耐高温、耐油、耐老化和高气密性等）。n 丁苯橡胶 丁苯橡胶是合成橡胶中产量较大的一个品种，占世界上合成橡胶总量的60%70%。它是由1，3丁二烯和苯乙烯共聚而成的高聚物。反应式如下：丁苯橡胶为红褐色的弹性体，经适当硫化后，它的耐磨性、耐热和抗老化性质也优于天然橡胶，但它的弹性比天然橡胶差，目前丁苯橡胶的主要用途是制造车辆的外胎，内胎，电缆和胶鞋等。30n 氯丁橡胶 氯丁橡胶是由2氯1，3丁二烯聚合而成的高聚物，反应式如下：nCH2 CHC CH2Cl聚合CH2 CH C CH2Cln 氯丁橡胶的耐油性、耐老化和化学稳定性都优于天然橡胶，用于制造轮胎、运输带及油箱等。31 氯丁橡胶是特种橡胶中产量最大的一种。它是由1，3丁二烯和丙烯腈发生共聚反应制得的。反应式如下；+引发剂nCH2 CHCH CH235 CH2 CHCNCH CH2CH2 CHCH2 CH丁腈橡胶CNn 丁腈橡胶 丁腈橡胶具有优良的耐油性。耐磨、耐热和抗老化性能也优于天然橡胶，还具有良好的加工性能。缺点是弹性及耐臭氧能力较差。丁腈橡胶主要用于制造各种耐油制品，如胶管、密封垫、贮槽衬里等。由于它的耐热性能良好，还可用作运输热物料（140以下）的传送带等。32四、离子交换树脂 离子交换树脂是具有离子交换作用的一类合成高分子化合物。这类高分子化合物的特点是在高分子的“骨架”上带有活性基团，这种活性基团能离解出离子与溶液的其他离子进行交换。故称离子交换树脂。根据活性基团的种类和作用不同，可分为阳离子型离子交换树脂和阴离子型离子交换树脂。阳离子型离子交换树脂的高分子骨架上连有酸性基团（如：SO3H、COOH、OH等），它们能离解出H+，与溶液中的Na+、K+、Mg2+、Ca2+等阳离子进行交换。阴离子型离子交换树脂的高分子骨架上连有碱性基团（如：NH2、NHR或N+（CH3）OH-等），它们能够交换阴离子。与溶液中的Cl-、SO2-、HCO-等阴离子进行交换。34333 在苯乙烯和对二乙烯苯共聚物的骨架上引入磺酸基就得到强酸型阳离子交换树脂，引入季铵碱基则得到强碱型阴离子交换树脂。CH CH2CH CH2CH CH2 SO3HCH CH2CH CH2CH CH2 N+CH2 HO-CH3（）3强酸型离子交换树脂强碱型离子交换树脂 离子交换树脂的用途很广，可以纯化水，普通水中含有NaCl、Na2SO3、MgCl2、Ca HCO3）等矿物质，当这种水通过强酸性阳离子交换树脂时，水中的阳离子被交换除去：2（RSO3H +Na+（Ca2+、Mg2+等）RSO3Na（Ca2+、Mg2+等）+H+离子交换树脂的品种很多，应用最广的是交联聚苯乙烯强酸型和强碱型。34 再使水通过强碱性阴离子交换树脂，可以除去HCO-、SO4、Cl-等阴离子就被交换除去：32-RN+（CH3）OH-+HCO-（SO4，Cl-）+OH-32-3RN+（CH3）HCO-（SO4，Cl-）32-3 经过离子交换树脂处理的水，叫无离子水。离子交换是可逆过程，所以使用过的离子交换树脂，可以分别用稀酸或稀碱进行洗涤，使树脂恢复成原来的状态，可以重复使用，这一过程称为再生。其反应为以上交换的逆反应。离子交换树脂还可用来分离、萃取金属，如可用于回收电镀液中的铬、锌、铜、显影液中的银，分离和提纯抗生素，纯化和浓缩原子能工业中的铀等。还可用作某些有机合成反应中的酸、碱催化剂。35五、胶黏剂和涂料 胶黏剂是一类具有优良胶黏性能的高聚物。根据来源不同可分为天然胶黏剂和合成胶黏剂。天然胶黏剂来源于动植物，如淀粉、松香、鱼胶、牛皮胶等。合成胶黏剂是人工合成的高聚物，如聚乙烯醇、环氧树脂等。合成胶黏剂粘合力强，性能优异，具有强度高、工艺温度低、绝缘和抗腐蚀性能好，连接部位受力均匀等优点，因而得到广泛的应用。特别是近几年来，由于宇航、飞机、汽车、电子等行业的发展，对胶黏剂提出了更高的要求。随之研制出一系列特种胶黏剂，如耐高温、导电、导磁、导热、医用以及可在水中使用的各种胶黏剂等。随着科学技术的进步各具特色的各种涂料在航空、航天方面具有重要的用途。例如：在火箭外壳上有一层隔热烧蚀涂料，在火箭高速飞行时，表面产生数千摄氏度高温，在高温的作用下，这种涂料发生分解、熔化、升华等变化带走大量热量。可阻止高温传到火箭内部，从而保证火箭正常运行。36第五节 新型有机高分子材料 能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。在重要的合成高分子材料的基础上。人们始终在不断地研究、开发着性能更优异、应用更广泛的新型高分子材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工业和机械工业等尖端技术发展的需要，这些新型高分子材料包括具有分离功能的高分子膜，具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料，生物高分子材料、医用高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料和光致变色高分子材料等。这些新型有机高分子材料在我们的日常生活、工农业生产和尖端科学技术领域中起着越来越重要的作用本节我们简要介绍其中的几种。37一、功能高分子材料 功能高分子材料是指既有通用高分子的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。n 高分子分离膜 离子交换分离膜是将离子交换树脂粉碎后与高分子胶黏剂制成的离子分离膜。如图142所示。以外界能量为推动力，它的特点是能够让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。这类分离膜广泛用于生活污水、工业废水等废液处理以及回收废液中有用的成分，如在冶金工业中用作各种贵重金属的分离提纯。特别是在海水淡化和苦咸水的淡化方面已经实现工业化。海水淡水分离膜加压图142 高分子分离膜用于海水淡化 38 未来的高分子膜不仅可以用在物质的分离上，而且还能用在各种能量的转换上，如传感膜能够把化学能转换成电能、热电膜能够把热能转换成电能等，这种新的高分子膜为缓解能源和资源不足，解决环境污染问题带来希望。在食品工业中，分离膜可用于浓缩天燃果汁、乳制品加工、酿酒等，分离时不需要加热，并可保持食品风味。目前中空纤维膜是分离功能材料的佼佼者，它们在海水淡化、超纯水的制备、抗生素的分离和浓缩、细菌病毒的分离和消毒等方面显示出独特的优异功能。39n 生物医用高分子材料 在医学上，人们一直想用人工器官代替病变器官，但是材料问题一直无法解决。直到性能优良的生物医学材料出现，人们的这种愿望才初步得以实现。合成高分子材料一般具有优异的生物相容性，不会引起血液凝固，也不会破坏血小板等，而且还有很高的机械性能，可以满足人工器官对材料的苛刻要求，例如，人的心脏就得反复挠曲4亿次，这样高的要求，一般材料是很难胜任的，目前大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料。近年来人工器官的研究取得了令人瞩目的成就，可以说现在除了大脑以外，几乎所有的人工器官都已取得进展，大部分人工器官已经成功地应用于临床治疗，取得了相当好的疗效。人工器官的发展带来了医学的巨大进步，可望逐步实现人类除大脑之外的所有患病器官都能用人工器官替代的愿望。所有这些加上新型高分子药物的发展，到那个时候，人类的寿命将会有很大的延长。40n 感光高分子材料 在光的作用下能迅速发生光化学反应，产生物理或化学变化的高聚物称为感光性高分子。如光致变色高分子是一类有特殊用途的感光性高分子材料。在丙烯酸类高分子侧链上引入硫代缩氨基脲基团，在光照时可出现不同的颜色，当光照停止时又恢复原来的颜色，这类光致变色高分子在军事上是很好的伪装隐形材料，可出现不同的颜色，也可用在动态图像中储存信息。作为激光、电焊光、强烈阳光照射下的护目镜，可以使眼睛免受伤害。作为玻璃的涂料，则可以自动调节室内光线，并美化了建筑物。n 复合材料 复合材料是指由两种以上材料组合成的，物理和化学性质与原材料不同，但又保持其原来某些有效功能的新材料。复合材料中，一种材料作为基体，另外的材料作为增强剂。近代开发的复合材料有一种是用线型酚醛树脂浸渍过的布或玻璃纤维，经干燥、加热加压制成的复合材料玻璃纤维增强材料（又称玻璃钢），它质轻而坚硬，机械强度可与钢材相比，可作船体、汽车车身等。4142三、有机高分子材料的发展趋势 目前，世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和深入。一方面，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。例如，塑料一般被作为绝缘材料广泛使用，但是近年来，为满足电子工业需求，经科学家30余年的努力，又研制出具有优良导电性能的导电塑料。例如导电聚乙炔能把太阳光中几乎所有能量都吸收下来，因此，它是太阳能电池的理想材料；美国军界已把导电聚合物用于隐身飞机。21世纪导电聚合物将获得更广泛地应用，全面造福于人类。另一方面高分子材料已向纳米化迈进，具有特殊功能材料的研究也在不断地加强，并且取得了一定的进展，如仿生高分子材料、高分子智能材料等。这类高分子材料在宇航、建筑、机器人、仿生和医药领域已显示出潜在的应用前景。总之，今后高分子材料发展的主要趋势是高性能化、高功能化、复合化、精细化和智能化、高分子材料作为年轻的一类材料，生机勃勃、风华正茂，有机高分子材料必将对人们生产和生活产生越来越大的影响。43本 章 小 结n 高分子化合物是由一种或几种简单的低分子化合物以共价键连接而成的大分子的化合物。其相对分子量一般在104106之间。它指的是平均相对分子质量，相对分子质量不等的现象称为多分散性。n 高分子化合物具有较好的机械强度和电绝缘性，良好的弹性、可塑性和耐腐蚀等性能。n 高分子化合物的结构和性能的关系。线型结构 具有可塑性、弹性和热塑性。体型结构 不能溶解和熔融、具有热固性。n 高分子化合物主要合成方法有两种；加聚反应和缩聚反应。n 重要的三大合成材料塑料、合成纤维、合成橡胶。塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料可重复加热塑制，热固性塑料不能重复加工。合成纤维是由线型高分子化合物加工制成的，有很好的强度和挠曲性。合成橡胶也是线型高分子化合物加工制成的，在一定温度范围内具有高弹性能。n 本章主要介绍两类新型有机高分子材料功能高分子材料和复合高分子材料。44习 题 解释下列概念。单体 链节 聚合度 加聚反应 缩聚反应 热塑性塑料 离子交换树脂 涂料 命名下列高聚物 CH2CHCNnNH（CH2）NH6C（CH2）C4OOnCH CH2 nCH2 CH C CH2Cln45 填空题 重要的三大合成材料是指 ，和 ，合成材料废弃物的急剧增加会带来 问题，是目前处理城市垃圾的一个主要方法。加聚反应是由一种或多种 ，通过相互 聚合成 的过程。反应中无 物质析出。除传统的三大合成材料，胶黏剂和涂料外，又出现的新型高分子材料主要有 膜，具有光、电、磁等特殊功能的 材料，材料、稳身材料和液晶高分子材料等。46 选择题 随着社会的发展，复合材料成为一类新型的有发展前途的材料，目前，复合材料 最主要的应用领域是（）。A 高分子分离膜B人类的人工器官 C 航天、航空工业 D新型药物 下列有关新型高分子材料的说法中，不正确的是（）。A 高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等B复合材料一般是以一种材作为基体，另一种材料作为增强剂 C 导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容 47 不能用于作食品包装袋的物质是（）。A 牛皮纸B聚乙烯 C 聚丙烯 D聚氯乙烯 发展“绿色食品”，避免“白色污染”，增强环境保护意识，提高人类生存质量的重要措施，请回答：“绿色食品”是指（）。A 绿颜色的营养食品B含有叶绿素的营养食品 C 经济附加值高的营养食品 D安全、无公害的营养食品 通常说的“白色污染”是指（）。A 冶炼厂的白色烟尘B石灰窑的白色粉尘 C 聚乙烯等塑料垃圾 D白色建筑废料 48 下列物质中属于高分子合成化合物的是（）。A 棉花B人造棉 C 淀粉 D有机玻璃 下列说法错误的是（）。A 天然纤维就是纤维素B化学纤维的原料可以是天然纤维 C 合成纤维的主要原料是石油、天然气、煤和农副产品 D生产合成纤维的过程中发生的是物理变化 49 下列有关高分子化合物性质的说法中，正确的是（）。A 高分子化合物中每个分子的分子量是相同的B只有通过缩聚反应合成高聚物才称为树脂 C 让普通水依次通过强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂后，可得到无离子水 D热塑性塑料能够进行多次重复加热塑制 用最简便的方法鉴别下列各组物质。人造羊毛和羊毛 尼龙丝和蚕丝 聚乙烯和聚氯乙烯 用石油裂化气和苯为原料，合成下列化合物。聚氯乙烯 丁苯橡胶 腈纶50阅读材料有利环保的高聚物可降解塑料 随着石油化工的飞速发展，塑料在生产、生活以及其他领域中的应用也越来越广泛，越来越普及 ，但是随着塑料的广泛应用，特别是一次性用品，如食品袋、钦料瓶、水杯、钣盒、农用薄膜等，用后废弃，又不易分解腐烂，己造成了严重的环境污染“白色污染”。自从20世纪70年代以来，世界上就有许多国家开始研制不污染环境的可降解塑料。可降解塑料是指在一定条件下，可逐渐分解，直到最终成为二氧化碳和水的高聚物。目前己经开发研制并投入生产的可降解塑料主要有两类，一类是光降解塑料，另一类是生物降解塑料。51 光降解塑料 光降解塑料是在聚合物链上引入对紫外线敏感的基团。具有光敏基团的聚合物在紫外光照射下发生光化学反应，使聚合物的长链断裂，生成较低分子量的碎片。这些碎片在空气中进一步发生氧化作用，降解成为可被生物分解的小分子化合物，最终转化为二氧化碳和水。例如：以一氧化碳为光敏单体与烯烃共聚可得到含有羰基结构的聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等光降解聚合物。以这些聚合物为母料，分别与同类树脂共混，就可以得到各种不同的光降解塑料。此外，在塑料加工过程中，加入少量的光敏剂也可得到光降解制品。用光降解塑料制成的包装袋、钣盒、农用薄膜等，废弃后，能在阳光下自动降解为二氧化碳和水，因而不会造成环境污染。52 生物降解塑料 生物降解塑料是指在一定条件下，能被生物侵蚀或代解而发生降解的塑料。这类塑料可以由淀粉、纤维素等多糖天然聚合物与人工合成聚合物共同混合而成。也可用容易被生物降解的单体与其他单体经共聚反应制得。生物降解塑料的应用范围较广泛。除可以用于制作包装袋和农用地膜外，还可用作缓释载体，包埋化肥、农药、除草剂等这些缓释载体在土壤中经生物降解，使化肥、农药、除草剂等被包埋物逐渐释放出来，从而可持久，均匀地发挥效力。在医疗方面，用生物降解塑料作为医药缓释载体，可使药物在体内较长时间地发挥最佳疗效；用生物降解塑料制成的外科用手术线，可被人体吸收，伤口愈合后不必拆线。现在，可降解塑料的研制和生产己经具有相当规模，其发展势头十分迅猛，可以预见，随着人类对环境保护意识的不断增强可降解塑料的产量会迅速增加，应用会更加广泛。53THANKYOU！54