人教版 (2019)选择性必修3第二节 高分子材料第二课时教案设计

第五章  合成高分子

第二节  高分子材料

第二课时  合成纤维、合成橡胶、功能高分子材料

教学目标:

1.通过对通用高分子材料的学习，进一步巩固加聚反应和缩聚反应的认识思路，认识橡胶和合成纤维的组成和结构特点。

2.通过对比分析线型、支链和网状结构对材料性质的影响，了解高分子与有机小分子的主要不同之处。

3.扩展并完善对有机化合物结构、性质和应用的认识。

素养目标：

1.证据推理与模型认知：通过高分子材料吸水性能的对比实验，体会通过分析微观结构解释化学性质的思路，以及结构、性质和应用之间的关系。

2.科学态度与社会责任：体验功能导向的高分子材料合成的价值，了解新型高分子材料的优异性能及其在高新技术领域的应用。

教学重、难点：

重点：合成纤维、合成橡胶的组成和结构特点 

难点：功能高分子的结构对性能的影响

(二)合成纤维

1.合成纤维有怎样的特点性能

(1)合成纤维生产条件可控，原料来源丰富，不受自然条件影响。

(2)锦纶、涤纶、腈纶、维纶、氯纶、丙纶等合成纤维具有强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖等优点。缺点，除维纶吸湿性较好，且有“人造棉花”的美称外，其他合成纤维的吸湿性和透气性明显不及天然纤维。科技工作者将两类纤维混合纺织，使它们的性能互补而得以改善。

2.合成纤维有什么用途

合成纤维除了满足人们的穿着需求外，还广泛应用于工农业生产与高科技领域。例如，工业用的隔音、隔热、绝缘材料，渔业用的渔网、缆绳，医疗用的缝合线、止血棉，航空航天用的降落伞、航天服等。                  

3.锦纶和涤纶简介

(1)涤纶： 聚酯纤维，聚对苯二甲酸乙二酯，产量最大。               

涤纶纤维的强度大，耐磨，易洗，快干，保型性好，但透气性和吸湿性差，可以与天然纤维混纺获得改进。涤纶是应用最广泛的合成纤维品种，大量用于服装与床上用品(如运动服、被套、睡袋等)、各种装饰布料、国防军工特殊织物(航天服、降落伞)，以及工业用纤维制品(过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线、传送带)等。

(2)锦纶：聚酰胺纤维，聚己二酰己二胺纤维(又称锦纶66、尼龙66)

聚己二酰己二胺不溶于普通溶剂，熔化温度高于260℃,拉制的纤维具有天然丝的外观和光泽，耐磨性和强度超过当时任何一种纤维。20世纪40年代前后，使用尼龙生产的丝袜、降落伞、渔网、轮胎帘子线等产品陆续问世。此后，人们还合成了由6-氨基己酸合成的锦纶6、由癸二酸和癸二胺合成的锦纶1010等脂肪族聚酰胺纤维(锦纶)，以及耐高温、高强度的芳香族聚酰胺纤维（芳纶）。

社会·科学·技术                    高强度芳纶纤维

20世纪60年代，人们合成了强度高、密度低，并且具有耐酸、耐碱、耐高温、耐磨等优异特性的芳香族聚酰胺纤维——聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，又称芳纶1414（商品名凯芙拉，数字1和4指单体对苯二甲酸和对苯二胺的官能团在苯环上的位置）。

它的强度高，密度却只有钢的1/5；其热稳定性高，在500℃高温下不会熔化分解。可以制成防弹装甲、消防服、防切割耐热手套，以及交通工具的结构材料和阻燃内饰等。

(三)合成橡胶

1.性能：橡胶是一类具有弹性的物质，当施以外力时形状将发生改变，去除外力又恢复原来的形状。

2.用途：橡胶广泛用于工业、农业、国防、交通及人民生活的各方面。如每年汽车、飞机轮胎消耗大量的橡胶。

3.种类：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。它们各自在耐磨性、耐油性、耐寒性、耐热性、耐燃性、耐腐蚀性、耐老化等方面有着特有的优势。

4.结构特点：相对分子质量比塑料、合成纤维都要高，一般在10万－100万。

5.顺丁橡胶:

顺式聚1，3-丁二烯是线型结构，分子链较柔软，性能较差。将其与硫等硫化剂混合加热。硫化剂将聚合中的双键打开，以二硫键(-S-S-) 等把线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。但硫化交联的程度不宜过大，否则会使橡胶失去弹性。顺丁橡胶具有很好的的弹性，耐磨、耐寒性好，主要用于制造轮胎。

社会·科学·技术                      天然橡胶

最常见的天然橡胶是三叶橡胶树产出的橡胶；还有一种是杜仲树产出的橡胶，称为杜仲胶。切割三叶橡胶树的树皮，收集流出的白色胶乳，经浓缩得到的乳胶可制成医用乳胶手套等产品。向胶乳中加入醋酸，经凝结、压片、干燥，制成生胶片。生胶不耐磨，不易成型，可溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶是异戊二烯的聚合物，具有顺式结构，称为顺式聚异戊二烯。天然橡胶原为线型高分子，硫化后转变成网状结构，增加了它的强度与弹性。三叶橡胶树只在暖湿地带生长，我国海南、云南等省已引种成功。

杜仲胶可从杜仲树的树皮、叶、果实中提取。杜仲树是我国特产，适应性强，种植面广，我国四川、贵州、湖南、陕西、湖北等省都有大面积种植。杜仲胶也是异戊二烯的聚合物，与天然橡胶不同的是它具有反式结构。杜仲胶硬而弹性差，人称硬橡胶，但绝缘性好。我国科学工作者正在研究开发杜仲胶，使它既能做塑料也能做橡胶。现在已开发出多种产品，如杜仲胶形状记忆材料、代替石膏的医用骨科夹板、海底电缆、绝缘器件等。

任务三：功能高分子材料

1.什么是功能高分子材料   具有某些特殊化学、物理及医学功能的高分子材料

2. 功能高分子材料主要有哪些类别

3. 怎么探索功能高分子材料

需要考虑高分子的结构与性能之间的关系，设计出拥有某种功能的高分子的结构，以及合成它的路线与方法。

(1)高吸水性树脂

①用途：干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤；制作纸尿裤。

②合成方法：

a.淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性。

在淀粉或纤维素的主链上再接人带有强亲水基团(羟基、羧基等)的支链，可以提高它们的吸水能力。

如，淀粉与丙烯酸钠在一定条件下发生反应，生成以淀粉为主链的接枝共聚物。为防止此共聚物溶于水，还需在交联剂作用下生成网状结构的淀粉-聚丙烯酸钠树脂。这种树脂具有强大的吸水、保水能力，同时还是可生物降解的绿色材料。

图5-15 吸水前与吸水后的高吸水性树脂颗粒

b.用带有强亲水基团的烯类单体进行聚合，得到含亲水基团的高聚物。

例如，在丙烯酸钠中加人少量交联剂，再在一定条件下发生聚合，可得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。

思考与讨论

      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。

高分子强度增加，使橡胶既有弹性又有强度，使高吸水性树脂不溶于水。

探究                                     高吸水性树脂的吸水性能

【问题］

高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别有多大？

【实验］

(1)选择吸水材料进行实验。可以取一条纸尿裤，用剪刀剪开，取出其中的高吸水性树脂颗粒（也可使用你选择的其他高吸水性材料）。一般吸水材料可以选择医用脱脂棉、餐巾纸或海绵等。

(2)在已知质量的100mL烧杯中放入70mL水，再放入1 g ( mL)高吸水性树脂，用玻璃棒充分搅匀后静置5 min ，观察和记录现象。倾出未被吸收的水，再称出吸收水后的高吸水性树脂的质量(m2)，计算其吸水率。

(3)取1g医用脱脂棉（或其他一般吸水材料），按上述方法进行实验，并计算出它的吸水率，与高吸水性树脂的吸水率进行比较。

现象数据记录：

 [讨论]

1.为什么高吸水性树脂与一般吸水材料的吸水性能差别这么大？

绝大多数高吸水性树脂的主链或接枝侧链上含有羧基、羟基等强亲水性官能团，这些亲水基团与水的亲和作用是其具有强吸水性的最主要内因。

2.查阅资料，与同学讨论为什么高吸水性树脂能吸水而又不溶于水。

高吸水性树脂分子中含有强吸水性基团和一定的网状结构，即具有一定的交联度，导致高吸水性树脂能吸水溶胀但不溶于水。

(2)高分子分离膜

①种类：根据膜孔大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等

②制作材料：主要是有机高分子材料，如醋酸纤维、芳香族聚酰胺、聚丙烯、聚四氟乙烯等。

③用途：只允许水及小分子通过。广泛用于海水淡化和饮用水的制取，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物提纯、血液透析等领域。

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