5.21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

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。 2．塑料的种类。 分类的原则 类型 特征和举例 按树脂受热 热塑性 以热塑性树脂为基本成分，受热软化，可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、时的特征 聚苯乙烯等 热固性 以热固性树脂为基本成分，加工成型以后变为不熔状态，如酚醛树脂、脲醛树脂等 按应用范围 通用塑料 通用性强，用途广泛、产量大、价格低，主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙及性能特点 烯、聚丙烯等 工程塑料 机械性能较好，强度高，可以代替金属用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等 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

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

纤维

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 2．合成纤维： 类型 特征和举例 合成纤维 具有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀、不发霉、不怕虫蛀、不缩水等优点。如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶和氯纶 特种合成纤维 具有某些特殊性能。如芳纶纤维、碳纤维、耐辐射纤维、光导纤维和防火纤维等 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：

高吸水性树脂

离子交换树脂

光敏高分子

常用功能高分子材料 导电高分子

高分子催化剂和试剂

医用高分子

高分子膜 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 【巩固练习】

一、选择题

1．下列物质中，不属于合成材料的是（ ）。

A．塑料 B．人造纤维 C．合成橡胶 D．黏合剂

2．2013年世界环境日的主题是“思前，食后，厉行节约”。下列行为中不符合这一主题的是（ ） A．控制含磷洗涤剂的生产和使用，防止水体富营养化，保护水资源 B．研究采煤、采油新技术，尽量提高产量以满足工业生产的快速发展 C．用可降解的“玉米塑料”制作一次性饭盒，减少“白色污染” D．实现资源的“3R”利用，即减少资源消耗（Reduce）、增加资源的重复使用（Reuse）、提高资源的循环利用（Recycle） 3．（2015 无锡质检）下列叙述中，正确的是（ ）。 A．具有网状结构的高分子受热后都不能软化或熔融 B．低压聚乙烯比高压聚乙烯更柔软，一般作薄膜用

C．人造纤维、合成纤维和光导纤维都是有机高分子化合物 D．硫化橡胶的抗氧化能力比天然橡胶的强

4．关于天然橡胶的下列叙述中，不正确的是（ ）。 A．天然橡胶是天然高分子化合物

B．天然橡胶受空气、日光作用，会被还原而老化 C．天然橡胶能溶于汽油、苯等有机溶剂 D．天然橡胶含有双键，能发生加成反应

5．下列说法中正确的是（ ）。 A．化学纤维都是高分子化合物

B．合成纤维的生产过程中都发生了加聚反应 C．黏胶纤维是经过化学加工的人造纤维 D．合成纤维的主要原料是二烯烃和烯烃

6．下列说法中不正确的是（ ）。

A．通常说的三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶 B．塑料的主要成分是合成树脂，另外还含有一些添加剂 C．用木材等经化学加工制成的黏胶纤维属于合成纤维 D．合成橡胶的原料是石油和煤

7．下列材料中，属于功能高分子材料的是（ ）。

①高分子分离膜 ②生物高分子材料 ③导电高分子材料 ④离子交换树脂 ⑤医用高分子材料树脂

A．仅①③⑤⑥ B．仅②③⑤⑥ C．仅②③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 8．（2016 朔州期中）下列有关功能高分子材料的用途的叙述中不正确的是（ ）。 A．高吸水性树脂可用于干旱地区抗旱保水、改良土壤、改造沙漠

B．离子交换树脂主要用于分离和提纯物质 C．医用高分子可用于制造医用器械和人造器官 D．聚乙炔膜可用于分离工业废水和海水的淡化

9．合成人工心脏的高分子材料的主要成分是（ ）。

A．烯烃高聚物 B．酚醛缩聚物 C．硅聚合物 D．聚氨酯

10．下列物质属于复合材料的是（ ）。

A．聚氯乙烯 B．高分子分离膜 C．玻璃钢 D．有机玻璃

11．下列说法错误的是（ ）。

A．高分子分离膜具有能够有选择地让某些物质通过而把另外一些物质分离掉的特点 B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 C．合成人工器官大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料

D．塑料、合成纤维、合成橡胶并列称为新科技革命的三大支柱

二、填空题 1．（2015 北京东城统一检测）以丙烯为原料合成高分子纤维P的路线如下：

（1）①的反应类型是________。

（2）C的核磁共振氢谱显示3个吸收峰，②的化学方程式是________。

（3）③是加成反应，D分子中苯环上的一氯代物只有一种。D的结构简式是________。 （4）④的化学方程式是________。

⑥高吸水性