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1、第五章第五章 进入合成有机高分子化合物的进入合成有机高分子化合物的时代时代第三节第三节 功能高分子材料功能高分子材料第第1 1课时课时选修选修5 5 有机化学基础有机化学基础教学目标：教学目标：1.能举例说明生活中接触的新异有机高分子材料能举例说明生活中接触的新异有机高分子材料,认识到功认识到功 能材料对人类社会生活生产的重要性。能材料对人类社会生活生产的重要性。 2.激发对高分子材料学习的兴趣和投身科学事业的决心。激发对高分子材料学习的兴趣和投身科学事业的决心。教学重点：教学重点：举出日常生活中接触到的新型有机高分子举出日常生活中接触到的新型有机高分子材料，认识到功能材料人类社会生活生产的重
2、要性。材料，认识到功能材料人类社会生活生产的重要性。 教学难点教学难点:扩大学生的知识面扩大学生的知识面,激发对高分子材料学习的激发对高分子材料学习的兴趣和投身科学事业的决心。兴趣和投身科学事业的决心。功能高分子材料功能高分子材料一、功能高分子材料一、功能高分子材料: :1.1.功能高分子材料概念：功能高分子材料概念： 指既有传统高分子材料的机械性能指既有传统高分子材料的机械性能, ,又有某些又有某些特殊功能的高分子材料。特殊功能的高分子材料。2.2.功能高分子材料的种类功能高分子材料的种类: :(1)(1)高分子分离膜高分子分离膜: :这是具有特殊分离功能的高分子这是具有特殊分离功能的高分子
3、 材料制成的薄膜材料制成的薄膜,它的特点是能让某些物质有选它的特点是能让某些物质有选 择地通过择地通过,而把另外一些物质分离掉。而把另外一些物质分离掉。功能高分子材料功能高分子材料能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达大规模使用阶能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达大规模使用阶段段, ,它是一种半透膜它是一种半透膜, ,只让水分子通过只让水分子通过, ,而含盐的低分子溶而含盐的低分子溶质几乎不能通过质几乎不能通过, ,施加一定的压力后施加一定的压力后, ,就能使水加速挤出就能使水加速挤出. .采用不同结构的逆渗透膜就可获得工业锅炉水、饮料水、采用不同结构的逆渗透膜就可获得工业锅炉水、饮料水、无菌水、
4、去离子水、洗涤半导体的超纯水等无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等. .在非洲一些在非洲一些缺水地区已建不少海水淡化装置缺水地区已建不少海水淡化装置. .一种一种PECPEC1000的海水淡化的海水淡化装置对海水如加压装置对海水如加压404070kg/cm70kg/cm2 2, ,就可以得到就可以得到16162020的的淡水淡水. .沙特阿拉伯的基塔自来水厂沙特阿拉伯的基塔自来水厂, ,是世界上最大海水淡化是世界上最大海水淡化厂厂, ,日供淡水日供淡水1.21.2万吨万吨, ,主要使用醋酸纤维素分离膜装置。主要使用醋酸纤维素分离膜装置。功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料
5、分离膜具有神奇的魔术师般的本领分离膜具有神奇的魔术师般的本领, ,从下面的实验中从下面的实验中不难领会不难领会. .将一瓶含酒精将一瓶含酒精4.54.5的普通啤酒用水稀释成两瓶的普通啤酒用水稀释成两瓶, ,然后倒入玻璃容器内然后倒入玻璃容器内, ,只要将这种溶液通过薄薄的一层分只要将这种溶液通过薄薄的一层分离膜离膜, ,就能够在几分钟内提取出酒精浓度达就能够在几分钟内提取出酒精浓度达 9393的乙醇的乙醇. .这种乙醇用一根火柴就能点燃这种乙醇用一根火柴就能点燃. .这个实验中在分离膜的表这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场面施加了高频电场, ,促使乙醇溶解、扩散、和水分离促使乙醇溶解、扩散
6、、和水分离, ,所耗所耗电能仅为蒸馏法的十分之一电能仅为蒸馏法的十分之一. .在过去要从液体中分离另一在过去要从液体中分离另一种液体种液体, ,只能使用蒸馏法。只能使用蒸馏法。功能高分子材料功能高分子材料当今社会的三大支柱产业：材料、能源、信息当今社会的三大支柱产业：材料、能源、信息材料材料 探寻功能高分子材料时应考虑的问题：探寻功能高分子材料时应考虑的问题： 1）具有什么样的主链？）具有什么样的主链？单体单体 2）具有什么样的功能基？）具有什么样的功能基？官能团官能团 3）不断修正。）不断修正。例如：高吸水性树脂例如：高吸水性树脂1）对天然吸水性高分子材料进行改性，形成）对天然吸水性高分子材
7、料进行改性，形成接枝共聚物接枝共聚物与丙烯酸钠共聚与丙烯酸钠共聚2）以带有强亲水基的化合物为单体，均聚或）以带有强亲水基的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水性高聚物共聚得到亲水性高聚物如聚丙烯酸钠；如聚丙烯酸钠；（同时加入交联剂）（同时加入交联剂）功能高分子材料功能高分子材料写出下列聚合反应方程式：写出下列聚合反应方程式：1）丙烯酸与氢氧化钠制备聚丙烯酸钠）丙烯酸与氢氧化钠制备聚丙烯酸钠2）1，3-丁二烯加聚丁二烯加聚CH2=CH-COHO催化剂催化剂nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂CH2-CH=CH-CH2nCH2=CH-CONaO+NaOHCH2=CH-CONaO+H2OCH2-CH
8、-nOCONan同时要同时要加入少加入少量二烯量二烯作交联作交联剂剂之后要加入少量交联剂之后要加入少量交联剂硫化剂硫化剂功能高分子材料功能高分子材料学与问：学与问：P114为什么要做成网状结构？目的是否相为什么要做成网状结构？目的是否相同？同？nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂C=CCH2CH2HHn1 2 3 41 42 3硫化剂的作用是打开顺式聚硫化剂的作用是打开顺式聚1，3-丁二烯的双键，以丁二烯的双键，以-S-S-键将顺丁橡胶的线型键将顺丁橡胶的线型结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。结构连接为网状结构，得到既有弹性又有强度的橡胶。高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结
9、构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶高吸水性树脂加交联剂的目的是变线型结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于水，耐挤压。于水，耐挤压。功能高分子材料功能高分子材料(2)医用高分子材料医用高分子材料: :具有优异的生物相容性具有优异的生物相容性, ,较少受较少受到排斥到排斥, ,可以满足人工器官对材料的苛刻要求可以满足人工器官对材料的苛刻要求, ,如如: :人工心人工心脏、人工关节、人造鼻等脏、人工关节、人造鼻等, ,下面的图中给出了一些有关人下面的图中给出了一些有关人工器官的图片工器官的图片功能高分子材料功能高分子材料医用高分医用高分子材料子材料人人造造心心脏脏人人工工膝膝关关节节人人工工心
10、心脏脏瓣瓣膜膜功能高分子材料功能高分子材料人造心脏功能高分子材料功能高分子材料人工肾脏人工肾脏功能高分子材料功能高分子材料人工膝关节人工膝关节功能高分子材料功能高分子材料人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜功能高分子材料功能高分子材料人造关节人造关节功能高分子材料功能高分子材料人造血管的发现人造血管的发现:两年前两年前, ,美国生物医药专家从家猪美国生物医药专家从家猪体内提取的细胞制成了一条完整的血管体内提取的细胞制成了一条完整的血管, ,之后之后, ,将每条新制将每条新制的血管放在称作生物反应器的培养皿中的血管放在称作生物反应器的培养皿中, ,在反应器上安装在反应器上安装一个微型泵并把它与新制成的人造血
11、管相连一个微型泵并把它与新制成的人造血管相连. .微型泵可以微型泵可以像人的心脏一样有规律地跳动像人的心脏一样有规律地跳动. .在这种环境中培养几个星在这种环境中培养几个星期后期后, ,得到一条血管得到一条血管, ,人工合成的血管可以像真的血管一样人工合成的血管可以像真的血管一样工作工作. .研究人员将这种人造血管移植到家猪大腿主动脉上研究人员将这种人造血管移植到家猪大腿主动脉上, ,在几周内该血管一直保持开放并且未发生血液凝结。在几周内该血管一直保持开放并且未发生血液凝结。 功能高分子材料功能高分子材料 十年后的某一天十年后的某一天, ,一位老人被告之他的心脏正在急速一位老人被告之他的心脏正
12、在急速衰竭衰竭, ,需要更换左心室需要更换左心室. .主治医师将他健康的心脏细胞组织主治医师将他健康的心脏细胞组织切片送到一家组织实验室切片送到一家组织实验室, ,即人造器官工厂即人造器官工厂. .研究人员利用研究人员利用组织切片和特殊聚合物制造出代用的左心室组织切片和特殊聚合物制造出代用的左心室. .三个月后三个月后, ,代代用左心室被冷冻、包装并送往医院用左心室被冷冻、包装并送往医院. .医生将代用品换到老医生将代用品换到老人的心脏内人的心脏内. .由于代用品相当于老人自己的器官由于代用品相当于老人自己的器官, ,手术之后手术之后自然不会发生任何排斥反应自然不会发生任何排斥反应, ,老人的
13、生命因此而得到延续。老人的生命因此而得到延续。拓宽拓宽-人体器官商店人体器官商店功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料想一想想一想角膜接触镜角膜接触镜,俗称隐形眼镜俗称隐形眼镜.目前大量使用的软质隐形目前大量使用的软质隐形眼镜眼镜,它常用以下哪种材料制成的它常用以下哪种材料制成的.()(A)有机玻璃有机玻璃(B)硅氧烷和丙烯酸酯的共聚物硅氧烷和丙烯酸酯的共聚物(C)聚氯乙烯聚氯乙烯(D)聚甲基丙烯酸羟乙酯聚甲基丙烯酸羟乙酯D功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料的应用：功能高分子材料的应用：1、旱地种植、改良土壤、改造沙漠、旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿等。尿不湿等
14、。2、液晶高分子、医用高分子、高分、液晶高分子、医用高分子、高分子涂料、导电高分子等子涂料、导电高分子等功能高分子材料功能高分子材料1.1.概念：概念：指两种或两种以上材料组合成的一种新型指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料材料. .其中一种做为基体其中一种做为基体, ,另外材料做为增强剂。另外材料做为增强剂。二、复合材料二、复合材料: :复合材料复合材料B2飞机飞机：整个机身除主梁和发动机机舱使用的是钦整个机身除主梁和发动机机舱使用的是钦复合材料外复合材料外, ,其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成其它部分均由碳纤维和石墨等复合材料构成, ,不易反射雷达波。并且不易反射雷达波。并且,
15、,这些不同的复合材料部件不是靠这些不同的复合材料部件不是靠铆钉拼合铆钉拼合, ,而是经高压压铸而成。另外而是经高压压铸而成。另外, ,矾翼的前缘还全部矾翼的前缘还全部包覆上了一层特制的吸波材料包覆上了一层特制的吸波材料(RAM)(RAM)。位于机翼前部、内。位于机翼前部、内装雷达扫瞄天线阵列的两个方形突出部件装雷达扫瞄天线阵列的两个方形突出部件, ,也采用了特殊也采用了特殊的吸波材料。此外的吸波材料。此外,B2A,B2A的整个机体都喷涂上了特制的吸的整个机体都喷涂上了特制的吸波油漆波油漆, ,这在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波。这在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波。复合材料复合材料复合材
16、料复合材料玻璃玻璃钢钢2 2复合材料的性能：复合材料的性能：具有强度高、质量轻、具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料。过了单一材料。复合材料复合材料复合材料复合材料例例1:下列下列不属于不属于新型有机高分子材料的是新型有机高分子材料的是( )( ) A.A.高分高分子分离膜子分离膜B.B.液晶高分子材料液晶高分子材料 C.C.生物高分子材料生物高分子材料D.D.有机玻璃有机玻璃思路分析思路分析:有机玻璃是传统三大合成材料中的塑有机玻璃是传统三大合成材料中的塑 料料, ,它不属于新型有机高分子它不属于新型有机高分子材料。
17、材料。D三、有机高分子材料的发展趋势三、有机高分子材料的发展趋势: :1.对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使他们的性能不断提高，应用范围不对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广，使他们的性能不断提高，应用范围不断扩大。如新型导电和电磁屏蔽材料。断扩大。如新型导电和电磁屏蔽材料。2.与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强,并且取得了一定的进展，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。如仿生高分子材料、高分子智能材料等。有机高分子材料的发展趋势有机高分子材料的发展趋势例例2：随着有机高分
18、子材料的研究不断的加强和深入随着有机高分子材料的研究不断的加强和深入, ,使一些重要的通用高分子材使一些重要的通用高分子材料的应用范围不断扩大料的应用范围不断扩大, ,下列应用范围是通用高分子材料的最新研究成果的是下列应用范围是通用高分子材料的最新研究成果的是( ) ( ) A. A.新型导电材料新型导电材料B.B.仿生仿生高分子材料高分子材料 C.C.高分子智能材料高分子智能材料 D.D.电磁屏蔽材料电磁屏蔽材料 思路分析思路分析: :随着社会的进步，科学技术的发展，高分子材料的作用越来越重用。特别是随着社会的进步，科学技术的发展，高分子材料的作用越来越重用。特别是在尖端技术领域，对合成材料
19、提出了更高的要求，尤其是在具有特殊性质的功能性材料和在尖端技术领域，对合成材料提出了更高的要求，尤其是在具有特殊性质的功能性材料和多种功能集一身的复合材料。多种功能集一身的复合材料。AD有机高分子材料的发展趋势有机高分子材料的发展趋势科学视野 P115导电高分子的发现：聚乙炔有机高分子材料的发展趋势有机高分子材料的发展趋势1.下列物质不属于有机高分子化合物的是下列物质不属于有机高分子化合物的是 ( ) A.A.淀粉淀粉 B.B.蛋白质蛋白质 C.C.酒精酒精 D.D.电木电木2.下列不属于合成纤维的是下列不属于合成纤维的是 ( ) A.A.的确良的确良 B.B.棉棉 C.C.人造棉人造棉 D.
20、D.尼龙尼龙3.有一张照片有一张照片,一只可爱的小猫站在一块高分子合一只可爱的小猫站在一块高分子合成材料上，下面是烈火灼烧，而小猫却若无其事。成材料上，下面是烈火灼烧，而小猫却若无其事。这说明此高分子材料一定具有的性质是这说明此高分子材料一定具有的性质是( ) A.A.良好的导热性良好的导热性 B.B.良好的绝缘性良好的绝缘性 C.C.良好绝热性良好绝热性 D.D.熔点低熔点低随堂练习随堂练习C BC功能高分子材料功能高分子材料4 4 下列下列不属于不属于新型有机高分子材料的是：新型有机高分子材料的是： （ ） A A高分子分离膜材料高分子分离膜材料B B液晶高液晶高分子分子C C生物高分子材
21、料生物高分子材料D D有有机玻璃机玻璃 D5.5.下列对新型高分子材料说法中下列对新型高分子材料说法中, ,不对的是不对的是.( ).( )A. .高分子分离膜应用于食品工业中高分子分离膜应用于食品工业中, ,可用于浓缩天然果汁可用于浓缩天然果汁 乳制品加工、酿造业等。乳制品加工、酿造业等。B. .复合材料一般是以一种材料作为基体复合材料一般是以一种材料作为基体, ,另一种材料作为另一种材料作为 增强剂。增强剂。C. .导电塑料是用于电子工业的一种新型有机高分子材料导电塑料是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人体的排斥作用合成高分子材料制成的人工器官都
22、受人体的排斥作用, , 难以达到生物相容的程度难以达到生物相容的程度。D功能高分子材料功能高分子材料6.6.随着有机高分子材料的研究不断的加强和深入随着有机高分子材料的研究不断的加强和深入, ,使一些使一些重要的通用高分子材料的应用范围不断扩大重要的通用高分子材料的应用范围不断扩大, ,下列应用范下列应用范围是通用高分子材料的最新研究成果的是围是通用高分子材料的最新研究成果的是( )( ) A新型导电材料新型导电材料B仿生高分子材料仿生高分子材料 C高分子智能材料高分子智能材料D电磁屏蔽材料电磁屏蔽材料AD 提示提示:高分子材料的研究方面是一方面对重要的通用有机高分子材料的研究方面是一方面对重
23、要的通用有机高分子材料继续改进和推广。另一方面研究与人类自身密高分子材料继续改进和推广。另一方面研究与人类自身密切相关，具有特殊功能材料。切相关，具有特殊功能材料。功能高分子材料功能高分子材料功能高分功能高分子材料子材料在高分子链上接上带有具有某种功能的官能团使在高分子链上接上带有具有某种功能的官能团使其在物理、化学、生物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料其在物理、化学、生物、医学等方面具有特殊功能的高分子材料功功能能高高分分子子材材料料物理功能物理功能高分子材高分子材料料化学功能化学功能高分子材高分子材料料如导电高分子、高分子半导体。光导电高分子、如导电高分子、高分子半导体。光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等液晶高分子和信息高分子材料等如反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜。如反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜。鳌合高分子、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏鳌合高分子、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏器等。器等。生物功能高分子材料生物功能高分子材料如生物高分子模拟酶如生物高分子模拟酶高分子药物、人工骨材料高分子药物、人工骨材料医用高分子材料医用高分子材料功能高分子材料功能高分子材料
