第三节功能高分子材料

新课标人教版高中化学选修 5

第五章 进入合成高分子化合物的时代

学习目标 了解功能高分子材料的结构特点和重要性能；掌

握合成功能高分子的原理。

学习重点：功能高分子材料的代表物的结构特点和重要性能

功能高分子材料 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

功能高分子材料

物理功能高分子材料

化学功能高分子材料

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、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。鳌合高分子、高分子催化剂、高分子试剂及人工脏器等。

生物功能高分子材料 如生物高分子模拟酶高分子药物、人工骨材料医用高分子材料

一、功能高分子材料1 ．功能高分子材料：指既有传统高分子材料的机械性能，以有某些特殊功能的高分子材料。

2 ．功能高分子材料的种类（ 1 ）高分子分离膜：这是具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。

当今社会的三大支柱产业：材料、能源、信息

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？——单体 2 ）具有什么样的功能基？——官能团 3 ）不断修正。

例如：高吸水性树脂 1 ）对天然吸水性高分子材料进行改性，形成接枝共聚物——与丙烯酸钠共聚

材料

2 ）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——如聚丙烯酸钠；（同时加入交联剂）

练习一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

2 ） 1 ， 3- 丁二烯加聚

CH2=CH - COHO

催化剂

nCH2=CH-CH=CH2

催化剂 CH2-CH=CH-CH2 n

CH2=CH - CONaO

+NaOH CH2=CH - CONaO

+H2O

CH2-CH -n

OCONa

n

同时要加入少量二烯作交联剂

之后要加入少量交联剂——硫化剂

学与问（ P.114)为什么要做成网状结构？目的是否相同？

nCH2=CH-CH=CH2

催化剂C=C

CH2 CH2

H H n1 2 3 4

1 4

2 3

硫化剂的作用是打开顺式聚 1 ， 3- 丁二烯的双键，以 -S-S- 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。 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。

高分子分离膜：这是具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物质分离掉。

高分子分离膜

能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达到大规模使用的阶段，它也是一种半透膜，只让水分子通过，而使含盐的低分子溶质几乎不能通过，施加一定的压力后，就能使水加速挤出。采用不同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水、饮料水、无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等。在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。一种PEC—1000 的海水淡化装置对海水如加压 40 ～ 70公斤 / 平方厘米，就可以得到 16 ％～ 20 ％的淡水。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水 12000 吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。

分离膜具有神奇的魔术师般的本领，从下面的实验中不难领会。将一瓶含酒精 4.5％的普通啤酒用水稀释成两瓶，然后倒入玻璃容器内，只要将这种溶液通过薄薄的一层分离膜，就能够在几分钟内提取出酒精浓度达 93 ％的乙醇。这种乙醇用一根火柴就能点燃。这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场，促使乙醇溶解、扩散、和水分离，所耗电能仅为蒸馏法的十分之一。在过去要从液体中分离另一种液体，只能使用蒸馏法。

（ 2 ）医用高分子材料，具有优异的生物相容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻要求，如：人工心脏、人工关节、人造鼻等，下面的图中给出了一些有关人工器官的图片。

医用高分子材料

人造血管的发现 两年前，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，之后 ，将每条新制的血管放在称作生物反应器的培养皿中，在反应器上安装一个微型泵并把它与新制成的人造血管相连。微型泵可以像人的心脏一样有规律地跳动。在这种环境中培养几个星期后，得到一条血管，人工合成的血管可以像真的血管一样工作。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。

人造心脏

人工肾脏

人工膝关节

人工心脏瓣膜

人造关节

[ 拓宽 ] 人体器官商店

　　十年后的某一天，一位老人被告之他的心脏正在急速衰竭，需要更换左心室。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，即人造器官工厂。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。三个月后，代用左心室被冷冻、包装并送往医院。医生将代用品换到老人的心脏内。由于代用品相当于老人自己的器官，手术之后自然不会发生任何排斥反应，老人的生命因此而得到延续。

用有高吸水性的高分子材料制作的，可吸收自重几百倍的水，但仍保持干爽。

成分：聚乙烯醇、聚丙烯酸盐交联可得。

［启示］ 食品保鲜、人造皮肤、防止土壤沙漠化。

（请你想一想）角膜接触镜，俗称隐形眼镜。目前大量使用的软质隐形眼镜，它常用以下哪种材料制成的（ ）

　　（ A ）有机玻璃

　　（ B ）硅氧烷和丙烯酸酯的共聚物

　　（ C ）聚氯乙烯

　　（ D ）聚甲基丙烯酸羟乙酯

D

1888年，奥地利科学家 F·Reinitzer发现了液晶。 20世纪 70年代初， Helfrich和 Schadt利用液晶的电光效应和集成电路相结合，将其制成显示器件，实现了液晶材料的产业化。这种液晶材料称为扭曲向列相液晶显示（ NT-LCD ）材料，其产品主要应用在电子表和计算器上。 80年代中期，开发成功超扭曲向列相液晶显示（ STN-LCD ）材料，其产品主要应用在 BP 机、移动电话和笔记本电脑上。酯类和联苯类液晶化合物是 STN-LCD 用混晶材料的主要成分，国内各科研机构已开发了近千种，其中已有 100 种以上应用于混晶配方。

B—2飞机的整个机身，除主梁和发动机机舱使用的是钦复合材料外，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，这些不同的复合材料部件不是靠铆钉拼合，而是经高压压铸而成。另外，矾翼的前缘还全部包覆上了一层特制的吸波材料 (RAM) 。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，也采用了特殊的吸波材料。此外， B—2A 的整个机体都喷涂上了特制的吸波油漆，这在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波。

功能高分子材料的应用： 1 、旱地种植、改良土壤、改造沙漠、尿不湿等。

2 、液晶高分子、医用高分子、高分子涂料、导电高分子等

二、复合材料

1 ．复合材料：指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种做为基体，另外材料做为增强剂。

2 ．复合材料的性能：具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了单一材料。

复合材料－玻璃钢

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，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。

科学视野 P115

导电高分子的发现：聚乙炔

HC CH催化剂

CH

CH nn

典型例题例 1 ：下列不属于新型有机高分子材料的是： （ ）

　　A ．高分子分离膜　　　B ．液晶高分子材料

　　C ．生物高分子材料　　D ．有机玻璃

　选题目的：复习新型有机高分子材料的知识。

　思路分析 : 有机玻璃是传统三大合成材料中的塑料，它不属于新型有机高分子材料。

D

例 2 、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

　　（ A ）新型导电材料　　　（ B ）仿生高分子材料

　　（ C ）高分子智能材料　　（ D ）电磁屏蔽材料

　　选题目的：考察高分子材料的相关概念。

　　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。

　　解答： A 、 D 。

　　启示：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

1 、下列物质不属于有机高分子化合物的是 ( ) A 、淀粉 B 、蛋白质 C 、酒精 D 、电木2 、下列不属于合成纤维的是 ( ) A 、的确良 B 、棉 C 、人造棉 D 、尼龙3 、有一张照片，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。这说明此高分子材料一定具有的性质是 （ ） A 、良好的导热性 B 、良好的绝缘性 C 、良好绝热性　　 D 、熔点低

练习：

C

B

C

4 下列不属于新型有机高分子材料的是： （ ）

A ．高分子分离膜材料 B ．液晶高分子

C ．生物高分子材料 D ．有机玻璃

D

5 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料作为基体，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，难以达到生物相容的程度。

D

6 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（ ）A ．新型导电材料 B ．仿生高分子材料C ．高分子智能材料 D ．电磁屏蔽材料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。

AD

练习 P.116 1 2作业： P . 116 3