化学功能高分子材料

《功能高分子材料》微型课教学过程及特色（江阴市山观中学杭进华）《功能高分子材料》是高中化学选修五中的一节内容，前面已经学习了传统的高分子材料，本节课重点介绍吸水性功能高分子材料的性能和结构特点。

第一部分教学过程一、创设情境一曲《时间都去哪儿了》把我们的思绪带进了温馨的童年。

《时代周刊》评出20世纪最伟大的100项发明，其中“尿不湿”榜上有名！因为它解决了航天员在太空的排尿问题，我们无锡人唐鑫源发明了“尿不湿”，被美国誉为“太空衣之父”。

我国的神7、神9航天员也都使用了尿不湿。

因此，“尿不湿”是航天产品“下凡”的成功典范！二、问题串设计为了突出功能高分子的性能和结构这个重点，我设计了如下问题：1、“尿不湿”应具备哪些重要性能？2、若请你设计，“尿不湿”应分几层？每一层材料应具有哪些性能？展示“尿不湿”介绍：内层是功能性“单向”渗水面料，水“只进不出”，否则皮肤会浸泡在尿液中；外层材料，必须不透水。

设计者的灵感来源于对生活的细心观察——“不透水”的过程类似于水珠从荷叶上滚落——我们称之为“荷叶效应”。

（PPT展示荷花叶）“尿不湿”的吸水功能主要中间层来承担，它是一种怎样的材料？我们通过实验来探究！三、活动串设计为了化解功能高分子材料与传统高分子材料的区别这个难点，我对教材中的定量试验进行了改进，用生活中常见的棉花和餐巾纸来做对比实验。

（实验视频）点拨提升：“尿不湿”的吸水性主要归功于功能基—COONa，那么传统吸水性的材料棉花为何有一定的吸水性？我引导学生从纤维素的结构简式入手考虑，得出吸水性主要归功于亲水基—OH,从而让学生总结出功能高分子材料的概念及分类。

四、反馈串设计仔细观察“尿不湿”填充物，学生发现其中含有颗粒状物质！那就是聚丙烯酸钠，组织学生讨论由丙烯酸制备聚丙烯酸钠的流程，得出功能高分子材料合成的基本方法。

为促使学生对功能高分子材料有个全面的了解，组织学生交流讨论，布置个性化作业，延伸课堂。

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、合成材料品种特别多,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,还有依照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。

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聚乙烯塑料品种特别多,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。

功能高分子材料的分类功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。

按照高分子的功能特性，功能高分子材料可分为以下几种：1.分离材料和化学功能材料2.电磁功能高分子材料3.光功能高分子材料4.生物医用高分子材料现对这几种材料进行简单的介绍一下。

分离材料和化学功能材料以化学功能为主的功能高分子材料称为化学功能高分子材料。

化学功能包括生成离子键、配位键、共价键的化学反应，上述价键断裂的分解反应，以及与上述反应有关的催化作用等，包括具有离子交换功能的离子交换树脂，对各种阳离子有络合吸附作用的螯合聚合物，光化学性聚合物，具有氧化还原能力的聚合物，在有机合成反应中使用的高分子试剂和高分子催化剂，降解型高分子等。

化学功能高分子材料的制备主要通过在高分子骨架上引入具有特定化学功能的官能团或者结构片段，也可以将具有类似功能的小分子功能材料高分子化得到化学功能高分子材料。

高分子材料经过功能化或者小分子功能材料经过高分子化以后，材料的溶解度一般均有下降，熔点提高。

对于化学试剂，经过高分子化后稳定性增加，均相反应转变成多相反应，产物与试剂和催化剂的分离过程简化，同时还产生许多小分子材料所不具备的其他性质。

化学功能高分子材料是固相合成的基础。

电磁功能高分子材料电磁功能材料主要指导电聚合物材料。

复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。

该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。

与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。

与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点：（1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。

1．下列物质不属于功能高分子材料的是（）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【解析】有机玻璃是传统有机高分子材料。

【答案】D2．下列物质中，属于功能高分子材料的是（）A．特种玻璃B．导电陶瓷C．隐形眼镜D．半导体材料【答案】C3．（双选)下列阐述中，属于光敏高分子材料的用途的是( ) A．芯片上的超大规模集成印刷电路是靠光刻的方法制备的，光刻中使用的光刻胶属于光敏高分子材料B．书本和杂志的封面和彩图也有光敏高分子膜C．所有油墨、涂料、黏合剂均属于光敏高分子材料D．照相底片上的感光物质均属于光敏高分子材料【答案】AB4．一次性婴儿尿布—-“尿不湿"中含有功能高分子材料，它主要是利用了高分子的（）A．热塑性B．绝缘性C．溶胀性D．抗腐蚀性【答案】C5．下列说法中错误的是( ）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、合成橡胶并称为新科技革命的三大支柱【解析】能源、信息、材料并称为新科技革命的三大支柱。

【答案】D6．随着社会的发展，复合材料是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．宇宙航空工业 D．新型药物【答案】C7．婴儿用的一次性尿片中有一层能吸水保水的物质。

下列高分子中有可能被采用的是( ）【解析】中含的-OH为亲水基团,故高分子材料有吸水性；这种材料没有毒副作用，故可用于制作婴儿用的尿片。

【答案】B8．下列物质不能用来合成导电塑料的是( ）A．乙炔B．甲醛C．丙炔D．苯乙炔【解析】导电塑料中一定存在单、双键交替结构。

【答案】B9．（2013·南平高二调研)下列有关功能高分子材料的说法中，不正确的是( ）A．炼钢工业用气体分离膜中的氧富集膜制取富集氧空气来提高钢的产量和质量B．芯片是靠光刻的方法制备的，而光刻中最重要的材料—-光刻胶就是一种光敏高分子材料C．导电塑料是应用于电子工业的一种功能高分子材料D．合成高分子材料制成的人工器官都能受到人体的排斥作用【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人体都出现排斥反应，有不少的功能高分子材料具有优异的生物相容性，在人体中排斥很小，可以满足人工器官对材料的苛刻要求.【答案】D10．已知：与结构相似的醇不能被氧化成对应的醛或羧酸。

1. 功能高分子: 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。

2. 高分子效应:功能高分子在参与化学反应时所表现出来的与小分子性能差别的特殊效应。

3. 高分子试剂：由起骨架作用的聚合物与起化学反应作用的化合物或活性基团相结合，吸取双方优点而发展起来的一类化学试剂。

4. 固相合成：使用不溶性高聚物为载体，通过其活性基团将反应物之一固定在高分子载体上，使有机合成在固相上进行的方法。

5. 相转移催化剂：用于反应物从一相向另外一相的转移，使实体与底物发生化学反应的试剂。

6. 光导高分子：指那些在受光照射前本身电导率不高，但是在光子激发下可以产生某种载流子，并且在外电场作用下可以传输载流子，从而可以大大提高其电导率的材料。

7.派尔斯相变：派尔斯相变是一种由晶格畸变引起的导体一一半导体(或绝缘体)转变.8. 热致型液晶：指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。

通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。

9. 正性光刻胶：曝光部分发生光化学反应溶于显影液，而未曝光部分不溶于显影液，仍留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。

10. 超晶格：固溶体发生有序化转变后不同种原子在晶格中呈有秩序排列的晶体结构。

物两大类。

15. 组织工程：是指利用生物活性物质，通过体外培养或构建的方法，再造或者修复器官及组织的技术16. 高分子胶束：利用两亲性高分子材料的亲、疏水链段的相互作用形成的核-壳结构。

二、简答题1. 功能高分子有哪些结构层次？1）功能高分子的元素组成。

2）功能高分子材料的官能团组成。

3）功能高分子链结构的分子结构。

4）功能高分子的微观构象和聚集状态。

5）功能高分子的宏观构象。

2. 与小分子反应试剂相比，高分子试剂有那些优点？1）是产物分离纯化过程简化。

2）提高反应的专一性。

3）提高反应选择性。

4）利于合成反应的自动化。

3. 高分子固相合成中对载体有和要求？1）在体系中不溶解。

2）高比表面积或一定溶胀性。

功能高分子材料复习提要〔答案仅供参考〕一．名词解释：1．功能高分子材料：指与常规聚合物相比，除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、光敏性、催化性、化学活性和生物活性等)的高分子材料。

2．功能高分子材料化学：以功能高分子材料为研究对象，研究它们的构造和组成、物理化学性质、制备方法及其应用的科学，就称为功能高分子材料化学。

3．构造型功能高分子材料：是指在大分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由于高分子本身的构造因素决定的。

4．复合型功能高分子材料：是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能(如导电、导磁等)的其它材料进展复合而制得的功能材料。

5．渗透系数：是指在单位时间、单位膜面积通过的被测物与单位膜厚度所施加的驱动力的比值。

6．高分子骨架的邻位效应：在功能高分子材料中，高分子骨架上邻近功能基团的一些构造和基团对功能基的性能具有明显的影响力，这种作用称为高分子的邻位效应。

7．高分子骨架的模板效应：模板效应是指利用高分子骨架的空间构造，包括构型和构象，在其周围建立起特殊的局部空间环境，在有机合成和其他应用场合提供一个类似于工业上浇铸过程中使用的模板的作用。

8．聚合物的半透性：指聚合物对某些气体或液体有一定透过性，而对另外一些物质没有透过性，或者透过性很小。

9．一次功能：指向材料输入的能量和从材料输出的能量同种形式时，即材料仅起能量传送作用时的这种功能称为一次功能。

10．二次功能：指向材料输入的能量和输出的能量不同形式时，即材料起能量转换作用时的这种功能称为二次功能。

11．功能高分子材料的多功能复合：将两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，形成的新的功能材料具有任何单一功能高分子均不具备的性能，这一结合过程被称为功能高分子材料的多功能复合过程。

12．阳离子交换树脂：带有酸性基团(即可解离的反离子是H+或金属阳离子)，能与阳离子进展交换反响的称作阳离子交换树脂。