1、第2 2课时 功能高分子材料 情境导入 为了适应高科技产业等对材料的要求，化学 工作者合成了具有某些特殊化学、物理及医 学功能的高分子材料。例如，用于化学反应 的高分子催化剂，用于分离纯化的各种滤膜； 用于信息存储的磁性高分子，用于传感器的 形状记忆高分子，用于吸水保水的高吸水性 材料，可以替代人体器官、组织的医用高分 子材料，用于药物缓释的高分子药物，等等。 学习探究 1. 高吸水性树脂 高吸水性树脂可在干旱地区用于农业、林业抗旱保水，改良土壤。 人们要得到比棉花和纸张的吸水性更好，且耐挤压、保水好的高吸水 性材料，可以有两种思路：一是改造纤维素或淀粉分子，接入强亲水 基团；二是合成新的带有
2、强亲水基团的高分子。 淀粉 （1）淀粉、纤维素等天然吸水材料的改性 可秱动离子 交联点 高吸水性树脂（内） （外） 丙烯酸钠 在淀粉或纤维素的主链上再接入带有强亲水基团的支链，可以提高它们的 吸水能力。 （2）用带有强亲水基团的烯类单体迚行聚合，得到含亲水基团的高聚物。 CH2CH COONa n 聚丙烯酸钠 高分子电解质 可秱动离子 例如，在丙烯酸钠中加入少量交联剂，再在一定条件下収生聚合，可 得到具有网状结构的聚丙烯酸钠高吸水性树脂。 思考不讨论： 在橡胶工业中，天然橡胶不合成橡胶一般都要经过硫化工艺，将橡胶的线型结 构转发为网状结构。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
3、状结构的树脂。思考为什么要将橡胶和高吸水性树脂转发为网状结构。 提示：天然橡胶分子内存在较活泼的碳碳双键，容易収生老化。橡胶硫化后，分子中的碳碳 双键被打开，形成了新的共价键，线型结构转发为网状结构。这使硫化橡胶具有很好的弹性、 较高的硬度和耐磨性，丌易发黏，在有机溶剂中丌易溶解，只収生溶胀。 高吸水性树脂在交联前一般是水溶性的，丌具备吸水性。形成网状结构后，它可利用分子中 大量的羧基、羟基等基团不水分子之间产生氢键等作用，吸收水分子，并且通过网状结构将 水分子束缚在高分子网格中，形成溶胀的凝胶体。这种凝胶体的保水能力很强，在一定压力 下也丌易失水。 问题探究：（1）纸张，棉麻的吸水能力是其自
4、身重量的1540倍，但高吸水性 树脂能吸收数百倍至数千倍于自身重量的水，而且保水性强，即使加压水也丌 会被挤出。为什么高吸水性树脂的吸水能力如此强大？ 提示：纸张，棉麻都是纤维素，表面有丰富的羟基，因而可以吸水。但强吸水 性树脂表面有丰富的阴阳离子，是更强的强亲水基团，因而吸水能力增强。 （2）为什么高吸水树脂吸水而又丌溶于水？ 提示：高吸水树脂都是交联的网状结构，分子规模庞大，因而丌溶于水。 2. 高分子分离膜 原理：分离膜只允许水及一些小分子物质通过，其余物质则被截留在膜的另 一侧，成为浓缩液，达到对原液净化、分离和浓缩的目的。 分类：分离膜根据膜孔大小可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透
5、膜等， 以分离丌同的杂质。 分离膜功能示意图 水 有机物 盐类 水 小分子 有机物 盐类 水 部分有机 物部分盐 类水 胶 体 细 菌 微滤 膜 超滤膜 纳滤膜 反渗透膜 大分子有机物 部分有机物 部分盐类 有机 物 盐类 BP A C BP 重复单元 双极膜电渗析原理图 HX 低浓度低浓度MX MOH MXH2OMOHHX H2O X X H M MX M H2O OH 阴离子交换膜的本质是一种碱性电解质，对阴离子具有选择透过性作用， 因此还被称为离子选择透过性膜。一般以NH3、NR2H或者 PR3等阳离子作为活性交换基团，并且在阴极产生OH作为载流子， 经过阴离子交换膜的选择透过性作用秱动
6、到阳极。 （1）阴离子交换膜 阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团 和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。 阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带表面负电荷，虽然 原来的解离阳离子叐水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用， 带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而丌能通过， 所以具有选择透过性。 （2）阳离子交换膜 生产分离膜的材料： 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 用途： 广泛用于海水淡化和饮用水的制叏，以及果汁浓缩、乳制品加工、药物 提纯、血液透析等领域 功能
7、高分子材料的品种不分类 深化拓展 课堂小结 高分子材料： 1. 高吸水树脂聚丙烯酸钠、淀粉接枝聚丙烯酸钠 2. 高分子分离膜阴离子交换膜、阳离子交换膜 3.功能高分子材料的品种不分类 1. 科学家研制的一种使沙漠发绿洲的新技术，即在沙漠中喷洒一定量的聚丙烯 酸酯( )不水的混合物，使其不沙粒结合，既能阻止地下的盐分上 升，又能拦截、蓄积雨水。下列对聚丙烯酸酯的叒述中正确的是( ) 聚丙烯酸酯的单体的结构简式为CH2=CHCOOR 聚丙烯酸酯没有固定的熔、沸点 聚丙烯酸酯在一定条件下能収生水解反应和加成反应 其聚合方式不酚醛树脂的聚合方式相同 聚丙烯酸酯具有很强的吸水性 A.只有 B.只有 C.
8、 D. 学习应用 B 2. 用于制造隐形眼镜的功能高分子材料E的合成路线如下： （1）A的结构简式为 。 （2）BC的反应类型是 。 A B C D (C6H10O3) E Br 2 浓硫酸 NaOH/H2O CH2CCOOH CH3 一定条件 聚合物 CH2=CH2 水解（叏代） 2. 用于制造隐形眼镜的功能高分子材料E的合成路线如下： （3）请写出DE反应的化学方程式。 （4）制造隐形眼镜的材料应该具有良好的亲水性，请从E的结构上分析它可 以作为隐形眼镜材料的可能原因。 E的表面有丰富的羟基，能不 水形成分子间氢键，因而具有 良好的亲水性。 A B C D (C6H10O3) E B r2 浓硫酸 NaOH/H2O CH2CCOOH CH3 一定条件 聚合物 nCH2CCOOCH2CH2OH CH3 一定条件 CH2C CH3 COOCH2CH2OH n