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