第三節功能高分子材料一功能高分子材料1.概念。在合成高分子的主鏈或支鏈上接上帶有某種特定功能的官能團，使它們具有特殊的功能，以滿足光學、電學、磁學、熱學、化學、生物學、醫學等方面的要求，這樣形成的高分子統稱為功能高分子。2.分類目前，常用的功能高分子材料的分類可表示如下：常用功能高分子材料：高吸水性樹脂、離子交換樹脂、光敏高分子、導電高分子、高分子催化劑和試劑、醫用高分子、高分子膜3.幾種重要的功能高分子材料（1）高吸水性樹脂：①有兩種方法可以獲得具有高吸水性能的樹脂：a.對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，住它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。b.以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸等為單體，均聚或兩種單體共聚，得到親水性聚合物。這兩種方法的共同點是：都要在反應中加入少量含有兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯劑，讓高聚物分子鏈間發生交聯，得到具有網狀結構的樹脂。②高吸水性樹脂可在干旱地區用于農業、林業、植樹造林時抗旱保水、改造土壤、改造沙漠。（2）離子交換樹脂主要用于分離和提純，如制取去離子水，回收工業廢水中的金屬，硬水的軟化等。（3）醫用高分子（如硅橡膠、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯醇等）的生物相容性較好、安全無毒，可用于制造醫用器械和人造器官。課堂練011．功能高分子材料功能高分子材料是指既有傳統高分子材料的機械性能，也有某些特殊功能的高分子材料。2．新型功能高分子材料新型功能高分子材料包括具有新型骨架結構的高分子材料，還包括在合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能原子團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學、生物、醫學等方面的特殊功能。3．高吸水性樹脂的結構特點及合成方法(1)結構特點①含有強親水性原子團(—OH)的支鏈；②具有網狀結構。(2)合成方法①對淀粉、纖維素等天然吸水材料進行改性，在它們的高分子鏈上再接上含強親水性原子團的支鏈，以提高它們的吸水能力。例如，將淀粉與丙烯酸鈉在引發劑作用下共聚，生成以淀粉為主鏈的接枝共聚物，同時與交聯劑反應，生成具有網狀結構的淀粉——聚丙烯酸鈉接枝共聚物高吸水性樹脂。②以帶有強親水性原子團的化合物，如丙烯酸CH2=CH—COOH等為單體，均聚或兩種單體共聚得到親水性高聚物。例如，丙烯酸單體用NaOH中和得到丙烯酸鈉，加入少量交聯劑，再在引發劑作用下發生聚合，得到具有網狀結構的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂。這兩種方法有一個共同特點，都要在反應中加入少量含兩個雙鍵的二烯化合物作為交聯劑，讓線型結構變為網狀結構。4.下列原料或制成的產品中，如出現破損不可以進行熱修補的是（）。A.聚氯乙烯涼鞋B.電木插座C.自行車內胎D.聚乙烯塑料膜答案：B【解析】聚氯乙烯涼鞋、自行車內胎、聚乙烯塑料膜等都是用熱塑型塑料樹脂加工而成的，可以反復加工，多次使用，出現破損時可進行熱修補，而電木插座是用熱固性塑料電木加工而成的，受熱不熔化，出現破損時不能進行熱修補。5.（雙選）下列原料或制成的成品中，可溶于有機溶劑的是（）。A.有機玻璃B.從廢輪胎上刮下的橡膠粉末C.滌綸繩（其主要成分為）D.電木答案：AC6.下列說法中正確的是（）。A.合成纖維和人造纖維可統稱為化學纖維B.酚醛樹脂和聚氯乙烯都是熱固性塑料C.錦綸絲接近火焰時先蜷縮，燃燒時有燒焦毛發的臭味，灰燼為有光澤的硬塊，能壓成粉末D.維綸具有較好的吸濕性，是因為其分子鏈上含有羥基的緣故答案：AD7.下列說法中正確的是（）。A.硫化橡膠遇汽油能發生溶脹B.聚硫橡膠具有良好的耐嚴寒、耐高溫性能C.合成橡膠是以石油、天然氣為原料，以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子D.橡膠的老化實質上發生的是酯化反應答案：AC8.下列說法中正確的是（）。A.天然纖維就是纖維素B.合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農副產品C.化學纖維的原料可以是天然纖維D.生產合成纖維的過程中發生的是物理變化答案：BC【解析】天然纖維不僅包括纖維素，還包括羊毛、蠶絲等；生產合成纖維的主要原料是石油、天然氣、煤和農副產品，在生產過程中必包含有加聚或縮聚反應，應屬化學變化；化學纖維的原料可以是天然纖維。如黏膠纖維就是用木材、草類等天然纖維經化學加工制成的。二復合材料1.概念復合材料是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料，其中一種材料作為基體，其他材料作為增強劑。2.性能復合材料一般具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優異性能，在綜合性能上超過單一材料。3．應用復合材料主要應用于宇宙航空工業、汽車工業、機械工業、體育用品、人類健康等方面。三合成材料的應用及發展合成材料廣泛應用于工農業、國防、醫藥衛生、交通及日常生活等領域。隨著經濟的發展，各行各業對材料的需求在逐漸增多，對重要的通用有機高分子材料繼續進行改進和推廣，使它們的性能不斷提高，應用范圍不斷擴大，在人們的生產和生活中將發揮越來越重要的作用。合成材料的快速發展與大量應用，其廢棄物的急劇增加帶來了環境污染，一些塑料制品所帶來的“白色污染”尤為嚴重。目前，治理“白色污染”主要應從減少使用和加強回收開始，從長遠來看，可逐步以可降解塑料取代現在普遍使用的塑料，從根本上解決“白色污染”問題。課堂練021.復合材料：是指兩種或兩種以上材料組合成的一種新型材料。其中一種材料作為基體，如酚醛樹脂、環氧樹脂等；另外一種材料作為增強材料，如玻璃纖維、碳纖維等。2.復合材料的性能：具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優異性能，在綜合性能上超過了單一材料。如復合材料——玻璃鋼產品。3.復合材料的應用：主要用來做建筑材料和汽車、輪船、人造衛星、宇宙飛船的外殼和構件。4.下列有關新型高分子材料的說法中，不正確的是（）

A.高分子分離膜應用于食品工業中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業等

B.復合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強劑

C.導電塑料是應用于電子工業的一種新型有機高分子材料

D.合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達到生物相容的程度

答案：D【解析】并不是所有人工合成的高分子材料植入人體都出現排斥反應，有不少的新型高分子材料具有優異的生物兼容性，在人體中排異很小，可以滿足人工器官對材料的苛刻要求5.除了傳統的三大合成材料以外，又出現了高分子分離膜，具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料，醫用高分子材料，隱形高分子材料和液晶高分子材料等許多新型有機高分子材料。試根據下列用途判斷新型有機高分子材料的種類。（1）用于海水和苦咸水的淡化方面：________。（2）用于制造人工器官（如人工心臟）的材料：________。答案：（1）高分子分離膜（2）醫用高分子材料（如硅聚合物和聚氨酯等高分子材料）6.據CCTV《科技博覽》報道，近年來中科院首創用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳，下列相關說法合理的是（）。A.聚二氧化碳塑料是通過加聚反應制得的B.聚二氧化碳塑料與干冰互為同素異形體C.聚二氧化碳塑料與干冰都是純凈物D.聚二氧化碳塑料的使用會產生“白色污染”答案：A7.高分子材料發展的主要趨勢是高性能化、功能化、復合化、精細化和智能化，下列材料不屬于功能高分子材料的是()A.用于生產光盤等產品的光敏高分子材料B.用于制造CPU芯片的良好半導體材料單晶硅C.能用于生產“尿不濕”的高吸水性樹脂D.能導電的碘摻雜聚乙炔答案：B【解析】B項中半導體材料單晶硅，屬于傳統的無機非金屬材料；A項中光敏高分子材料、C項中高吸水性樹脂、D項中導電高分子材料均屬于功能高分子材料。8.隔熱瓦是一種金屬陶瓷，金屬陶瓷是由陶瓷和黏結金屬組成的非勻質的復合材料。陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高溫氧化物，黏結金屬主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔點金屬。下列關于復合材料的說法不正確的是()A.由兩種或兩種以上金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的物質叫復合材料B.復合材料一般具有強度高、質量輕、耐高溫、耐腐蝕等優異性能，在綜合性能上超過了單一材料C.玻璃鋼是由玻璃纖維和樹脂組成的復合材料，它可做船體、汽車車身等，也可做印刷電路板D.復合材料可以發揮每一種材料的長處，并避免其弱點答案：A【解析】復合材料由基體和增強材料組合而成，A項敘述的是合金而不是復合材料；復合材料一般具有各成分的性質，又比各成分的性質優良：強度高、密度小、耐高溫、耐腐蝕，故A項不正確。9.某復合材料是以碳纖維為增強材料，以金屬鈦為基體復合而成的。估計這種材料()①耐高溫②不耐熱③導電、導熱④不導電、不導熱⑤可用于飛機機翼⑥可用于導彈的殼體A.①③⑤⑥ B.②③⑤⑥C.②③④ D.③④⑤答案：A【解析】碳纖維為增強材料，金屬鈦為基體的復合材料應具有增強材料的優點和基體的優點。碳纖維熔點高、硬度大，金屬鈦熔點高、導電、導熱，二者的密度都較小，因此該復合材料有：耐高溫、導電、導熱、密度小的特點，可用于制造飛機和導彈。故選A。基礎鞏固1.在制造聚氯乙烯塑料時，往往要加入鄰苯二甲酸二辛酯，它的作用是（）。A．作催化劑B．提高塑料的硬度C．提高塑料的熔點D．提高塑料的可塑性和柔軟性答案：D【解析】鄰苯二甲酸二辛酯是增塑劑，增塑劑可用來提高聚合物的可塑性和塑料制品的柔軟性。2.下列有關塑料的說法，不正確的是（）。A．塑料的主要成分是合成樹脂B．熱塑性塑料可以反復加工，多次使用C．酚醛樹脂可制熱固性塑料D．通用塑料可以在任何領域使用答案：D【解析】通用塑料不能在工程材料領域使用。3.具有熱固性的高分子受熱不會熔化，是因為（）。A．高分子鏈中存在著化學鍵和分子間作用力B．存在著較多的分子間作用力C．它的化學鍵特別牢固D．網狀結構中的高分子鏈通過化學鍵交聯答案：D【解析】網狀結構的高分子，高分子鏈之間通過化學鍵產生了交聯，加熱不會使化學鍵斷裂。因此，這種結構的高分子受熱時，不會熔化。4．“噴水溶液法”是最近日本科學家研制出的一種使沙漠變綠洲的新技術，它是先在沙漠中噴灑一定量的聚丙烯酸酯水溶液，水溶液中的高分子與沙土粒子結合，在地表下30cm～50cm處形成一個厚0.5cm的隔水層，既能阻止地下的鹽分上升，又有攔截、蓄積雨水的作用。下列對聚丙烯酸酯不正確的說法是（）。A．單體的結構簡式為CH2＝CH—COORB．在一定條件下能發生加成反應C．在一定條件下能發生水解反應D．沒有固定的熔、沸點答案：B【解析】聚丙烯酸酯為，其單體是CH2＝CH—COOR；聚合物中不含C＝C鍵，不能發生加成反應，但含有酯基，能發生酯的水解反應；聚丙烯酸酯是混合物，沒有固定的熔、沸點。5.下列敘述錯誤的是（）。A．合金材料中可能含有非金屬元素B．人造纖維、合成纖維和光導纖維都是有機高分子化合物C．加熱能殺死流感病毒是因為病毒的蛋白質受熱變性D．在汽車排氣管上加裝“催化轉化器”是為了減少有害氣體的排放答案：B【解析】本題考查化學常識。生產光導纖維的主要原料是SiO2，SiO2屬于無機物，所以B項錯誤。6．隨著工業的高速發展，橡膠的產量和性能已不能滿足工業生產需要，近年來，人們合成了一種無機耐火橡膠，它的結構應是（）。答案：C【解析】含C、H等元素的有機物容易燃燒。7.高分子分離膜可以讓某些物質有選擇地通過而將物質分離，下列應用不屬于高分子分離膜的應用范圍的是（）。A.分離工業廢水，回收廢液中的有用成分B.食品工業中，濃縮天然果汁、乳制品加工和釀酒C.將化學能轉換成電能，將熱能轉換成電能D.海水的淡化答案：C【解析】題中分離工業廢水、食品工業、海水淡化是高分子分離膜的應用，將化學能轉換成電能的傳感膜和將熱能轉換成電能的熱電膜是能量轉化的高分子膜。8.（雙選）復合材料是指由兩種或兩種以上的材料組合成的一種新型材料。其中一種材料作為基體，另一種材料作為增強劑，這樣可發揮每一種材料的長處，并避免其弱點。，下列物質中不屬于復合材料的是（）。A．聚苯乙烯樹脂B．鋁塑管C．滌棉織品D．純棉內衣答案：AD【解析】鋁塑管、滌棉織品是復合材料，聚苯乙烯樹脂、純棉內衣由單一材料制成．不是復合材料。9.下列關于新型有機高分子材料的說法中，不正確的是（）。A.高分子分離膜應用于食品工業中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業等B.復合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強劑C.導電塑料是應用于電子工業的一種新型有機高分子材料D.合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達到生物相容的程度答案：D【解析】醫用高分子材料一般具有優異的生物兼容性，較少受到排斥，可滿足人工器官對材料的苛刻要求。10.(雙選)關于“尿不濕”中添加的高吸水性樹脂的說法中正確的是（）A.用淀粉、纖維素等天然高分子化合物與阿烯酸鈉發生聚合反應制得B.用聚乙烯醇與丙烯酸鈉反應制得C.用和發生縮聚反應制得D.用乙烯和丙烯發生加聚反應而制得答案：AB【解析】高吸水性樹脂是含有—COOH、—OH等強親水性基團，并具有一定交聯結構的網狀高分子化合物。選項A、B符合要求，選項C、D形成的都是線型高分子化合物且不含親水基團。11.我國科學家不久前成功合成了3mm長的管狀定向碳納米管，長度居世界之首，這種碳纖維具有強度高、硬度（抵抗變形的能力）高、密度小（只有鋼的）、熔點高、化學穩定性好等特點，因而被稱為“超級纖維”。對碳纖維的下列說法中不正確的是（）。A.它是制造飛機的理想材料B.它的主要組成元素是碳C.它的結構與石墨相似D.碳纖維復合材料不易導電答案：C【解析】“超級纖維”硬度高，結構與石墨不相似。提升訓練12.人造羊毛的主要成分為，此物質可由以下三種途徑合成，已知A是石油分餾的一種產品，回答下列問題：（1）寫出A的分子式________，D的結構簡式________；（2）在反應①～⑤中，屬于加成反應的是________，屬于裂化反應的是________；（3）寫出反應⑥的化學方程式：________；（4）從能源和環保的角度看，你認為最有發展前景的是________。理由是________。答案：（1）C4H10（2）①②③（3）2CH2＝CH—CH3+2NH3+3O22CH2＝CH—CN+6H2O（4