化学功能高分子材料
功能高分子材料说课稿
《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。
人教版高中化学选修5 有机化学基础 第五章 第三节 功能高分子材料(第1课时)
功能高分子材料
4 下列不属于新型有机高分子材料的是： （ D ） 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 5.下列对新型高分子材料说法中,不对的是….( D )
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人体的排斥作用, 难以达到生物相容的程度。
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功能高分子材料
随堂练习 1.下列物质不属于有机高分子化合物的是 ( C ) 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 ( B ) 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…( C ) A.良好的导热性 B.良好的绝缘性 C.良好绝热性 D.熔点低
2014年9月1日星期一
4
功能高分子材料
高分子分离膜
2014年9月1日星期一
5
功能高分子材料
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。
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功能高分子材料
功能高分子材料的应用：
高二化学《应用广泛的高分子材料 功能高分子材料》知识点归纳总结+典例导析
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。
第五章第2节高分子材料第2课时 课件 2021-2022学年高二化学人教版（2019）选择性必修3
B.CH2==CH—COOH
C.CH3—CH(OH)—COOH D.H2N—CH2—COOH
随堂巩固
3.X是一种性能优异的高分子材料，其结构简式为
，
已被广泛应用于声、热、光的传感等方面，它是由HC≡CH、(CN)2、CH3COOH三种 单体通过适宜的反应形成的。由X的结构简式分析合成过程中发生反应的类型有
很难溶解，但往往有一定程 度的胀大
性能
具有热塑性，无固定熔点
具有热固性，受热不熔化
强度大、绝缘性好、有可塑 特性 强度大、可拉丝、吹薄膜、绝缘性好
性
常见 物质
聚乙烯、聚氯乙烯、天然橡胶
酚醛树脂、硫化橡胶
小结
随堂巩固
1.手术缝合线、人造器官等人体用的功能高分子要求无毒且与人体有较好的相容性。
根据有关化合物的性质及生物学知识可知，下列高分子不宜用作手术缝合线或人造
②合成新的带有强亲水基团的高分子。
如CH2==CH—COONa —一交—定联—条—剂件→
聚丙烯酸钠(网状结构)
学习任务三：高吸水性树脂
3.性能： 不溶于水，也不溶于有机溶剂，与水接触后在很短的 时间内溶胀，可吸收其本身质量的数百倍甚至上千倍 的水，同时保水能力要强，还能耐一定的挤压作用。
《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
器官材料的是 A.聚乳酸
B.聚氨酯
C
C.氯纶
D.聚乙烯醇
随堂巩固
2.用高分子塑料骨钉取代钛合金骨钉是医学上的一项新技术，这种塑料骨钉不仅具
有相当的强度，而且可在人体内水解，使骨科病人免遭拔钉的痛苦。合成这种塑料
骨钉的原料能与强碱溶液反应，也能在浓硫酸条件下形成环酯。则合成这种塑料骨
高中化学2主题6课题1功能高分子材料的研制
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。
功能高分子重点
吸水量可达自重的500倍到l 000倍，最高可达 5300倍。根据弗洛利公式，吸水能力与树脂组成、 交联度有关，此外还与外部溶液的性质有关． ▪ (二)保水性 ▪ 高吸水性树脂与普通的纸、棉吸水不同，后者加 压几乎可以完全把水挤出，而前者加压失水不多。 这是因为吸水性树脂一旦吸水就彭胀为凝胶状， 高分子网链被扩展而具有一定的弹性，因此，在 加压下也不易挤出水来，但吸水性树脂可与环境 水份保持平衡．
▪ 阴离于絮凝剂主要有聚丙烯酰胺和它的部 份水解产物或是丙烯酰胺与丙烯酸的共聚 物，此外，还有聚苯乙烯磺酸钠等。
▪ 阳离子絮凝剂。阳离于絮凝剂一般是在侧 基或支链上带有正电荷的阳离子聚电解质
▪ 如高分子量聚丙烯酰胺的改性产物
▪ 非离子絮凝剂。这类絮凝剂主要有聚丙烯 酰胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等。
1、高分子化学反应的特点
相同点： 一般低分子化学反应包括氧化、还原、取代、 加成、消去、酯化、水解、氢化、卤化、 硝化、磺化、环化和配位等，也适用于高 分子．
高分子化学反应的特点
不同点： (l)高分子链含有大量具有反应能力的功能基，当 进行化学反应时，并非所有的基团都参与反应， 故不易分离出单一结构的产物． (2)高分子与化学试剂反应，如属非均相反应，则 试剂在高分子相内的扩散速度对反应的程度影 响很大． (3)由于高分子链很长，在物理或化学的因素作用 下，容易发生降解或异构化，甚至交联．
高分子絮凝剂的特点
▪ 一般低分子无机盐类混凝剂)是通过电荷中和 作用使胶粒碰撞而聚集沉降的。就应用的宏 观效果看，与无机混凝剂相比．高分子絮凝 剂的主要特点是用量少、效果好、适用范围 宽、所形成的絮体大、沉降快、污泥量少且 易于脱水处理
化学选修五第五章第三节功能高分子材料
了解功能高分子材料的结构特点和重要性能；掌握 合成功能高分子材料的原理。 通过对新型有机高分子材料结构和功能的介绍，激 发学生学习化学的兴趣，提高学生学习化学的积极性。
引入： 时代的划分常以材料为标志：石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代 、高分子时代。当今能源、材料、信息工程是影响社会经济发展和进步的三大支柱产业。其中材料是能源和信息发展的基础，而有机合成材料是材料工业的一个重要方面。
需要考虑的问题：高分子应具有怎样的主链？应带有怎样的功能原子团？ 直接由带功能原子团的单体合成高分子？还是先合成高分子主链，在主链上引入功能原子团？
基本合成思想： 直接合成具有新型骨架结构的高分子材料,在合成高分子的主链或支链上引入某种功能原子团，使其显示特殊功能。 合成功能高分子材料的路线方法
C
一、功能高分子材料简介
定义：既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子。 功能高分子材料的简单分类： 物理功能高分子材料 液晶高分子、高分子半导体等 化学功能高分子材料 高吸水性材料、高分子分离膜等 生物功能和医用高分子材料 高分子药物、人造器官等
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。
3.高吸水性材料的合成
目的：吸水性强、保水性强、耐挤压
交联剂进行交联以得到网状结构
合成方法
①对天然吸水材料进行改性
②直接由带有强亲水性原子团 的化合物聚合得到
复合材料
定义：将两种或两种以上不同性能的材料组合起来，在性能上取长补短，就可以得到比单一材料性能优越的复合材料。 特点：在复合材料中，一种材料作为基体，另外一种材料作为增强剂，就好像人体中的肌肉和骨头一样，各有各的作用，结合在一起就产生某些特殊性能：例如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)： 基 体 ＋ 增强剂 ＝ 复合材料 酚醛树脂 ＋ 玻璃纤维 ＝某种玻璃钢
高二化学选修5课件：5-3功能高分子材料
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
③高分子化学反应被广泛应用于纤维素的改性，可以 制黏胶纤维、硝化纤维和醋酸纤维等。 ④高分子化合物的降解过程也属于高分子化学反应。 在降解过程中，高分子化合物链节数变小。
人 教 版 化 学
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
2．新型有机高分子材料与传统的三大合成材料的区别 与联系 二者在本质上并没有区别，它们只是相对而言。从组 成元素看，都是由C、H、O、N、S等元素构成；从合成反 应看，都是由单体经加聚或缩聚反应形成；从结构看，都
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有线型结构、体型结构。它们的重要区别在功能与性能上，
与传统材料相比，新型有机高分子材料的性能更优异，往
往具备传统材料所没有的特殊性能，可用于许多特殊领域。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【例4】
医用化学杂志曾报道，有一种功能高分子材
料为聚乙交酯纤维材料C，用这种功能高分子材料制成的手 术缝合线比天然高分子材料的肠线好。它们的合成过程如 下：
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(3)指出下列转化的反应类型。
①B→C：________；②C→石墨化纤维：________。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
【解析】
平均一个六边形含3个碳原子、1个氢原子、
1个氮原子。因此，构成石墨化纤维的N、H、C原子个数比 为1∶1∶3。CHCH与HCN加成生成A，A聚合成B，B又经 过加成反应生成C，C经过脱氢生成石墨化纤维。 【答案】 (1)N、H、C；1∶1∶3
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能够把热能转换成电能等。因此，这种新型的高分子膜为
缓解能源和资源的不足、解决环境问题带来了希望。
第五章 进入含成有机高分子化合物的时代
5 功能高分子材料
光交联型高分子
感光高分子材料 光分解型高分子
光致变色高分子
1．光交联型高分子
在光照下，分子链间能发生交联偶合反应的感光性高分子。
同时由于液晶分子的取向特性，纤维可以在较 低的拉伸倍率下获得较高的取向度，避免纤维在 高拉伸倍率下，产生内应力和损伤纤维，从而可 以获得高强度、高模量、综合性能好的纤维。
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聚对苯二甲酰对苯二胺纤维不同纺丝方法 的力学性能对照 纺丝方法
纺丝液浓度（%） 纺丝液温度（oC） 纺丝液光学性质 纤维拉伸强度（克/袋） 断裂伸长率（%） 初始模量（克/袋）
弱碱性阴离子交换
大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结 构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引 入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂
优点：
通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝胶 树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象，从 而强化了离子交换的功能； 减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机污染 ”现象（大分子不易洗脱）； 可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表 面积，以适应不同的分离要求。
离子交换树脂的应用——蛋白提纯
• 树脂预处理
• 离子交换吸附 • 洗脱
离子交换树脂的应用——水处理
工业用水里存在钙、镁、 两价和三价的铁离子，易使 管道和锅炉结垢。用聚苯乙 烯磺酸型离子交换树脂可以 对水进行软化处理 用于原子能、半导体、电 子工业、高温高压锅炉的水， 要求高质量的无离子水。采 用离子交换树脂混合床法可 使水去离子化
具有化学功能的高分子材料
(a)主链导入型 C C C
(b)侧链导入型
(c)混合型
C C ＋C
图 3－1 感光高分子的组成
一、感光材料的功能基础 ――光化学反应
对有机化合物的光化学反应进行的大量研究， 是从五十年代到六十年代开始的，其后便迅速
发展起来，现在对于许多有机化合物的详细反
应机理已经搞清，并达到了系统化。开展光功
为考察对光功能材料进行分子设计的指导原则， 现举出在光化学反应和化合物的结构以及物性 等方面，材料是如何显示出功能的一个具体实 例进行探讨。图（3－3）所示的偶氮苯的顺反 式结构异构化，是有机光化学的基本反应实例， 包括多种衍生物在内，对这些光化学机理，人 们正进行仔细地研究。 有关这种光反应的化学和物理变化的主要内容， 可举出以下几种：
（4）以偶氮苯为交联剂合成的聚丙烯酸 乙酯 , 制成膜后用紫外光照射则收缩； 相反如用可见光照射，则能看到伸长。
这是一种光化学反应。因此，这种化合
物可能会成为今后将光能直接转换成机 械能的材料。
（5）将偶氮苯导入高分子主链，在溶液 中用紫外光照射，可将此高聚物异构化 为顺式结构，溶液的粘度减少 60 ～ 70 ％。 根据受光感应所引起的粘度变化，可考
光聚合性单体中混入低聚物，从而引起光聚合
的物质。除感光树脂之外，安息香还应用于光
固化性油墨和涂料等。
4）异构化反应
所谓异构化反应，是指组成反应物和生成物的 原子不变，而只生成结构不同的物质（结构异 构体）的反应。由光或热的作用引起的异构化 反应，其逆反应也有很多实例。特别是利用可 逆的光异构化反应，可以设计出各种光功能性 材料。首先考虑的是光敏材料。所谓光致变色 现象（photochromism）,是经光照射而发生的 一种可逆的变色现象。
高中化学人教版选修五5.3功能高分子材料解析
——能让某些物质有选择地通过，而把另外一些物 质分离掉
③.应用 ——生活用水、工业废水等废液的处理；海 水、苦咸水的淡化； 浓缩天然果汁、乳制品 加工、酿酒、各种能源的转换(传感膜、热电膜)
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。
思考：如何以带有强亲水性原子团的化合物 CH2=CHCOOH制得网状聚丙烯酸钠？
加交联剂的目的是什么？
高吸水性树脂加交联剂的目的是变支链型 结构为体型结构，使其既有吸水性而又不溶于 水， 耐挤压。
思考：强吸水能力的功能高分子材料除了用于 “尿不 湿”，还有哪些用途？
如旱地种植、改良土壤、改造沙漠等。
一.高吸水性材料 ——亲水性高聚物
（分子链带有许多亲水原子团）
美国《时代周刊》这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。
以带有强亲水基的化合物为单体，均聚 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 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。 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。 现在不仅是婴幼儿使用，还有供特殊成人使用的，更有趣的是有些宠物也系上了“尿不湿”出门溜达，以保护公共卫生。 美国在上世纪六十年代初，航天事业崛起，如何解决宇航员的排尿问题迫在眉睫，华人唐鑫源成为“尿不湿”的发明人，后来他被誉 为美国“太空服之父”。 对天然吸水性高分子材料（淀粉、纤维素）进行改性，在它们的高分子链上再接上含强亲水性原子团的支链，形成接枝共聚物(如与丙 烯酸钠共聚) “神舟5号”、 “神舟6号”等上天的三位航天员 先后也都使用了“尿不湿” 2．几种功能高分子材料的种类 美国从1959起甄选的7位宇航员合影 发现其每个链节上都有—OH，它是一种亲水基 （分子链带有许多亲水原子团） 美国《时代周刊》这份杂志在全美乃至全球都很有影响力。 或共聚得到亲水性高聚物——如聚丙烯酸钠（同时加入交联剂） 。 其中一种做为_____，另外材料做为________。 在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。 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。 比如烧烫伤，把水泡的水放出，用药清洗后，将“人造皮肤”敷贴在伤口上，很快“人造皮肤”就和人的身体长在一起，成了真的皮 肤。 ——具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜 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。 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的“白纸”就是填补国内空白的高科技“人造皮肤”。 其中一种做为_____，另外材料做为________。 保水剂是一种吸水能力特强的功能高分子材料。 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。
人教版高中化学选修5课件-功能高分子材料
(1)合成化合物 A 的三种物质是 HCN、____________________、
___C_H_3_C_H__2_O_H_________(用结构简式表示)。 (2)写出 A 发生固化的反应方程式：_________________。
技能素养 提升点 材料的分类 [例] 下列材料中属于功能高分子材料的是( ) ①有机玻璃 ②合成橡胶 ③高分子分离膜 ④生物高分子 材料 ⑤隐身材料 ⑥液晶高分子材料 ⑦光敏高分子材料 ⑧智能高分子材料 A．①③④⑥⑧ B．②④⑥⑦⑧ C．③④⑤⑥⑦⑧ D．①②③④⑤⑥⑦⑧
解析：以强亲水性原子团作支链，同时与交联剂反应生成具有 网状结构的聚合物才有强吸水性。
答案：D
3．下列材料属于复合材料的是( ) ①合金 ②玻璃钢 ③隔热陶瓷瓦 ④耐高温结构陶瓷 A．①② B．②③ C．③④ D．②④
解析：合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合 而成的具有金属特性的物质，属于金属材料；耐高温结构陶瓷多是 单一材料，属于无机非金属材料；玻璃钢为玻璃纤维和合成树脂形 成的复合材料；隔热陶瓷瓦为纤维(如碳纤维)和陶瓷形成的复合材 料。
A．1 种 加聚反应 B．2 种 缩聚反应 C．3 种 加聚反应 D．3 种 缩聚反应 答案：D
3．婴儿用的一次性纸尿布中有一层能吸水保水的物质。下列 物质中有可能被采用的是( )
解析：该物质必须有亲水性基团，而—OH 是亲水性基团，故 选 B。
答案：B
4．下列材料属于复合材料的是( ) A．聚丙烯 B．铝合金 C．黏合剂 D．玻璃钢
形成性自评 1．下列材料中，属于功能高分子材料的是( ) ①高分子膜 ②生物高分子 ③导电高分子 ④离子交换树 脂 ⑤医用高分子 ⑥高吸水性树脂 ⑦液晶高分子 A．①③⑤⑥ B．②④⑤⑥ C．②③④⑤ D．全部 答案：D
功能材料概论(功能高分子材料)
4. 应用 可用于加氢、硅氢加成、氧化、环氧化、不对称加成等等。
9.3 固定化酶
9.3.1 固定化酶的优点
酶是一种分子量适中的蛋白质，由各种氨基酸连接而成，存在于 所有活细胞中，是生命过程中化学反应中的天然催化剂，在生物 体内进行的化学反应，几乎全部是由酶催化的。
将生物活性酶用人工方法固定于载体上，使之不溶于水，同时仍 具有催化功能。
9.3.3 固定化酶的应用
在酶的固化研究中人们最关心的有两方面：一是酶经过固化后能否 保持高活性和高选择性。二是通过酶的固化能否使其扩大使用范围、 简化操作、降低成本 固定化后酶的活性取决于酶本身原有的活性和固化时采用的方式方 法，以及所用载体的化学结构和物理形态。 活性：一般情况下，酶经固定后，其其活性或多或少都有所降低。 原因：酶在固化过程中，活性酶中一部分氨基酸的氨基或羧基参与 固化而是使酶的结构在一定程度上受到破坏，因此在固化过程中酶 蛋白的高次结构也会有所变化 选择性：酶固化后形成的高分子效应对酶的选择性也会有一定程度 的影响 这也是虽然固化酶有许多优点，但是在工业上的广泛应用仍受到许 多限制的原因之一。
特点：（1）能吸收大量的水和其它极性溶剂（磺酸基） （2）热稳定性和化学稳定性好（氟碳骨架）
2. 阴离子交换树脂
阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所 联的活性基团为碱性基团。
功能高分子
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
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。
第5章-第3节功能高分子材料
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●新课导入建议
教 学 方 案 设 计
高吸水性树脂是制造婴儿尿布的绝好材料，因此俗称 “尿不湿”。它是用淀粉和丙烯酸盐作主要原料制成的。你 知道“尿不湿”为什么尿不湿吗？
当 堂 双 基 达 标
功能高分子材料
复合材料
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既具有传统高分子材料 两种或两种以上材料组 的机械性能，又具有某 合成的新型材料，分为 些特殊功能的高分子材 基体和增强体 料
性能
一般具有强度高、质量 不同的功能高分子材料， 轻、耐高温、耐腐蚀等 具有不同的特殊性质 优异性能 用于汽车工业、机械工 用于制作高分子分离膜、 业、体育用品、航空航 人体器官等 天、人类健康等
了。
【答案】 B
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功能高分子
第一章1．什么是功能高分子或功能高分子材料？功能高分子的特点有哪些？与常规的聚合物的相比具有明显不同的物理化学性质，并且有某些特殊功能的聚合物大分子都应该属于功能高分子材料。
2．试述功能高分子、特种高分子、精细高分子之间的区别和联系。
特种高分子：具有高强度、耐冲击、耐高温、特优电绝缘性能或兼而有之的一类高分子。
精细高分子：包括高分子化的精细化学品，和有特殊性能的功能高分子材料。
3．功能高分子材料应具有哪些功能？4．按照功能划分功能高分子材料可以分哪些类别？医药用高分子，分离用高分子，高分子化学反应试剂，高分子染料等5．按照性质和功能划分，功能高分子材料可以分为哪些类型？反应性高分子、光敏高分子、电活性高分子、膜型高分子材料、吸附性高分子、高性能功能材料、高分子智能材料6．功能高分子材料的主要结构层次有哪些？构成材料分子的元素、材料分子中的官能团、聚合物的连段结构、高分子的微观构象结构、材料的超分子结构和聚集态、材料的宏观结构7．在功能高分子中官能团所起的作用有哪些？（1）性质主要依赖于结构中的官能团、（2）性质取决于聚合物的骨架与官能团协同作用、（3）官能团与聚合物骨架不区分、（4）官能团在聚合物中仅起辅助作用8．在功能高分子中常见高分子效应有哪几种？溶解度下降效应；高分子骨架的机械支持作用；高分子骨架的模板效应；高分子骨架的稳定作用；其他效应：不可吸附性；液晶中分子链直接参与液晶态的形成，稳定和支撑；高分子燃料中可利用其固定作用降低其有害性，还能减少染料的迁移性，提高着色牢度9．举一例说明从已知结构和功能的化合物设计功能的高分子。
10．化学方法制备功能高分子时制备功能可聚合单体应该注意什么？可聚合基团的选择要根据在高分子化过程中使用的聚会方法，功能性小分子的结构特点、生成功能聚合物的使用条件和所需要的性能要求等多种因素综合考虑。
需考虑可聚合基团与功能化基团之间不要相互干扰，必要时对敏感基团加以保护。
第九章 功能高分子
如聚丙烯酰胺侧链上的硫代缩胺基脲汞在光作用下 形成汞的有色络合物。
R N N
CH2 CH CONH Hg
S
C
N
NH R
R CH2 CH CONH Hg S C N N N H N R
八、电子聚合物
1、聚苯胺
在酸性条件和过氧化物存在下苯胺聚合成
O NH2 H+
n
PAn
聚苯胺具有较高的导电性
NH2
2、药物载体
药物载体含四类基团：药（D）、悬臂（S）、输 送基团（T）、使高分子溶解的基团（E）。
高分子链
S E E D D
T T
如聚乙烯醇和阿司匹林结合：
CH2 CH O O C O C O CH3 CH2 CH OH
n
m
七、光致变色高分子
对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材 料。 在高分子链上存在光色基团、当吸收一定波长的 光后发生颜色变化。
H3C OH
CH3
硫醇类
2 R SH R S S R + 2H+ + 2e-
CH2
CH
CH2CH NHCO( C H2)4CHCH 2CH2 SH SH
CH2SH
应用实例
头发中含有胱氨酸，与半胱氨酸存在以下相互转变：
HOOC CH NH2 CH2 S S CH2 CH NH2 COOH
胱氨酸
2HOOC CH NH2 CH2SH
CH2 CH CH2 CH N(CH2CH2OH)3
CH2Cl CH2 CH CH2 CH CH2 CH
CH2N+(CH2CH2OH)3Cl-
CH2
CH
两性离子
CH2 CH CH2 CH CH2 CH N(CH3)3 Cl
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此类大部分以—COOH为功能基，此外还有
O P OH
OH
AsO3H
O As OH
OH
具有—COOH基的弱酸性离子交换树脂几乎都是水解丙 烯酸脂，或甲基丙烯酸能与DVB的共聚物而得，之所 以使用是因为丙烯酸和甲基丙烯酸是水溶性的
强碱性阴离子交换树脂
R 主要是以 N R+OH
作为离子交换基因的树脂
R
R N R+OH
R
+ NaCl
R N R+Cl
R
+ NaOH
弱酸性阴离子交换树脂
CH2
CH CH2 CH C O 150℃～180℃ ，反应6小时 OC2H5 H2NCH2CH2CH2N(CH3)2
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CO HNCH2CH2CH2N(CH3)2
CH2 CH
两性离子交换树脂
易分离回收，可重复使用，产物不需中和，反应条件 温和，催化反应可连续进行。
2. 高分子配位化合物（金属络合物） 催化剂
组成：
高分子配体
PS,PVC,PA,有机硅,聚乙烯吡啶,等 交联有机高分子 甲壳素，羊毛，蚕丝等
无机高分子
硅胶，聚金属胺烷
中心金属离子
一种 多种
载体
SiO2, Al2O3等金属氧化物 PS，聚吡啶
CH2=CH
CH2=CH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
Cl
+ CH2=CHCl +
BPO
N(CH3)3
CH2=CH
CH2 CH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
N(CH3)3+Cl-
H2SO4
CH2 CH
CH2 CH CH2 CH CH2 CH N(CH3)3+Cl-
SO3H CH2 CH
说，都是非均相反应，固体与气体、液体容易分离， 催化剂容易回收。 高分子催化剂对水、空气都很稳定。一般高分子催化 剂在空气中放置一年都不会失活，但是一些常用的有 机反应的催化剂，如无水三氯化铝，则对水很敏感， 吸水后容易失活。 高分子催化剂活性大，反应速度快，产率高。 高分子催化剂可以提高反应的选择性。
物理负载法：浸渍法,金属盐或有机金属化合物被吸附 锁闭在多孔聚合物载体的管道中. （简单但易脱落）
特点
易分离回收，不污染产物；高分子效应有利于提高催 化活性和选择性；
中心金属离子易脱出；活性比相应有机金属络合物催 化剂有所降低；反应物在骨架中扩散速度降低；有机
化学功能高分子材料
概述
化学功能高分子链为骨架并连接具有化学活性大基团 构成。它主要包括：
离子交换树 高分子催化剂 高吸水树脂
离子交换树脂
定义
离子交换树脂是由交联结构的高分子骨架与能离解的 基团两个基本组分所构成的不溶性、多孔的、固体高 分子电解质。
功能：它能在液相中与带相同电荷的离子进行交换
含-C6H4NCS的聚丙烯酰胺与含-NH2的酶作用，可得如 下的固定化酶：
高分子相转移催化剂
1、相转移催化：
是有机化学中的一种新的合成方法
如：R-CH2-Cl+NaOH或NaOH水溶液得到
R-CH2-OH
R-CH2-Cl+NaCN固体或水溶液得到
R-CH2-CN
2、威廉穆森反应
CH3
CH2
反应，此交换反应是可逆的，即可用适当的电解质冲 洗，使树脂恢复原有状态，可供再次利用（再生）。
分类：
根据离解的基团的性质，可分为 ：
1、阳离子交换树脂
〈1〉强酸性（聚苯乙烯系），
交换基：磺酸 －SO3H
〈2〉中酸性（聚苯乙烯系）
交换基：—P=O(OH)2
〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系）
交换基：羧基—COOH或酚基—OH
2、阴离子交换树脂
〈1〉 强碱性（聚苯乙烯系）
交换基： 季胺 叔胺
N+X P+X
R N
R
〈2〉 弱碱性（聚苯乙烯系） 交换基：氨基—NH2
根据高分子基体（即骨架）分：
苯乙烯体系树脂 丙烯酸—甲基丙烯酸酯体系树脂 苯酚—间苯二胺体系树脂 环氧氯丙烷体系树脂
特殊的离子交换树脂 按性能分:
固定化酶可用于催化氧化、还原、重排、水解、异构
化等反应。例如，固定化氨基酰化酶可使N-酰化-D，L-氨 基酸进行选择性水解。所产生的L-氨基酸可利用溶解度的 差别，与N-酰化-D-氨基酸分离,此法已工业化。固定化酶 属于半合成高分子催化剂
利用酶的官能团(-NH2、-COOH、-SH、咪唑基、苯酚基 等）与合成高分子的官能团进行反应可以制得。例如,
配体的结构：含O、S、P、N等配原子，或带π电子的
异戊二烯基、苯基。
载体的作用：增加固相催化剂的比表面，提高催化活 性
合成方法
离子键固载法：有机金属络合阴（阳）离子通过离子 交换固载于聚合物；
共价键固载法：聚合物骨架功能化形成高分子配体,再 络合金属盐或有机金属化合物； (以上为化学键联,常用,牢固但复杂、成本高)
SO3H
高分子催化剂
高分子催化剂就是高分子化的催化剂，催化剂在高分子 上，高分子是载体，因此有时也称负载催化剂。按载体 不同可分为：
无机高分子催化剂
高分子催化剂
交联型（不溶型）
有机高分子催化剂
凝胶型
可溶型
高分子催化剂具有以下优点
高分子催化剂具有以下优点： 高分子催化剂都是固体。对于气相反应和溶液反应来
O
H+
Na+
OH
CH3
N
+
CH
O-
3、采用非质子性溶剂CH3
Na
采用非质子性溶剂
空间效应
OH C R -Cl
CH3S=OCH3此类溶剂价格昂贵，难以纯化，难以干燥 ，极性强，对无机有机都相容，所以反应结束后产物
难分离
1. 高分子酸碱催化剂
即酸性或碱性离子交换树脂。
含酸（碱）性功能基，可在有机合成中起酸（碱）的 催化作用。
1、螯合树脂 2、两性离子交换树脂 3、耐热性离子交换树脂 4、氧化还原树脂
离 子 3H基作离子交换基因的离子交换树脂
目前所有制品都是苯乙烯体系的树脂。
苯乙烯体系强酸性阳离子交换树脂
CH2 CH + CH2 CH
CH2 CH CH2 CH
CH2 CH DVB
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
H2SO4 HSO3 Cl
SO3
SO3H CH2 CH
SO3H
缩合体系强酸性阳离子交换树脂
OH H 2 SO4
OH HCHO
SO3H
OH
OH
CH2
SO3H SO3H
ONa
Na 2 SO4 HCHO
ONa
ONa
CH 2
CH2SO 3 Na
弱酸性阳离子交换树脂