《聚合物鏈微觀調(diào)控與聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備》復(fù)習(xí)課教學(xué)課件人教版高三一輪化學(xué)復(fù)習(xí)

聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備聚合物鏈微觀調(diào)控與聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備學(xué)習(xí)目標(biāo)基于分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，研究遙爪聚環(huán)戊烯與其他橡膠和填料的高效復(fù)合，獲得高性能彈性復(fù)合材料。建構(gòu)結(jié)構(gòu)觀，微粒觀，體會結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，發(fā)展宏觀辨識與微觀探析學(xué)科素養(yǎng)。通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和手持技術(shù)的結(jié)合，建構(gòu)實(shí)驗(yàn)觀，能量觀，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。運(yùn)用知識判斷、分析新情境下的問題，學(xué)習(xí)建立假設(shè)、形成觀點(diǎn)以及尋找證據(jù)并根據(jù)證據(jù)進(jìn)行推理的方法，同時(shí)在選擇、解釋和運(yùn)用的過程中使原有知識結(jié)構(gòu)化。01情景引入優(yōu)良的抗疲勞性能是保證飛機(jī)、車輛安全的關(guān)鍵外貿(mào)出口新三樣——電動(dòng)汽車、鋰電池、新能源電池01情景引入三角膠形貌MorphologyDomainsizeInterfaceBeadFillerHarddomain,Resin/filler-richSoftdomain炭黑Resin-rubberdoublenetworkRubbernetwork金屬-橡膠界面AdhesionPeeloff填料及樹脂富集的硬分散相Filler-fillerinteractionFiller-polymerinteraction橡膠-樹脂雙交聯(lián)體系X-linkdensityRigid/flexnetworksFillers填料PrimaryparticlesSurfacechemistryaggregates橡膠交聯(lián)體系輪胎部件的抗疲勞性01情景引入工程橡膠領(lǐng)域——填料增強(qiáng)增加力學(xué)性能，降低生產(chǎn)成本白炭黑（SiO2·nH2O，其中nH2O是以表面羥基的形式存在）提高抗?jié)窕阅芎徒档蜐L動(dòng)阻力。耐磨性抗?jié)窕缘蜐L動(dòng)阻力【交流研討1】極性無機(jī)填料與橡膠基體親和性差，易形成聚集體，制備白炭黑/橡膠復(fù)合材料的關(guān)鍵是解決白炭黑在橡膠基體中的分散問題。能否對低分子量液體聚環(huán)戊烯進(jìn)行調(diào)控提高填料與橡膠基體的結(jié)合力？02聚合物鏈微觀調(diào)控低分子量液體橡膠油替代芳香油的綠色輪胎改善加工性能（潤滑、降低能耗…）加入低分子量聚環(huán)戊烯（）改善加工性能結(jié)構(gòu)分子間作用力——?dú)滏I【交流研討2】水和乙醇的混合為何可以自發(fā)進(jìn)行？ΔG=ΔH-TΔS?S>0?H<0?G<0【實(shí)驗(yàn)探究1】數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：探究水和乙醇混合的熱效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)步驟預(yù)期現(xiàn)象預(yù)測的依據(jù)取少量碘晶體溶于水，均分為三份溶液顏色為黃色碘為非極性分子，水為極性分子，根據(jù)相似相溶原理，碘在水中的溶解度不大向②、③號試管中各加約1mlCCl4，振蕩試管，靜置分層：上層溶液呈無色下層溶液呈紫色碘為非極性分子，水為極性分子，CCl4為非極性分子，根據(jù)相似相溶原理，碘更易溶于CCl4再向③號試管中加入1ml飽和KI水溶液，振蕩，靜置試管中水溶液的量增加，CCl4層不變，水層顏色變黃，CCl4層紫色變淺水為極性分子，CCl4為非極性分子，水和CCl4不互溶，I3－易溶于水溶解性【實(shí)驗(yàn)探究2】傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，應(yīng)用影響物質(zhì)在水中溶解度的影響因素解釋問題？“相似相溶”規(guī)律；溶質(zhì)與水之間能否形成氫鍵；溶質(zhì)能否與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。必備知識資料：I2

+I－?I3－（黃色）溶解性相似相溶判斷分子是否有極性的認(rèn)知模型共價(jià)鍵的極性分子的空間結(jié)構(gòu)分子的正負(fù)電中心是否重合分子是否有極性決定決定

分析表中數(shù)據(jù)，解釋溶解度變化規(guī)律名稱甲醇乙醇1-丙醇1-丁醇1-戊醇溶解度/g∞∞∞0.110.030隨分子中的碳原子數(shù)增加，飽和一元醇在水中的溶解度逐漸減小。某些物質(zhì)在293K,100g水中的溶解度C2H5OH中的—OH和H2O中的—OH相近，因而乙醇易溶于水。戊醇(CH3CH2CH2CH2CH2OH)中烴基較大，其中的—OH跟水分子中的—OH相似性差異較大，因此它在水中溶解度明顯減小。溶解性液體橡膠技術(shù)：遙爪聚合物OHHO提高加工性促進(jìn)填料與橡膠基體的結(jié)合FAmineHydroxyl…NH2OH02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯對低分子量液體聚環(huán)戊烯進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控提高填料與橡膠基體的結(jié)合力不同末端功能基團(tuán)的遙爪聚合物ROMP反應(yīng)制備遙爪聚合物GrubbsRH.CatalystDevelopmentandMechanism.2015.GrubbsRH..Macromolecules,2001,34(25):8610-8618.遙爪聚合物的應(yīng)用合成嵌段共聚物合成聚氨酯反應(yīng)注射成型（RIM）材料橡膠納米復(fù)合材料的制備遙爪聚合物的分子量通常不高，由于其末端的的功能基團(tuán)通常具有反應(yīng)活性，所以常被用作合成復(fù)雜大分子的前驅(qū)體。例如，嵌段共聚物、多臂共聚物、交聯(lián)聚合物和超高分子量聚合物等都可以使用遙爪聚合物制備。遙爪聚合物的合成仍然是目前高分子化學(xué)的一個(gè)重要研究內(nèi)容。【交流研討3】羥基為何是分子的活性中心？羥基氫的活潑程度如何？02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯羥基為何是分子的活性中心？元素電負(fù)性H2.1C2.5O3.5共價(jià)鍵極性C—H弱O—H強(qiáng)從化學(xué)鍵的極性角度分析共價(jià)鍵的極性影響基團(tuán)活性H2O的表面靜電勢圖電子云密度大電子云密度小δ+δ-02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯羥基氫的活潑程度影響因素？基團(tuán)間的相互作用影響鍵的極性2H2O?H3O++OH－Kw=1×10-14

2C2H5OH?

C2H5OH2++C2H5O－K=1×10-30

室溫02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯羥基氫的活潑程度如何？與羥基相連的基團(tuán)影響其極性H-O-Cl、Na-O-H、K-O-HR-O-H02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯必備知識與羥基相連的基團(tuán)影響其極性誘導(dǎo)效應(yīng)：

在分子中引進(jìn)一個(gè)原子或原子團(tuán)后，可使σ鍵電子沿著原子鏈向某一方向移動(dòng)，使整個(gè)分子中的成鍵電子云密度向某一方向偏移，使分子發(fā)生極化的效應(yīng)。誘導(dǎo)效應(yīng)比較，常以氫原子為標(biāo)準(zhǔn)。吸電子基團(tuán)：吸引電子能力（電負(fù)性較大）比氫原子強(qiáng)的原子或原子團(tuán)。（如：–NO2、–CN、–COOH、–COOR、–CHO、–X、

、–OCH3、–OH、–C6H5、

等）推電子基團(tuán)：比氫原子弱（如：烷基）(CH3)3C–＞(CH3)2C–＞CH3CH2–＞CH3–。02聚合物鏈微觀調(diào)控——端羥基聚環(huán)戊烯03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備隔離作用白炭黑端羥基聚環(huán)戊烯NR端羥基聚環(huán)戊烯促進(jìn)白炭黑分散原理圖對低分子量聚環(huán)戊烯進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控，提高填料與橡膠基體的結(jié)合力。端羥基聚環(huán)戊烯與橡膠基體（天然橡膠）相容性良好。端羥基聚環(huán)戊烯的末端-OH可與白炭黑表面的-OH形成氫鍵或化學(xué)鍵，減少白炭黑的自聚集現(xiàn)象，提高分散性。端羥基聚環(huán)戊烯在有機(jī)相（天然橡膠）和無機(jī)相（白炭黑）兩相的結(jié)合方面表現(xiàn)出良好的“橋梁”作用。OHHO真實(shí)問題轉(zhuǎn)化為學(xué)科問題端乙酰氧基聚環(huán)戊烯端羥基聚環(huán)戊烯（）n遙爪聚環(huán)戊烯的合成，選用Grubbs二代催化劑引發(fā)反應(yīng)，順-1，4-二乙酰氧基-2-丁烯為鏈轉(zhuǎn)移劑（CTA），制備末端帶有乙酰氧基基團(tuán)的聚合物，然后通過末端功能基團(tuán)脫保護(hù)，得到端羥基聚環(huán)戊烯。03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備端羥基聚環(huán)戊烯的合成

分子結(jié)構(gòu)測定開煉硫化測試密煉正面顯微鏡:測量dc/dn側(cè)面超高速攝像頭:實(shí)時(shí)監(jiān)測裂紋尖端損傷區(qū)的“動(dòng)態(tài)形態(tài)”03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備DMA+300測裂紋擴(kuò)展速率如何測試制備的彈性體（橡膠）的抗疲勞性？

端羥基聚環(huán)戊烯的加入降低了裂紋擴(kuò)展速率，白炭黑的均勻分散，避免了應(yīng)力集中，白炭黑與橡膠的結(jié)合力增強(qiáng)，使裂紋生長缺陷點(diǎn)減少，高分子量端羥基聚環(huán)戊烯由于羥基含量少效果不太好。動(dòng)態(tài)撕裂能（J/m2）動(dòng)態(tài)撕裂能（J/m2）【交流研討4】分析下圖，你能得出什么結(jié)論？NR+5-42000：天然橡:95份+5份分子量為42000的聚環(huán)戊烯與白炭黑共混NR+5-35000：天然橡:95份+5份分子量為35000的端羥基聚環(huán)戊烯與白炭黑共混03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備制備了性能優(yōu)異的聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料，接下來可開發(fā)端羥基聚環(huán)戊烯制備聚氨酯、嵌段共聚物等更多應(yīng)用。03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備優(yōu)質(zhì)型阻燃涂層解決方案最大的特點(diǎn)，是通過特殊設(shè)計(jì)的遙爪聚合物，該遙爪會像手一樣緊緊抓住阻燃劑，通過化學(xué)機(jī)制使材料達(dá)成優(yōu)質(zhì)的阻燃功效，同時(shí)賦予涂層較好的透明性。該技術(shù)的應(yīng)用也可有效防止燃燒過程中燃燒物滴落的風(fēng)險(xiǎn)。03聚環(huán)戊烯彈性復(fù)合材料的制備04歸納總結(jié)端羥基聚環(huán)戊烯提高填料與橡膠基體的結(jié)合力——真實(shí)問題轉(zhuǎn)化為學(xué)科問題“相似相溶”規(guī)律能否形成氫鍵能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)功能基團(tuán)——活性中心共價(jià)鍵的極性影響基團(tuán)活性基團(tuán)間的相互作用影響鍵的極性O(shè)—H…ON—H…NF—H…F學(xué)科大概念結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)性質(zhì)決定用途05學(xué)習(xí)自評評價(jià)內(nèi)容1.能基于分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，研究遙爪聚環(huán)戊烯與其他橡膠和填料的高效復(fù)合，設(shè)計(jì)制備高性能彈性復(fù)合材料。2.建構(gòu)了結(jié)構(gòu)觀，微粒觀，體會到結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，發(fā)展了宏觀辨識與微觀探析學(xué)科素養(yǎng)。3.通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和手持技術(shù)的結(jié)合，建構(gòu)了實(shí)驗(yàn)觀，能量觀，發(fā)展了證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。4.能運(yùn)用知識判斷、分析新情境下的問題，同時(shí)在選擇、解釋和運(yùn)用的過程中使原有知識結(jié)構(gòu)化。5.能通過圖像等信息討論物質(zhì)結(jié)構(gòu)對材料性