Tài liệu Chất dẻo - tơ sợi ppt

1 Định nghĩa: + Chất dẻo là những vật liệu làm từ các hợp chất cao phân tử polime có thể bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngoài hoặc nhiệt và giữ nguyên dạng đó khi ngừng tác dụng khôn

Bài số 20: Chất dẻo và tơ sợi

I Chất dẻo

1) Định nghĩa:

+ Chất dẻo là những vật liệu làm từ các hợp chất cao phân tử (polime) có thể bị biến dạng dưới tác dụng của lực ngoài hoặc nhiệt và giữ nguyên dạng đó khi ngừng tác dụng (không tự phục hồi) Thí dụ khi vô ý để thước nhựa gần nguồn

nhiệt như đèn, bếp lửa, thước nhựa bị biến dạng và ta không thể làm cho thước trở về trạng thái ban đầu được nữa

+ Trong thành phần cơ bản của chất dẻo là polime với mạch chính thường không có liên kết bội mà chỉ có liên kết đơn Thí dụ PE (Polietilen), PVC

(polivinylclorua) có công thức cấu tạo : (- CH2 - CH2 - )n, (- CH2 - CHCl -)n

Đây là dấu hiệu dễ nhận và phân loại nhất về mặt hoá học

2) Thành phần cơ bản của chất dẻo là polime Ngoài ra người ta còn cho thêm các

chất dẻo hoá như Dietylphtalat (DEP), Dibutylphtalat (DBP), dầu thầu dầu để làm tăng tính dẻo

+ Thêm chất độn để tiết kiệm polime hay tăng cường một số tính chất nào đó như tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, độ cứng, dễ gia công

+ Các chất độn thường được thêm vào chất dẻo là bột gỗ, thạch cao, cao lanh, muội than, bột nhẹ graphit, amiăng, sợi thuỷ tinh

+ Ưu điểm của chất dẻo là nhẹ, bền, cách điện, cách nhiệt, dễ gia công Người

ta đã chế ra một số chất dẻo có độ cứng cao (thuỷ tinh hữu cơ), độ bền hoá học cao (Teflon) Chất dẻo có mặt ở khắp nơi xung quanh ta

3) Một số chất dẻo thông dụng:

a) Polietilen (PE):

+ PE là sản phẩm thu được khi trùnghợp etylen ở áp suất từ 2 đến 3 atm, xúc

tác là các hợp chất của Ti, Al, Cr

+ PE là chất rắn, cứng, có nhiệt chảy mềm > 141oC Khi trùng hợp ở P cao ≈

1000 atm, xúc tác là peoxit PE có nhiệt độ chảy mềm có ≈ 110 ữ 125oC

+ PE có tính chất của hữu cơ no, không tác dụng với axit, kiềm ở nhiệt độ thường PE được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày để làm bao gói (túi nilon) PE chỉ tan trong decalin nên có thể hoà tan chất màu trong đecalin để in trên PE

b) Polistiren (PS):

+ Polistiren được điều chế bằng cách trùng hợp stiren với xúc tác là peoxit (phản ứng nhanh) hay hợp chất của Ti (phản ứng chậm) tạo ra các loại sản phẩm có cấu tạo khác nhau và vì thế có nhiệt độ chảy mềm và độ bền cơ học khác nhau

+ PS là một loại nhựa rắn, cách điện tốt, bền với axit, bazơ PS có thể tham gia phản ứng nitro hoá và halogen hoá

+ PS thường được sử dụng để sản xuất các dụng cụ quang học, vật cách điện, dụng cụ học tập

c) Polivinylaxetat (PVC):

+ PVC là loại nhựa rất thông dụng để cách điện (làm vỏ bọc dây điện), làm

da giả, áo mưa, ống dẫn nước hay các dụng cụ khác

+ PVC thường được điều chế bằng cách trùng hợp ở nhiệt độ khá thấp từ 35

đến 70oC; áp suất khoảng 5 ữ 8 atm, thường dùng xúc tác là benzoyl peaxit + Để biến tính PVC người ta có thể clo hoá và thu được sản phẩm là tơ clorin

d) Polimetylmetacrylat: là một loại nhựa rất rắn, cứng và trong suốt

+ Polimetylmetacrilat thu được do trùng hợp CH2 = C(CH3)-COOCH3

(metyl-metacrilat)

+ Polimetyl-metacrilat được sử dụng thay cho kính thường, dùng thay thuỷ tinh nên được gọi là thuỷ tinh hữu cơ (Plexiglass)

+ Nhựa này được sử dụng làm kính máy bay, xe hơi, nhà kính, thấu kính, đồ

nữ trang Khi bị vỡ Polimetylmetacrilat tạo ra những mảnh tròn không sắc cạnh như kính thường nên còn được gọi là kính an toàn

e) Nhựa phenol focmandehit: Nhựa phênolfomanđehit là sản phẩm trùng ngưng

của phênol và fomandehit Tuỳ theo môi trường mà sản phẩm có cấu tạo khác nhau và tính chất cũng khác nhau:

+ Nếu phản ứng với lượng phenol dư, xúc tác axit thu được nhựa có tên là novolac Nhựa Novolac có mạch polime không phân nhánh, dễ nóng chảy,

dễ tan trong dung môi hữu cơ (Các mạch trên và dưới không được khâu lại) Nhựa Novolac thường được sử dụng làm sơn và vecni, và quét lên vải tạo quần áo chịu nhiệt

+ Nếu phản ứng với lượng dư focmandehit, xúc tác là bazơ thu được nhựa có tên gọi là rezol Do có nhóm CH2OH tự do nên xảy ra phản ứng khâu mạch thành nhựa rezol có cấu tạo mạng không gian Cấu tạo mạch nhựa rezol khâu mạch không gian có thể được biểu diễn ở hình trên Trong phân tử nhựa Rezol có nhóm CH2OH tự do dễ tan, khi đun nóng, rezol có thể chảy lỏng được Rezol được dùng trong sản xuất đui đèn, ổ cắm điện, đồ cơ khí (bánh răng, vỏ máy) Khi sử dụng người ta trộn rezol với các phụ gia cần

OH

CH2

CH2

CH2 OH

CH2 OH

CH2 .

OH

CH2

CH2

OH

CH2

CH2

OH

thiết rồi ép khuôn, nung ở 150oC Trong trạng thái này nhựa không phân cực, không tan trong dung môi

2 Tơ sợi:

+ Định nghĩa: Tơ sợi là các polime thiên nhiên hay tổng hợp có thể kéo dài thành sợi dài và mảnh

+ Điều kiện để chế tạo tơ và sợi là mạch polime không phân nhánh xếp song song với nhau Các polime này tương đối rắn, tương đối bền nhiệt, có thể tan trong dung môi,, mềm, dai, nhuộm màu được

+ Người ta thường chia tơ sợi thành 2 loại: tơ thiên nhiên (tơ tằm, len, bông)

và tơ hoá học (chế biến hay điều chế bằng phương pháp hoá học)

+ Tơ hoá học lại được chia thành 2 nhóm:

– Tơ nhân tạo: thường loại tơ này được sản xuất từ polime thiên nhiên nhưng

được chế biến thêm bằng phương pháp hoá học Thí dụ từ Xenlulozơ người

ta có thể chế ra tơ visco hoặc tơ axetat

– Tơ tổng hợp: là các loại tơ sợi được sản xuất từ các polime tổng hợp như poliamit (nilon, capron), polieste (lapsan)…

a) Poliamit: Poliamit là các tơ sợi chứa nhóm chức amit hay b) còn gọi là các mạch peptit Từ poliamit người ta sản xuất ra tơ poliamit

* Nilon-66: Được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng hexametylendiamin và axit p-adipic

H2N-(CH2)6-NH2 + HOOC-(C6H2)4-COOH  t o =280 o C→

* Nilon-6 (Tơ capron): điều chế bằng cách trùng hợp mở vòng caprolactam

Các loại tơ Nilon có nhiều ưu điểm như bền cơ học, mềm, ít thấm nước, giặt mau khô nên thường được dùng làm vải lót lốp xe, vải mặc, dây dù, làm lưới

đánh bắt cá, chỉ khâu vết mổ, bộ phận máy chạy êm, không rít hay làm chân vịt tàu thuỷ Tuy nhiên cần chú ý rằng trong tơ amit có nhóm amit dễ tham gia phản ứng nên tơ này kém bền nhiệt, axit, kiềm

c) Polieste: là các polime trong mạch chứa các nhóm chức este.Tơ polieste tiêu biểu là tơ Lapsan: polietylenterephtalat:

n p-HOOC-C6H4COOH + n HO-CH2-CH2-OH →

+ 2n H2O

C O NH

n

NH(CH2)6 NH CO (CH2)4 C

O + 2n H2O

CH2 CH2 CH2

NH

CH2

t, po

C O

(CH2)5 NH

n

n C

O

C6H4 C O

O CH2 CH2 O

3 Keo dán

Keo dán là vật liệu có khả năng tạo màng mỏng, bền chắc giữa bề mặt cần ghép Màng này có độ bền cao (độ kết dính nội), bám chắc (kết dính ngoại)

Tính kết dính ngoại của keo do liên kếthoá học giữa phân tử keo và vật liệu dán hay lực hút phân tử, lực hút tĩnh điện Người ta thường chia các keo dán làm hai loại: Keo tự nhiên (nhựa mít, cao su…), keo tổng hợp: epoxi,

urefomandehit, phenolfocmandehit, cao su butadien – stiren (BuNa S)

1 Keo dán epoxi được làm từ nhựa epoxi - là chất cao phân tử tổng hợp mạch

không phân nhánh có vòng epoxi (etylen oxit):

phenol đa chức hay rượu đa chức thu được keo

Thí dụ:

dihiđronidiphenylpropan (dian)

Dipeoxit Keo epoxi được dùnglàm keo dán nếu dùng thêm chất hoá rắn như polietylen poliamin, anhiđrit maleic để trùng ngưng tạo mạng lưới không gian có độ bền cơ học và hoá học cao

2 Keo dán urefocmandehit:

Khi trùng ngưng andehitfocmic với ure trong môi trường axit thu được keo dán

ở dạng dung dịch trắng sữa Khi dán chỉ cần trộn với chất hoá rắn như axit oxalic, axit lactic sẽ tạo ra nhựa có cấu tạo mạng lưới không gian, bền với tác dụng dầu mỡ và các dung môi hữu cơ

Câu hỏi và bài tập

1) Thế nào là chất dẻo và chất dẻo hoá?

2) PVC điều chế từ khí thiên nhiên theo sơ đồ với hiệu suất như sau:

Metan 15 → %

axetilen   →95%

Vinylclorua   →90%

PVC Hỏi cần bao nhiêu m3 khí thiên nhiên chứa 9%% metan để điều chế 1 tấn PVC

C C

O

CH CH CH2 2Cl O

CH CH CH2 2Cl

O

CH3

CH3

+ 2 NaOH dipeoxit

O

O C

O

CH3

CH3

CH2 CH

O

NH C O

NH CH2

n

3) Từ CH4 hãy điều chế polimetylacrylat

4) Cao su Buna S được điều chế bằng phản ứng đồng trùng hợp của butadien - 1,3

và stiren Cho rằng cao su có thành phần đồng nhất ở tất cả các loại mạch, hãy xác

định tỉ số mắt xích butadien và stiren trong cao su Buna S cho biết 5,668 gam polime tác dụng vừa đủ với 3,462g brom

5) Đốt cháy 0,1 mol rượu X cần 0,25 mol O2 → 0,2 mol CO2 và 0,3 mol H2O a) Xác định X

b) Viết phương trình phản ứng điều chế tơ lapsan từ rượu X và axit thích hợp 6) Tiến hành clo hoá vinylclorua thu được polime B dùng để chế tơ clorin B chứa 67,18% Cl theo khối lượng Tính xem trung bình 1 phân tử clo phản ứng với bao nhiêu mắt xích (-CH2-CH-Cl) viết công thức cấu tạo của một mắt xích của tơ B

7) Tiến hành trùng hợp 5,2 g stiren Sau khi phản ứng kết thúc thêm 400 ml dung dịch Br2 0,125 M vào hỗn hợp Kết thúc phản ứng thêm 1 lượng dư dung dịch

KI thì thu được một lượng I2 đủ phản ứng hết với 92 ml dung dịch Na2S2O3 1M Tính số gam polime tạo thành

8) Tơ enang cũng thuộc loại tơ poliamit như tơ capron được điều chế bằng cách trùng ngưng axit aminoenantoic H2N-(CH2)6-COOH Viết phương trình phản ứng và công thức cấu tạo của phân tử thu được

9) A là đồng đẳng của benzen có 9,43 % hiđro về khối lượng

a) Viết CTPT và CTCT của A

b) Hoàn thành phương trình theo sơ đồ:

10) Một chất hữu cơ A có CTPT làC4H6O2, chỉ chứa loại nhóm chức Từ A và các chất vô cơ khác bằng 3 phản ứng liên tiếp có thể điều chế được cao su Buna Xác định CTCT có thể có của A và viết phương trình phản ứng

11) Dẫn suất nào của benzen có công thức C6H10O không tác dụng với NaOH và thoả mãn sơ đồ:

A   →ư O H2

B  Trùngngưng  →

Polime 12) Từ xenlulozơ, NaCl, H2O, bột sắt, không khí hãy viết các phương trình phản ứng điều chế axit axetic, cao su buna, anilin, este propionat butyl Cho đủ điều kiện kỹ thuật, thiết bị thí nghiệm và chất xúc tác cần thiết

C 4 H 6

A +Cl2

askt (1)

+

(2) C

+ ?

+ ? (4) (5)

F (polime)

E (polime)