HÓA HỌC HÓA LÝ POLIMER

HÓA HỌC HÓA LÝ POLIMER

TS Nguyen Quang Khuyen

nqkhuyen@yahoo.com

HÓA HỌC HÓA LÝ POLYMER

3 ĐVHT

[1] Nguyễn Hữu Niếu và Trần Vĩnh Diệu, Hóa lý polymer,

Đại học Quốc gia, Tp.HCM, 2004.

[2] Phan Thanh Bình, Hóa học và hóa lý polymer, Đại học

quốc gia Tp.HCM, 2002.

[3] Thái Doãn Tĩnh , Hóa học các hợp chất cao phân tử,

NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2005.

[4] Hans R Kricheldorf, Oskar Nuyken and Graham Swift,

Handbook of Polymer Synthesis, Marcel Dekker, 2005.

[5] David I Bower, An Introduction to Polymer Physics,

Cambridge University, 2002.

[6] Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 3rd

Edition, 12 Volume, John Wiley & Sons, 2004.

SÁCH THAM KHẢO

[7] Krzysztof Matyjaszewski and Thomas P Davis, Handbook

of Radical Polymerization, John Wiley & Sons, 2002.

[8] Fred J Davis, Polymer Chemistry, Oxford University,

2004.

[9] J Brandrup, E H Immergut and E A Grulke, Polymer

Handbook, John Wiley & Sons, 1999.

[10] Michael Rubinstein and Ralph H Colby, Polymer

Physics, Oxford University, 2003.

[11] Igor Galaev and Bo Mattiasson, Smart Polymers

Applications in Biotechnology and Biomedicine, by

Taylor & Francis, 2008.

SÁCH THAM KHẢO

Chương 1 KHÁI NIỆM VỀ POLYMER

•Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ

tầm, sợi len để làm quần áo

• Cao su thiên nhiên được phát hiện vào cuối thế kỷ 17bởi nhà khoa học châu âu

•1820 Thomas Hancock phát hiện ra cán dẻo cao su,

dễ trộn hợp với chất độn và dễ tạo hình

•1839 Charles Goodyear nhận thấy tính chất đàn hồi

của cao su tự nhiên có thể tăng lên, và độ dính bị loại

bỏ khi lưu hóa bằng lưu huỳnh

•Năm 1833, Gay lussac tổng hợp được polyester khiđun nóng acid lactic, Braconot điều chế được

1.1 Lịch sử phát triển ngành polymer

• Đến cuối thế kỹ 19 và đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứuhợp chất polymer được phát triển mạnh mẽ.

Baekeland) là polyme tổng hợp hoàn toàn được sảnxuất công

• 1835 Renoult điều chế đưọc vc (vinyl clorua) và

1937 mới đưa vào sản xuất trong công nghệp

• 1933 R.O Gibson và E.N.Faweet của ICI đã trùng

hợp etylen thành polyetylen ở nhiệt độ và áp suất cao

1939 – nhà máy đã chính thức hoạt động sản xuất PE

• Cao su nhân tạo đầu tiên được tổng hợp từ 2,3dimetyl butadien (BR) ở Đức trong chiến tranh thếgiới thứ I

 Những lý thuyết và thực nghiệm của Paul Flory vềpolymer, ông đã nhận giải Nolben Hoá học 1974 vìnhững đóng góp lâu dài và quan trọng của ông tronglĩnh vực khoa học polyme Năm 1953 Staudinger đãnhận giải Nobel vì những công trình nghiên cứu tiênphong trong lĩnh vực này.

 Một lượng lớn những polyme tổng hợp được thươngmại hoá như: polystyren, poly(metyl metacrylat),nylon 6,6, PE, PVC, …

 Ngày nay polymer là vật liệu đóng góp rất nhiềutrong các lĩnh lực khoa học kỹ thuật và đời sống:Các sản phẩm dân dụng, công nghiệp, y tế, phục vụngành khoa học kỹ thuật…

 Một số lĩnh vực ứng dụng tiên tiến của polyme:

 Polymer chịu nhiệt, oxy hóa ứng dụng trong tàu

vũ trụ

 Nhựa kỹ thuật thay thế cho kim loại

 Polyme không cháy, giảm tối thiểu lượng khóihoặc hơi độc

 Polyme phân huỷ sinh học

 Polyme ứng dụng trong sinh học ví dụ: chỉ tự tiêu,

cơ quan nội tạng nhân tạo

 Polyme dẫn điện

 Tình hình phát triển ngành nhựa ở VN:

 Nhựa nhiệt dẻo : sản xuất từ nguồn dầu khí dầumỏ (mỏ khí dầu mỏ và mỏ khí thiên nhiên) VD:công ty misuvina sản xuất PVC

 Các trung tâm nghiên cứu vật liệu mới và ứngdụng nhựa nhiệt rắn đặc biệt nhà lắp ghép ở MiềnTây Nam Bộ, tàu đánh bắt thủy sản xa bờ bằngcomposite, canô …

ngành nhựa nhiệt rắn đã và đang phát triển đã gianhập khối ASIAN tên gọi chung cho ngành làVINAPLAST

•Polymer là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất

nhiều nhóm có cấu tạo hoá học giống nhau lặp đi lặp

lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng hoá trị

1.2 Định nghĩa, khái niệm

•Oligomer (polymer) khối lượng phân tử thấp là hợp

chất trung gian, chưa mang những đặc trưng tính chất

như polymer Sự phân biệt giữa oligomer và polymer

không rõ ràng, tuy nhiên oligomer không có sự thayđổi rõ ràng với những tính chất quan trọng

•Monomer là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa liên kết kép (đôi hoặc ba, độ chức) hoặc có ít nhất hai

nhóm chức hoạt động có khả năng phản ứng với nhau

tạo thành polymer – tham gia phản ứng trùng hợp.

•Mắt xích cơ sở: là những nhóm nguyên tử lặp đi lặp

lại trong phân tử polymer

Đoạn mạch: là một giá trị trọng lượng của các mắc

xích liền nhau sao cho sự dịch chuyển của mắc xích

liền sau đó không phụ thuộc vào mắc xích ban đầu

Độ trùng hợp (n): biểu thị số mắt xích cơ sở có trong

đại phân tử của polymer

n = M/m

M: khối lượng phân tử trung bình của Polymer

m : khối lượng phân tử của mắt xích

Khối lượng phân tử của polymer

Khối lượng phân tử trung bình số Mn:

Mi : khối lượng phân tử của mạch i

Ni : số phân tử có khối lượng Mi có trong hệ

Khối lượng phân tử trung bình số thể hiện phần số học

các mạch hiện diện trong hổn hợp

Khối lượng phân tử trung bình khối Mw:

:phần khối lượng của mạch phân

Khối lượng trung bình khối là tổng khối lượng các

thành phần tính trung bình theo phần khối lượng củatừng loại mạch có độ trùng hợp khác nhau

Chỉ số đa phân tán I P : đặc trưng cho độ phân tán của

mẫu polymer

IP = 1 đồng nhất về độ trùng hợp trong toàn mẫu

polymer (điều này không có thực)

IP > 1 : mẫu polymer có độ đa phân tán , IP càn lớnmẫu càng phân tán (VD: IP cao su tổng hợp và NR = 2và tương đương5

Danh Pháp: Danh pháp của polymer chủ yếu dựa vào

tên của monomer, hợp chất tổng hợp thành polymer và

có thêm vào phía trước tử “poly”

•Ethylene ( polyethylene)

•Propylene ( polypropylene)

•Polyester được hình thành từ phản ứn của di – alcol

và di – acid

•Homopolyme là những polyme được tạo thành từ một

loại monome

Copolyme là polyme được tạo thành từ hai hay nhiềumonome khác nhau Rất nhiều polyme tổng hợp có giá

trị thương mại, ví du: ABS, NBR …

Sự sắp xếp của các monome trên mạch copolyme phụ

thuộc vào phương pháp và cơ chế tổng hợp Có thểchia thành các loại sau (các vị dụ sau trong trường hợpcopolyme có chứa 2 loại mắt xích cơ bản khác nhau)

Copolyme đều đặn

Copolyme khối

Copolyme ngẫu nhiên

Copolyme ghép

Nguyên liệu (khí đồng hành, tự nhiên) tổng hợp polymer

Nguyên liệu dầu mỏ tổng hợp polymer

Hình dạng phân tử polyme

Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

• Phân loại theo nguồn gốc: polymer thiên nhiên (cao

su), polymer tổng hợp, polymer nhân tạo(nitrocellulose, CAB…)

• Phân loại theo thành phần hoá học của mạch chínhcủa polymer:

o Polymer mạch carbon: mạch phân tử được cấu thành

từ nguyên tử carbon Polymer này được hình thành từ

các olyfine hay các dẫn xuất của hydrocarbon

o Polymer dị mạch: mạch chính được hình thành từcarbon và các nguyên tố phổ biến như : S, O, N, P…

o Polymer vô cơ: mạch chính của polymer không phải

1.3 Phân loại

• Phân loại theo cấu trúc mạch phân tử:

o Polymer không phân nhánh

• Phân loại theo tính chất

• Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: chất dẻo, phủ bảo

vệ, sơn, sợi, cao su, keo dán, polymer composite…

Polymer

Cao Su Polymer nhiệt dẻo Polymer nhiệt rắn

Tinh thể Vô định hình

• Về quan điểm hoá học: hợp chất cao phân tử không

khác gì so với hợp chất thấp phân tử nhưng các hợpchất cao phân tử có kích lớn, cồng kềnh khó dịchchuyển chính vì thế khả năng phản ứng của các nhómchức là chậm so với nhóm chức của hợp chất thấpphân tử

1.4 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử

và hợp chất thấp phân tử

• Dung dịch polymer có độ nhớt cao, ngay cả trongdung dịch loãng của polymer độ nhớt cũng cao hơn độ

nhớt của dung dịch đặc của hợp chất thấp phân tử Khi

hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tanthường chậm và phải qua giai đoạn trung gian làtrương lên trước sau đó mới hoà tan Thậm chí cónhững polymer không tan trong dung môi nào Sựkhác nhau cơ bản giữa hợp chất cao phân tử và thấp

phân tử là tính chất vật lý Các polymer có khối lượng

phân tử lớn, lực tương tác giữa các phân tử lớn chonên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối cao hơnhợp chất thấp phân tử nhất là đối với polymer có tínhphân cực lớn

• Các sợi, màng polymer có độ bền cơ học khác nhau,

khác với hợp chất thấp phân tử, đặc biệt phụ thuộc vàohình dạng, cấu trúc và bản chất phân bố tương hổ củacác phân tử và nhiệt độ Khi có ngoại lực tác dụng thìcác hợp chất cao phân tử không biến dạng hoàn toànngay như hợp chất thấp phân tử mà phải trải qua thời

gian nhất định Thời gian này càng dài nếu nhiệt độ

thấp ở một số polymer như cao su sự biến dạng thuậnnghịch gấp hang nghìn lần so với hợp chất thấp phântử