HÓA HỌC HÓA LÝ POLYMER - CHƯƠNG 5 pptx

Hình thái cấu tạo là sự sắp xếp của các nguyên tử trongkhông gian theo những vị trí cố định ứng với cấu tạohóa học xác định.Hình thái sắp xếp là sự thay đổi vị trí các nguyên tửtrong khô

Trang 1

Dr Nguyen Quang Khuyen

Trang 2

Tùy theo cách sắp xếp và mức độ đối xứng

5.1 Trạng thái tập hợp và trạng thái pha 5.1.1 Hình thái sắp xếp

12/23/2010 MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer 2

Trang 3

Tùy theo cách sắp xếp và mức độ đối xứng

5.1.1 Hình thái sắp xếp

Trang 4

5.1.2 Trạng thái tập hợp

Trang 5

Rắn : kích thước phân tử lớn hơn rất nhiều so vớikhoảng cách giữa các phân tử Chuyển động : dao độnggiữa các phân tử ở những nhóm nguyên tử xung quanh

ở vị trí cân bằng nào đó

5.1.2 Trạng thái tập hợp

Trang 6

Pha là một phần đồng nhất của hệ thống được táchriêng với các phần tử khác, nhờ bề mặt phân chia giữachúng và khác nhau về tính nhiệt động.

Pha khác nhau là do sự sắp xếp của phân tử

Polymer có hai pha : pha tinh thể và vô định hình

( pha là quan điểm về cấu trúc)

5.1.3 Trạng thái pha

Trang 7

Là trạng thái mà trong đó các phân tử polymer được sắpxếp theo một trình tự nhất định Trình tự đó gọi là trinh

tự xa và ba chiều

của vùng có thứ tự lớn hơn rất nhiều so với kích thướcchính phân tử, ngoài ra trình tự xa có thể tồn tại một, haihoặc ba hướng

Những polymer kết tinh thường có cấu tạo điều hòa lậpthể

Tinh thể

Trang 8

Polymer kết tinh

Trang 9

Là trạng thái mà trong đó các mạch sắp xếp không theothứ tự nào hoặc theo trình tự gần mà trong đó vùng thứ

tự có kích thước nhỏ hơn kích thước chính phân tử

Các polymer mạch thẳng vô định hình có thể có 3 trạngthái lý học tùy theo nhiệt độ: trạng thái thủy tinh, trạng

thái mềm cao, trạng thái chảy nhớt.

Trạng thái vô định hình

Trang 10

Trang 11

Trạng thái thủy tinh đặc trưng bởi sự giao động của

các nguyên tử trong mạch gần vị trí cân bằng

Trạng thái mềm cao đặc trưng bởi sự dao động các

mắt xích và do mạch polymer có khả năng uốn dẻo

Trạng thái chảy nhớt đặc trưng cho sự linh động của

toàn mạch đại phân tử

11 MaMH 605002 Khái niệm hóa lý polymer

12/23/2010

Trang 12

Cùng với sự xuất hiện nhiều học thuyết về keo ưa nướctrong phạm vi hóa học keo cổ điển.

Chiều dài của mạch rất lớn so với chiều ngang mạch

Trước đây quan niệm rằng mạch polymer dài thẳng vàcứng

Nhưng thực tế chúng cuộn lại hay uốn khúc, chuyển

động nội tại và độ có cực quyết định độ mềm của mạch

5.2 Khái niệm hiện đại về cấu tạo phân tử của polymer

5.2.1 Khái niệm mạch dài

12/23/2010 MaMH 605002 Những khái niệm hóa lý polymer 12

Trang 13

Khi tác dụng một mẫu polymer theo hai hướng khácnhau ta thấy lực tác dụng theo chiều dài lớn thì mẫu mới

bị biến dạng hoặc bị đứt, tác dụng vào bề ngang thì chỉcần một lực nhỏ

Hiện tượng không đồng nhất về tính chất của polymergọi là tính chất bất đẳng hướng

5.2.2 Tính chất bất đẳng hướng (tt)

Trang 14

Tính chất đó là do các phân tử có định hướng , sắp xếptheo chiều của ngoại lực tác dụng Muốm làm biến dạngtheo chiều dọc cần một lực tác dụng rất lớn để biến đổitác động lên mối nối hóa học và góc hóa trị.

Lực tác dụng theo chiều ngang tác động vào lực tương

hỗ giữa các phân tử ( lực ion, lực định hướng, lực liênkết hydro…) Lực này bé hơn lực liên kết hóa học cácmối nối rất nhiều

5.2.2 Tính chất bất đẳng hướng

Trang 15

Những polymer mà phân tử có các mối nối có cựckhông đối xứng với nhau là những polymer có cực(lưỡng cực), các phân tử không có mối nối có cực, hoặcsắp xếp đối xứng và cân bằng với nhau gọi là cácpolymer không có cực ( không lưỡng cực).

Ví dụ: trong phân tử HF mật độ đám mây điện tử ởnguyên tử F lớn hơn nguyên tử H

Các polymer tạo thành theo cacbua hydro đều không cócực, các polymer có cực lớn như rượu, các polymer cóchứa nhiều nhóm OH

5.2.2 Tính chất cực của polymer

Trang 16

Nếu các mối nối trong phân tử sắp xếp đối xứng nhau thì điện trường của chúng bù trừ nhau, nên momen lưỡng cực của chúng bằng không.

Trang 17

Hình thái cấu tạo là sự sắp xếp của các nguyên tử trongkhông gian theo những vị trí cố định ứng với cấu tạohóa học xác định.

Hình thái sắp xếp là sự thay đổi vị trí các nguyên tửtrong không gian và năng lượng của phân tử do chuyểnđộng nhiệt làm xuất hiện sự quay nội tại trong phân tử,trong trường hợp này không làm đứt các liên kết hóahọc

5.2.3 Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp

Trang 18

Các tính chất vật lý phụ của hợp chất cao phân tử phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của chất đó.

Nguyên nhân chính làm cho mạch polymer mềm dẻo là

sự quay nội tại của các phân tử riêng lẻ trong phân tử.

Ngoài ra còn do kích thước của mạch polymer khôngcân đối

Bất cân đối là do mạch polymer rất dài so với chiềungang

5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer

Trang 19

Nguyên nhân bất cân đối chưa phải là nguyên nhânchính, mà nguyên nhân chính là sự quay nội tại của các phân tử riêng rẽ trong mạch polymer.

Sự quay nội tại trong phân tử thấp : quay tự do là hiệntượng quay không có sự biến đổi năng lượng của phân

tử Hiện tượng quay của một phân tử tương ứng với

một phân tử khác gọi là hiện tượng quay nội tại trong phân tử.

Khi chuyển động nhiệt vị trí không gian của các nguyên

tử không ngừng thay đổi

5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer (tt)

Trang 20

PVC (PolyVinylChloride)

5.2.3 Tính mềm dẻo của mạch polymer (tt)

Trang 21

Thực tế polymer không thể quay hoàn toàn tự do, nhưthể mạch phân tử chiếm ít hình thái sắp xếp hơn, nhưng

vẫn có khả năng uốn khúc.

Polymer là một hệ thống gồm nhiều đại phân tử

trong đó sự quay nội tại của các phân tử bị cản trở dolực tác dụng tương hỗ của các liên kết không hóa họcgiữa các nguyên tử, nghĩa là có thể là lực tác dụng giữacác nguyên tử trong cùng một đoạn mạch (nội lực phântử) hoặc giữa các nguyên tử khác mạch nằm cạnhnhau

Hiện tượng quay nội tại trong phân tử của

polymer

Trang 22

Thềm thế năng, trọng lượng phân tử, kích thước mạchnhánh, trọng lượng phân tử, mật độ mạng lưới khônggian và nhiệt độ.

Thềm thế năng phụ thuộc vào lực tác dụng tương hỗbên trong phân tử, lực tác dụng lại phụ thuộc vào cácnhóm có cực, khoảng các giữa các nhóm có cực vàmức độ đối xứng

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính mềm dẻo của

mạch

Trang 23

Trọng lượng phân tử.

Mật độ mạng lưới không gian: nếu lực tác dụng tương hỗ

càng lớn, thì sẽ làm giảm tính linh động của mắt xích, mạch không gian có liên kết hóa học và lực liên kết giữa các phân

tử rất lớn làm ảnh hưởng đến độ linh động của mắt xích rất nhiều.

Kích thước nhóm thế và trọng lượng nhóm thế càng lớn

càng làm cản trở sự quay của các mắt xích, khi tăng số

nhóm thế làm tính mềm dẻo mạch giảm đi ví dụ : OH,

-OOH.

Nhiệt độ tăng thì động năng của phân tử tăng dẫn đến mạch

mềm dẻo hơn Hay độ mềm động học của mạch tăng.

mạch (tt)

Trang 24

Kết luận : độ mềm của mạch polymer là yếu tố quyết định tất

cả các tính chất cơ học và nhiệt động của polymer.

Trang 25

Question and answer!

Trang 26

Những hợp chất thấp phân tử ở trạng thái ngưng tụkhông chỉ phụ thuộc vào cấu tạo phân tử mà còn phụthuộc vào sự sắp xếp tương hỗ giữa chúng.

Điển hình nhất là hiện tượng chuyển pha (nóng chảy,kết tinh, hoặc chuyển từ một dạng tinh thể này sang mộtdạng tinh thể khác) Khi đó hàng loạt tính chất vật lýthay đổi

Việc nghiên cứu những năm 1930 có quan hệ với thuyếtcấu tạo mixel của polymer, mỗi phân tử mixel là một đạiphân tử mạch cứngdưới dạng bó, nhưng không giảithích được tính chất và sự hòa tan polymer

5.3 Khái niệm hiện đại về cấu trúc ngoại vi của polymer

5.3.1 Khái niệm

Trang 27

Ngoài ra có những lý thuyết với sự sắp xếp tương hỗcủa các đại phân tử trong mạch, như người ta xem cao

su có tính chất các mạch rất dài và cuộn tròn

Có thuyết cho rằng mô hình mẫu polymer tinh thể, trong

đó tồn tại mẫu polymer tinh thể và vô định hình thuyếtnày được công nhận trong thời gian khá dài

Hiện nay có thể khẳng định rằng nếu một mẫu polymer

nó có khả năng kết tinh thì nó có thể nằm dưới dạngkhối tinh thể (nghiên cứu cấu trúc ngoại vi dựa và kínhhiển vi điện tử)

Khái niệm (tt)

Trang 28

Cấu trúc ngoại vi phân tử là cấu trúc bất kỳ được tạonên do sự sắp đặt khác nhau của các đại phân tử haynói một cách khác là polymer được đặc trưng bằngnhiều loại cấu trúc ngoại vi phân tử trong trạng thái tinhthể và bằng khả năng ổn định hoặc tự ổn định trongtrạng thái vô định hình.

Khái niệm (tt)

Trang 29

Theo dõi quá trình hình thành cấu trúc từ những tập hợpđơn giản đến xuất hiện những cấu trúc ngoại vi đại phân

tử Đưa ra thuyết cấu trúc ngoại vi phân tử cũng nhưquá trình hình thành cấu trúc

5.3.2 Cấu trúc ngoại vi của phân tử polymer

địng hình

Trang 30

Nếu như các đại phân tử mềm dẻo thì chúng được cuộn lại dạng hình cầu gọi là dạng cầu.

Sự sắp xếp các mạch đại phân tử ở bên trong cấu trúc không theo một trình tự nào cả và polymer ở dạng cầu thì ở trạng thái vô định hình.

Có sự hình thành dạng cầu là do lực nội phân tử lớn hơn nhiều so với lực tương hỗ giữa các phân tử (nhưng mạch

phải có độ mềm dẻo lớn).

Nếu như các polymer ở trạng thái mềm cao thì những polymer dạng hình cầu liên kết với nhau tạo những hình cầu lớn hơn, nhưng chỉ đối với những mạch phân tử mềm dẻo cao và linh động.

Có hai cách hình thành cấu trúc

Trang 31

Điều kiện đầu tiên để xuất hiện cấu trúc dạng cầu là cóthể đại mạch phân tử riêng biệt cuộn tròn lại, hoặc trựctiếp tạo trong quá trình trùng hợp.

Ở trạng thái vô định hình các phân tử polymer khôngphải lúc nào cũng nằm ở trạng thái cuộn rối hoặc sắpxếp theo một trật tự nào mà trái lại chúng sắp xếp theonhững thứ tự nhất định và đó chính là điều kiện cơ bảnđầu tiên để polymer có thể kết tinh

Có hai cách hình thành cấu trúc (tt)

Trang 32

Những đơn vị cấu trúc thẳng có nhiều khả năng để pháttriển thành dạng cấu trúc có mức độ thứ tự cao hơn nênchúng ta đặc biệt chú ý đến cấu trúc ngoại vi của dạng

bó, ở trong trạng thái vô định hình thì cấu trúc dạng bó

có hình dạng cân đối và chúng có khả năng tập hợp lạitrong một số trường hợp

Như vậy quá trình kết tinh polymer sẽ hình thành nênnhiều dạng cấu trúc ngoại vi phân tử phức tạp

5.3.3 Cấu trúc ngoại vi phân tử của polymer

tinh thể

Trang 33

Cấu trúc dạng bó không phải tất cả các mạch phân tửpolymer sắp xếp song song với nhau chiều dài của bólớn hơn chiều dài của đại phân tử rất nhiều Các đạiphân tử sắp xếp song song với nhau và nối tiếp nhau.

Tính chất cấu trúc dạng bó phụ thuộc rất ít vào giá trị

trọng lượng phân tử của polymer nếu như chiều dài

của bó đủ lớn Như vậy đơn vị bó là cấu trúc cơ bản

để polymer có khả năng kết tinh.

tinh thể (tt)

Trang 34

tinh thể (tt)

Trang 35

Có thể thay đổ cấu trúc tinh thể polymer bằng cách nhiệtluyện khối polymer nóng chảy (có thể trên máy cán), làmthay đổi số mầm tinh thể tự nhiên, số mầm tinh thể tựnhiên càng lớn thì kích thước tinh thể càng nhỏ, nhưngthường gây kết tinh lại.

5.3.4 Những phương pháp nghiên cứu cấu

trúc ngoại vi

a Phương pháp nhiệt luyện

Trang 36

Phương pháp này dùng mầm kết tinh nhân tạo để tạotrung tâm tạo thành crerolit nếu số lượng mầm tinh thểcàng tăng lên thì kích thước crerolit càng bé thì độ bền

cơ học của polymer tăng lên

b Phương pháp dùng mầm kết tinh nhân tạo

Trang 37

Sử dụng biến đổi cấu trúc và tính chất của polymer, hiệntượng ghép (đồng trùng hợp) là 1 phương pháp điềuchỉnh cấu trúc.

Việc ghép cấu trúc của polymer cản trở việc hình thànhnên cấu trúc lớn, nhưng không ảnh hưởng đến nhữngcấu trúc đơn giản, những mạch có cấu tạo điều hòathuận tiện cho quá trình kết tinh, giảm khả năng có thểtạo ra cấu trúc dạng cầu

c Phương pháp hóa học

Trang 38

Trang 39

Đồng Trùng Hợp

Trang 40

Question and answer!

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	1,18 MB