tư vấn lựa chọn và sử dụng hợp lý các loại polyme

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA HÓA HỌC @&? TIỂU LUẬN KHÓA K35 (2011 - 2015) ĐỀ TÀI: TƯ VẤN LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC LOẠI POLYME Giảng viên ThS.ĐỖ DIÊN Sinh viên thực hiện: ĐỖ THỊ TỊCH Huế, tháng 12/2014 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. PHÂN TỬ POLYME 4 CHƯƠNG 2. TÍNH CHẤT 6 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA POLYME 8 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN 21 2 LỜI MỞ ĐẦU Suốt quá trình lịch sử phát triển của xã hội loài Người từ hoang dã đến văn minh hiện đại chỉ chiếm một thời gian vô cùng ngắn ngủi so với toàn bộ lịch sử phát triển của tự nhiên. Nhưng với đôi tay khéo léo và óc thông minh phát triển vô tận nên xã hội loài người tiến triển rất nhanh với tốc độ ngày càng lớn. Sự ham muốn khám phá, tìm hiểu và nghiên cứu thế giới xung quanh đã giúp cho loài Người có những thành tựu vượt bậc mà không một loài nào trong tự nhiên có thể làm được. Ngày nay cùng với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kĩ thuật nói chung, khoa học và công nghệ vật liệu cũng đang trên đà chiếm lĩnh đỉnh cao của trí tuệ loài người. Những thành tựu của khoa học và công nghệ vật liệu đã làm thay đổi về cơ bản cấu trúc. Trong những vật liệu đang sử dụng, vật liệu polymer có nguồn gốc tự nhiên đã được loài người biết đến từ nhiều thế kỉ. Đặc biệt trong thể kỉ 21 với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật với sự ra đời của polymer tổng hơp vật liệu polymer ngày càng đa dạng và phong phú hơn có những tính năng ưu việt có thể thay thế các vật liệu truyền thống như betong, thép, gỗ . Vật liệu polymer với các ưu điểm như độ bền riêng cao, tính dẻo cao, tính ổn định hoá học cao trong nhiều môi trường cùng với khả năng dễ tạo hình và gia công, giá thành rẻ đã làm cho phạm vi sử dụng của polymer ngày càng rộng rãi. Với khả năng ứng dụng trong hầu hết các ngành phục vụ dời sống như: công nghệ cao su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, cơ khí, điện-điện tử, hàng không, dược liệu, màu sắc và lĩnh vực quốc phòng như: tên lửa, tàu du hành vũ tru, máy bay siêu âm… Chính vì lẽ đó, trong bài tiểu luận này em xin đề cập về cấu trúc vật liệu polyme, qua đó ta có thể nghiên cứu và ứng dụng nó tốt hơn trong thực tế. 3 CHƯƠNG 1. PHÂN TỬ POLYME. 1.1. Khái niệm Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau. Ví dụ: Thí dụ: Polietilen (−CH2−CH2−) n do các mắt xích −CH2−CH2− liên kết với nhau; Nilon −6(−NH[CH2]5CO−)n do các mắt xích −NH[CH2]5CO tạo nên, n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa; Polime thường là hỗn hợp của các phân tử có hệ số polime hóa khác nhau, vì vậy đôi khi người ta còn dùng khái niệm hệ số polime hóa trung bình; n càng lớn, phân tử khối lượng polime càng cao. Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime (ví dụ: CH2=CH2) được gọi là monome. 1.2. Phân loại. 1.2.1. Phân loại theo nguồn gốc Thiên nhiên Nhân tạo Tổng hợp - Có nguồn gốc từ thiên nhiên. Vd: Xenlulozo, tinh bột, … - Lấy Polyme thiên nhiên và chế hóa thành Polyme mới. Vd: Tơ axetat, tơ visco,… - Do con người tổng hợp nên. Vd: Polyetylen, Polyvinylclorua,… 1.2.2. Phân loại theo mạch. Polyme mạch thẳng. - Là loại polyme trong đó các monome liên kết với nhau thành một mạch duy nhất. Những mạch này rất mềm dẻo, có thể hình dung như những sợi dài. - Các polyme thông dụng có cấu trúc mạch thẳng là PE, PVC, PS, PMMA, chúng thường là nguyên liệu chính để chế tạo polyme với các kiểu mạch khác. Polyme mạch nhánh - Là loại có những mạch ngắn hơn (gọi là mạch nhánh) nối vào mạch chính. 4 - Số mạch nhánh và tỉ số giữa chiều dài mạch chính và mạch nhánh có thể thay đổi trong một giới hạn rộng, có ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của polyme.  Polyme mạch lưới. - Giữa những mạch chính được liên kết với nhau bằng những mạch rất ngắn, nó giống như những chiếc “cầu nối” giữa các mạch chính lại với nhau. - Có cấu trúc không gian 2 chiều phẳng hoặc cấu trúc không gian 3 chiều. 5 CHƯƠNG 2. TÍNH CHẤT. 2.1. Tính chất vật lý Hầu hết các Polyme là những chất rắn không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định mà nóng chảy ở nhiệt độ khá rộng. Đa số Polyme khi nóng chảy cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại chúng được gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polyme không nóng chảy mà bị phân hủy khi đun nóng, gọi là chất nhiệt rắn. Đa số polyme không tan trong các dung môi thông thường, một số tan được trong dung môi thích hợp tạo ra dung dịch nhớt, Ví dụ: cao su tan trong benzene, toluen,… Một số khác có tính đàn hồi (cao su), số khác nữa có thể kéo thành sợi dai bền ( nilon-6, nilon 6-6,…). Có polyme trong suốt mà không giòn: poly metyl metacrylat, nhiều polymer có tính cách điện: polyetylen, polyvinylclorua,… Hoặc có tính bán dẫn: polyaxetilen, polythiophen,… 2.2. Tính chất hóa học. Polyme có thể tham gia phản ứng giữ nguyên mạch, phân cắt mạch và khâu mạch. 2.2.1. Phản ứng giữ nguyên mạch Polyme. Các nhóm thay thế đính vào mạch polymer có thể tham gia phản ứng mà không làm thay đổi mạch polyme Ví dụ: Polyvinylaxetat vị thủy phân cho polyvinylclorua. Những polyme có liên kết đôi trong mạch có thể tham giá phản ứng cộng vào liên kết đôi mà không làm thay đổi mạch polime. Ví dụ: cao su tác dụng với HCl cho cao su hidroclo hóa: 6 2.2.2. Phản ứng phân cắt mạch polyme Tinh bột, xenlulozơ, protein, nilon, bị thủy phân cắt mạch trong môi trường axit, polistiren bị nhiệt phân cho stiren, cao su thiên nhiên bị nhiệt phân cho isopren, Ví dụ: (−NH[CH 2 ] 5 CO−) n + nH2O → nH 2 N[CH 2 ] 5 COOH Polime trùng hợp bị nhiệt phân hay quang phân thành các đoạn nhỏ và cuối cùng là monome ban đầu, gọi là phản ứng giải trùng hợp hay depolyme hóa. 2.2.3. Phản ứng khâu mạch polyme. Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa. Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu −S−S−. Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm −CH2−: Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime chưa khâu mạch. 7 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CỦA POLYME. 3.1. Chất dẻo. 3.1.1. Khái niệm. - Chất dẻo là những vật liệu polyme có tính dẻo. - Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoiaf và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. - Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia công hơn) 3.1.2. Ứng dụng. a) Polietilen (PE) PE là chất dẻo mềm, được dùng làm màng mỏng, bình chứa, túi đựng… b) Poli(vinyl clorua) (PVC) PVC là chất dẻo cứng, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, da giả… c) Poli(metyl metacrylat) (thủy tinh hữu cơ PEXIGLAS) 8 Poli(metyl metacrylat) là chất dẻo cứng, trong suốt, không vỡ…nên được gọi là thủy tinh hữu cơ. Dùng để chế tạo kính máy bay, ô tô, kính bảo hiểm, dùng làm răng giả… d) Poli(phenol – fomanđehit) (PPF) PPF có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit Nhựa novolac: - Đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac mạch không phân nhánh (cầu nối metylen –CH 2 – có thể ở vị trí ortho hoặc para) - Nhựa nhiệt dẻo, dễ nóng chảy, tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn… Nhựa rezol: - Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1 : 1,2 có xúc tác kiềm. Nhựa rezol không phân nhánh, một số nhân phenol có gắn nhóm –CH 2 OH ở vị trí số 4 hoặc 2 - Nhựa nhiệt rắn, dễ nóng chảy, tan trong nhiều dung môi hữu cơ dùng để sản xuất sơn, keo, nhựa rezit Nhựa rezit (nhựa bakelit): - Đun nóng nhựa rezol ở 150 o C được nhựa rezit (hay nhựa bakelit) có cấu trúc mạng lưới không gian - Không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng sản xuất đồ điện, vỏ máy… 3.1.3. Ưu và nhược điểm. Ưu điểm • Nhẹ • Bền cơ, bền axit, muối và kiềm đặc; • Ít bị mài mòn; 9 • Có thể nhuộm thành các màu sắc bất kì, và giữ được màu sắt lâu; • Có thể gia công thành những hình dạng phong phú; • Nguồn nguyên liệu là vô tận, và rẻ; 10 [...]... triển và kèm theo đó là sự ứng dụng rộng rãi của Polyme trong rất nhiều ngành Vì vậy Polyme dần chứng tỏ cho mọi người thấy được chỗ đứng của nó trong xã hội hiện nay Tuy nhiên bên cạnh đó, người tiêu dùng cần tìm hiểu và sử dụng một cách hợp lý để có được hiệu quả cao trong việc ứng dụng polymer trong công nghiệp cũng như dân dụng, tránh các sự cố và kết quả không mong muốn có thể xảy ra khi sử dụng. .. chỉ nhìn vào hình dáng, màu sắc, hãy đọc các thông số trên nhãn mác sản phẩm, chọn đồ không chất BPA để đảm bảo sức khỏe của bạn 11 Chú ý dưới đáy các chai nhựa, biểu tư ng “Recyle” có các số từ 1-7 biểu thị dấu hiệu phân loại nhựa PETE, HDPE, V, PP,… cho biết loại nào ít độc, dễ tái chế, một số khác thì không Loại nhựa có số 1 này khá an toàn, tuy nhiên chỉ nên sử dụng một lần vì mùi vị và vi khuẩn... tốt cho sức khỏe, bạn nên tránh xa các đồ có mùi nhựa, khi dùng sản phẩm này các độc tố polyme mạch thơm sẽ hòa tan vào thức ăn dạng nước Đối với nhựa có sử dụng chất độn sẽ không có độ bóng, bề mặt dễ trầy xước, bị nhám, có các hạt nhỏ li ti khi chạm vào bề mặt 14 Một dấu hiệu khác dễ nhận biết độc tính của nhựa, là có thể cho vào lửa, nếu có tính độc sẽ dễ cháy hơn loại nhựa không có, khi cháy nhựa... sợi tổng hợp, các loại sợi thiên nhiên có tính thoáng khí và hút ẩm cao, có khả năng hút mồ hôi nhanh, làm giảm nhiệt lượng ngoài da Mặc trang phục với loại vải này, bạn sẽ luôn có cảm giác mát mẻ \ 3.3 Cao su 3.3.1 Khái niệm - Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi - Tính đàn hồi là tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng - Có hai loại cao... khói Trọng lượng nhựa có tính độc thường lớn hơn, thả vào nước dễ chìm xuống còn loại không độc thì nhẹ và nổi trong nước Đối với các loại nhựa dùng lâu, có vết trầy xước, phai màu, thường tích tụ vi khuẩn, gây bệnh đường ruột nên cần vệ sinh sạch sẽ đồ dùng hoặc thay mới Thói quen tái sử dụng đồ nhựa dùng một lần (cốc bát) hoàn toàn có hại, khi sử dụng ở nhiệt độ khác nhau đồ nhựa sẽ sản sinh độc tố... không tốt khi sử dụng vật này 3.2 Tơ 3.2.1 Khái niệm Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định, là những phân tử polyme không phân nhánh, xếp song song với nhau tạo thành sợi 3.2.2 Phân loại 15 3.2.3 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp a) Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–) b) Tơ polieste (có nhiều nhóm este) c) Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl) 3.2.4 Ứng dụng • Tơ clorin:... nó được sử dụng dệt tất, găng tay, vải dệt kim và các loại vải may khác nhau - Là nhựa nhiệt dẻo nên bị biến dạng ở nhiệt độ cao => Khi là quần áo nên chú ý tránh quá nhiệt Tơ polieste: - Có cấu trúc chặt chẽ vì thế nó có thể pha với sợi dễ bị nhàu(sợi bông, visco) để tăng khả năng chống biến dạng 16 - Vải đi từ polieste rất bền, đẹp, không bị nhàu Sợi thiên nhiên thích hợp cho mùa hè hơn các loại vải... mùi vị và vi khuẩn dễ bám lại bề mặt xốp của loại đồ này (chai coca, nước khoáng…) Khi chọn mua bình sữa trẻ em, chai đựng nước… chú ý chọn loại có biểu tư ng số 2, nguồn gốc nhựa HDPE ở các loại bình này ít có khả năng tích tụ vi khuẩn, an toàn cho trẻ nhỏ hoặc đựng thực phẩm 12 Đặc biệt nhựa PVC (số 3) chứa phthalates (cản trở sự phát triển của hormone và khả năng sinh sản), không an toàn khi gặp... cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp 3.3.2 Cao su thiên nhiên a) Cấu trúc: - Công thức cấu tạo: n = 1500 – 15000 - Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau: 17 b) Tính chất và ứng dụng: - Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su, đàn hồi tốt (nhờ cấu trúc cis điều hòa), không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol…nhưng tan trong xăng và benzen - Cao su... đồ ăn, sữa, nước uống hoặc cho vào lò vi sóng rã đông thực phẩm Nhựa PVC là một loại nhựa có tính độc, không thể dùng sản xuất túi hay hộp đựng Bên cạnh việc “soi” kỹ nhãn mác đồ nhựa, bạn có thể dựa vào một số dấu hiệu khác để lựa chọn đồ dùng an toàn Nhựa dẻo, có màu sắc sặc sỡ thường phủ các lớp phẩm màu có khả năng gây hại hẹ tiêu hóa 13 Nên chọn đồ nhựa trong bóng và có độ cứng cao Một mẹo nhỏ, . TÀI: TƯ VẤN LỰA CHỌN VÀ SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC LOẠI POLYME Giảng viên ThS.ĐỖ DIÊN Sinh viên thực hiện: ĐỖ THỊ TỊCH Huế, tháng 12/2014 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1. PHÂN TỬ POLYME. thích hợp cho mùa hè hơn các loại vải sợi tổng hợp, các loại sợi thiên nhiên có tính thoáng khí và hút ẩm cao, có khả năng hút mồ hôi nhanh, làm giảm nhiệt lượng ngoài da. Mặc trang phục với loại. bám lại bề mặt xốp của loại đồ này (chai coca, nước khoáng…) Khi chọn mua bình sữa trẻ em, chai đựng nước… chú ý chọn loại có biểu tư ng số 2, nguồn gốc nhựa HDPE ở các loại bình này ít có khả