Chỉång I: CẠC KHẠI NIÃÛM CÅ BN I. Âënh nghéa Polymer: Polymer l cạc häøn håüp m cạc phán tỉí âỉåüc tảo thnh tỉì mäüt säú lỉåüng låïn cạc nhọm ngun tỉí näúi våïi nhau bàòng cạc liãn kãït họa hc tảo thnh mäüt dy di. Cọ thãø âënh nghéa Polymer theo mäüt cạch räüng hån nhỉ sau: Polymer l nhỉỵng håüp cháút m cạc tênh cháút váût l ca nọ chè thay âäøi chụt êt trong khi âải phán tỉí tiãúp tủc tàng. II.Mäüt säú tênh cháút cå l ca váût liãûu Polymer: - Khäúi lỉåüng riãng bẹ, âäü bãưn riãng cao (Âäü bãưn riãng l âäü bãưn tênh trãn mäüt âån vë khäúi lỉåüng). - Mäüt säú Polymer cọ âäü bãưn họa hc ráút cao. Vê dủ: Poly tetraflo ethylene khäng bë phạ hy båíi nỉåïc cỉåìng toan - Âäü cạch âiãû n cao (âäúi våïi nhỉỵng Polymer khäng phán cỉûc). - Cọ tênh cháút quang hc: Mäüt säú Polymer cọ âäü trong sút cao nhỉ PMMA (thy tinh hỉỵu cå) âỉåüc dng lm cạc dủng củ quang hc, kênh mạy bay. - Mäüt säú Polymer cọ kh nàng bạm dênh ráút täút våïi nhiãưu loải váût liãûu khạc nhau (vê dủ Epoxy) nãn dỉåüc ỉïng dủng âãø lm keo dạn, sån. - Mäüt säú Polymer cọ âäü ma sạt låïn, êt bë mi mn (nhỉ cao su lỉu họa). Mäüt säï khạc lải êt bë ma sạt nhỉ Ploy tetraflo ethylene nãn âỉåüc ỉïng dủng âãø lm bảc trong cạc äø trủc khäng thãø dng bi. - Mäüt säú Polymer cọ tênh ân häưi låïn (cao su). C C F FF F n - ọỹ bóỡn nhióỷt khọng cao. Phỏửn lồùn õổồỹc sổớ duỷng ồớ nhióỷt õọỹ trong khoaớng tổỡ 0 õóỳn 140 0 C. - Caùch nhióỷt, caùch ỏm cao (vỏỷt lióỷu Polymer xọỳp). III.Phỏn loaỷi Polymer: Coù thóứ phỏn loaỷi Polymer theo mọỹt sọỳ chố tióu nhổ sau: - Theo thaỡnh phỏửn coù thóứ chia laỡm 3 loaỷi: Polymer hổợu cồ (organic Polymer), Polymer vọ cồ (inorganic Polymer) vaỡ Polymer baùn hổợu cồ (semi- organic Polymer). + Polymer hổợu cồ laỡ Polymer chố coù caùc nguyón tổớ : C, H, O, N, S, X (halogen) trong phỏn tổớ, trong õoù coù thóứ coù O, N, X tham gia hỗnh thaỡnh maỷch chờnh. Vờ duỷ: PVC Polymer hổợu cồ cuợng coù thóứ laỡ nhổợng Polymer coù chổùa caùc nguyón tọỳ khaùc caùc nguyón tọỳ trón nhổng nhổợng nguyón tọỳ naỡy khọng nũm trong maỷch chờnh vaỡ khọng lión kóỳt vồùi caùc nguyón tổớ cacbon. Vờ duỷ: caùc muọỳi cuớa caùc polyacid + Polymer vọ cồ: laỡ nhổợng Polymer khọng chổùa nguyón tổớ cacbon, caùc nguyón tổớ lión kóỳt vồùi nhau õóứ taỷo thaỡnh Polymer bũng lión kóỳt hoùa hoỹc (lión kóỳt coỹng hoùa trở). Vờ duỷ: - Mg- O- Mg-O-Mg-O-Mg-O- Tổ ỡ õởnh nghộa naỡy ta thỏỳy kim loaỷi khọng phaới laỡ Polymer vọ cồ vỗ lión kóỳt trong kim loaỷi laỡ lión kóỳt kim loaỷi. + Polymer baùn hổợu cồ: laỡ nhổợng Polymer thuọỹc caùc trổồỡng hồỹp sau: + Maỷch phỏn tổớ bao gọửm C vaỡ caùc nguyón tọỳ khaùc (trổỡ N, O, S). + Maỷch chờnh laỡ maỷch cacbon vaỡ coù nhoùm thóỳ chổùa caùc nguyón tọỳ khaùc (trổỡ N, S, O, X) lión kóỳt trổỷc tióỳp vồùi nguyón tổớ cacbon trong maỷch chờnh. (caùc polymer cồ kim) CH 2 Cl CH n CH 2 CH COONa n + Maỷch chờnh laỡ maỷch vọ cồ nhổng coù caùc nhoùm thóỳ coù cacbon nguyón tổớ nọỳi trổỷc tióỳp vồùi maỷch chờnh. Vờ duỷ: polysiloxanes - Theo cỏỳu taỷo maỷch coù thóứ chia thaỡnh 3 loaỷi: Polymer maỷch thúng, Polymer maỷch nhaùnh vaỡ Polymer khọng gian. + Polymer maỷch thúng: laỡ nhổợng Polymer maỡ caùc õaỷi phỏn tổớ laỡ nhổợng daợy daỡi vồùi õọỹ bỏùt õọỳi xổùng cao. + Polymer maỷch nhaùnh: gọửm mọỹt daợy daỡi (goỹi laỡ maỷch chờnh) coù caùc nhaùnh thóỳ lồùn. Sọỳ lổồỹng vaỡ kờch thổồùc cuớa nhaùnh thóỳ thay õọứi trong phaỷm vi rọỹng. + Polymer khọng gian: laỡ Polymer gọửm nhổợng daợy daỡi nọỳi vồùi nhau thaỡnh maỷng lổồùi khọng gian. - Dổỷa vaỡo sọỳ lổồỹng caùc loaỷi Monomer taỷ o thaỡnh Polymer coù thóứ chia thaỡnh 2 loaỷi: + Polymer õọửng nhỏỳt (Homopolymer): Laỡ nhổợng Polymer chố chổùa mọỹt loaỷi Monomer trong õaỷi phỏn tổớ. R R R R Si Si O O A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A AAAAA Vê dủ: + Copolymer (hồûc mixed Polymer): l nhỉỵng Polymer cọ chỉïa tỉì 2 loải Monomer tråí lãn trong âải phán tỉí Polymer. Copolymer gäưm cọ 2 loải: Copolymer khäúi v Copolymer ghẹp. Copolymer khäúi: Copolymer ghẹp: - Ngoi ra dỉûa vo thỉï tỉû sàõp xãúp ca cạc màõc xêch trong mảch trong quạ trçnh tảo thnh polymer m ta cọ Polymer mảch âiãưu ha hay khäng âiãưu ha. Tênh báút âiãưu ha ca Polymer cọ thãø do nhiãưu ngun nhán gáy ra (chiãưu di mảch chênh, nhọm thãú ) nhỉng âiãưu âạng quan tám åí âáy l cáúu tảo âiãưu ha khäng gian ca Polymer. Nhỉỵng Polymer m táút c cạc màõc xêch v cạc nhọm phủ sàõp xãúp theo nhỉỵng trçnh tỉû nháút âënh gi l Polymer âiãưu ha khäng gian. Ty thüc vo cạch sàõp xãú p v mỉïc âäü âäúi xỉïng m cọ thãø chia lm 3 loải: Isotactic, Syndiotactic v Atactic. Isotactic: Syndiotactic CH CH 2 CH 3 n A A A B B A B A A A A A B B B B C C C C C C C C C H H HH H H H HH H H H H R R R R R C C C C C C C C C H H H H H R H R H H H H H H H R H R Atactic: IV. Trảng thại váût l (táûp håüp) v trảng thại pha: 1. Trảng thại váût l (táûp håüp): Váût cháút cọ thãø täưn tải åí 3 trảng thại váût l: Ràõn, lng v khê. Cạc trảng thại ny khạc nhau vãư âàûc trỉng chuøn âäüng v máût âäü ca cạc phán tỉí hồûc ngun tỉí. a. Trảng thại khê: ÅÍ trảng thại ny, nàng lỉåüng chuøn âäüng nhiãût ca cạc phán tỉí låïn hån nhiãưu so våïi nàng lỉåüng tạc dủng tỉång häù giỉỵa chụng. Do âọ âàûc trỉng ca trảng thại náưy l sỉû chuøn âäüng häøn loản ca cạc phán tỉí (bao gäưm chuøn âäüng tënh tiãún, chuøn âäü ng quay v chuøn âäüng dao âäüng), máût âäü phán tỉí bẹ, khäng cọ hçnh dảng riãng v dãù thay âäøi thãø têch khi nhiãût âäü thay âäøi. b. Trảng thại lng: L trảng thại trung gian giỉỵa trảng thại khê v trảng thại ràõn. Åí trảng thại ny lỉûc hụt tỉång häù giỉỵa cạc phán tỉí xáúp xè bàòng nàng lỉåüng chuøn âäüng nhiãût ca chụng, khong cạch giỉỵa cạc phán tỉí xáúp xè bàòng kêch thỉåïc phán tỉí. Do váûy cháút lng cọ hçnh dảng riãng (dảng cáưu khi khäng chëu tạc dủng lỉûc) nhỉng dỉåïi tạc dủng ca ngoải lỉûc nọ dãø dng thay âäøi hçnh dảng (do cạc phán tỉí ln ln chuøn âäüng v vë trê cán bàòng ln ln thay âäøi). Thãø têch háưu nhỉ khäng âäøi dỉåïi tạc dủ ng ca ngoải lỉûc. c. Trảng thại ràõn: Trong trảng thại ràõn, máût âäü phán tỉí cao (khong cạch giỉỵa cạc phán tỉí bẹ). Cạc phán tỉí khäng thay âäøi vë trê v chuøn âäüng quay nhỉng cọ sỉû dao âäüng xung quanh vë trê cán bàòng, thỉåìng vo khong 10 13 âãún 10 14 dao âäüng / giáy. Do âäü linh âäüng ca cạc phán tỉí bẹ nãn khọ thay âäøi hçnh dảng. Sỉû khạc biãût vãư âäü linh âäüng ca phán tỉí dáùn âãún sỉû khạc nhau vãư cå chãú khúch tạn. Âäúi våïi trảng thại lng v trảng thại khê thç sỉû khúch tạn xy ra do sỉû thay âäøi vë trê ca cạc phán tỉí (khi phán tỉí ny âãún vë trê måïi thç vë trê c ca nọ âỉåüc thay thãú bàòng mäüt C C C C C C C C C H H H H H R H R H H H H H H H R H R phán tỉí khạc). Âäúi våïi trảng thại ràõn sỉû khúch tạn xy ra ch úu do sỉû chuøn âäüng (nhy) ca ngun tỉí âãún vë trê träúng bãn cảnh. Nhỉỵng vë trê träúng ny ln ln täưn tải trong váût thãø do nhỉỵng sai sọt trong cáúu trục ca mảng lỉåïi tinh thãø. Chênh vç cå chãú khạc nhau nhỉ váûy nãn sỉû khúch tạn trong cháút ràõn xy ra cháûm hån trong cháút lng v cháút khê. 2. Trảng thại pha: Cọ hai quan âiãøm vãư pha: -Theo quan âiãøm nhiãût âäüng hc: Pha l mäüt pháưn âäưng nháút ca hãû thäúng âỉåüc tạch riãng våïi cạc pháưn khạc nhåì bãư màût phán chia giỉỵa chụng v khạc nhau vãư tênh cháút nhiãût âäüng. Mäüt pha phi cọ thãø tiïch riãng ỉï ng våïi âiãưu kiãûn ạp sút, nhiãût âäü v cạc tênh cháút nhiãût âäü âäüng khạc. - Theo quan âiãøm cáúu tảo cạc pha khạc nhau l do cạch sàõp xãúp ca cạc phán tỉí . Phủ thüc vo cạch sàõp xãúp ny m cọ thãø cọ hai trảng thại pha : Pha tinh thãø v pha vä âënh hçnh. + Pha tinh thãø : Âỉåüc âàûc trỉng båíi sỉû sàõp xãúp theo tráût tỉû xa ba hỉïång ca cạc phán tỉí hồûc ngun tỉí. + Pha vä âënh hçnh : Trong pha vä âënh hçnh cọ täưn tải tráût tỉû gáưn (tráût tỉû gáưn l tráût tỉû cọ khong cạch xáúp xè bàòng kêch thỉåïc phán tỉí). Cạc phán tỉí åí gáưn mäüt phán tỉí xạc âënh cọ thãø cọ mäüt tráût tỉû xạc âënh nhỉng åí kho ng cạch xa hån thç tráût tỉû ny khäng täưn tải. Pha tinh thãø pháưn låïn täưn tải åí trảng thại táûp håüp ràõn (trỉì tinh thãø lng), cn pha vä âënh hçnh cọ thãø åí c ba trảng thại ràõn, lng hồûc khê. V. cạc khại niãûm hiãûn âải vãư cáúu tảo phán tỉí polymer : 1. Khại niãûm mảch di: Phán tỉí Polymer cọ chiãưu di låïn hån ráút nhiãưu so våïi kêch thỉåïc ca mäüt màõc xêch (chiãưu ngang). Mảch di ny cọ thãø bë ún cong hồûc cün räúi do: +Chuøn âäüng nhiãût ca âoản mảch hồûc màõc xêch σ K dc σ K dc σ K ngang +Mảch quạ di so våïi chiãưu ngang 2.Tênh báút âàóng hỉåïng: Khi tạc dủng lãn máøu Polymer bàòng ngoải lỉûc thç ta tháúy lỉûc tạc dủng theo chiãưu dc cáưn phi låïn thç máøu måïi bë biãún dảng hồûc âỉït cn theo chiãưu ngang thç chè cáưn mäüt lỉûc nh hån. Hiãûn tỉåüng tênh cháút ca polymer khäng âäưng nháút nhỉ váûy gi l tênh cháút báút âàóng hỉåïng. 3. Tênh cọ cỉûc ca polymer: Liãn kãút cọ cỉûc: l liãn kãút cng hoạ trë ca cạc ngun tỉí cọ âäü ám âiãûn khạc nhau. Âäü cọ cỉûc ca mäüt liãn kãút âỉåüc âạnh giạ bàòng mämen lỉåỵng cỉûc: M 0 = q.l. q: âiãûn têch l: Khong cạch giỉỵa 2 âiãûn têch. Khong cạch giỉỵa cạc âiãûn têch ≈ 10 -8 Cm v q ≈ 10 -10 âån vë âiãûn têch ⇒ M ≈ 10 -8 . 10 - 10 = 10 -18 âån vë ténh âiãûn = 1 debye. Cạc M 0 thay âäøi tỉì 1÷ 10 debye. - Âäúi våïi cạc polymer: + Cạc loải polymer cọ cáúu tảo theo loải H- C coi nhỉ khäng phán cỉûc: PE, PP,Polybutadien, Polyizopren, Polyizobutylen. Cạc polymer phán cỉûc: PVR, cellulo ( cọ chỉïa nhiãưu nhọm OH) polyacrylonitrit chỉïa nhọm -CN cọ âäü phán cỉûc cao, polyacrilic acid, polymetacrylic acid (COOH) Tuy nhiãn sỉû cọ màût ca cạc nhọm phán cỉûc trong phán tỉí khäng phi ln lm cho phán t bë phán cỉûc. Nãúu cạc liãn kãút phán cỉûc trong phán tỉí âỉåüc sàõp xãúp âäúi xỉïng thç M 0 = 0. Vç váûy sỉû phán cỉûc ca mäüt polymer cọ thãø âỉåüc quút âënh båíi âäü phán cỉûc ca cạc nhọm thãú, mỉïc âäü âäúi xỉïng ca sỉû sàõp xãúp cạc nhọm ny trong khäng gian v máût âäü phán bäú ca chụng dc theo mảch. CF 2 CF 2 ( ) n 4. Hỗnh thaùi cỏỳu taỷo, hỗnh thaùi sừp xóỳp cuớa maỷch phỏn tổớ polymer: a. Hỗnh thaùi cỏỳu taỷo ( cỏỳu hỗnh: configuration): Laỡ sổỷ sừp xóỳp cuớa caùc nhoùm nguyón tổớ trong khọng gian theo nhổợng vở trờ cọỳ õởnh ổùng vồùi cỏỳu taỷo xaùc õởnh. Sổỷ sừp xóỳp naỡy khọng thóứ bióùn õọứi cho nhau õổồỹc vaỡ noù õổồỹc quy õởnh bồới cồ chóỳ cuớa quaù trỗnh truỡng hồỹp. vỗ thóỳ khọng thóứ thay õọứi vở trờ maỡ khọng beớ gaợy lión kóỳt õồn. Caùc cỏỳu hioỡnh bao gọửm caớ õọửng phỏn hỗnh hoỹc (cis, trans) vaỡ õọửng phỏn lỏỷp thóứ. Trong mọỹt maỷch polymer daỡi coù thóứ coù caùc hỗnh thaùi cỏỳu taỷo khaùc nhau. Vờ duỷ:Polyizopren coù 2 hỗnh thaùi cỏỳu taỷo bóửn vổợng: - Cỏỳu taỷo trans - guttapersa: - Cỏỳu taỷo sis - polyizopren: ọửng phỏn naỡ y chờnh laỡ cao su thión nhión PS coù 3 hỗnh thaùi cỏỳu taỷo: + izotactic: + Syndiotactic: Hai loaỷi naỡy õổồỹc goỹi laỡ cỏỳu taỷo õióửu hoaỡ. CH 3 CH 2 C CH CH 2 CH 2 CH 3 C CH CH 2 CH 2 = = CH 2 CH 3 CH 2 CH 2 C CH CH 2 = C CH CH 2 CH 3 = C CH 3 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 R R R CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 R R R + Actactic: b. Hỗnh thaùi sừp xóỳp (cỏỳu daỷng: conformation): laỡ sổỷ thay õọứi vở trờ cuớa caùc nguyón tổớ ( nhoùm nguyón tổớ) trong khọng gian do chuyóứn õọỹng nhióỷt gỏy ra. Vờ duỷ: phỏn tổớ C 2 H 6 coù thóứ thay õọứi cỏỳu daỷng tổỡ cis sang trans bũng caùch quay quanh lión kóỳt C-C maỡ khọng bở beớ gaợy lión kóỳt. Nhổ vỏỷy, cỏỳu daỷng noùi lón sổỷ thay õọứi vở trờ cuớa caùc nguyón tổớ trong khọng gian. Noùi caùch khaùc cỏỳu daỷng laỡ khaớ nng õởnh hổồùng trong khọng gian cuớa caùc daợy Polymer, õổồỹc taỷo ra bồới sổỷ quay cuớa caùc daợy Polymer quanh caùc lión kóỳt õồn, õỷc trổng nhióỷt õọỹng cuớa quaù trỗnh naỡy laỡ sổỷ thay õọứi entropy cuớa hóỷ. CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 R R R CH CH 2 R . . . . . . . . . . . . . . trans SỈÛ MÃƯM DO CA MẢCH POLYMER Cho âãún nàm 1934 cạc âải phán tỉí polymer váùn âỉåüc coi l ráút di v cỉïng nhỉ que âa. Tuy nhiãn quan niãûm ny khäng thãø gii thêch âỉåüc nhiãưu tênh cháút váût l ca váût liãûu polymer, vê dủ nhỉ kh nàng phủc häưi biãún dảngca cao su thiãn nhiãn ráút låïn. Ngy nay khại niãûm vãư hçnh dảng ca âải phán tỉí xút phạt tỉì sỉû quan sạt biãøu âàûc th ca chuøn âäüng nhiãût gi l sỉû quay näüi tải ca nhỉỵng pháưn riãng biãût ca phán tỉí so våïi cạc pháưn khạc. II. Sỉû quay näüi tải ca phán tỉí, Thãưm thãú nàng quay: 1. Sỉû quay näüi tải ca håüp cháút tháúp phán tỉí: Âãø âån gin ta xẹt phán tỉí C 2 H 6 v dáùn xút ca nọ. */ C 2 H 6 : Cáúu tảo ca C 2 H 6 trong khäng gian cọ thãø âỉåüc biãøu diãùn nhỉ sau: Van ’ t Hoff cho ràòng nhọm CH 3 cọ thãø quay quanh liãn kãút σ C-C. v nhỉ thãú do chuøn âäüng nhiãût âäü, sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí trong khäng gian thay âäøi liãn tủc, tải cạc vë trê ca cạc ngun tỉí thç phán tỉí s cọ mäüt thãú nàng xạc âënh. Giạ trë ny phủ thüc vo sỉû tỉång tạc giỉỵa cạc phán tỉí, electron Khi nhọm -CH 3 quay quanh liãn kãút C-C thç thãú nàng u thay âäøi: u= f(ϕ) ϕ : gọc quay. . . . . . . . .