ĐỀ tài 8 TRÌNH bày về hóa dẻo POLYMER

Theo lý thuyết là lảm thay đổi độ nhớt của hệ, gia tăng độ mềm dẻo của mạch phân tử và làm linh động hóa cấu trúc đại phân tử..  Đưa vào trong thể tích polymer 1 lượng chất lỏng hay rắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA-THỰC PHẨM

.…….

ĐỀ TÀI :

TRÌNH BÀY VỀ HÓA DẺO POLYMER

GVHD: Th.S CAO VĂN DƯ

LỚP: 08CH112 NHÓM VII :

1 LÊ KIM LONG

2 NGUYỄN THỊ MY LY

3 LÊ THỊ NGA

4 TRẦN HÀ NHI

THÁNG 4/2011

MỤC LỤC

I.KHÁI NIỆM 1

1.1 POLYMER 1

1.2 HÓA DẺO 2

1.3 BẢN CHẤT 2

1.4 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CHẤT HÓA DẺO 2

1.5 PHÂN LOẠI CHẤT HÓA DẺO 3

II.ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HÓA DẺO LÊN TÍNH CHẤT CỦA POLYMER 3

1.NHIỆT ĐỘ HÓA THỦY TINH VÀ NHIỆT ĐỘ CHẢY NHỚT 3

2.TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA POLYMER 5

3.TÍNH CHẤT ĐIỆN 6

III.CƠ CHẾ VÀ LÝ THUYẾT HÓA DẺO 6

1.LÝ THUYẾT VỀ HÓA DẺO 6

2.CƠ CHẾ HÓA DẺO 7

IV.CHẤT HÓA DẺO 9

1.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG HÓA DẺO 9

2.CHỌN CHẤT HÓA DẺO 10

V.ỨNG DỤNG VÀ HẠN CHẾ CỦA CHẤT HÓA DẺO 11

VI KẾT LUẬN 12

ĐỀ TÀI : TRÌNH BÀY VỀ HÓA DẺO

POLYMER

I.KHÁI NIỆM

1.1 POLYMER

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.HÓA DẺO

 Hóa dẻo là đưa vào thể tích polymer một lượng chất lỏng hay rắn có khối lượng phân tử tử thấp nhằm làm cho polymer mềm dẻo hơn,

làm tăng khả năng trượt tương đối giữa các mạch phân tử và dể gia công hơn Theo lý thuyết là lảm thay đổi độ nhớt của hệ, gia tăng độ mềm dẻo của mạch phân tử và làm linh động hóa cấu trúc đại phân tử

 Chất hóa dẻo là những chất khi cho vào vật liệu làm tăng độ mềm dẻo của vật liệu Chất hóa dẻo được sử dụng nhiều khi gia công các vật liệu polymer Hàm lượng chất hóa dẻo thường từ 35-50% Chất hóa dẻo thường là este của các hợp chất hữu cơ như DBP- dibutyl Phtalat, DOP- dioctyl phtalat

 Chất hóa dẻo làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa Tg, và nhiệt độ nóng chảy Tm của polymer Nó làm giảm tính cứng nhưng tăng tính bền, dai của vật liệu Làm mềm dẻo của mạch phân tử và làm linh động hóa cấu trúc đại phân tử

 Đưa vào trong thể tích polymer 1 lượng chất lỏng hay rắn nhằm làm dẻo polymer, tăng khả năng trượt tương đối của các mạch phân tử dễ gia công Hóa dẻo làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa của polymer giảm

độ mòn và tạo cho polymer có tính đàn hồi ngay ở nhiệt độ thấp 1.3.BẢN CHẤT

 Điều đó sẽ đến việc hóa dẻo làm tăng độ đàn hồi của vật liệu, tăng

độ chịu lạnh và làm quá trình gia công nó dễ dàng hơn

 Về mặt lý thuyết, bản chất của hóa dẻo là thay đổi độ nhớt của hệ thống, tăng độ mềm dẻo của đại phân tử và tăng độ linh động của các cấu trúc ngoại vi

1.4.MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CỦA CHẤT HÓA DẺO

 Để polymer có được một số tính chất yêu cầu, ngoài việc tổng hợp

từ các monomer có thành phần hóa học khác nhau, ta còn có thể thay đổi cấu trúc của nó Một trong những phương pháp quan trọng để thay đổi cấu trúc của polymer là làm hóa dẻo

1.5.PHÂN LOẠI CHẤT HÓA DẺO

 Chất hóa dẻo phụ :các dầu thơm và dầu béo paraffin cloro hóa và ester

 Chất hóa dẻo chính: những loại ester của axit hay rượu ,những axit 1

có vòng (teraphtalic,benzoic) hay mạch thẳng

(adipic,ezelaic,sahanic,phosphoric) còn những rượu có

thể là monohydric

II ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HÓA DẺO LÊN TÍNH CHẤT CỦA POLYMER

1 NHIỆT ĐỘ HÓA THỦY TINH VÀ NHIỆT ĐỘ CHẢY NHỚT

 Khảo sát ảnh hưởng của chất hóa dẻo lên polymer chủ yếu khảo sát biến thiên các nhiệt độ thủy tinh hóa và nhiệt độ chảy nhớt của polymer khi

có mặt chất hóa dẻo

 Khi đưa hóa dẻo ta nhận thấy đều có giảm nhiệt độ thủy tinh hóa ( Tg) của polymer một cách rõ ràng

 Giải thích :

 Khi nhiệt độ tăng thì thể tích cũng tăng theo Tại điểm gấp khúc Tg có thể tích giảm càng ngày càng nhanh

 Điểm Tg dùng để đánh dấu khi có mặt chất hóa dẻo vào mạch làm cho mạch phân tử tách xa nhau , làm cho mạch phân tử linh động , làm mạch trở nên mềm và gây giảm Tg

 Cùng lúc với sự giảm Tg, chất hóa học dẻo cũng làm giảm nhiệt độ của

Tf do giảm độ nhớt của polymer khiến hệ có thể chảy trượt ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Tf thông thường

 Thông thường khoảng sử dụng của các cao phân tử là giữa Tg và Tf Do

đó nhiều chất hóa dẻo không thể sử dụng cho polymer vì làm chuyển dịch khoảng sử dụng xuống vùng nhiệt độ thấp, thu hẹp khoảng đàn hồi cao

 Tg: Đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt độ thấp của polymer

 Tf: Xác định khả năng chịu nhiệt độ cao của polymer

 Giải thích:

 Khi hàm lượng hóa dẻo ít thì Tg giảm nhanh hơn Tf, khoảng Tg – Tf

rộng hơn

 Khi hàm lượng hóa dẻo nhiều thì Tf giảm nhanh hơn Tg, khoảng Tg – Tf

thu hẹp lại

 Ở vào một khoảng Tg – Tf không đổi xác định nồng độ hóa dẻo thích hợp ( thông thường khoảng 20 – 30% ) Sau khoảng này là hiện tượng thu hẹp nhanh khoảng Tg – Tf

 Khi nồng độ hóa dẻo đủ lớn, khoảng Tg – Tf gần bằng không, có nghĩa

là Tg = Tf, lúc đó polymer hóa dẻo không thể hiện tính đàn hồi cao ở

bất cứ nhiệt độ nào Trong trường hợp này Tg rất thấp và ở trạng thái vô định hình

 Đối với các polymer kết tinh mà Tm = Tf ( isotactic PS) thì việc thêm chất hóa dẻo vào sẽ làm giảm rất nhiều Tg tuy nhiên Tg tuy nhiên không làm thay đổi bao nhiêu Tm

2.TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA POLYMER

 Chất hóa dẻo thay đổi hoàn toàn các tính chất của polymer:

 Tính đàn hồi của polymer, biến đổi thuận nghịch, tăng theo hàm lượng hóa dẻo

 Ứng suất của polymer nhìn chung giảm khi đưa chất dẻo vào Mặc dù người ta nhận thấy ở hàm lượng nhỏ hóa dẻo có thể làm tăng tính chất

cơ lý

 Sự giảm các tính chất cơ lý, giảm Tg do làm thay đổi cấu trúc hóa học ( năng lượng phá vỡ hệ không thay đổi) tuy nhiên sự có mặt các chất hóa dẻo làm thay đổi lực liên kết liên phân tử trong polymer

 Giải thích: Hàm lượng chất hóa dẻo thấp ( ≤ 8) thì độ bền của polymer tăng Do hàm lượng chất hóa dẻo thấp sẽ xen vào giữa các cấu trúc làm cho sự định hướng của mạch tăng Ngược lại , hàm lượng chất hóa dẻo nhiều thì nó sẽ chui vào bên trong cấu trúc làm mạch trờ nên quá mềm làm giảm độ bền

3.TÍNH CHẤT ĐIỆN

 Polymer được sử dụng trong lĩnh vực điện như một loại vật liệu cách điện với các tính chất cách điện cao, chịu được điện thế cao, tổn thất điện thế thấp,…Trên nguyên tắc , các tính chất này sẽ giảm khi có thêm chất hóa dẻo

III.CƠ CHẾ VÀ LÝ THUYẾT VỀ HÓA DẺO

1.LÝ THUYẾT VỀ HÓA DẺO

 LÝ THUYẾT BÔI TRƠN: khi các đại phân tử chuyển động tương đối

so với các đại phân tử khác thì chất hóa dẻo sẽ bôi trơn các mặt phẳng trượt nội này

 Hình a, phân tử dung môi có xu hướng gắn chặt vào các đại phân tử, các phân tử dung môi sẽ trượt lên nhau Mặt trượt sẽ nằm trong dung môi

 Hình b, năng lượng tách polymer-polymer và phân tử lỏng-lỏng lớn hơn năng lượng cần để phá vỡ tiếp xúc lỏng-lỏng-polymer Trong trường hợp này, polymer và chất hóa dẻo đẩy nhau và mặt trượt sẽ nằm trên bề mặt các phân tử polymer

 Như vậy, với quan điểm này, khả năng trương phụ thuộc vào quan hệ độ phân cực giữa polymer và dung môi

 THUYẾT GEL:

 Cấu trúc polymer duy trì bởi cấu trúc gel, tạo thành do sự gắn chặt của các đại phân tử dọc theo chiều dài

 Chất hóa dẻo bẻ gãy liên kết bằng cách solvat hóa Đồng thời chất hóa dẻo sẽ đi vào và gây ra sự trương của gel hỗ trợ sự di chuyển của polymer làm tăng độ mềm dẻo

2.CƠ CHẾ HÓA DẺO

 HÓA DẺO NỘI CẤU TRÚC: Nếu chất hóa dẻo có ái lực tốt với polymer, coi như dung môi tốt, nó có thể đi vào polymer với nồng độ không giới hạn Trong trường hợp này polymer chuyển dần dần sang trạng thái phân tán của hòa tan Phân tử hóa dẻo chen vào giữa các mạch phân tử, làm tăng độ mềm dẻo và linh động của mạch polymer

 HÓA DẺO LIÊN CẤU TRÚC : Nếu chất hóa dẻo không đủ để tách các đại phân tử ra khỏi nhau thì các cấu trúc ngoại vi phân tử có thể không

bị phá vỡ nhưng độ linh động của chúng sẽ tăng lên và ảnh hưởng đến tính chất polymer Loại dẻo hóa này có thể xảy ra cả khi ái lực giữa polymer và chất hóa dẻo rất thấp: các phân tử chất hóa dẻo không thể phá vỡ các cấu trúc ngoại vi phân tử mà chỉ chen vào giữa chúng trên mặt phẳng phân cách, dường như chỉ để thấm ướt và bôi trơn chúng, tăng độ linh động của các cấu trúc này lên Loại dẻo hóa này được gọi

là dẻo hóa giữa các cấu trúc (giữa các bó)

 Giải thích: Ban đầu đường 2 sẽ có Tg giảm nhanh hơn đường 1.Do đường 1 chưa đủ lượng chất hóa dẻo để chuyển polymer sang trạng thái phân tán của hòa tan Nhưng sau đó thì đường 1 sẽ giảm nhanh hơn do

đã đạt trạng thái phân tán của hòa tan Đối với đường 2 là do không phá

vỡ được cấu trúc phân tử polymer mà chỉ chen vào giữa nên Tg cũng ít thay đổi so với ban đầu

 S Zurkov đã đề xuất dầu tiên về lý thuyết hóa dẻo dựa trên cơ sở của nhiệt độ thủy tinh hóa Tg

 Chất hóa dẻo thường dùng cho polymer mạch cứng, do đó ta sẽ nghiên cứu trên mô hình polymer cứng: có mang các nhóm phân cực trên mạch polymer

 Khi mạch phân tử có nhóm phân cực, lực tương tác lên phân tử giữa các nhóm chức làm giới hạn các chuyển động nhiệt, làm cho mạch bớt linh động

 Chất hóa dẻo là chất lỏng phân cực Đưa đến các nhóm chức phân cực trong mạch polymer bị solvat hóa bởi các nhóm phân cực của hóa dẻo Các nhóm phân cực bị bao bọc bởi các chất hóa dẻo, lực liên kết liên phân tử giảm, đưa đến mạch linh động hơn và làm giảm Tg

 Nếu kích thước của phân tử chất hóa dẻo không chênh lệch nhiều với nhóm phân cực (-OH, -COOH, =CO,…) thì mỗi phân tử hóa dẻo sẽ tương tác với một nhóm chức của polymer Như thế độ giảm nhiệt độ Tg

sẽ tỷ lệ với số mol chất hóa dẻo thêm vào:

∆Tg = k.n Với : k - hệ số tỷ lệ

n - số mol chất hóa dẻo

 Phương trình trên được gọi là nguyên tắc Zhurkov hay nguyên tắc nồng

độ mol

 Nguyên tắc trên không phải hoàn toàn đúng trong mọi trường hợp có những polymer ( phân cực và thường là không phân cực ) có thể được làm giảm Tg dựa vào kích thước và hình dạng của phân tử chất hóa dẻo ( thường là không phân cực)

 Ví dụ: polyisobutylen, n-hexane làm giảm Tg nhiều hơn phân tử vòng thơm (Benzen) dù có cùng một số lượng C như nhau

 Từ thực tiễn trên, Kargin và Maliski đề nghị nguyên tắc cho trường hợp hóa dẻo polymer có độ phân cực yếu hoặc không phân cực:

∆Tg = kφ1

φ1 – phần thể tích của chất hóa dẻo

 Trong trường hợp này, yếu tố quan trọng không phải là năng lượng tương tác giửa polymer hóa dẻo mà là sự thay đổi cấu dạng của polymer kéo theo thay dổi entropi của hệ Trong dung dịch, các dung môi khác nhau khi có cùng phần thể tích thì khả năng quay của cấu hình hầu như tương đương Tương tự, với cùng thành phần thể tích của dung môi hay chất hóa dẻo sẽ có thể hạ nhiệt độ Tg như nhau Hay nói cách khác, độ giảm nhiệt độ Tg phụ thuộc vào phần thể tích chất hóa dẻo φ1

IV.CHẤT HÓA DẺO

1.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG HÓA DẺO

 Những nghiên cứu cho thấy rằng chính kích thước và hình dạng của chất hóa dẻo là yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hóa dẻo và tính tương hợp với polymer

 Ảnh hưởng của kích thước chất hóa dẻo có thể là trường hợp “ tự hóa dẻo” hóa dẻo polymer bằng chính các mạch phân tử của nó, hoặc tương

tự, nhưng có khối lượng trung bình nhỏ (dimer, trimer,…) Trong trường hợp này T của hệ sẽ tăng theo khối lượng phân tử trung bình của chất

hóa dẻo Do đó việc tăng khối lượng phân tử của chất hóa dẻo có thể giảm khả năng hóa dẻo

 Trong trường hợp chất hóa dẻo không cùng thành phần hóa hoc với polymer, sự gia tăng kích thước mạch sẽ làm cho chất hóa dẻo linh động hơn tuy nhiên cũng làm giảm tương tác với polymer

 Thành phân hóa học của chất hóa dẻo cũng ảnh hưởng đến khả năng hóa dẻo chủ yếu lên khả năng tương hợp với polymer

 Nhìn chung đối với hóa dẻo, không nghiêm ngặt với nguyên tắc tương thích, “ tan trong dung môi cùng bản chất”, tuy nhiên những hiệu ứng này tùy thuộc vào từng cặp polymer hóa dẻo cụ thể Trong khoảng nồng

độ nhất định, sự giảm lực tương tác giửa polymer và hóa dẻo có thể thuận lợi cho việc hạ nhiệt độ Tg được áp dụng

 Các hydrocacbon có điểm sôi cao và ester mạnh alkyl dài thường sử dụng làm hóa dẻo cho các polymer không phân cực các polymer phân cực không thể áp dụng các loại hóa dẻo trên vì chúng không tương thích nhau

 Đối với polymer phân cực, hóa dẻo có thể là glyxerin Các loại ester có thể sử dụng làm hóa dẻo cho PVC nhưng hydrocacbon không thể

2.CHỌN CHẤT HÓA DẺO

 Qua các nghiên cứu về hóa dẻo và chất hóa dẻo như trên, ta có thể rút ra một số yêu cầu với chất hóa dẻo:

 Phải có hình dạng thích hợp để có thể đi vào khối polymer và làm giảm tương tác liên phân tử nhằm giảm thấp Tg có thể được

 Nhiệt độ sôi cao để không bị bay hơi trong quá trình gia công

 Phải có tương tác, tương thích với polymer nhưng không nhất thiết hòa tan hoàn toàn trong polymer

 Không độc, không cháy và kinh tế

 Các chất hóa dẻo thường sử dụng trong công nghiệp là DOP (Diocthyl phtalate), DBP (Dibutyl phtalate)

V.ỨNG DỤNG VÀ HẠN CHẾ CỦA CHẤT HÓA DẺO

1.ỨNG DỤNG CHẤT HÓA DẺO MỚI CHO NHỰA PVC

 Các chất hoá dẻo truyền thống sử dụng trong nhựa PVC đang bị hạn chế

sử dụng vì ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của người tiêu dùng Tuy nhiên, việc sử dụng chất hoá dẻo trong nhựa PVC (PolyVinylClorua) là điều bắt buộc vì chỉ chất này mới có thể chuyển hoá nhựa PVC từ trạng thái dòn và dễ gãy sang mềm và đàn hồi

 Trước đây, chất dẻo vẫn được coi là có thuộc tính cách ly nhiều hơn là tính dẫn hoặc bán dẫn Một phát hiện vào cuối thập kỷ 70 đã làm thay đổi quan niệm này Nếu chất polymer hữu cơ được nhúng vào dung dịch hoá học, nó có thể có những tính chất như kim loại và có khả năng dẫn điện lớn hơn nhiều Khám phá này đã khơi nguồn cho những nghiên cứu vào một rất thấp, đồng thời nó cũng có khả năng như chất bán dẫn silicon

 lĩnh vực công nghệ hoàn toàn mới - dựa vào chất dẻo có tính dẫn và bán dẫn

2.HẠN CHẾ CỦA CHẤT HÓA DẺO

 Trong một số quá trình sản xuất và chế biến polymer đã thải ra môi trường vô số chất độc hại có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 Ví dụ : quá trình sản xuất bao bì nhựa PVC, hoặc hóa chất mono n -butylphtalat (MBP)

 Gây ảnh hưởng môi trường sống

VI.KẾT LUẬN

 Hóa dẻo polymer đóng vai trò rất lớn trong xã hội ngày nay ,bên cạnh

đó vẫn còn nhiều mặt hạn chế

 Với việc dùng chất hóa dẻo để hóa dẻo polymer làm thay đổi một số tính chất của polymer, làm mạch polymer mềm dẻo, linh động hơn, tạo khoảng nhiệt độ gia công rộng Đóng vai trò quan trọng trong gia công

 Tuy nhiên cũng cần chọn lựa chất hóa dẻo phù hợp để tăng tính tương tác với polymer, đạt hiệu quả sử dụng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phan Thanh Bình (2002), Hóa học và Hóa lý polymer, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh

2 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004), Hóa lý polymer, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh