ĐỀ tài 12 TÍNH CHẤT của DUNG DỊCH POLYMER

Nếu polymer trương không giới hạn trong dung môi thì sẽ xảy ra quá trình hòa tan của polymer trong dung môi Có thể nói, polyme trương là dung dịch của chất thấp phân tử trong hợp chất c

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

ĐỀ TÀI 12 TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH POLYMER

GVHD:Th.S CAO VĂN DƯ

NHÓM: 8

Quỳnh

MỤC LỤC

11

I TỔNG QUAN VỀ POLYMER

Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đã tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho nhu cầu thực tiễn của con người.Không chỉ dừng lại ở đó mà ngày nay con người đã tạo ra được những sản phẩm bằng vật liệu polime Vật liệu polymer có nguồn gốc tự nhiên (từ cây cỏ hoặc động vật) đã được loài người biết đến từ nhiều thế kỷ Các vật liệu này bao gồm gỗ, bông, da, tơ lụa v.v… Đặc biệt trong thế kỷ 20, nhờ các công cụ khoa học, đã xác định được rằng các phân tử polymer được cấu tạo từ những phần tử hữu cơ nhỏ, nhờ đó tạo ra những cấu trúc đặc biệt của phân tử polymer Kể từ sau chiến tranh thế giới 2 đã có một cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu với s ự xuất hiện của vật liệu polymer tổng hợp ở qui mô công nghiệp Các polymer tổng hợp có nhiều tính năng vượt trội so với sản phẩm tự nhiên, và trong nhiều trường hợp chúng có thể thay thế vật liệu truyền thống như bê tông, thép, gỗ… với tính chất tương đương và hiệu quả kinh tế cao hơn Sự phân loại vật liệu polymer được trình bày trong sơ đồ sau:

Việc phát triển vật liệu polyme ở nước ta đang có bước đầu phát triển: đã hình thành nhiều công ty nhựa tư nhân, các trung tâm nghiên cứu cũng đang được đầu

tư, các trường đại học đang nghiên cứu và giảng dạy nghành học của tương lai này, dự báo sẽ rất phát triển trong thời gian tới

Cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao ,khả năng khám phá của con người ngày càng vươn xa, những đòi hỏi về tiện ích sử dụng tất yếu là cao hơn : không độc hại , tính thẩm mỹ cao ,bền chắc nhiều tính năng mang tính chất siêu tự nhiên ,Bảo vệ môi trường thực hiện mục tiêu phát triển bền vững , Tính kinh tế khi

sử dụng …

II DUNG DỊCH POLYMER

Dung dịch polymer là hệ gồm polymer và hợp chất thấp phân tử Hợp chất thấp phân tử đóng vai trò là dung môi, polymer là chất hòa tan

Khi trộn dung môi và polymer thì xảy ra quá trình xâp nhập của dung môi vào trong polymer và làm cho thể tích của polymer tăng dần, gọi là sự trương Nếu polymer trương

không giới hạn trong

dung môi thì sẽ xảy ra

quá trình hòa tan của

polymer trong dung môi

Có thể nói, polyme

trương là dung dịch của

chất thấp phân tử trong

hợp chất cao phân tử sự

trương khác với sụ trộn

lẫn 2 chất thấp phân tử là

ở chỗ quá trình xảy ra từ một phía do sự khác nhau lớn về độ khuếch tán của chất thấp phân tử vào cao phân tử trong khi polyme hấp thụ dung môi, các phân tử chua kịp chuyễn chổ vào pha dung môi, chỉ sao khi các mạch polyme

đủ linh động, các tương tac giữa các phân tử yếu đi, sự khuếch tán các phân tử polyme vào pha dung môi mới bắt đầu

 Quá trình hòa tan polymer gồm 4 giai đoạn

• Hệ dị thể gồm pha polymer và pha dung môi

• Hệ dị thể, gồm một pha là dung dịch chất lỏng thấp phân tử trong polymer (polymer trương) và một pha chất lỏng thấp phân tử

• Hệ dị thể, gồm một pha là dung dịch chất lỏng thấp phân tử trong polymer

và một pha dung dịch polymer trong chất lỏng thấp phân tử

• Hệ đồng thể, gồm có sự xâm nhập polymer vào chất lỏng thấp phân tử, cả hai pha là đồng nhất

2. Tính chất dung dịch polymer

Dung dịch polymer là hệ cân bằng về nhiệt động học ở trạng thái cân bằng xác định, khi tăng nhiệt độ, nồng độ pha thay đổi kèm theo sự chuyển phân tử từ pha này sang pha khác xảy ra rất chậm, càng chậm nếu dung dịch càng đậm đặc Đối với dung dịch polymer, sự khác nhau về kích thước của cấu tử rất lớn, độ nhớt của polymer thường là 1011 - 1014 ps, còn chất lỏng thấp phân tử thường là 0,01 ps

Sự khác nhau này gây ra những đặc tính của tính chất cơ học của dung dịch

polyme

2.1 Tính tan.

Cũng như chất thấp phân tử, polyme không thể hòa tan trong tất cả các chất lỏng Một số chất lỏng được gọi là “ dung môi tốt “ cho polyme thì polyme sẽ tan tự nhiên Khi hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tan thường chậm và phải qua giai đoạn trung gian là trương lên trước sau đó mới hoà tan Thậm chí có những polymer không tan trong dung môi nào (“ dung môi xấu” hay không phải là dung môi cho polyme)

VD: NR tan tốt trong benzen nhưng không tan trong nước, Gelatin tan trong nước nhưng không tan trong cồn Nguyên nhân là mỗi loại polyme có thể tương tác với những dung môi nhất định và có thể không tương tác với các loại dung môi khác Cũng có thể ban đầu polyme tạo với dung dịch một dung dịch thật nhưng một thời gian sau cúng có thể chỉ la hệ keo, không bền vững nhiệt đông học

2.2 Tính trương

Sự hòa tan của một polymer trong một dung môi luôn thể hiện tính chất đặc trưng

là sự trương : Polyme hấp thụ dung môi và gia tăng khối lượng, thể tích của mẫu.Ngay sau khi polyme được cắt thành mảng nhỏ và ngâm trong dung môi sau một thời gian trương thì các mảng sẽ tự kết lại và hòa quyện với nhau để tạo thanh dung dịch polyme thật

Sự trương là quá trình xâm nhập của các phân tử dung môi vào trong polymer có khối lượng phân tử lớn sự trương liên quan tới sự chuyển chổ của mạch polyme, nghĩa là có sự thây đổi cấu trúc của nó, làm tăng thể tích của mẫu, không xảy ra sự phân cắt các liên kết dọc theo mạch mà chỉ phá hủy các liên kết giữa các mạch cao phân tử

2.3 Độ nhớt của dung dịch

Các tính chất cơ học của chất lỏng là những tính chất thể hiện khi chịu tác dụng của ngoại lực và và được biểu hiện dưới dạng chả đó là sự chuyển dịch của các phân tử tương ứng với nhau

 Định luật cơ bản về sự chảy của chất lỏng là định luật NewTon Đặc trưng cơ bản của chất lỏng là hệ số nhớt thường gọi là độ nhớt

- Độ nhớt của dung dịch polyme được đặc trưng bởi những đặc điểm sau:

- Độ nhớt của dung dịch polyme thường lớn hơn rất nhiều so với độ nhớt dung dịch các hợp chất thấp phân tử, cũng như dung dịch keo có cùng nồng độ Chỉ

có những dung dịch polyme rất loãng mới có thể được coi là phù hợp với các định luật của Newton và Puazeil, ví dụ các dung dịch cao su khi C< 0.05%

- Độ nhớt của dung dịch Polyme không phù hợp với định luật Einstein, khi tăng nồng độ thì độ nhớt tăng theo đường cong hướng về phía trục nồng độ

Trong một thời gian dài người ta cho rằng, dung dịch polymer sở dĩ có độ nhớt lớn

là do có sự Sovat hóa xảy ra Nhưng vì sau này người ta nhận thấy rằng trong dung dich polymer sự Sovat hóa các đại phân tử tương đối bé Nguyên nhân chính

là do đặc trưng thủy động lực của hệ thống có chứa các đại phân tử uốn dẻo, dài và

do có sự tồn tại các chất kết hợp trong dung dịch

2.4 Thuyết Mixel

Trước đây người ta mô tả bản chất của dung dịch polymer bằng thuyết Mixel

- Theo thuyết này trong dung dịch các đại phân tử nằm dưới dạng Mixel vì polyme có một số tính chất tương tự Mixel:

- Không có khả năng thẩm tích

- Áp suất thẩm thấu nhỏ

- Khả năng khuếch tán nhỏ

Tuy nhiên thực tế polymer không phải là Mixel là thuyết về bản chất của các

hệ thống keo tiêu biểu mà các hệ thống keo là những hệ thống không bền về nhiệt động, trong khi đó dung dịch polymer bền về nhiệt động do đó thuyết Mixel không phù hợp với dung dịch polimer

2.5 Thuyết phân tử

Cho rằng dung dịch polymer có độ phân tán phân tử Thuyết này đúng do có nhiều điểm phù hợp với thực tế

- Xác định đúng trọng lượng phân tử của polimer trong dung dịch loãng

- Quá trình hòa tan polimer la tự phát

- Dung dịch polymer bền nhiệt động

- Dung dich polymer không cần chất ổn định

- Dung dịch polymer là hệ thống cân bằng nhiệt động

2.5 Thuyết mới

- Dung dịch polymer luôn có hiện tượng Sovat Tuy nhiên hiện tượng này không mạnh lắm ở dung dịch polymer

- Các phân tử polymer hay các mắt xích của các phân tử kết hợp với nhau

3 Dung dịch polymer loãng

- Dung dịch có nồng độ không quá 1 g/100 ml gọi là dung dịch loãng

- Đặc tính của dung dịch loãng polyme là độ nhớt rất cao do có hiện tượng sovat Điều đó liên quan tới sự chuyển động của phân tử lớn polyme

- Sự giải thích hiện nay về bản chất độ nhớt của dung dịch polyme loãng là dựa trên sự phân tích các tính chất thủy động lực, là những tính chất có quan hệ với sự chuyển động các phần tử trong dung dịch

- Độ nhớt của dung dịch loãng polymer phụ thuộc vào ứng suất trượt Sự phụ thuộc hệ số nhớt vào ứng suất trong dung dịch polymer liên quang tới hình dạng dài của phân tử theo hướng dòng chảy Các phân tử polymer dài đặt dưới ứng suất sẽ duỗi ra và định hướng vào dòng chảy Song sự định hướng này bị phá huỷ bởi chuyển động nhiệt

- Trong dung dịch loãng, các mạch polyme dài uốn dẻo có thể cuộn lại dưới dạng cầu

- Ví dụ: độ nhớt của dung dịch cao su 1% trong benzen lớn gấp 18 lần độ

nhớt của bản thân benzen

Bảng độ nhớt tương đối của cao su trong benzen

Bản chất độ nhớt của dung dịch loãng polyme là tính chất liên quan tới sự chuyển

Áp lực

s/cm2 Độ Nhớt Tương Đối ở Các Nồng Độ

0.06% 0.1% 0.2% 0.4% 0.6% 0.8% 1%

10.5

20.5

40.5

60.5

1.18 1.46 2.48 5.42 7.14 11.31 17.71

1.18 1.57 2.27 4.57 6.55 9.80 15.41

1.17 1.41 2.08 4.48 6.22 9.68 14.03

1.18 1.37 2.07 4.24 5.61 7.61 13.47

đông của phân tử polyme trong dung dịch Các phân tử lớn có thể chuyển động tịnh tiến với phân tử dung môi sự chuyển động này có thể là hỗn độn, định hướng hay chuyển động trong trường trọng lực

Đo bằng kế mao quản (capillry viscometer)

R: bán kính mao quản

V: thể tích dung dịch

L: chiều dài mao quản

:độ nhớt

Độ nhớt của dung dịch loãng polyme phụ thuộc vào ứng suất trượt sự phụ thuộc

hệ số nhớt vào ứng suất trong dung dịch polyme liên quang tới hình dạng dài của phân tử theo hướng dòng chảy Các phân tử polyme dàidưới ứng suất đặt sẽ duỗi

ra và dịnh hướng vào dòng chảy Song sự định hướng này bị phá huỷ bởi chuyển động nhiệt Mức độ định huớng phụ thuộc vào tỷ lệ cường độ chuyển động nhiệt

và độ lớn ứng suất

Tóm lại mức độ xoắn, mức độ tổ hợp, độ lớn phân tử, tương tác của polyme với dung môi đều ảnh hưởng lớn đến tốc độ khuếch tán của tiểu phân, độ nhớt của dung dịch và các tính chất khác

4 Dung dịch đặc của polyme.

Dung dịch polyme đặc là dung dịch có nồng độ cao hơn 1g/100ml trong đó các phân tử chất hòa tan tác dụng tương hỗ với nhau sự tác dụng tương hỗ này

làm tăng độ nhớt của dung dịch Khi tăng nồng độ polyme trong dung dịch, độ

nhớt tăng

Độ nhớt của dung dịch đặc polyme phụ thuộc vào: phụ thuộc nhiều ở nồng

độ cao, và phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử Độ nhớt cũng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, độ nhớt giảm khi tăng nhiệt độ Chiụ ảnh hưởng lớn của dung môi

III KẾT LUẬN

Công nghệ phát triển polymer đang có những bước phát triển mới tạo ra nhiều loại sản phẩm không những bền, đẹp mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Ngày nay hóa học polyme đã tiến sang một bước phát triển mới vật liệu polyme ngày càng có những tính năng vượt trội với nền công nghệ sản xuất vật liệu polyme bền nhiệt cao, cách điện, cách âm tốt ,chống tia UV, vật liệu polyme sinh học … phục vụ cho nhiều nghành công nghiệp & đời sống: công nghiệp xây dưng, thực phẩm, cơ khí, điện tử, tên lửa & du hành vũ trụ …

Trong công nghiệp sản xuất vật liệu polyme có những bước phát triển tương ứng với việc cải tiến phương pháp gia công: công nghệ đúc, công nghệ ép phun, công nghệ in… làm cho các sản phẩm ngày càng có nhiều tính năng thay thế các sản phẩm cũ, có tính thẩm mĩ cao hơn, ít độc hại với sức khỏe con người

Trong nghiên cứu các nhà khoa học đang ngày hoàn thiện về việc nghiên cứu tính chất và cấu trúc của polyme… Chế tạo ra nhiều loại polyme có tính năng tổng hợp, không độc hại ít gây ô nhiễm môi trường …

Tài Liệu Tham Khảo

1 Thái Doãn Tĩnh, Hoá học các hợp chất cao phân tử,

NXB: Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

2 Phan Thanh Bình, Hoá học hoá lý polyme,

NXB: Đại học quốc gia TP HCM.

3 http://vn.360.yahoo.com/songquan1421988

4 http://static.too.com