ĐỀ tài TÍNH CHẤT của DUNG DỊCH POLYMER

I.GIỚI THIỆU: *Những Điều Cần Biết Về Dung Dịch Polymer  Các Hợp chất cao phân tử là tổ hợp của các phân tử có độ lớn khác nhau về cấu trúc phân tử và thành phần đơn vị cấu trúc monom

ĐỀ 12:TÍNH CHẤT CỦA DUNG

DỊCH POLYMER

Lớp :08CH111 Nhóm 12

Thành viên

1.Nguyễn Hoàng Vũ

2.Mai Thi Thanh Tuyền

3.Ngô Văn Vương

4.Trần Anh Tuấn

5.Lê Hữu Tùng

GVHD:THS CAO VĂN DƯ

I.GIỚI THIỆU:

*Những Điều Cần Biết Về Dung Dịch Polymer

 Các Hợp chất cao phân tử là tổ hợp của các phân tử có độ lớn khác nhau

về cấu trúc phân tử và thành phần đơn vị cấu trúc monome trong mạch phân tử.

 phân tử hình thành mạch chính của phân tử tồn taị ở dạng sợi và có thể thực hiện được sự chuyển động dao động xung quanh liên kết hoá trị, làm thay đổi cấu trúc của đại phân tử.

 Tính chaát của polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử, cấu trúc phân tử, độ uốn dẻo, thành phần hóa học cũng như bản chất tương tác giữa các phân tử.

 Dung dịch polyme là hệ bềnn nhiệt động và cũng không khác với dung dịch thật cảa các chất thấp phân tử, nhưng lực tổng hợp và solvat hóa rất lớn ngay cả trong dung dịch polymer.

SƠ LƯỢC VỀ DUNG DICH POLYMER

1.Dung dịch polymer la gì?

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

Trong thực tế dung dịch

polymer cũng đã được sử dung

rộng rãi trong quá trình gia

công cũng như sản cuất

polymer.Ví dụ :như một sợi

tổng hợp và màng mỏng được

(Vật liệu màng mỏng được sản xuất từ dung dich polymer) sản xuất từ dung dịch Qúa trình hóa dẻo dựa trên sự tương tác của polymer trong chất hóa dẻo,vecni,và keo dán là dung dịch polymer

III.TỔNG QUAN VỀ DUNG DỊCH

1.Dung dịch lý tưởng:

Là dung dịch mà khi hình thành thì nhiệt của dung dich bằng không (không thu nhiệt cũng không tỏa nhiệt) do năng lượng tươg tác giữa tất cả các phân tử bằng nhau.Do đó sự phân bố các cấu tử là do chuyển động nhiệt

2.Dung dich thật:

Là hệ thống phân tán phân tử và có những đặc trưng như sau:

-Tồn tại ái lực giữa các cấu tử

-Qúa trình hình thành dung dịch là quá trình tự phát

-Không thay đổi nồng độ theo thời gian

-Đồng nhất

-Bền nhiệt động

Dung dịch polymer được tạo một cách tự phát và có những đặc điểm của dung dịch thật.Tuy nhiên do khác nhau về kích thước giữa các cấu tử trộn lẫn nên dung dịch polymer có những tính chất đặc điểm sau:

-Sự trương

-Tính tan

-Độ nhớt cao

IV TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH POLYMER

• Dung dịch polymer la dung dịch thật , có tính bền nhiệt động học cao

• Nồng độ cuả dung dịch thật có thể được biểu thị bằng mol, khối lượng hay thể tích

là quá trình thâm nhập các phân tử nhỏ dung môi vào pha polymer có khối lượng phân tử lớn,vào những chổ trống hay xốp.Hiện tượng trương có thể chia làm hai loại

a.Sự trương không giới hạn:

Là giai đoạn đầu của quá trình tan tự xảy ra khi các mạch polymer tách xa

nhau và trộn lẫn được các phân tử của chất lỏng thấp phân tử

b.Trương giới hạn:

Chỉ sự tương tác giữa chất lỏng polymer với chất lỏng thấp phân tử,chỉ là quá trình hấp thụ chất lỏng tự xảy ra của polymer,sự tan không hoàn toàn nghĩa là mạch polymer không hoàn toàn tách rời nhau nên hai pha được hình thành:dung dịc của chất lỏng thấp phân tử trong polymer và một pha dung moi nguyên chất hoặc là dung dịch polymer loãng.Hai pha này có bề mặt phân chia rõ rệt và tồn tại cân bằng

Đối với polymer mạch thẳng quá trình trương có giới hạn cũng giống như quá trình trộn lẫn có giới hạn của các chất lỏng ,ở những điều kiện xác định(áp

suất,nhiệt độ….)Polymer có thể trương giới hạn nhưng nếu các điều kiện đó thay đổi thì sự trương có thể chuyển thành không có giới hạn

- Bản chất của quá trình trương :

- Liên kết hấp phụ của polymer và dung môi kèm theo hiệu ứng nhiệt (thông thường tỏa nhiệt)

- Sự xâm nhập khuếch tán của phân tử dung môi vào trong cấu trúc polymer làm thay đổi entropy ( tăng entropy)

a Mức độ trương

- Là thông số đánh giá khả năng trương của polymer Mức độ trương có thể được biểu thị bằng phương pháp trọng lượng hay phương pháp thể tích:

- Theo phương pháp trọng lượng

- Theo phương pháp thể tích:

- Trong đó:

• mo: khối lượng mẫu polymer ban

đầu

• m: khối lượng mẫu polymer sau

trương

• Vo: thể tích mẫu polymer ban

đầu

• V: thể tích mẫu polymer sau

trương

- Chỉ có thể xác định mức độ trương ở những polymer trương có giới hạn vì trong trường hợp trương không giới hạn polymer bắt đầu hòa tan và trọng lượng của mẫu bị giảm dần

- Khi so sánh độ trương của hai polymer cần phải dung giá trị độ trương cực đại

- Độ trương cực đại hay mức độ trương cân bằng ở các polymer khác nhau là khác nhau và có ý nghĩa thực tế polymer có thể hấp thụ chất lỏng thì cũng hấp thụ được pha hơi, nhưng với tốc độ nhỏ hơn, còn mức độ trương cực đại là như nhau

- Sự phụ thuộc độ trương vào thời gian:

1- polymer trương nhanh

2- polymer trương châm

- Động học trương

2.TÍNH TAN

là quá trình tan của polymer.Qúa trình tan này xảy ra theo phương trình nhiệt động học với sự giảm năng lượng tự do:

∆G= ∆H-T ∆S<0

- Ở nhiệt độ không đổi, quá trình này có thể xảy ra với sự biến đổi entropy

ΔG và ΔH của hệ

- Hiệu ứng nhiệt hòa tan của polymer và dung môi

< 0 > 0 < 0 Tỏa nhiệt nitroxenlulozô - xyclohexanol

< 0 < 0 < 0 Tỏa nhiệt (khi ΔH >

> > 0 < 0 Thu nhiệt (khi ΔH < TΔS) Cao su tự nhiên - toluen

-

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG

VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER :

Khả năng phân tán hay

trương của một polymer

trong dung môi phụ thuộc

vào nhiều yếu tố khác nhau

1 Bản chất của

polymer và dung

môi:

- Yếu tố gây ra trương và tan

của polymer mạch thẳng vô

định hình là cấu trúc hóa học

của polymer và dung môi,

trước hết là tính phân cực

- Polymer và dung môi có độ phân cực, cấu tạo càng tương xứng hoặc năng lượng tương tác giữa các phân tử là đồng nhất với nhau thì khả năng trương hoặc hòa tan càng lớn Nếu khác nhau nhiều về tính phân cực thì sự trương và tan không xảy ra + Polymer phân cực mạnh sẽ trương và hòa tan trong dung môi phân cực mạnh + Polymer phân cực trung bình sẽ trương và hòa tan trong dung môi phân cực trung bình

+ Polymer phân cực yếu sẽ trương và hòa tan trong dung môi phân cực yếu

Ví dụ:

• Polyme hydrocacbon vô định hình không phân cực (polyisobutylene, polyisoprene, polybutadien ) dễ dàng tan trong dung môi hidrocacbon bão hòa hoặc hỗn hợp của chúng (benzene) các polymer này không tan hoặc chỉ trương trong dung môi phân cực như axeton

• Polyme có chứa nhóm phân cực như (cenluloza, nitrat, polyacrylamit…) không tan trong dung môi không phân cực nhưng tan trong dung môi phân cực

- Tuy nhiên một số polymer phân cực mạnh chỉ có thể trương đến một phạm vi giới hạn trong các dung môi phân cực mạnh do mạch của nó quá cứng

Ví dụ:

• Polystyrene (PS) không tan trong nước và rượu nhưng tan tốt trong benzene

và toluene

• Polymethylmethacrylate (PMMA) không tan trong nước và hydrocarbon

mà chỉ tan tốt trong dichloethan

• Polycloren không trương và không tan trong nước mà trương giới hạn trong xăng và tan tốt trong dicloethan và bebzen…

2 khối lượng phân tử của polymer

Độ hòa tan giảm khi khối lượng phân tử tăng Trong hỗn hợp polymer phần tử nhỏ

có thể hòa tan nhưng khi trọng lượng phân tử càng lớn, tức là chiều dài mạch càng lớn thì năng lượng tương tác giữa các mạch càng lớn, cho nên muốn tách rời các mạch dài với nhau cần tiêu tốn năng lượng lớn vì vậy, khi tăng trọng lượng phân

tử của polymer thì độ hòa tan giảm

-trọng lượng phân tử của polymer: tăng M thì khả năng hòa tan sẽ giảm, thậm

chí những polymer có M thấp có thể trộn lẫn với những chất lỏng mà polymer có

M cao không thể trộn lẫn Lợi dụng tính chất này để tách các polymer đồng đẳng thành các polymer có độ đa phân tán thấp

Trọng lượng phân tử càng lớn, tức là chiều dài mạch càng lớn thì năng lượng tương tác giữa các mạch càng lớn, cho nên muốn tách rời các mạch dài với nhau cần tiêu tốn năng lượng lớn vì vây, khi tăng trọng lượng phân tử của polymer thì

độ hòa tan giảm

3.Độ mềm của mạch polymer

Sự hòa tan là do sự tách các mạch polyme ra khỏi nhau Đối với các mạch cứng trong việc tách các mạch polyme đòi hỏi một năng lượng lớn,do cácnhóm chức phân cực làm cứng mạch và liên kết lẫn nhau.Do đó đối với các mạch cứng (PVC,PS) cần phải cung cấp năng lượng để hòa tan

Đối với mạch mềm việc linh động chuyển dịch làm đơn giản quá trình tách các polyme với nhau

4.Mật độ kết khối của polymer

Các lien kết liên phân tử lớn,các mạch polymer sếp khối càng chặt đưa đến việc hòa tan khó hơn.những polyme có ngáng trở không gian,thể tích chiếm giữa của polymer lớn thì dễ hòa tan hơn

5.Thành phần hóa học của polymer

Thành phần hóa học của các mạch polymer trong cùng một loại polyme có thể rất khác nhau do quá trình chuẩn bị ,do đó đưa đến khả năng hòa tan của chúng cũng khác nhau

Ví dụ : cenluloza nỉtat chiếm khoảng 12% nitơ (môn và di) tan trong axeton ,tuy nhiên xenluloza trinitrat (cellulozơ trinitrate) không tan trong axeton

6.Cấu trúc tinh thể

Polyme kết tinh khó hòa tan hơn polymer vô định hình vì chúng cần năng l$ượng để phá vỡ cấu trúc tinh thể

Ví dụ:PS íotactique không thể hòa tan trong dung môi thích hợp cho PS cho âtctique ,trừ khi ta đung nóng hỗn hợp

7.Mật độ cầu nối ngang

Chỉ cần một lương nhỏ cầu nồi ngang hóa học cũng có thể làm polyme không hòa tan

Ví dụ : chỉ cần 0.16g S hoặc 0.08g oxygene/1kg NG có thể chuyển NR thành không hòa tan

8.Nhiệt độ

Nhiệt độ có thể giúp cho polyme hòa tan tốt hơn hay tách pha tùy theo bản chất của polymer và dung môi.Nhìn chung độ hòa tan tăng khi ta tăng nhiệt độ

3.ĐỘ NHỚT CAO

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

- Nó có liên quan đến cấu trúc hóa phân tử và sự hồi phục chậm của polymer nên gây ra nhiều tính chất bất thường của dung dịch

- Dung dịch loãng của polyme.

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 Điều đó liên quang tới sự chuyển động của phân tử lớn polyme

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

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

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

: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

- dung dịch đặc của polyme.

Những dung dịch có nồng độ cao hơn 1g/100ml gọi là dung dịch đặc 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 giãm khi tăng nhiệt độ Chiệu ảnh hưởng lớn của dung môi

V KẾT LUẬN:

Trong thực tế dung dịch polymer cũng đã được sử dung rộng rãi trong quá

trình gia công cũng như sản cuất polymer.Ví dụ :như một sợi tổng hợp và màng mỏng được sản xuất từ dung dịch

Tài Liệu Tham Khảo

2 http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/hoa-ly-polymer-chuong.503922.html

3 http://ebook.lhu.edu.vn/

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

NXB: Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

5.Phan Thanh Bình, Hoá học hoá lý polyme,

NXB: Đại học quốc gia TP HCM