ĐỀ tài TÍNH TRƯƠNG và TÍNH hòa TAN của POLYMER

 ĐỀ TÀI: 10 TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH HÒA TAN CỦA POLYMER GVHD: CAO VĂN DƯ DANH SÁCH NHÓM  NGUYỄN VĂN THANH  NGUYỄN ANH THI  PHẠM THỤY MAI THẢO  NGUYỄN NGỌC THẮNG  ĐÀO XUÂN THẮNG NỘI DUNG I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER II. TÍNH TRƯƠNG III. TÍNH TAN IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER V. ỨNG DỤNG TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN  I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER 1. Khái niệm Polymer:  Polymer là những chất mà phân tử của chúng gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa học tại thành những mạch nối dài và có khối lượng lớn. Trong mạch chính của Polymer những nhóm nguyên tử này được lặp đi lặp lại và được gọi là những mắt xích.  n[Monomer] => Polymer   Monomer = mono + mer  Polymer = poly + mer  Oligomer = oligos + mer  2. Phân loại  Theo nguồn gốc: - Polymer thiên nhiên: xenlulo, caosu, protein, enzym. - Polymer tổng hợp: các loại polyolefin, polyvinylclorit, polyamit,…  Phân loại theo cấu trúc: Polymer mạch thẳng, polymer mạch nhánh, polymer mạng lưới và polymer không gian.  Phân loại theo tính chất nhiệt: - Polymer nhiệt dẻo: PE, PP, PVC, PS… - Polymer nhiệt rắn: Phenolformaldehyt, Ureformaldehyt, nhựa Epoxy…  Phân loại theo lĩnh vực sử dụng :sợi, cao su, Chất dẻo….  1.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 với các phân tử của chất lỏng thấp phân tử. - Trương không giới hạn cũng tương tự như sự trộn lẫn của các chất lỏng thấp phân tử, chỉ khác nhau về thời gian, do kích thước của polymer gấp hàng ngàn lần kích thước dung môi.  II.SỰ TRƯƠNG  Là quá trình thâm nhập các phân tử nhỏ dung môi vào pha polymer co KLPT lớn, xen vào những chỗ trống hay xốp tương tự như sự hấp thụ chất lỏng bay hơi trên chất rắn.  Sự trương liên quan đến sự chuyển chỗ của mạch polymer nghĩa là có sự thay đổi cấu trúc của nó làm tăng thể tích 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. Sự trương giới hạn - Khi tương tác giữa dung môi và polymer không đủ mạnh, đưa đến sự hòa tan không hoàn toàn, các mạch phâh tử khôngthể tách rời nhau. Kết quả của sự trương giới hạn là tạo thành hai pha hỗn hợp: pha dung môi trong polymer và pha chỉ có dung môi ( polymer không hòa tan hoàn toàn ). - Hai pha này tách nhau một cách rõ ràng và ổn định. - Phân biệt giữa trương giới hạn của polymer mạch thẳng và polymer mạch không gian.  Polymer mạch thẳng - Giống như trường hợp hòa tan có giới hạn của các hợp chất thấp phân tử khi thay các diều kiện như nhiệt độ, áp suất: thì có thể chuyển sang trương không giới hạn. - Nguồn gốc trương giới hạn của polymer mạch thẳng là do lực liên kết giữa polymer và dung môi. Nên các mạch polymer không thể tách ra một cách hòan toàn. Khi tăng nhiệt độ, tạo điều kiện cắt đứt các liên kết các phân tử thì sự trương chuyển sang không giới hạn.  Polymer mạch không gian - Các liên kết háo học dễ bị phá vỡ khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy polymer, do đó, chúng không tan trong dung môi. Tuy nhiên, tùy theo mật độ nối ngang thì chúng có thể tạo trương trong dung môi để tạo thành gel.  Trương không giới hạn và trương giới hạn  3. Mức độ trương Độ trương là thông số quan trọng của Polymer mạch trong không gian, cho chúng ta biết khả năng trương của Polymer trong dung môi hay trong hơi dung môi. Độ trương xác định theo phương pháp: - Trọng lượng: Trong đó: m o : khối lượng mẫu Polymer ban đầu m : khối lượng mẫu Polymer sau trương - Thể tích: Trong đó: V o : thể tích mẫu Polymer ban đầu V : thể tích mẫu Polymer sau trương  Trương chậm và trương nhanh  II. TÍNH TAN - Sau quá trình trương là quá trình tan của Polymer. Qúa trình này xảy ra theo phương trình nhiệt động học với sự giảm năng lượng tự do ΔG = ΔH - TΔS < 0 - Ở nhiệt độ không đổi , quá trình này có thể xảy ra với sự biến đổi entropy ΔS và ΔH của hệ.  Hiệu ứng nhiệt hòa tan của polymer và dung môi IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER 1. Bản chất của Polymer và dung môi: - 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. Tuy nhiên, polymer phân cực mạnh chỉ trương một phần trong dung môi phân cực mạnh vì polymer này có mạch phân tử cứng.  1. Bản chất của Polymer và dung môi: V í dụ: Polyme hydrocacbon vô định hình khôn 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 củng có ngoại lệ khi ta thay đổi điều kiện ngoài như tăng nhiệt độ…  2.Độ uốn dẻo của mạch Polymer: - Cơ chế hòa tan polymer là tách các phân tử xa nhau và khuếch tán vào trong dung môi. - Nếu phân tử uốn dẻo, các phần riêng của mạch có thể chuyển động không cần chi phí năng lượng lớn. - Nếu mạch cứng không thể di chuyển theo từng phần được, để tách được các mạch cứng cần tiêu tốn năng lượng lớn. - Tính trương của mạch uốn dẻo được thực hiện bằng sự chuyển chỗ liên tục của các mắt xích. Vì thế các polymer có mạch uốn dẻo về nguyên tắc là trương và tan.  3. Khối lượng phân tử Polymer: Độ hòa tan giảm khi khối lượng phân tử tăng.Trong hỗn hợp polymer phần tử nhỏ có thể hòa tan. tuy nhiên, phân đoạn lớn chỉ trương trong lực liên kết nội phân tử giữa chúng.  4.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 nitrat chiếm khoảng 12% nitơ (môn và di) tan trong axeton ,tuy nhiên xenluloza trinitrat (cellulozơ trinitrate) không tan trong axeton.  5. Cấu trúc tinh thể của polymer: - Polyme kết tinh khó hòa tan hơn polymer vô định hình vì chúng cần năng lượng để phá vỡ cấu trúc tinh thể. Ví dụ: - PS ISotactique không thể hòa tan trong dung môi thích hợp cho PS cho atctique ,trừ khi ta đung nóng hỗn hợp. - Ở 20 o C PE chỉ trương có giới hạn trong n –hexan và chỉ tan khi nung nóng.  6. 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  7. Liên kết cầu nối hóa học: Ví dụ : chỉ cần 0.16g S hoặc 0.08g oxygene/1kg NG có thể chuyển NR thành không hòa tan.  V.Ứng dụng  Dựa vào tính trương ta có thể có nhiều ứng dụng trong thực tế.  Chế tạo polymer siêu thấm  1. Trong nông nghiệp :  - Được sử dụng để giữ nước cho đất, tiêu biểu là AMS-1.  - AMS-1, do PGS Nguyễn Văn Khôi, Phòng vật liệu polymer, Viện Hoá học, Viện khoa học Việt Nam, phát triển.  - AMS-1 được tổng hợp từ acid acrylic và tinh bột sắn biến tính. Ngay khi gặp nước, nó nở ra thành khối gel trong suốt, giống một miếng bọt xốp. Gel giữ nước khá chặt, tuy nhiên, thực vật vẫn có thể dễ dàng hút nước từ vật liệu này để sinh trưởng và phát triển. Nhờ vậy, AMS-1 có thể được xem như một loại vật liệu chứa và điều tiết nước cho đất: nó hút nước khi mưa và nhả ra từ từ, khiến cây không bị chết khát trong những ngày khô hạn.  - Loại vật liệu này khi gặp nước có thể nở ra gấp 400 lần, giúp giữ ẩm cho những vùng đất khô hạn, đất cát hoặc trên đồi núi, nơi nước dễ trôi đi. Đây là lối thoát hữu ích cho những vùng đang khát của Việt Nam.  - Sản phẩm đã được thử nghiệm trong việc trồng keo tai tượng trên đất cát Q`uảng Trị, cà phê tại Đăk Lăk, bông tại Đồng Nai, ngô tại Hoàng Su Phì (Hà Giang), cỏ sữa tại Thanh Ba (Phú Thọ)… Kết quả cho thấy, AMS-1 có khả năng giữ ẩm rất tốt, giảm thất thoát nước đáng kể, làm tăng gấp đôi năng suất cỏ sữa.  - Ước tính sau một trận mưa, do quá trình bay hơi chậm, đất bổ sung AMS-1 có thể giữ được nước lâu hơn 10-15 ngày so với đất không chứa AMS. Cũng do đặc tính trương nở, loại vật liệu này còn có tác dụng cải tạo đất thịt, đất sét, giúp cho việc thoát, lưu thông và giữ nước hợp lý. AMS-1 [...]... và bột siêu thấm SAP (Super Absobent Polymer) có tính thấm hút và giữ nước tốt nên được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm chăm sóc cá nhân như tã giấy và băng vệ sinh,  - Bột siêu thấm - Super Absobent Polymer( SAP) : Là linh hồn của tã giấy Tính hút nước của tã là nhờ vào vai trò của một loại polymer – polyacrylate; loại đơn giản nhất của vật liệu này là Natri polyacrylate  - Khi hút nước phản... triệu nên nó không hoàn tan trong nước mà lại hoá rắn thành dạng gel  - Chất siêu thấm trên cơ sở polymer acrylate có khả năng thấm một lượng nước lớn gấp 800 lần trọng lượng của nó Tuy nhiên, độ hút nước của chất liệu này đối với dung dịch muối khoáng ( như nước tiểu chứa khoảng 0.9% khoáng chất) bị giảm đi 10 lần vì trong dung dịch muối khoáng có các ion hoà tan gây cản trở tính hút nước  3 Trong... tinh, khi hút nước có thể trương nở gấp rất nhiều lần so với trọng lượng ban đầu  Cơ chế:  - Trong phân tử SAP, các nhóm cacboxylate đươc đính vào mạch chính Khi tiếp xúc với nước, Na bị tách ra chỉ để lại ion cacboxyl Do mang điện tích âm nên các ion này đã đẩy lẫn nhau làm cho mạch polymer dãn ra và hút các phân tử nước có tương tác với các nguyên tử Na Ngoài ra vật liệu polymer có khối lượng phân... ít đất và không thông thoáng, cụ thể là dạng đất tinh thể (crystal soil) có tính chất tương tự như AMS – 1, được sử dụng trong lĩnh vực trang trí cây cảnh Nó có khả năng thấm hút nước từ 120 – 180 lần; vừa có tác dụng giữ nước, chứa các chất dinh dưỡng cung cấp cho cây, vừa có thể tạo mỹ quan cho cây cảnh  2 Trong y tế :  - Hỗn hợp giữa bông và bột siêu thấm SAP (Super Absobent Polymer) có tính thấm... hút các chất dinh dưỡng và nhả dần ra cho cây trồng Do đó, các chất này không bị thất thoát khi mưa xuống, giúp tiết kiệm phân và làm tăng năng suất, đồng thời giảm được ảnh hưởng tới môi trường  - AMS-1 không độc hại, là chất có khả năng phân huỷ sinh học, nên không hề gây hại đến môi trường Nó có thể phát huy tác dụng trữ nước trong 2 năm, và phân huỷ sau khoảng 3-4 năm  - Polymer siêu thấm cũng... polymer trương nở bao lấy đám cháy, đồng thời do nó giữ dung dịch, nên tác dụng giữ nhiệt sẽ lâu hơn  - Trong đồ chơi trẻ em: ứng dụng trong việc tạo tuyết nhân tạo cũng dưa trên cơ sở hấp thụ nước và trương nở của polymer siêu thấm ... Trong các lĩnh vực khác :  - Trong thiết bị phòng cháy chữa cháy: có thể trộn vật liệu polymer siêu thấm cùng với chất kết dính, tạo thành một hỗn hợp hỗ trợ cho việc dập tắt đám cháy  Cơ chế:  - Khi dung dịch cứu hoả phun ra sẽ kết hợp với hỗn hợp này ngay nhờ vậy dung dịch cứu hỏa sẽ được phân tán rộng do polymer trương nở bao lấy đám cháy, đồng thời do nó giữ dung dịch, nên tác dụng giữ nhiệt sẽ . TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER 1. Bản chất của Polymer và dung môi: - 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. QUAN VỀ POLYMER II. TÍNH TRƯƠNG III. TÍNH TAN IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER V. ỨNG DỤNG TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN  I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER 1. Khái niệm Polymer: . trương - Thể tích: Trong đó: V o : thể tích mẫu Polymer ban đầu V : thể tích mẫu Polymer sau trương  Trương chậm và trương nhanh  II. TÍNH TAN - Sau quá trình trương là quá trình tan của Polymer.