Đề tài trạng thái pha của polymer

• Vùng II : Trạng thái mềm cao, đoạn này có đặc trưng là biến dạng thuận nghịch lớn • Vùng III : Đến một nhiệt độ nào đó polymer chuyển từ trạng thái mềm cao sang chảy nhớt.. Khi đó đạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CÔNG NGHỆ HÓA THỰC PHẨM

POLYMER

GVHD:Th.S CAO VĂN DƯ LỚP : 08CH111

CÁC THÀNH VIÊN CỦA NHÓM

PHẠM KIM KHUÊ NGUYỄN VĂN KHƯƠNG TRẦN THỊ MỸ LINH TRẦN THỊ THÙY LINH

MỤC LỤC

I Tổng quan về polyme

1 Khái niệm trang3

2 Hình dạng trang3

3 Phân loại trang4

4 Ứng dụng trang6

II Trạng thái pha của polyme

1 Trạng thái pha là gì? trang7

2 Trạng thái pha của polyme trang8

2.1 Nhiệt độ hóa thủy tinh trang9 2.1.1 Khái niệm trang9 2.1.2 Đặc điểm trang9 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang9

2.2 Nhiệt độ chảy nhớt trang10 2.2.1 Khái niệm trang10 2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng trang10

2.3 Trạng thái rắn trang11 2.3.1 Khái niệm trang11 2.3.2 Đặc điểm trang11 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang12

2.4 Trạng thái mềm cao trang13 2.4.1 Khái niêm trang13 2.4.2 Đặc điểm trang13 2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang13

2.5 Trạng thái chảy nhớt trang13 2.5.1 Khái niệm trang13 2.5.2 Đặc điểm trang13 2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang14 III Kết luận

(a) mạch thẳng

(b) mạch nhánh

(c) hình sao

(d) hình răng lược

(e) hình thang

(e) hình cây (dendrimers and hyperbranched polymer)

I.TỔNG QUAN VỀ POLYME.

1 Khái niệm:

-Polyme là các hỗn hợp có trọng lượng phân tử lớn,các phân tử được tạo thành từ một số lượng lớn các nhóm nguyên tử nối với nhau bằng các liên kết hóa học tạo thành một dãy dài

2 Hình dạng của polyme.

3 Phân loại:

* Theo nguồn gốc

- Tự nhiên

- Nhân tạo

(c) mạng lưới

- Tổng hợp

Polyvinyl clorua

*Theo cấu trúc:

- Polyme mạch cacbon: Là những polyme mà mạch chính chỉ gồm một loại nguyên tử là cacbon

- Polyme di mạch: Là những polyme mà mạch chính ngoài Cacbon còn có nhiều loại nguyên tử khác như oxi, nitơ…

* Theo công dụng

sõn Cao su Sợi keo

polyme

elastome

rắn

Vô định hình

Tinh thể

*

Theo tính chất cơ lý:

4.Ứng dụng:

 Ứng dụng Polyme trong ngành

CNTT :

Mặc dù chi phí chế tạo bộ vi mạch đã

giảm đi rất nhiều trong vài thập kỷ gần

đây, nhưng các thiết bị điện tử dựa vào

vật liệu silicon vẫn còn quá đắt Chính vì

thế, các nhà sản xuất đang tìm cách sử

dụng chất dẻo rẻ tiền thay cho vật liệu

truyền thống tốn kém này

Màn hình hiển thị polyme

 Ứng dụng polyme dùng để dẫn điện:

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

 Ứng dụng trong ngành sản xuất sơn

II TRẠNG THÁI PHA CỦA POLYME.

1. Trạng thái pha là gì?

* Có 2 quan điểm về pha:

-Theo quan điểm nhiệt động: pha là một phần đồng nhất của

hệ thống được tách riêng với các phần khác nhờ bề mặt phân chia giữa chúng.Một pha có thể tích riêng ứng với điều kiện áp xuất, nhiệt độ và có tính chất nhiệt động khác nhau

-Theo quan điểm về cấu tạo: các pah khác nhau là do cách sắp xếp các phân tử, dựa vào cách sắp xếp này mà có thể có 2 trạng thái pha là pha tinh thể và pha vô định hình

Pha tinh thể Pha vô định hình

2 Trạng thái pha của polyme.

• Vùng I : Trên đường cong cơ nhiệt tương ứng với trạng

thái thủy tinh, đặc trưng của đoạn này là độ biến dạng bé khi ứng suất không lớn

• Vùng II : Trạng thái mềm cao, đoạn này có đặc trưng là

biến dạng thuận nghịch lớn

• Vùng III : Đến một nhiệt độ nào đó polymer chuyển từ

trạng thái mềm cao sang chảy nhớt Khi đó đại lượng biến dạng tăng lên mạnh

• T g: Nhiệt độ hóa thủy tinh

Trạng

thái rắn

Trạng thái mềm cao

Trạng thái chảy nhớt

I

II

III

Đ

ộ

bề

n

bi

ến

dạ

ng

T

Tg là nhiệt

độ chuyển

thủy tinh

Tf là nhiệt

độ chảy nhớt

• T f: Nhiệt độ chảy nhớt

2.1 Nhiệt độ hóa thủy tinh(T g ):

2.1.1 Định nghỉa:

Ở trạng thái mềm cao, các mắc xích có độ linh động lớn nên dễ dàng thay đổi hình thái sắp xếp Khi làm lạnh nhanh polymer, các mạch không có đủ thời gian sắp xếp lại có trật tự cho nên polymer trở nên cứng lại nhưng không tạo thành mạng lưới tinh thể, lúc này polymer

ở trạng thái thủy tinh Nhiệt độ chuyển từ trạng thái mềm cao sang trạng thái thủy tinh gọi là nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg

2.1.2 Đặc điểm:

- Đối với những polymer có khả năng kết tinh thì nhiệt độ chuyển thủy tinh luôn nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh

- Nhiệt độ kết tinh của polymer là một giá trị xác định trong khi nhiệt

độ chuyển thủy tinh là một khoảng nhiệt độ

- Quá trình chuyển thủy tinh không phải là quá trình chuyển pha,

- Quá trình chuyển từ trạng thái mềm cao sang thủy tinh kèm theo sự thay đổi các tính chất vật lý của polymer ( ví dụ như thể tích, tỷ

trọng…)

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng:

• Cấu tạo hóa học:

- Độ có cực của polymer: hầu hết Tg tăng khi độ phân cực của

polymer tăng

- Ảnh hưởng của nhóm thế : Nhóm thế càng lớn→ làm cản trở

không gian→mạch trở nên cứng hơn→Tg tăng

trong trường hợp chúng ta sử dụng các nhóm thế không cực để che chắn các nhóm thế có cực thì lúc này Tg tăng hay giảm tùy thuộc việc hiệu ứng nào chiếm ưu thế

Độ biến

dạng

M 5

M 4

M 1 <M 2 <M 3 <M 4 <M 5

CHK-18: cao su butadien nitril

với 18% hàm lượng nitril

• Trọng lượng phân tử:

- Trọng lượng phân tử tăng thì lúc đầu Tg tăng, nhưng sau đó tăng chậm dần và đạt đến giá trị không đổi

2.2 Nhiệt độ chảy nhớt(T f ):

2.2.1: Định nghĩa:

Nhiệt độ chảy nhớt của polymer vô định hình là nhiệt độ mà tại đó polymer chuyển từ trạng thái mềm cao sang trạng thái chảy nhớt hoàn toàn, ký hiệu Tf Tf không phải là một giá trị xác định mà là một khoảng nhiệt độ

2.2.2: Các yếu tố ảnh hưởng:

a.Trọng lượng phân tử:

Khi tăng M, lúc đầu Tg và Tf cùng tăng,về sau khi đạt đến ngưỡng M nào đó Tg không thay đổi, Tf tiếp tục tăng

Trang 11

polymetylacrylat 7 polyetylacrylat -20 polybutylacrylat -40

Tên Tg

CKH-18 -50

CKH-25 -30

CKH-40 -20

Tg

b Không đồng nhất về KLPT.

c Độ có cực của polyme.

- Độ có cực càng lớn, lực tác dụng tương hỗ càng cao thì Tf càng lớn

2.3 Trạng thái rắn:

2.31 Định nghĩa:

- Trạng thái kết tinh: là trạng thái các phân tử sắp xếp một cách tuần

hoàn và đối xứng theo một trật tự xa ( khoảng 1000 lần kích thức

phân tử của nó )

Khối lượng phân tử

Độ biến

dạng

T o

Trật tự sắp xếp của phân tử Phân tử muối ăn

- Trạng thái vô định hình: là trạng thái vật chất không cấu tạo từ

tinh thể, hay tổng quát là các phân tử sắp xếp theo một trật tự gần ( chỉ trong khoảng kích thướt phân tử )

của phân tử

2.32 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh:

- Tốc độ làm nguội: Nếu tốc độ làm nguội từ từ thì ta sẽ có được

polyme dạng kết tinh, còn khi làm nguội nhanh quá thì ta sẽ có

polyme dạng vô định hình

- Nhóm chức hay cấu hình của mạch ảnh hưởng đến độ kết tinh :

- Các nhóm chức nhỏ, đơn

giản

- Mạch thẳng

- Mạch isotactic hoặc

syndiotactic

- Các nhóm chức lớn, phức tạp

- Mạch nhánh nhiều, có liên kết ngang, tạo mạng lưới

- Mạch atactic hoặc phân

bố ngẫu nhiên

2.4 Trạng thái mềm cao:

2.41 Định nghĩa:

Cho polymer biến đổi dưới tác dụng của ứng suất thì khi ta thay đổi nhiệt độ thì nó sẽ bị biến dạng nhiều với một ứng suất nhỏ gọi là trạng thái mềm cao

2.42 Đặc điểm của trạng thái mềm cao:

 Trạng thái này nằm trong vùng giữa trạng thái thủy tinh ở nhiệt độ thấp và trạng thái chảy nhớt ở nhiệt độ cao,nên có thể xem là lỏng đối với các mắc xích và là thủy tinh đối với toàn phân tử

 Trạng thái mêm cao là trạng thái không cân bằng

 Để xuất hiện trạng thái mềm cao thì phải đảm bảo hai điều kiện:độ uốn dẻo của phân tử polyme đủ lớn và tốc độ thay đổi hình dạng của polyme

2.43 Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái mềm cao

 Sự thay đổi hình dạng : nhờ vào sự dao động hỗn độn của những mắc xích ở dạng liên kết hóa học và nhò vào sự chuyển chỗ cảu mạch từ dạng đồng phân quay này sang đồng phân quay khác

 Lực tương tác giữa các phân tử liên quan tới thời gian thay đổi cấu dạng

 Sự thay đổi năng lượng tự do vào biến dạng

2.5 Trạng thái chảy nhớt:

2.5.1 Định nghĩa:là sự chuyển chỗ không thuận nghịch của các phân tử với

nhau khi có tác dụng của lực ngoài và trong chất hình thành lực ma sát nội chống lại chuyển chỗ của các phân tử

2.5.2 Đặc điểm của trạng thái chảy nhớt:

- Đặc điểm đầu tiên của polyme nóng chảy là chúng có độ nhớt cao

Ví dụ: polyizobutylen (khối lượng phân tử khoảng 106) ở 150C có độ nhớt

~3.1011Pa.s (3.1012p)

- Đặc điểm thứ hai của polyme nóng chảy là sự chảy thực luôn luôn

bị che khuất bởi các quá trình biến dạng mềm cao kèm theo nó

- Đặc điểm thứ ba là sự tăng độ nhớt của polyme nóng chảy trong quá trình chảy của nó

- Đặc điểm thứ tư đó là cơ chế chảy đặc biệt của polyme, khác với các chất lỏng thấp phân tử Khi tác động lực lên một chất lỏng thông thường, các phân tử chất lỏng vốn đang chuyển động nhiệt hỗn loạn, bắt đầu chuyển động chủ yếu theo hướng tác dụng lực Sự chuyển động này bị cản trở bởi lực tương tác giữa các phân tử, lực

ma sát nội, tức là độ nhớt của chất lỏng Khi phân tử "nhảy" từ đám này sang đám khác, nó buộc phải tiêu thụ một năng lượng để vượt

qua sự tương tác với các phân tử lân cận cũ Sự chuyển động như vậy của phân tử có thể xét như một quá trình bay hơi: phân tử

chuyển từ trạng thái ngưng tụ thành hơi và sau đó lại ngưng tụ lại Nếu việc xem xét như vậy là hợp lý thì phải có mối liên hệ giữa nhiệt hoá hơi và năng lượng hoạt hoá chảy nhớt

- Đặc điểm thứ năm của sự chảy polyme là nó luôn luôn kèm theo các quá trình cơ hoá Độ dài lớn hơn của đại phân tử và độ nhớt của polyme nóng chảy (độ nhớt có thể còn tăng hơn nữa trong quá trình chảy) đòi hỏi phải có nhiệt độ cao và ứng suất lớn để gây nên sự chảy Vì vậy, tại một nhiệt độ chảy cho trước luôn luôn có thể có một thời điểm mà ở đó năng lượng cơ học đặt vào hệ thống đủ cao

để phá vỡ liên kết hóa học trong polyme Quá trình phá huỷ phân tử như vậy (còn gọi là cracking cơ - hoá) sẽ gây nên sự giảm khối lượng phân tử, dù tạm thời vì các mảnh gãy có thể lại phản ứng với nhau theo cơ chế tái hợp hoặc ghép nếu chúng là các gốc Do các quá trình cơ hoá, độ nhớt sẽ giảm đi và sự chảy được thúc đẩy

nhanh hơn

2.5.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái chảy nhớt

• Sự duỗi thẳng và định hướng mạch trong quá trình chảy vì trong thực tế mạch duỗi thẳng trở thành cứng hơn,làm giảm số cấu dạng nên làm thay đổi entropi hoạt hóa chảy nhớt

• Độ biến dạng và khối lượng phân tử:nhiệt độ chảy nhớt tăng khi tăng khối lượng phân tử polyme.Khi giá trị trùng hợp quá lớn có thể không xảy ra sự chảy vì polyme bị phân hủy hóa học

ở nhiệt độ thấp hơn nó

III.KẾT LUẬN

- Trong tất cả những trạng thái pha của polyme thì polyme nằm ở trạng thái rắn được ứng dụng nhiều nhất Vì vậy, trạng thái rắn là một trạng thái vô cùng quan trọng của polyme, nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, trong các ngành công nghệ thông tin và trong sản xuất vật liệu

- Một ứng dụng của polyme mà hầu như tất cả chúng ta điều đã từng được nghe, từng biết và từng thấy đó là việc ứng dụng polyme để sản xuất tiền

Tài liệu

 Giáo trình Hóa Lý Polyme - Phan Thanh Bình- Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh- Trường Đại Học Quốc Gia

 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu, Hóa lý Polyme, NXB Đại học

Quốc Gia TPHCM, 2004

 Đỗ Quang Minh, Hóa học chất rắn, NXB Đại học Quốc Gia

TPHCM, 2005

 http://www.galleries.com/minerals/property/habits.htm

 http://www.gemstonebuzz.com/habit