Các loại polymer phổ biến

Tổng hợp LDPE được tạo thành từ phản ứng polymer hóa mạch gốc tự do... LLDPE là polymer mạch thẳng có khá nhiều nhánh ngắn, thường được tạo thành từ phản ứng copolymer hóa etylen với các

Các Loại Polymer Phổ Biến

1.Họ Polyetylen.

Đây là một loại nhựa giống như sáp, trơ về mặt hóa học

1.1 Phân loại

Polyetylen được phân loại dựa vào tỷ trọng:

Bảng I.1 Phân loại polyetylen dựa vào tỷ trọng

(g/cm2) HDPE (high density PE): polyetylen tỷ trọng cao 0,940 – 0,965 MDPE (medium density PE): polyetylen tỷ trọng trung bình 0,930 – 0,940 LDPE (low density PE): polyetylen tỷ trọng thấp, mạch nhánh 0,915 – 0,930 ULDPE (ultra low density PE): polyetylen tỷ trọng siêu thấp, mạch

LLDPE (linear low density PE): polyetylen tỷ trọng thấp, mạch thẳng 0,860 – 0,926

1.2 Lịch sử

Năm 1898 : polyetylen được tổng hợp do nhà hóa học người Đức-Hans Von Pechmann, trong khi đung nóng diazometan

Năm 1933 : Eric Fawcett và Reginald Gibson ở công ty ICI Chemicals lần đầu tiên tổng hợp được polyetylen có ý nghĩa thực tiễn trong công nghiệp dưới áp suất rất cao (vài trăm atm)

Năm 1951 : Chất khơi mào đầu tiên dựa trên cơ sở CrO3 do Robert Banks vá John Hogan

ở công ty Phillips Petroleum tìm ra

Từ đó các chất khơi mào không ngừng phát triển cho tới ngày nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển để tổng hợp các họ Polyetylen

1.3 Tổng hợp

LDPE được tạo thành từ phản ứng polymer hóa mạch gốc tự do

HDPE thực sự không có nhánh chính vì vậy để không phân nhánh trong quá trình tổng hợp cần dùng chất khơi mào Ziegler-Natta metallocen và chú ý đến điều kiện phản ứng LLDPE là polymer mạch thẳng có khá nhiều nhánh ngắn, thường được tạo thành từ phản ứng copolymer hóa etylen với các olefin có mạch nhánh dài như buten, hexen, 1-octen

1.4 Ứng dụng

LDPE làm túi nhựa

HDPE làm bình đựng sữa, chất tẩy rửa lỏng

MDPE làm chi tiết ống nước

LLDPE làm ống nước mềm

2 Polypropylen.

2.1.Lịch sử hình thành và phát triển

PP được Giulio Natta tìm ra từ đầu những năm 1950

Hai nhà hóa học người Mĩ làm việc cho hang Phillips Petroleum là Paul Hogan và Robert Banks được coi là các nhà phát minh chính thức của polymer này

2.2.Tổng hợp

PP có thể được điều chế với độ điều hòa khác nhau

Sử dụng chất khơi mào metallocen có thể tạo ra PP có các khối isotactic và atactic trên cùng mạch polymer

2.3.Ứng dụng

Polypropylen (PP )là một loại nhựa dùng để đóng gói và làm tay cầm xoong chảo và tiền polymer vì đây là loại polymer nhẹ (tỷ trọng 0,90 – 0,91 g/ml) và có nhiệt độ chảy (165 –

1750C) cao hơn so với HPDE

Dưới dạng nhựa, PP được dùng làm khay, hộp đựng thực phẩm có thể rửa băng máy vì nó không thể chảy dưới 1600C

Dưới dạng sợi, PP được làm thảm do tính nhuộm màu và không bị hút nước

PP còn được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất chai nhựa, nắp chai, hũ đựng sữa chua,

bơ, thảm,…

3 Poly(vinyl clorua).

Poly(vinyl clorua) (PVC) là một loại nhựa được dùng phổ biến và có giá trị Trên 50% PVC được sử dụng trong xây dựng do PVC rẻ và dễ lắp ráp

3.1 Lịch sử

Năm 1912, nhà hóa học Đức Fritz Klatte thử cho axetylen phản ứng với clohydric (HCl), thu được vinyl clorua Nhưng vào lúc đó không ai biết dùng vinyl clorua để lảm gì

Đầu thế kỉ 20, nhà hóa học người Nga Ivan Ostromislensky và người Đức Frizt Klatte đã thử dùng PVC vào mục đích thương mại, tuy nhiên trở ngại trong việc gia công polymer cứng, giòn này đã chặn đứng nỗ lực của họ

Vào năm 1926, Waldo Semon đã đưa ra phương pháp hóa dẻo PVC bằng cách phối trộn với các phụ gia khác Kết quả thu được là loại vất liệu mềm dẻo và dễ gia công hơn, từ đó PVC được sử dụng rộng rãi

3.2 Tổng hợp

PVC thương mại được tạo thành bằng kĩ thuật trùng hợp huyền phù Trùng hợp khối (không dung môi), dung dịch và nhũ ít được dùng hơn PVC trùng hợp nhũ (E-PVC) có một số tính chất đặc biệt cho một số ứng dụng Một số tên thương mại của PVC: Carina, Corvic, Darvic, Geon, Koroseal,…

3.3.Ứng dụng

Đĩa nhạc, ống nước, trần nhựa, khung/cửa nhựa, áo mưa, bọc nệm,…

Do không thấm nước nên PVC được dùng làm áo mưa, màn che trong buồng tắm, làm ống nước

Khả năng chống cháy là do PVC chứa clo Khi đốt các nguyên tử clo thoát ra và làm ức chế sự cháy Do có tính chống cháy nên PVC được dùng để bọc dây cáp

4 Polystyren.

Polystyren (PS) là một loại polymer tạo thành từ styrene Styren là một chất lỏng được Bonastre tìm thấy trong nhựa cây hổ phách (amber) vào năm 1831

4.1.Lịch sử.

Năm 1939 E.simon đặt tên cho monomer là styrene và cũng là người đầu tiên mô tả về polymer này

Lần đầu tiên PS được hãng BASF sản xuất vào những năm 1930 và được dùng làm nhiều sản phẩm nhựa

4.2 Tổng hợp

EPS được sản xuất bằng phương pháp polymer hóa huyền phù styrene có mặt chất tạo xốp

4.3.Ứng dụng

Dùng làm hộp cách nhiệt đựng thực phẩm, khay đựng thực phẩm

5 Poly (metyl metacrylat).

5.1 Lịch sử phát triển

Năm 1873 Caspery và Tollen đã tổng hợp được monomer

Năm 1880 Kahlabaum lần đầu tiên tổng hợp được PMMA

Năm 1934 công ty ICI ( UK ) đã đưa ra sản phẩm thương mại đầu tiên và trong suốt những năm chiến tranh PMMA được dùng chủ yếu làm kính cho buồng lái máy bay 5.2.Tổng hợp

Poly ( metyl metacrylat ) ( PMMA ) được tổng hợp bằng kĩ thuật polyme hóa không dung môi, dung dịch, huyền phù và nhũ tương

Quá trình polyme hóa được thực hiện qua nhiều giai đoạn nhằm làm nguội dễ hơn và kiểm soát hình dạng sản phẩm tốt hơn do khi polyme hó thể tích giảm 21%

Mônme polyme hóa một phần ( độ chuyển hóa khoảng 20% ) bằng cách đuun nóng ở

900C trong 10 phút với chất khơi mào peroxid Chất lỏng nhớt ( như xi rô ) được làm nguội đến nhiệt độ phòng và đổ khuôn, rồi tiếp tục đun nóng Nhiệt độ tối đa là 900C, do

ở nhiệt độ cao hơn sẽ hình thành bọt khí trong sản phẩm vì nhiệt độ sôi của PMMA là 100,50C

5.3.Ứng dụng

Do có độ trong cao nên PMMA được dùng để thay thế cho thủy tinh vì khi vỡ không tạo thành mảnh vụn

PMMA còn được dùng trong sơn nội ngoại thất, sơn xe hơi

Sơn nước acrylic thường chứa PMMA phân tán dưới dạng huyền phù trong nước

Thường dầu bôi trơn và dầu thủy lực có khuynh hướng trở lên nhớt và dính hơn khi trời lạnh Chỉ cần hòa tan một ít PMMA vào dầu này, nó không còn nhớt nữa khi nhiệt độ hạ thấp tóiw -1000C

6 Poly(vinyl axetat).

Poly(vinyl axetat) (PVAc) là polyme không kết tinh và có Tg=280C, do đó không có độ bền đủ cao nên không tạo thành được sản phẩm giống nhau như PE, PS, PVC

6.1.Tổng hợp

Trong công nghiệp PVAc được tổng hợp chủ yếu bằng phương pháp poklyme hóa nhũ tương, từ đó sản phẩm có dạng latex được ứng dụng trực tiếp

6.2.Ứng dụng

PVAc và copolyme của nó được dùng làm sơn nước, keo dán giấy, vải, gỗ cũng như các loại keo dán khác Giấy và vải thường được phủ PVAc để tạo độ bóng cho bề mặt

7 Polycyanoacrylat.

Polycyanoacrylat là một loại keo dán tốt nhất (supergluse) (keo 502)

7.1.Tổng hợp

Mônme cyanoacrylat thường được điều chế bằng phản ứng ngưng tụ Knovênagel xúc tác bazơ của ankyl cyanoacrylat và formaldehyd tạo thành polyme trung gian có phân tử lượng thấp, sau đó cho phản ứng khử polyme hóa trong điều kiện axit ở nhiệt độ

150-2500C

7.2 Ứng dụng

Là một loại keo dán tốt nhất

Do polyme này không đọc nên thay vì dùng kim chỉ may vết thương, bác sĩ dùng keo cyanoacrylat để chữa các chi tiết của nhãn cầu như giác mạc và võng mạc

Ngoài ra một sốngười thử dùng màng polycyanoacrylat làm da tổng hợp để ghép da do vết phỏng nặng Thường trong y khoa dùng poly(octyl cyanoacrylat) do không gây dị ứng như poly(metyl cyanoacrylat)

8 Polyacrylonitril (PAN).

8.1.Tổng hợp

Được tổng hợp bằng phương pháp polyme hóa dung dịch và huyền phù

8.2 Ứng dụng

Polyacrylonitril được dùng trong một số ít sản phẩm như làm sợi trong hệ thống lọc khí nóng, vải bạt ngoài trời, cánh buồm và sợi gia cường cho bê tông Thường các loại vải acrylic là côplyme của acrylionitril với metyl acrylat hoặc metyl metacrylat

Thay thế cho len trong nhiều ứng dụng như sợi để dệt vải như vớ, áo len, lều bạt, bao đựng cát để gia cố bờ sông

9 Tinh bột.

Tinh bột là một polymer carbohydrat (polysaccharide) trong đó các đơn vị monome là glucose nối với nhau theo kiểu đầu vào đuôi Tinh bột chứa hai đại phân tử là amylose 20%) và amylopectin (80%)

VI.1a Cấu trúc amylose

VI.1 Cấu trúc amylopectin

9.1 Ứng dụng

Phân tử tinh bột có hai nhóm chức quan trọng: nhóm OH dễ cho phản ứng thế và liên kết C-O-C dễ bị đứt bằng cách thực hiện phản ứng trên nhóm OH, có thể biến tính tinh bột rất phong phú Ví dụ như sau khi biến tính bằng silan, tinh bột phân tán vào polyethylene tốt hơn phản ứng khâu mạch hoặc tạo cầu nối giữa các nhóm OH làm biến đổi cấu trúc thành mạng lưới, làm tăng độ nhớt, giảm khả năng hút nước

Tinh bột acetyl hoá có nhiều ưu điểm hơn so với tinh bột như có khả năng tạo màng và kéo sợi việc thêm tinh bột vào nhựa isocyanat làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm, tăng độ kháng dung môi và tăng độ bền

10 Cellulose.

Cellulose là một polymer có phân tử lượng lớn và có độ kết tinh cao, không tan trong nước và dung môi hữu cơ Cellulose chỉ tan trong dung môi có khả năng cắt đứt liên kết

hydro như N-Methylmorpholine-N-oxide

Cellulose là polymer sinh học phổ biết nhất trên trái đất và chiếm đến 40% vật chất hữu

cơ Cellulose là thành phần chính trong cấu trúc mô thực vật, sợi cotton (90%), gỗ (50%) Cấu trúc: Cellulose là một polysaccharide mạch thẳng có công thức (C6H10O5)n gồm vài trăm đến hơn 1000 các đơn vị monosaccharide β(1-4) glucose Cấu trúc này tương tự như polymer amyloz của tinh bột nối với nhau theo cấu hình α

10.1 Ứng dụng.

Do có độ tan kém nên thường phải biến tính cellulose thành các dẫn xuất nhằm tăng khả năng gia công

Các dẫn xuất quan trọng của cellulose là các sản phẩm phản ứng của một, hai hoặc ba nhóm hydroxyl có trong mỗi đơn vị tái lặp gluco-pyranoz như (1) các ether (methyl cellulose, hydroxylethyl cellulose); (2) các ester (cellulose acetate, cellulose xanthan) CMC được ứng dụng làm chất làm đặc trong công nghệ thực phẩm, mỹ phẩm

(toothpaste), dược phẩm (diet pills), keo dán; chất hỗ trợ tạo màng, bám dính (trong công nghiệp dệt), chất kết dính (thuốc lá)

HEC được ứng dụng làm chất làm đặc không ion trong sơn nước, bê-tông, giấy, mỹ phẩm

Methyl cellulose được ứng dụng để làm chất làm cô đặc, tạo nhũ tương trong các loại mỹ phẩm (toothpaste, soap, hair shampoo), chất liệu làm thuốc trị táo bón,…

11 Cao su thiên nhiên.

Cao su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su

11.1.Tổng hợp

Mủ cao su latex được thu hoạch từ cây cao su với hàm lượng cao su khô khoảng 30 – 40%, sau khi ly tâm thu được mủ cao su kem (cô đặc) với hàm lượng cao su khô khoảng 60%

Cao su tự nhiên thường được lưu hoá Trong quá trình này cao su được đun với lưu huỳnh để tăng tính đàn hồi

11.2 Ứng dụng

Làm găng tay, ủng cao su bằng phương pháp nhúng hay nệm cao su

Làm vỏ ruột xe, cao su tự nhiên thường được cán trộn với than đen để kháng UV và làm tăng tính chất cơ học

12 Cao su butyl.

Cao su butyl (polyisobutylene, PIB) là một cao su tổng hợp hoặc elastome - chất đàn hồi 12.1.Tổng hợp

Polymer này được tạo thành từ monome isobutylene bằng phản ứng polymer hoá mạch cation

1.

H2C C

CH3

CH3

CH3

CH3

CH2

n

các nhà hoá học Mỹ mới phát minh ra cách khâu mạch chúng để có thể khâu mạch, isobutylene được copolymer hoá với khoảng 0,5 – 2,5% isoprene

Khi đó copolymer có cấu trúc giống như sau:

CH3

CH3

H2

CH3

CH3

H

H C

H2

CH3

CH3

CH3

CH3

H

H

Cứ mỗi 100 đơn vị tái lặp isobutylene sẽ có 1 hoặc 2 mắt xích isoprene có chứa nối đôi nên có thể khâu mạch polymer bằng cách lưu hoá giống như cao su thiên nhiên

12.2 Ứng dụng

Khác với cao su thiên nhiên, cao su butyl không kết tinh khi làm lạnh, do đó vẫn mềm dẻo ở -50oC Vì cao su butyl có độ bất bão hoà thấp nên có độ kháng lão hoá, độ ẩm, hoá

chất và ozon cao Với đặc tính không thấm khí nên cao su butyl được ứng dụng làm ruột

xe, ruột banh

13 Silicol.

Silicol là một loại polymer vô cơ

Silicon rất bền ở nhiệt độ cao, điều kiện oxy hóa, môi trường hóa chất và sinh học

13.1.Tổng hợp

Polysiloxan dạng lỏng và resin được tổng hợp bằng phản ứng thủy phân closilan như diclodimetyl- và diclodiphenylsilan

Không có thể tạo được polysiloxan có phân tử lượng cao bằng phương pháp thủy phân, nhưng có thể bằng phương pháp polyme hóa vòng ion

13.2.Ứng dụng

14 Polytetrafloetylen (PTFE).

14.1 Tổng hợp

PTFE là một polyme vinyl, có cấu trúc tương tự như etylen, được tạo thành từ monome tetrafloetylen bằng phản ứng polyme hóa (gốc tự do) huyền phù

14.2.Ứng dụng

Trong y học PTFE được dùng làm các bộ phận cơ thể nhân tạo (như van tim) do cơ thể ít khi đào thải chúng

Tạo thành lớp sơn trên bề mặt chảo chống dính