GIỚI THIỆU 5 LOẠI POLYME : PE, PP, PVC, PS, NYLON

Polyme một thành phần không thể thiếu của xã hội hiện đại. Tất cả mọ thứ trong cuộc sống từ những đồ cao cấp như xe hơi, máy bay… đến những vật dụng thường ngày như đĩa DVD, sơn, keo dán, túi nilon… đều có sự hiện diện của polyme.Khi các vật liệu trong tự nhiên ngày càng ít đi về số lượng, hạn chế về chất lượng khi mà các ngành công nghiệp mới ra đời và phát triển mạnh mẽ như vũ bảo, đòi hỏi vật liệu cũng cần được cải tiến để đạt được yêu cầu công nghiệp đặt ra. Con người ngày càng tiến bộ và nhu cầu về vật chất đòi hỏi ngày càng phức tạp và thông minh hơn; nhu cầu tiêu dùng ngày càng lớn và đòi hỏi kĩ thuật cũng như chất lượng phức tạp phù hợp với đời sống của con người hiện đại… Khoa học – công nghệ ngày càng tiên tiến, việc chinh phục vũ trụ và không gian là nhu cầu tất yếu của loài người khi đó các vật liệu truyền thống không thể đáp ứng được những yêu cầu khắt khe đó, khi đó vật liệu mới là giải pháp tốt ưu nhất và là giải pháp tối tân nhất được đặt ra.Đứng trước thực tại đó, ngành khoa học vật liệu ra đời để tìm tòi, phát hiện vật liệu mới nhằm thay thế và nâng cao chất lượng của trên cơ sở các vật liệu có sẵn phục vụ nhu cầu của loài người. Vật liệu polyme là một trong những vật liệu mới ra đời và phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng các yêu cầu mới của xã hội.

BỘ MÔN HÓA LÝ



Đề tài:

PE, PP, PVC, PS, NYLON

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hải Dinh Khóa học: 2013 – 2017

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Diên

Huế, 2014

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC ……… ……… 1

MỞ ĐẦU ……… 2

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYME …… ………4

1 Khái niệm, phân loại … .……… 4

1.1 Khái niệm ……… 4

1.2 Phân loại ……….……… 4

2 Một số tính chất vật lý ……… ……… 5

3 Tính chất hóa học ……… 5

4 Điều chế ……… ……… 5

II GIỚI THIỆU MỘT SỐ POLYME PHỔ BIẾN ……… 6

1 Polyetylen (PE) ……… 6

2 Poly propylen (PP) ……… 7

3 Polyvinyl clorua (PVC) … ……… 10

4 Poly styren (PS) ………… ……… 12

5 Nylon ……… ……… 13

KẾT LUẬN ……… 16

LỜI MỞ ĐẦU

Polyme một thành phần không thể thiếu của xã hội hiện đại Tất cả mọ thứ trong cuộc sống từ những đồ cao cấp như xe hơi, máy bay… đến những vật dụng thường ngày như đĩa DVD, sơn, keo dán, túi nilon… đều có sự hiện diện của polyme

Khi các vật liệu trong tự nhiên ngày càng ít đi về số lượng, hạn chế về chất lượng khi mà các ngành công nghiệp mới ra đời và phát triển mạnh mẽ như vũ bảo, đòi hỏi vật liệu cũng cần được cải tiến để đạt được yêu cầu công nghiệp đặt ra Con người ngày càng tiến bộ và nhu cầu về vật chất đòi hỏi ngày càng phức tạp và thông minh hơn; nhu cầu tiêu dùng ngày càng lớn và đòi hỏi kĩ thuật cũng như chất lượng phức tạp phù hợp với đời sống của con người hiện đại… Khoa học – công nghệ ngày càng tiên tiến, việc chinh phục vũ trụ và không gian là nhu cầu tất yếu của loài người khi đó các vật liệu truyền thống không thể đáp ứng được những yêu cầu khắt khe đó, khi đó vật liệu mới là giải pháp tốt ưu nhất và là giải pháp tối tân nhất được đặt ra

Đứng trước thực tại đó, ngành khoa học vật liệu ra đời để tìm tòi, phát hiện vật liệu mới nhằm thay thế và nâng cao chất lượng của trên cơ sở các vật liệu có sẵn phục vụ nhu cầu của loài người Vật liệu polyme là một trong những vật liệu mới ra đời và phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng các yêu cầu mới của xã hội

Polyme một ngành khoa học mới ra đời đã tìm và phát hiện cũng như cải tiến ra nhiều vật liệu kĩ thuật chất lượng cao cũng như các vậy liệu thông thường giá rẻ phục vụ con người

Các vật liệu mới đa dạng về mâu mã số lượng, chất lượng cao đồng thời giá cả rẻ … phù hợp với xu thế kinh tế hiện nay Nó ngày càng được cải tiến và nâng cao đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ngành công nghiệp chế tạo kĩ thuật cao

Một số ưu điểm của vật liệu polyme là :

- Nhẹ (d = 1,05 − 1,5) Có loại xốp, rất nhẹ

- Phần lớn bền về mặt cơ học, có thể thay thế kim loại

- Nhiều chất dẻo bền về mặt cơ học

- Cách nhiệt, cách điện, cách âm tốt

- Nguyên liệu rẻ

Trong khuôn khổ bài tiểu luận này chỉ đề cập giới thiệu đến một số vật liệu phổ biến trong cuộc sống là poly etylen, poly propylen, poly vinylclorua, poly styren, nylon Đồng thời, chỉ đề cập đến những vấn đề có tính cơ bản nhất của chúng và một số ứng dụng phổ biến của các polyme này

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ POLYME

1 Khái niệm, phân loại

1.1 Khái niệm

Polymer là hợp chất có khối lượng phân tử lớn được kết hợp từ các phân tử nhỏ bằng liên kết hóa học và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản Monomer là phân tử để tổng hợp các hợp chất cao phân tử cần có các chất thấp phân tử ban đầu

1.2 Phân loại: có 6 cách phân loại phổ biến

a Theo thành phần hóa học:

- Polyme mạch cacbon: Trong mạch chỉ chứa cacbon

Ví dụ: [−CH2−CH2−]n

- Polyme dị mạch: trong mạch chính ngoài chứa nguyên tố cacbon còn chứa thêm một số

nguyên tố khác như O, N, S… Ví dụ: polyamit, polyeste…

- Polyme cơ nguyên tố: chứa các nguyên tố khác cacbon dính với gốc hữu cơ.

Ví dụ:

- Polyme vô cơ: Mạch chính và mạch nhánh đều chỉ gồm các nguyên tố khác cacbon.

Ví dụ:

b Phân loại theo cấu trúc mạch của polyme

- Mạch thẳng: được cấu tạo bởi những đoạn mạch lặp đi lặp lại có cấu trúc như nhau.

Ví dụ: PE, PVC, PS…

- Mạch nhánh: phần nhánh là một đoạn mạch polyme Ví dụ: amilopectin

- Mạch mạng không gian 3 chiều: Các mạch polyme được nối lại với nhau bằng các

“cầu”

Ví dụ: Nhựa Bakelit

c Theo thành phần monome

- Homopolyme: polyme chỉ chứa 1 loại polyme.

- Copolyme: polome chứa từ 2 hay nhiều polyme.

d Theo tính chất vật lí

- Elastome: polyme có tính đàn hồi như cao su.

- Thermoplastic: polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn.

e Theo nguồn gốc

- Polyme thiên nhiên: có sẵn trong tự nhiên VD: Xenlulozo, cao su …

- Polyme tổng hợp: Được tổng hợp bằng con đường hóa học từ các monome.

R

Si O R

Cl

P N Cl

polyphotphonitrin clorua polysiloxan

- Polyme bán tổng hợp: Được điều chế bằng con đường hóa học từ các polyme thiên

nhiên

f Theo tính năng sử dụng: ( trong công nghiệp)

- Cao su

- Chất dẻo

- Tơ sợi

2 Một số tính chất vật lí

- Hầu hết các polyme là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định

- Đa số polyme không tan trong dung môi thông thường, một số tan trong các dung môi thích hợp

- Các polyme có đặc tính khác nhau:

 Tính dẻo: polyetilen, polypropilen,

 Tính đàn hồi: cao su

 Dai, kéo sợi: nilon -6, nilon -7,

 Trong suốt, không giòn: poly (metyl metacrylat)

 Cách điện, cách nhiệt: polyetilen, poly (vinyl clorua)

 Tính bán dẫn: polyxetilen, polythiophen

3 Tính chất hóa học

3.1 Phản ứng giữ nguyên mạch cacbon

− Phản ứng cộng

− Phản ứng thủy phân

− Phản ứng thế

3.2 Phản ứng cắt mạch polyme

− Phản ứng thủy phân: chứa các nhóm chức như –CO−, −NH− , −COOCH2− …

− Phản ứng phân cắt mạch polyme bởi nhiệt (phản ứng đepolyme hoá hay giải trùng nhiệt)

3.3 Phản ứng làm tăng mạch polyme

− Khi lưu hoá cao su các chuỗi polyisopren liên kết với nhau nhờ cầu nôi − S − S −

làm cho phân tứ khối tăng lên rất nhiều

− Khi đun nóng nhựa rezol (nhựa phenol−fomanđehit mạch thẳng) các chuỗi polyme cùng nối với nhau bằng cầu nối −CH2− tạo thành mạng không gian

4 Điều chế

- Phản ứng trùng hợp

- Từ một loại polyme

- Từ nhiều loại polyme ( đồng trung hợp)

- Phản ứng trùng ngưng

- Trùng ngưng hai nhóm chức trong cùng một phân tử monome

- Trùng ngưng hai nhóm chức thuộc hai monome khác nhau (đồng trùng ngưng)

II GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI POLYME PHỔ BIẾN

1 POLYETYLEN (PE)

1.1 Giới thiệu chung

Polyetylen (tiếng Anh: polyethylene hay polyethene; viết tắt là PE − một nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic) được sử dụng rất phổ biến trên thế giới (hàng năm tiêu thụ trên 60 triệu tấn)

Polyetylen là một hợp chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH2−CH2 liên kết với nhau bằng các liên kết hydro no

1.2 Tính chất vật lý

Polyetylen màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và chống thấm khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ đều kém, ở dạng nguyên liệu có hình dạng hạt nhỏ như hạt gạo

Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ − 100°C và nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 120°C

1.3 Tính chất hóa học

PE không tác dụng với các dung dịch axit, kiềm, thuốc tím và nước brom

Ở nhiệt độ cao, PE không hòa tan trong nước, trong các loại rượu béo, glyxerin các loại dầu thảo mộc hoặc các chất tẩy như ancol, axetol

PE có thể cho khí, hương thẩm thấu xuyên qua nên nó có thể hấp thu giữ mùi trong các bao bì

1.4 Tổng hợp PE

Điều chế từ etylen lấy từ khí dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí than đá

PE được tổng hợp bằng hai phương pháp: phương pháp trùng hợp áp suất cao và phương pháp trùng hợp ionic ở áp suất cao, hoặc ở áp suất thấp

Trùng hợp monome etylen:

Cấu tạo khối của 1 chuỗi PE

1.5 Một số ứng dụng của PE

- Làm bọc dây điện

- Các màng mỏng để bao gói thực phẩm, đồ dùng gia dụng

- Chế tạp bóng thám không

- Làm thiết bị trong các ngành sản xuất hóa học, sơn tàu thủy

2 POLYPROPYLEN (PP)

2.1 Giới thiệu chung

Được phát hiện đầu tiên vào năm 1954 bởi nhà hóa học người Đức Karl Rehn và nhà hóa học người Ý Giulio Natta và được sản xuất lần đầu tiên bởi công ty Montecatini, Italya năm 1957

Polypropylen là một loại polyme, là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen Công thức phân tử: (C3H6)x

Công thức cấu tạo của propylen polypropylen

Bảng số liệu một số tính

chất của PP

Kí hiệu

Công thức phân tử (C3H6)n

Tỷ trọng PP vô định hình: 0,85 g/cm3

PP tinh thể: 0,95 g/cm3

Độ giãn dài 200 – 700%

Độ bền kéo 30 – 40 N/mm2

Độ dai va đập 3,28 – 5,9 kJ/m2 Điểm nóng chảy Khoảng 165 0C

2.2 Tính chất vật lý của PP

Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi

có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ

Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ

PP không màu không mùi,không vị, không độc PP cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su

Chịu được nhiệt độ cao hơn 1000C Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP (1400C), cao so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường

ít dùng PP làm lớp trong cùng

Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác

2.3 Tính chất hóa học

Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ ngay cả khi tiếp xúc lâu, mà chỉ trương trong các cacbuahydro thơm và clo hóa Ở nhiệt độ trên 800C bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên

Có độ kết tinh lớn

PP thực tế xem như không hút nước, mức hút ẩm < 0,01%

2.4 Tính chất quang học

- Do nguyên tử H ở C bậc 3 linh động nên dễ bị oxi hóa, lão hóa

- PP không có chất ổn định:

+ Dưới ánh sáng khuyếch tán vẫn ổn định tính chất trong 2 năm

+ Có ánh sáng trực tiếp thì chỉ sau vài tháng sẽ bị giòn và phá hủy ngay

- PP có chất ổn định (dùng than muội 2%) dưới ánh sáng trực tiếp (tia cực tím) thì sau 2 năm tính chất không thay đổi, bền trong 20 năm

2.5 Tổng hợp PP

Bằng phương pháp sử sụng xúc tác để trùng hợp monome thành chuỗi polypropylen

- Sử dụng xúc tác là hỗn hợp rắn được cấu thành từ muối clorua kim loại nhóm IV – VII

có hóa trị chuyển tiếp và các hợp chất cơ kim nhóm I – III

- Trong công nghiệp, sử dụng xúc tác Ziegler – Natta, trong dung môi hexan ở -80oC, áp suất phản ứng là 30 bar, áp suất này được điều chỉnh nhờ điều chỉnh tốc độ đưa nguyên liệu propylene và sử dụng thiết bị tăng áp

Thành phần chính của xúc tác Ziegler – Natta

Kim loại nhóm I – III Kim loại chuyển tiếp Chất thêm vào

Al(C2H5)2Cl, Al(C2H5)2Cl2 α,γ,δ TiCl3/ chất mang MgCl2 O2, H2

(i – C4H9)3Al VCl3, VoCl3, R – OH (phenol)

(C2H5)2Mg, (C2H5)2Zn Titanocene dichloride Ti(OiBu)4 R3N, R2O, R3P, Aryl esters (C2H5)4Pb Mo, Cr, Zr, W, Mn, Ni HMPA, DMF

- Phương trình phản ứng cơ bản

- Cơ chế trùng hợp

2.6 Một số ứng dụng của PP

− Loại thông thường dùng để sản xuất vật dụng thông thường như bao đóng gói, túi nilon…

− Loại trùng hợp khối: sản xuất vật dụng công nghệ cao, chi tiết công nghiệp, các loại van,

vỏ hộp acquy…

− Loại đăc biệt: dùng trong các chi tiết máy công nghiệp, nhựa xe máy,ô tô, điện tử, hộp thực phẩm …

− Loại trong: dùng cho bao bì y tế, bao bì thực phẩm, xylanh tiêm, CD, DVD, …

TÚI NILON ẮC QUY XYLANH TIÊM

3 POLYVINYL CLORUA (PVC)

3.1 Giới thiệu chung

Năm 1835 lần đầu tiên Henri Regnault đã tổng hợp được vinylclorua, nguyên liệu chính

để tạo nên PVC Polyvinyl clorua được quan sát thấy lần đầu tiên 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hóa học của nó chưa được xác định Các nghiên cứu về sự tạo thành PVC đầy đủ hơn đã được công bố vào năm 1912 do Iwan Ostromislensky (Nga) và Fritz Klatte (Đức) nghiên cứu độc lập

Năm 1926, khi tiến sỹ Waldo Semon vô tình phát hiện ra chất hoá dẻo cho PVC, đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công cho PVC, sau đó là

các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp

ở Mỹ và Đức nhưng phải đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức và sau đó là ở Mỹ

Poly vinyl clorua được tổng hợp băng phương pháp trùng hợp từ monome vinyl clorua CH2 = CH :

Cl

Mô hình polyvinyl clorua

3.2 Tính chất vật lý của PVC

Bền trong dung dịch axit, kiềm

PVC có dạng bột màu trắng hoặc màu vàng nhạt PVC tồn tại ở hai dạng là huyền phù (PVC−S - PVC Suspension) và nhũ tương (PVC−E - PVC Emulsion) PVC−S có kích thước hạt lớn từ 20 − 150 µ PVC−E nhũ tương có độ mịn cao

PVC không độc, nó chỉ độc bởi phụ gia, monome còn dư, và khi gia công chế tạo sản phẩm do sự tách thoát HCl

PVC chịu va đập kém Để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếu các chất sau: MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ 5 - 15% PVC là loại vật liệu cách điện tốt, các vật liệu cách điện từ PVC thường sử dụng thêm các chất hóa dẻo tạo cho PVC này có tính mềm dẻo cao hơn, dai và dễ gia công hơn

Tỉ trọng của PVC vào khoảng từ 1,25 đến 1,46 g/cm3 (nhựa chìm trong nước), cao hơn so với một số loại nhựa khác như PE, PP, EVA (nhựa nổi trong nước)

3.3 Một số tính chất về vật liệu

a Tính hòa tan của PVC

Với PVC có n ≤ 50 dễ tan trong aceton, este; nếu n càng lớn thì mức độ tan càng giảm

b Phân tử lượng và độ phân tán

Có độ phân tán cao (n = 10.025.000 mắt xích)

Khi n > 1000 và chiếm trên 70% thì có tính cơ lý hoàn hảo và chất lượng sản phẩm tốt Khi n ≤ 1000 và chiếm khoảng 30% thì tính chất cơ lí kém và chất lượng sản phẩm thấp

c Tính ổn định nhiệt

PVC là vật liệu nhạy nhiệt vì t ≥ 1400C thì bắt đầu phân hủy, đến khi t = 170 0C thì quá trình phân hủy nhanh cho ta HCl và độ sẫm màu tăng lên

3.4 Phương pháp tổng hợp

- Từ acetylen: không còn sử dụng do tốn kém chi phí.

- Từ ethylen: qua 2 bước

Bước 2: Nhiệt phân EDC thành monome vinyl clorua và lượng HCl tạo thành được sử dụng để oxy hóa tạo thành PVC

3.5 Ứng dụng

- Tạo màng PVC: được tạo ra nhờ quá trình cán trên máy cán hoặc thổi trên máy thổi màng Màng nhựa PVC gồm màng cứng, bán cứng và mềm Tùy theo hàm lượng chất hóa dẻo thêm vào thì sẽ cho ra màng PVC cứng, bán cứng và mềm

- Ống PVC được sử dụng rất đa dạng trong cuộc sống từ ống dẫn nước từ nhà máy nước đến các trạm phân phối nước, ống cấp từ nhà máy cấp nước đến hộ gia đình, ống nước thải trong các tòa nhà cao tầng, ống dẫn nước tưới ở

các trang trại trồng cao su, ca phê, tiêu, điều, ống

dẫn nước cấp ở các nhà máy thủy điện v.v

- Sản xuất dây và cáp điện

- Nhựa chịu nhiệt uPVC (uPVC profile)

dùng làm ra các dòng sản phẩm cửa nhựa lõi

thép cao cấp Dòng sản phẩm uPVC gồm có cửa

sổ, cửa đi, vách ngăn PVC, hàng rào nhựa bao

quanh biệt thự hoặc nhà phố

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG PVC Ở VIỆT NAM

4 POLYSTYREN (PS)

4.1 Giới thiệu chung

Polystiren được biết đến năm 1845 khi đốt nóng styren trong ống thuỷ tinh ở nhiệt độ

200 0C, tổng hợp được nhờ nhiệt phân các hydro cacbon thì loại nhựa này mới được tập trung nghiên cứu Sản phẩm mono styren dạng thương mại được đưa ra năm 1925 Nhưng PS chỉ được tổng hợp năm 1937

Polystiren (viết tắt và thường gọi là PS) là một loại nhựa nhiệt dẻo, được tạo thành

từ phản ứng trùng hợp stiren Công thức cấu tạo của Polystiren là: (CH−[C6H5]−CH2)n

4.2 Tính chất vật lý

PS là loại nhựa cứng trong suốt, không có mùi vị, cháy cho ngọn lửa không ổn định PS không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công bằng phương pháp ép và ép phun (nhiệt độ gia công vào khoảng 180 - 2000C)

4.3 Một số đánh giá chung về PS