bài tiểu luận môn công nghệ vật liệu

khái niệmPolyme là một hợp chất gồm các phần tử đựơc hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một hay nhiều nguyên tử hay nhóm phân tử liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MÔN: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ĐẠI CƯƠNG TIỂU LUẬN: SẢN XUẤT VẬT LIỆU POLYME

GVHD: Hồ Thị Mỹ Nữ

 NỘI DUNG CHÍNH

I GIỚI THIỆU

II KHÁI NIỆM+DANH PHÁP

III PHÂN LỌAI+ TÍNH CHẤT

IV SẢN XUẤT VẬT LIỆU POLYME

I GIỚI THIỆU

Vật liệu polyme có nguồn tự nhiên đã được loài người biết đến từ nhiều thế kỉ Các vật liệu này bao gồm gỗ, cao su, bông, da, tơ…đặc biệt thế kỉ 20 nhờ các công

cụ khoa học đã xác định được rằng các phân tử polyme được cấu tạo từ những phần tử hữu cơ nhỏ nhờ đó tạo

ra những cấu trúc đặc biệt của phân tử polyme Sau

chiến tranh thế giới thứ 2 đã có một cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu với sự xuất hiện của vật liệu

polyme tổng hợp ở quy mô công nghiệp Các polyme tổng hợp có nhiều tính năng vượt trội so với sản phẩm

tự nhiên và trong nhiều trường hợp chúng có thể thay thế vật liệu truyền thống như bê tông, thép,gỗ,…

II Khái niệm

1 khái niệmPolyme là một hợp chất gồm các phần tử đựơc hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một hay nhiều nguyên tử hay nhóm phân tử

liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy đi hoăc thêm vào một đơn vị cấu tạo

2 Danh pháp

-Poly+ tên của monome (nếu monome gồm hai từ trở lên hoặc từ hai monome tạo thành thì tên của monome phải đặt trong ngoặc)

-Một số polyme có tên riêng (tên thường)

-Ví dụ : teflon

III.PHÂN LOẠI

1 Phân loai theo thành phần hóa học

2.Phân loại theo cấu trúc của mạch polyme

3 Phân loại theo thành phần monome

4 Phân loại theo nguồn gốc

5.Phân loại theo tính năng sử dụng

1 Phân loại theo thành phần hóa học

Polime mạch cacbon: mạch chỉ có C

ví dụ: [-CH2-CH2-]n

Polyme dị mạch: ngoài cacbon ra trong mạch

chính còn có các nguyên tố khác

Polyme cơ nguyên tố: polyme chứa các nguyên tố

khác cacbon đính với gốc hữu cơ

Polyme vô cơ: mạch chính và mạch nhánh đều chỉ

có các nguyên tố khác cacbon

1 Phân loại theo cấu trúc của mạch

polyme

Mạch thẳng: là những mạch phân tử

polyme có cấu trúc không gian như nhau

Mạch nhánh: có các nhánh nối vào mạch chính

Mạch mạng không gian 3 chiều: các

mạch polyme được nối với nhau bằng các

“cầu”

2 Phân loại theo thành phần monome

Homopolyme: polyme chỉ tạo bởi 1 loại monome

Copolyme: polyme có 2 hay nhiều loại monome

3 phân loại theo nguồn gốc

Polyme tự nhiên

Polyme tự nhiên biến

tính

4 Phân loại theo tính năng sử dụng.

+ Cao su;

+ Chất dẻo;

+ Tơ sợi.

Hầu hết polyme là chất rắn ,không bay

hơi ,không có nhiệt độ nóng chảy xác định ,một

số tan trong dung môi hữu cơ.

Đa số polyme có tính dẻo, một số polyme có tính đàn hồi , một số có tính dai, bền ,có thể

kéo sợi.

5 Tính chất

5.1 Tính chất vật lí

5.2 Tính chất hóa học.

5.2.1 Phản ứng giữ nguyên mạch polyme

a Poli (vinyl axetat ) (PVA) tác dụng với NaOH b.Cao su thiên nhiên tác dụng với HCL

c.Poli (vinyl clora ) (PVC) tác dụng với Cl2

5.2.2 Phản ứng khâu mạch polime

a Sự lưu hóa cao su

b.Nhựa rezit (nhựa bakelit)

5.2.3 Phản ứng phân cắt mạch polyme

a Phản ứng thủy phân polieste

b.Phản ứng thủy phân polipeptit hoặc

poliamit

c Phản ứng thủy phân tinh bột , xenlulozơd.Phản ứng nhiệt phân polistiren

Khí thiên nhiên

Than đá

IV Sản xuất polyme

2 Các phương pháp tổng hợp polyme

Từ một loại monome có thể tổng hợp được các polyme khác nhau khi thay đổi điều kiện phản ứng

Hai loại phản ứng chính: phản ứng trùng hợp và phản ứng trùng ngưng

Phản ứng trùng hợp

a Monome của phản ứng trùng hợp là các hợp chất phân tử có chứa liên kết bội (liên kết hai hoặc ba)

Ví dụ: etylen CH2=CH2

propylen CH3-CH=CH2

2.1 Phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp là quá trình kết hợp các monome thành polyme mà không thoát ra sản phẩm phụ nào

Phản ứng trùng hợp mang tính chất của phản ứng

chuỗi nên còn gọi là phản ứng chuỗi.

*Quá trình trải qua 3 giai đoạn

Khơi mào (tạo ra trung tâm hoạt động):

AA* A*-Trung tâm hoạt động

a, Giai đoạn khơi mào

Xảy ra dưới tác dụng của nhiệt độ hay ánh sáng các chất khởi đầu phân hủy tạo ra các gốc tự do Kí

hiệu: R˙

các gốc tự do tương tác với monome để tạo gốc tự

do mới

b Giai đoạn phát triển mạch

Gốc tự do tiếp tục phản ứng với các phân tử

monome tạo thành những gốc đang phát triển có

mạch dài hơn và có độ hoạt động không thay đổi

c, Giai đoạn kết thúc

Có thể xảy ra theo hai cách

kết hợp hai gốc đang phất triển, tạo thành phân

tử có mạch dài hơn

phân ly hai gốc đang phát triển thành hai phân tử polyme trong đó có phân tử chứa nối đôi ở cuối mạch

1 Trùng hợp khối

-Trùng hợp khối là một trong những phương pháp

phổ biến trong công nghiệp tổng hợp Polyme(cần một lượng tối thiểu cấu tử monome và chất khởi đầu ).

polyme.

2 Trùng hợp dung dịch

Ngoài monome và chất khởi đầu còn có mặt dung môi.

- Ưu điểm:

Khắc phục được nhược điểm quá nhiệt cục bộ của

trùng hợp khối ,độ nhớt của hỗn hợp nhỏ hơn nên sự

+ Chất khởi đầu tan trong môi trường phân tán

+Môi trường phân tán thường là nước

+Chất điều chỉnh khối lượng phân tử

+Dung dịch muối đệm để ổn định độ pH của môi trường

2.2 Phản ứng trùng ngưng

2.2.1 Monome

Chứa ít nhất hai nhóm chức trong phân tử

Ví dụ: axit dicacbonxylic HOOCRCOOH

Khái niệm pứ trùng ngưng

Phản ứng trùng ngưng là phản ứng tạo thành polyme

từ các monome có thoát ra sản phẩm phụ là hợp chất phân tử thấp.

+Để nhận được polyme có khối lượng phân tử cao ,

PUTN thường được tiến hành với sự có mặt của xúc tác và ở giai đoạn cuối sử dung chân không để loại bỏ các hợp chất phân tử thấp.

2.2.2 Các phương pháp tiến hành trùng

ngưng

a.Trùng ngưng trong khối nóng chảy

nhiệt độ(200-280 độ) phải gia nhiệt đồng đều trong suốt quá trình

+Tiến hành trong khối nóng chảy

+Thực hiện trong môi trường khí trơ và kết

thúc trong chân không thu được sản phẩm

+Sau khi kết thúc làm lạnh bình phản ứng thu

polyme có hình dạng của bình phản ứng

ưu điểm:không dùng dung môi

b.Trùng ngưng trên bề mặt phân cách của hai pha.

Được ứng dụng nhiều trong công nghiệp hiện nay, nhiều loại polyme được tổng hợp

(polyeste,polyamit, polyure…) phản ứng xảy ra với tốc độ khá cao ở nhiệt độ phòng thu được sản phẩm có phân tử lượng rất caoso với các pứ khác.

V Gia công vật liệu polyme

1.Các chất phụ gia

2 Các chất tăng cường

3 Tính chất gia công của vật liệu polyme

4 Tạo hình không phoi vật liệu polyme

5 Một số phương pháp gia công khác

6 Phá hủy và tái tao polyme

POLYME ĐUN NÓNG CHẢY CHẤT TĂNG CƯỜNGCHẤT PHỤ GIA,

KHUÔN

SẢN PHẨM KiỂM TRA

GIA CÔNG LẠI LÀM NGUỘI

QUY TRÌNH SẢN XUẤT POLYME

1.Các chất phụ gia

Đây là những chất mang những đặc điểm của

polyme, thêm vào nhằm hoàn thiện tính chất của polyme ,làm chúng trở nên hữu ích hơn

Gồm các chất sau:

Chất

Chất Chất

Chất

Các chất phụ giaCác chất phụ gia

2.Chất tăng cường

Đây là những chất khi phối pợp với polyme có khả năng cải thiện một hoặc nhiều tính chất cơ lý của vật liệu

3.Tính chất gia công của vật liệu

polyme

Đa số vât liệu polyme thông dụng được gia

công ở trạng thái nóng chảy, sau đó làm lạnh Do vậy để kiểm tra và điều chỉnh , người ta thường

sử dụng các đại lư có thứ nguyên như độ đùn

khả năng điền khuôn, khả năng kéo sợi , khả

năng định hướng Thể hiện qua các thông số :

chỉ số chảy , chỉ số điền khuôn…

Phương pháp gia công

Đùn đơn thuần

đùn kèm theo một công đoạn

xử lý

Tạo hình trong khuôn

Gia công

tạo hình

Đặc trưng của quá trình gia công được mô tả qua các gia đoạn sau:

Các vấn đề cần chú ý

1.Khả năng gia công của polyme

2.Khả năng kiểm tra được quá trình

3 Ảnh hưởng của quá trình đến tính chất sản phẩm

Một số tính chất gia công quan trọng

khuôn

a Khả năng ép đùn

b.Khả năng điền khuôn

Qúa trình ép khuôn được thực hiện một cách gián đoạn:

polyme nóng chả  ép vào khuôn làm lạnh ngay sau đó để có hình dạng cần thiết.

Một số thông số đánh giá khả năng điền khuôn của poyme:

Độ dài chảy xoắn ốc

Độ dài xoắn ốc phụ thuộc vào:

+ Điều kiện gia công (nhiệt độ ,áp suất, đk đường xoắn)

+Tính chất lưu biến

+Tính chất nhiệt của polyme:( độ nhớt ,độ dẫn nhiệt ,mật độ, entalpi )

 Holmes và cộng sự cho rằng độ dài xoắn ốc phụ thuộc vào sự truyền nhiệt

Polyme tràn vào khuôn cô đặc lại tại vị trí tiếp xúc thành kênh dẫn  tiết dện dòng chảy nhỏ đi.Qúa trình tiếp diễn khi lớp

polyme đặc tại hai phía đối diện chập vào nhau  dòng chảy

ngừng lại Lõi chất lõng ở đầu quá trình đông đặc sẽ tiếp tục đông đặc ở trạng thái không chịu ứng suất có tính đẵng quang học ,độ dài còn lại đđ dưới 1 ứng suất đẩy  bất đẳng hướng về quang học.

Khi dừng ứng suất bơm độ dài xoắn ốc ngăn hơn.

Để duy trì lực bơm với thời gian khác nhau để có độ dài xoắn

ốc L lớn nhất được tính theo công thức sau:

Hiệu ứng tự gia cường trong quá trình kéo ở

+ Sự giảm nhiệt độ của dòng chảy

Độ bền của thể nóng chảy: Là sự kết dính nội của

polyme nóng chảy

c.Khả năng kéo sợi

-Nói chung vật liêu polime được chia làm:

+Polime vô định hình: polystyren polysunfon

+Polyme có khả năng kết tinh một phần trong quá trình kéo:polyeste polyamit.

+Polyme tinh thể: polytylen , polypropylen

NGUYÊN LiỆU SẢN XUẤT TƠ THIÊN NHIÊN

Một số kĩ thuật chung

Một số kĩ thuật chung

Từ nhũ tương

ở trạng thái nền mềm

ở trạng thái nền mềm

Từ dung dịch

ở thể nóng chảy

ở thể nóng chảy

4.Tạo hình không phoi vật liệu polyme

Là quá trình tạo ra sản phẩm từ nguyên liệu ban đầu không qua giai đoạn tạo phoi và gia công cơ khí.

4.1.Tạo hình không phoi nhựa nhiệt dẻo

(ép đùn , ép phun , thổi chai ,cán tráng)

Định nghĩa nhựa nhiệt dẻo : là loại nhựa khi nung đến

nhiệt độ Tm thì nó nóng chảy ra và khi hạ nhiệt thì đóng rắn lại

Ví dụ : polyetylen (PE), polypropylen (PP)…

Các yếu

tố ảnh hưởng

Các yếu

tố ảnh hưởng

Độ bền nhiệt

Khả năng hút

ẩm của polyme

compound

Đặc tính của hạt

Khả năng kết tinh

Tính chất chảy

4.2.Tạo hình không phoi polyme nhiệt rắn

(ép trong khuôn , ép đùn )

Nhựa nhiệt rắn :là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian ba chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hoặc hòa tan được nữa,không có khả năng tái sinh.

Ví dụ : ure pocmadehyt (UF) , nhựa epoxy, phenol

pocmadehyt (PF)

polyme phân tử lượng thấp làm nóng kuôn đóng rắn

Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt trong khối Nhiệt độ

vật liệu

Nhiệt độ trong khối vật liệu

Độ nhớt

Tốc độ đóng rắn

Tốc độ đóng rắn

Yếu tố ảnh hưởng

Nhiệt sinh

ra do ma sát

.Ứng dụng của chất dẻo.

Chất dẻo được sử dụng rộng rãi trong đời sống con người vì chúng có giá thành rẻ , bền ,đẹp, trong các lĩnh vực như: dụng cụ sinh hoạt, dụng

cụ nhà bếp, đồ dùng học sinh , linh kiện điện

tử ,đồ dùng lao động…

4.3.Gia công ở trạng thái mềm cao ( cao su)

Dành cho polyme không thể gia công ở trạng thái chảy nhớt do khối lượng phân tử khá cao

( trong khoảng nhiệt độ mềm cao )

.Ứng dụng : cao su được sử dụng rộng rãi vì chúng có tính đàn hồi tốt ,kết hợp các tính năng ưu việt , được dùng phổ biếng như:

làm lốp ô tô(cao cu styren-butadien (SBR) ống đệm, săm (polyisopren(NR) đế gót

giày (bunaA nitrit-NBR), bọc dây cáp điện (Clopren), ….

4.4 Tơ : có độ dai bền cao mềm

5.1 Ghép: là phương pháp gia công bằng cách ghép một hoăc nhiều loại polyme lai với nhau để tạo nên sản phẩm hoàn thiên.

Ghép

Ghép

cơ học

Liên kết ghép không dùng keo dán

Ghép bằng keo dán

5 Một số phương pháp gia công thường

gặp

5.1.1Ghép cơ học : truyền thống được sử dụng rộng rãi cho vật liệu polyme

Ví dụ: rivê , bulong,

Ngoài ra còn áp dụng trên tính dẻo ,đàn

hồi …

5.1.2Gép bằng keo dán :khả năng dán được

là dựa trên các đặc trưng bề mặt của chúng +Làm sạch bề mặt

5.1.3.Liên kết ghép không dùng keo dán : Dựa trên khả năng nóng chảy của chất dẻo và liên kết với nhau ở trạng thái này

+Ghép nóng chảy

+Hàn bằng siêu âm

+Hàn bằng sóng radio

+Hàn bằng cảm ứng

Sơn lỏng : là biên pháp phổ thông nhất để phủ bề mặt vật liệu các loại

6.1.Phá hủy vật liệu polyme

Nhìn chung độ bền phá hủy của vật liệu

polyme so với gốm và kim loại tương đối thấp Sự phá hủy của polyme nhiệt rắn chủ yếu là giòn, hình thành các vết nứt.

Polyme nhiệt dẻo là sự phá hủy dẻo hoặc

giòn, rạn nứt

Các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu :nhiệt độ,

tốc độ biến dạng, chiều dày của mẫu,…

6 Phá hủy và tái tạo vật liệu polyme

6.2.Tái sinh polyme

Hàng năm có khoảng 25-30% lượng chất dẻo

thải ra vì vậy việc tái tao polye là rất cần thiết

Mộ số phương pháp tái tạo

Nhựa nhiệt dẻo và elastoplast:

Làm sạch tạo tấm gia công lại

Phế liệu nhựa nhiệt rắn và elastome thì có thể tái

sử dụng chnungs như chất độn Một số chất

deorcos thể thủy phân đẻ thu monomre sauddos chưng cất sử dụng lai…

THE END CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE