Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa

Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP TUY HỊA KHOA CƠNG NGHỆ HĨA BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: HĨA HỌC POLYME DÀNH CHO SINH VIÊN HỆ CAO ĐẲNG TUY HÒA – 2010 Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Khoa Cơng nghệ Hóa CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT POLYME 1.1 Khái niệm hợp chất polyme (cao phân tử): Từ thời xưa người ta biết sử dụng vật liệu polyme tự nhiên bông, sợi gai, tơ tằm, len làm quần áo, da động vật để làm giày, áo quần… Người Ai cập biết dùng da để làm giấy viết thư báo họ tìm phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử giấy Cơng trình mở đầu cho q trình gia công, chế tạo hợp chất polyme thiên nhiên vào nghiên cứu polyme nhân tạo Đến năm 1833, Gay Lussac tổng hợp polyeste polylactic đun nóng với axit lactic, Braconnot điều chế trinitroxenlulozơ phương pháp chuyển hóa đồng dạng J.Berzilius người đưa khái niệm polyme Từ polyme chuyển sang thời kỳ tổng hợp phương pháp hóa học túy, sâu vào nghiên cứu cấu trúc polyme, polyme tự nhiên Những công việc phát triển mạnh vào cuối kỷ 19, đầu kỷ 20 Trải qua 130 năm, đến năm 1925, Staudinger đưa kết luận cấu trúc phân tử polyme, cho polyme có dạng sợi lần dùng cụm danh từ “cao phân tử” Giả thuyết cịn có số nhược điểm nhiều tác giả thừa nhận nên dùng làm sở ngày Sau thiết lập nguyên tắc hình thành polyme, hóa học polyme phát triển nhanh, chuyển từ biến tính polyme sang tổng hợp polyme từ sản phẩm chế biến dầu mỏ than đá khí thiên nhiên Điển hình giai đoạn phát triển đại nghiên cứu tổng hợp polyme điều hào lập thể Ziegler (1954) Natta (1955) có cấu trúc gần với cấu trúc điều hòa lập thể polyme tự nhiên Đồng thời với tìm polyme mới, phương pháp tổng hợp cải tiến nhiều phương pháp ngưng tụ cân bằng, cao su lưu hóa, trùng hợp quang hóa, trùng hợp gốc, trung hợp anion, trùng hợp ghép, trùng ngưng pha, đồng trùng hợp kép… Thành công polyme trùng hợp polyme trạng thái rắn có tính bền nhiệt cao, có tính dẫn điện, sở để hình thành công nghiệp sản xuất polyme bền nhiệt cao, cách điện tổng hợp vật liệu polyme sinh học (có hoạt tính sinh học Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Cơng nghiệp Tuy Hịa Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Khoa Cơng nghệ Hóa có tác dụng giải thích q trình sống, trình lên men, trình trao đổi chất tế bào thể sống) Trong công nghiệp sản xuất vật liệu polyme có bước tiến lớn việc cải tiến phương pháp gia công phương pháp đúc, gia công học, trángphủ… làm cho thời gian đưa vào sản xuất cơng trình nghiên cứu ngày nhanh Với khả ứng dụng hầu hết ngành phục vụ đời sống như: công nghệ cao su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, khí, điện-điện tử, hàng khơng, dược liệu, màu sắc lĩnh vực quốc phòng như: tên lửa, tàu du hành vũ trụ, máy bay siêu âm … 1.2 Danh pháp bản: 1.2.1 Mạch đại phân tử: Polyme hợp chất hóa học có trọng lượng phân tử lớn (> 5000 đvc), kích thước phân tử lớn nhiều lần so với hợp chất phân tử thấp (monome) tạo Các phân tử tương tự có khối lượng thấp gọi oligome Được hình thành tự nhiên từ ngày đầu hình thành trái đất Chẳng hạn xenlulozơ – thành phần chủ yếu tế bào thực vật protit – thành phần chủ yếu tế bào sống hợp chất cao phân tử quan trọng đời sống loài người Các hợp chất polyme có nguồn gốc từ thiên nhiên gọi polyme tự nhiên Ví dụ như: polysaccarit có gạo, ngơ Ngồi ra, cịn có polyme nhân tạo chế biến từ hợp chất polyme có sẵn tự nhiên hay tổng hợp phương pháp hóa học từ hợp chất đơn phân tử Thành phần polyme hữu cơ: C, H, O, N Tùy hình dạng phân tử, người ta chia làm dạng mạch khác nhau: - Mạch thẳng: Nhóm nguyên tử kết hợp tạo dải dài gấp khúc cuộn - Mạch nhánh: phân tử chứa mạch mà số vị trí mạch xuất tập hợp nguyên tử tạo nhánh ngang - Mạch lưới khơng gian: phân tử bao gồm mạch chính, nối với nhóm nguyên tử tạo nên liên kết ngang, có nghĩa khối lưới khơng gian chiều Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Khoa Cơng nghệ Hóa Như chất, thành phần hóa học polyme khơng thay đổi tồn dạng cấu trúc phân tử nói Do đó, tính chất vật lý hay tính chất hóa học hồn tồn khác 1.2.2 Mắt xích: Mắt xích phần nhỏ nhóm nguyên tử, liên kết với nhiều lần, nhiều bậc, lặp lặp lại để tạo nên mạch đại phân tử Ví dụ: CH2= CH2 CH2 = CH – CH3 (CH2 CH2)n CH2-CH n CH3 Mỗi đơn vị mắt xích polyme tương đương gần tương đương với monome Ví dụ: chất polyme poli(vinyl clorua) CH2 CHCl n , đơn vị mắt xích – CH2 – CHCl - tương đương với monome vinyl clorua CH2= CHCl 1.2.3 Độ trùng hợp: Độ trùng hợp số mắt xích có mạch phân tử Cùng loại polyme hệ sô n mạch khác Khi hệ số n tăng, mạch polyme có kích thước lớn Hay nói cách khác, hệ số n công thức polyme xác định số lượng đơn vị mắt xích phân tử polyme gọi hệ số polyme hóa hay độ polyme hóa Độ polyme hóa lớn, polyme có khối lượng phân tử cao 1.2.4 Polyme đồng mạch dị mạch: a) Polyme đồng mạch: Mạch gồm loại nguyên tử, chẳng hạn chứa nguyên tử C, ta có loại polyme mạch Cacbon C - C - C… Các ngun tử C mạch liên kết với H với nguyên tử hay nhóm ngun tử Tên gọi polyme mạch cacbon lấy tên gọi monome ban đầu dùng để tổng hợp trở thành mắt xích sở phân tử polyme, cộng thêm tiếp đầu ngữ poli- Nếu mắt xích có nhóm có hai loại mắt xích khác (copolyme) tên monome phải để ngoặc sau chữ poli, chẳng hạn poli (vinyl clorua) Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hịa Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Khoa Cơng nghệ Hóa Bảng 1: Một số polyme đồng mạch Tên gọi Monome Polietylen (PE) CH2 = CH2 Polipropylen Công thức CH2 = CH – CH3 (PP) CH2 CH2 CH2 CH n CH3 Cao su CH2 = CH –CH = CH2 CH2 tổng hợp CH2 n CH CH su thiên CH2 nhiên (izopren) Poli(vinylclorua) C CH CH2 CH2 CH3 CH2 = CH – Cl (PVC) C CH2 CH CF2 CF2 etylen) (PTFE) Polistyren (PS) CH2 CH2 n CH Cl Poli(tetraflo- n CH3 CH2 CF2 CF2 n n CH CH2 CH n Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Cơng nghiệp Tuy Hịa n CH CH Cao CH2 Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Poli(vinylaxetat) CH2 Khoa Cơng nghệ Hóa COOCH3 CH CH2 (PVA) CH OCOCH3 Poli(acrilonitric) CH2 (Len, lông cừu) CH CH2 C n CH N CN n b)Polyme dị mạch: Là loại polime mà phân tử có mạch cấu tạo hai hay nhiều loại phân tử khác nhau, chẳng hạn cacbon oxi, cacbon nitơ, cacbon lưu huỳnh, cacbon oxi, nitơ, Tên polime dị mạch thường gọi theo tên thông dụng hay lấy tên loại hợp chất mắt xích sở, cộng thêm tiếp đầu ngữ poli- Ví dụ: poliamit, poliuretan, poliure, polieste (nhựa ankit), polifenolfomandehit, nhựa epoxy - Poliamit dị mạch có nhóm chức amit [– CO – NH –] mạch phân tử CO(CH2) 4CO NH(CH2)6NH n - Poliuretan polyme có nhóm [- NHCOO -] mạch phân tử R CONH NH COO R' O - Policacbamit (poliure) có nhóm [-NH – CO – NH-] NH R NH CO NH R' - Poliphenolfomandehit: nhựa novolac, nhựa rezol, rezit… 1.2.5 n CO n Polyme có cực khơng có cực: Polyme có cực: thành phần có chứa nhóm phân cực Polyme khơng có cực: thành phần khơng có mặt nhóm phân cực Ví dụ: PE, PP… 1.3 Một số đặc trưng vật liệu polyme: 1.3.1 Khối lượng phân tử mạch: - Khác với hợp chất phân tử thấp, khối lượng phân tử mạch polyme giá trị trung bình Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Cơng nghiệp Tuy Hịa Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ Khoa Cơng nghệ Hóa Vì số lượng monome phân tử polyme thay đổi nên mẫu polyme thường bao gồm hỗn hợp phân tử đồng đẳng polyme có khối lượng phân tử khác Do đó, khối lượng phân tử hợp chất polyme số xác định mà đại lượng thống kê trung bình M = nm Trong đó, M khối lượng phân tử trung bình polyme, n độ polyme hóa (độ trùng hợp), m khối lượng mắt xích sở Để xác định M có nhiều phương pháp, phương pháp quan trọng dựa nghiên cứu dung dịch polyme loãng cách đo áp suất thẩm thấu sở áp dụng định luật Van Hop (J.H Van’t Hoff): P= RT C M Trong đó, P áp suất thẩm thấu; R số khí; T nhiệt độ tuyệt đối; M khối lượng phân tử trung bình polyme hịa tan; C nồng độ polyme hịa tan (tính g/cm3) Phương pháp quan trọng khác xác định M polyme dùng phép đo độ nhớt, độ nhớt dung dịch polyme phụ thuộc vào khối lượng phân tử polyme hòa tan - Một vật liệu polyme có giá trị khối lượng phân tử trung bình ( M ) vật liệu khác, dao động độ trùng hợp (n) khối lượng mắt xích Vì ngồi giá trị trung bình cần quan tâm đến độ phân tán Độ phân tán độ đồng khối lượng kích thước Độ phân tán nhỏ chất lượng polyme cao Hàm lượng % phân tử vật liệu sở (m) khác Trị số M Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Cơng nghiệp Tuy Hịa Trang - - Bài giảng – Mơn Hóa học polyme – Hệ CĐ 1.3.2 Khoa Cơng nghệ Hóa Một số tính chất vật lý bản: - Tỷ trọng nhỏ, hầu hết