Đang tải... (xem toàn văn)
Các trạng thái vật lý của polymer Chúng ta sẽ tìm hiểu 5 trạng thái chính của polymer.Mỗi trạng thái có các tính chất như thế nào, cụ thể nào ra sao.Hãy cũng tìm hiểu về trạng thái vật lý củ polemer Mua chó Poodle:https://yeupoodle.com/
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT BỘ MƠN LỌC HĨA DẦU HÓA HỌC POLYME CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA POLYME 4-2015 Giới thiệu Các hợp chất hữu có khối lượng phân tử lớn thường gọi hợp chất cao phân tử hay polymer, tạo thành thiên nhiên ngày đầu tồn trái đất Chẳng hạn xenlulozo – thành phần chủ yếu tế bào thực vật protit – thành phàn chủ yếu tế bào sống – hợp chất cao phân tử quan trọng đời sống loài người Ngày nay, nhờ tiến khoa học cơng nghệ người tự tổng hợp hợp chất polymer từ nguồn có tự nhiên.Tạo hợp chất có ứng dụng vơ quan trong đời sống , nhiều công nghiệp Những polymer có tính chất vật l{ vơ đặc biệt, điều tạo nên ứng dụng quan trọng polymer Nhóm sinh viên chúng em xin trình bày trạng thái vật lý polymer, thông qua phần hiểu phần tính chất polymer Nhóm sinh viên thực hiện: Kim Thanh Hà Mssv : 1221010117 Trần Thủy Giang Mssv : 1221010114 Nguyễn Quốc Cường Mssv : 1221010056 Nguyễn Minh Giang Mssv : 1221010112 Nguyễn Ngọc Cương Mssv : 1221010051 A.Sự biến dạng polymer Một số đinh nghĩa Sự biến dạng polymer chia làm hai loại : Biến dạng thuận nghịch biến dạng không thuận nghịch - Biến dạng thuận nghịch hay gọi biến dạng đàn hồi : Những phân tử biến dang phục hồi lại hình dạng ban đầu ngừng tác dụng lực bên ngồi - Biến dạng khơng thuận nghịch hay gọi chất dẻo: Những polymer biến dạng giữ nguyên hình dạng biến dạng sau ngừng tác dung lực bên Độ biến dạng: khả vật thể chống lại biến dạng phục hồi hình dạng ban đầu tác dụng lực bên ngồi + Nếu hình dạng phục hồi hồn tồn gọi đàn hồi + Nếu phục hồi phần gọi đàn hồi dẻo hay đàn hồi nhớt Chất đàn hồi ta chia thành hai loại: Chất có cấu trúc vơ định hình hay kết tinh cao su hay nhựa + Chất kết tinh : Vật thể thay đổi hình dạng biến dạng thuận nghịch khơng lớn hay độ biến dạng nhỏ Độ đàn hồi tinh thể mang chất lượng + Cao su hay nhựa : Vật thể cần lực nhỏ bên ngồi tác dụng có khả biến dạng vài trăm phần trăm Mô đun đàn hồi : đặc trưng cho độ đàn hồi = F : lực tác dụng lên vật thể A: Tiết diện mẫu Đơn vị : kG/cm2 , MP/cm2 F F F Hướng thường F Hướng tiếp tuyến Theo định luật Hook ta có: = E hay E : Gọi mô đun đàn hồi : Biến dạng tương đối Một số trường hợp cụ thể: - Biến dạng hướng thẳng góc với tiết diện mẫu hay hướng dọc: n= E n kd = - Nếu kéo dãn : l : Chiều dài mẫu sau biến dạng lo : Chiều dài mẫu ban đầu nm = - Nếu nén mẫu : Hệ số Pausson : Tỉ lệ giá trị tuyệt đối biến dạng tương đối theo hướng ngang dọc ng / d Nhận xét Vật liệu đàn hồi có chất lượng có mơ đun đàn hồi lớn Vật liệu có chất động học có mơ đun nhỏ Sự khác hai chất phụ thuộc vào nhiệt độ hiêu ứng nhiệt biến dạng Một số biến dạng a Sự biến dạng dẻo chảy nhớt Sự chảy chất lỏng trường hợp đặc biệt biến dạng dư , tăng liên tục tác dụng ứng suất tiếp tuyến không thay đổi polymer - Polyme đồng thời có tính chất vật thể rắn lỏng - Độ nhớt dung dịch cao - Khả polyme trương lên hòa tan - Khả thể mạnh tính bất đẳng hướng tính chất Độ mềm dẻo polymer Mơ hình thể tính dẻo chuỗi polymer Sự thay đổi hình dạng đại phân tử polyme mạch cacbon quay quanh trục liên kết nguyên tử i i+1 ( - góc hố trị, = 1800 - , - góc quay quanh trục liên kết) b Sự biến dạng đàn hồi cao Bản chất biến dạng đàn hồi cao duỗi thẳng mạch dài gấp có lực ngồi trở trạng thái cất lực Điều kiện để xuất biến dạng đàn hồi cao : Phân tử chuỗi polymer cần có độ uốn dẻo đủ lớn Tốc độ thay đổi cấu dạng cần phải cao, xác định qua độ uốn dẻo tốc độ biến dạng mạch polymer Những polymer có tính phân cực cao , biến dạng phát triển chậm , nên nhiệt độ thường khơng có biến dạng đàn hồi cao ,ở nhiệt độ cao ơn nhiệt nóng chảy xuất biến dạng đàn hồi cao tương tác phân tử lớn nên quasd trình hồi phục chậm Đặc tính quan trọng biến dạng đàn hồi cao tượng phục hồi c Hiện tượng phục hồi Định nghĩa : Hiện tượng hồi phục trình chuyển từ trạng thái không cân sang trạng thái cân theo thời gian Hiện tượng phục hồi Sự biến dạng đàn hồi gây thay đổi chớp nhoáng góc hóa trị khoản cách nguyên tố với lực mô-đun đàn hồi lớn Sự biến dạng đàn hồi cao gây duỗi thẳng phân tử gấp khúc Đặc điểm Trạng thái cân : Nếu có tác dụng lực , biến dạng polymer xảy chớp nhoáng, nghĩa với thời gian nhỏ thời gian quan sát Bản chất phục : Nếu biến dạng xảy chậm sau có lực tác dụng Biến dạng đàn hồi cao : phụ thuộc vào ứng suất lực đặt ,vào thời gian tác dụng lực Sự hồi phục gọi hồi phục biến dạng d Hiện tượng trễ Định nghĩa : Hiện tượng hồi phục đàn hồi cao gây tượng gọi “ tượng trễ ” có lực tác dụng cất lực tác dụng lên mẫu Bản chất tượng : Sự lệch độ biến dạng thuận nghịch biến dạng phát triển chậm thay đổi ứng suất Khi tăng dần ứng suất lên mẫu, phụ thuộc ε = f(σ) biểu thị đường cong cất lực phụ thuộc ε = f (σ) biểu diễn đường cong C M D O Hiện tượng trễ biến dạng polyme Hai đường biến dạng không trùng tạo nên vòng gọi vòng trễ Độ lớn vòng trễ khác hai diện tích OMC CMD : S=∫ + ∫ Với : σ₁ ứng suất tăng, σ₂ ứng suất giảm B CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA PLYMER Trạng thái tổ hợp trạng thái pha Vật chất có ba trạng thái tổ hợp: khí, lỏng rắn, khác tính chất chuyển động phân tử hay nguyên tử mật độ tổ hợp chúng Trạng thái khí có ba dạng chuyển động: dao động, tiệm tiến quay,còn mật độ tổ hợp nhỏ Trạng thái rắn có mật độ tổ hợp cao, đặc trưng khoảng cách phân tử nhỏ, khơng có chuyển động tiệm tiến quay Các nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân với tân số /giây, chứng tỏ khả thay đổi hình dạng nhỏ đặc trưng cho độ rắn Trạng thái tổ hợp lỏng : Có tính chất chuyển động thể khí mật độ tổ hợp thể rắn Nói chung, khác độ linh động phần tử gây độ khuếch tán khác nhau, thể rắn lỏng Ở thể lỏng, khuếch tán theo chế khuếch tán nhóm, thể rắn bước nhảy sang chỗ tự có mạng lưới Về mật độ tổ hợp thể lỏng rắn gần giống nhau, khác nhiều với chất khí, có khác tương tác phân tử Trạng thái pha Theo nhiệt động học pha hệ khác bề mặt phân chia khác tính chất nhiệt động học pha dễ tách khỏi Về mặt cấu trúc, người ta phân biệt ba pha: tinh thể, lỏng khí Pha tinh thể đặc trưng bậc xa ba chiều phân bố nguyên tử hay phân tử Bậc xa bậc nằm khoảng cách vượt kích thước phân tử hàng trăm ngàn lần bậc có một, hai hay ba cách đo Cấu trúc mạng tinh thể l{ tương có ba cách đo, mạch polyme l{ tương có phân bố lập lập lại mắt xích có cách đo Pha lỏng khơng có mạng lưới tinh thể, gọi pha vơ định hình, có mật độ tổ hợp phân tử hay nguyên tử giống pha tinh thể Trạng thái khí đặc trưng chuyển động hoàn toàn hỗn độn phân tử, nghĩa khơng có bậc Nhận xét : Như vậy, trạng thái tổ hợp khí pha khí Trạng thái rắn tương ứng với hai pha: tinh thể vơ định hình Trạng thái lỏng gồm hai tạng thái tổ hợp: rắn (ở dạng thủy tinh) lỏng (ở nhiệt độ cao nhiệt độ nóng chảy) Sự khác khác trạng thái tổ hợp liên quan đến tỷ lệ lượng tương tác phân tử chuyển động nhiệt, khác pha tính chất nhiệt động học, lượng tự do, tỷ khối… Sự chuyển pha Định nghĩa : Sự chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác (chuyển pha) có liên quan đến thay đổi hình thái xếp phân tử thay đổi tính chất chất nhiệt động học Phân loại : Có hai loại chuyển pha loại loại Thể tích riêng Thể tích riêng Chuyển pha loại 1: Có thay đổi nhảy vọt tính chất nhiệt động học , đặc trưng thay đổi entanpy hệ chuyển pha loại : nóng chảy, kết tinh, ngưng tụ, bay Chuyển pha loại 2: Khơng có thay đổi ngảy vọt mà thay đổi từ từ tính chất nhiệt động khơng có ẩn nhiệt chuyển pha a) Tc T b) Tc Sự phụ thuộc thể tích riêng kết tinh (a) thủy tinh hóa (b) 10 T Đường cong nhiệt Định nghĩa : Sự phụ thuộc độ biến dạng vào nhiệt độ xác định máy Koncistometer thu đương cong gọi đường cong nhiệt Độ biến dạng Đối với polyme định hình, đường cong có ba vùng biến dang đặc trưng cho ba trạng thái vật lý khác I.Thủy tinh II.Đàn hồi cao III.Chảy nhớt Tc Ttt T,℃ Đường cong nhiệt Polymer Vùng I : Tương ứng với trạng thái thủy tinh, từ đầu đến nhiệt độ thủy tinh hóa Ttt Sự biến dạng nhỏ với độ lớn tỷ lệ vào nhiêt độ giá trị ứng suất không lớn, polymer vật rắn chủ yếu tuân theo định luật Hook Nhiều polymer nhiệt độ thấp nhiệt độ thủy tinh giống thủy tinh silicat độ suốt giòn… Những polymer gọi thủy tinh hóa chúng chuyển từ vùng khác vào vùng 11 Vùng II: Nằm nhiệt độ thủy tinh Ttt nhiệt độ nóng chảy Tc có biến dạng thuận nghịch Ít thay đổi với nhiệt độ có modun đàn hồi khơng lớn Biến dạng có kèm theo biến dạng chảy mà biến dạng tăng theo nhiệt độ Ở nhiệt độ đủ cao, chuyển chỗ mạch khối thống trở nên dễ dàng bắt đầu cho chảy thật polyme Vùng III,vùng cao nhiệt độ chảy Tc polyme vào trạng thái chảy nhớt chảy dung dịch nhớt Từ Tc nhiệt độ tăng làm tăng biến dạng không thuận nghịch polymer gọi biến dạng dẻo Nhiệt độ chuyển từ trạng thái đàn hồi cao sang chảy nhớt điểm xác định mà nhiệt độ trung bình vùng có chảy thật Đường cong nhiệt polyme phụ thuộc vào cấu trúc polyme, khối lượng phân tử, nhiệt độ… Phương pháp đơn giản cho khả xác định đặc tính quan trọng polyme nhiệt độ thủy tinh, nhiệt độ chảy, cho phép giải thích tượng cấu trúc hóa, xác định nhiệt độ bắt đầu tạo liên kết ngang hóa rắn hồn tồn, xác định tốc độ tạo liên kết ngang theo đọ lớn biến dạng polyme nhiệt độ không đổi sau khoảng thời gian khác Trong kỹ thuật, phương pháp nhiệt dùng để nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia đóng rắn polyme Trạng thái thủy tinh hóa a Đặc tính polyme thủy tinh hóa Polyme trạng thái đàn hồi cao có độ linh động lớn mắt xích gây thay đổi cấu trúc dạng mạch polyme Khi làm lạnh nhanh polyme đó, thay đổi cấu trúc dạng kết tinh trở nên khó khăn thời gian phục hồi mắt xích tăng mạnh 12 Trong giới hạn nhiệt độ đó, polyme hóa rắn không tạo thành mạng lưới tinh thể nên gọi thủy tinh hóa Khả thủy tinh hóa polyme xác định tỉ lệ lượng tương tác nội phần tử với lượng chuyển động nhiệt mắt xích polyme Nói chung, làm lạnh chất nòng chảy co thể tìm thấy tinh thể hay thủy tinh Sự chuyển chất lỏng thành thể thủy tinh chuyển pha, nghĩa chuyển pha xảy dần dần, liên tục giới hạn nhiệt độ, khơng có thay đổi nhảy vọt tính chất nhiệt động học Vật thể thủy tinh khác với thể lỏng khơng độ linh động phân tử mà thay đổi trạng thái lượng Tính chất polyme thủy tinh liên quan chặt chẽ với độ uốn dẻo polyme Mạch polyme uốn dẻo, mắt xích dễ chuyển động mạch dễ nhận cấu trúc thích hợp cho tổ hợp có mật độ cao hơn, chặt chẽ hơn, tương tự thủy tinh thường Những thay đổi tính chất polyme mạch cứng biểu yếu, yếu polyme mạch uốn dẻo Polyme thủy tinh khác polyme thủy tinh thường khả biến dạng giảm, tinh giòn đàn hồi tăng gần tới thủy tinh thường Đặc tính polyme thủy tinh cứng cấu trúc tổ hợp xốp, mắt xích khơng định chỗ có khả chuyển động trạng thái thủy tinh, tính giòn giảm b Sự biến dạng đàn hồi bắt buộc Sự biến dạng lớn phát triển trong polyme thủy tinh có ứng suất lớn, có tính chất gần giống với biến dạng đàn hồi cao gọi biến dạng đàn hồi bắt buộc Sự biến dạng đàn hồi bắt buộc xuất ảnh hưởng ứng suất lớn 13 ứng suất 𝝈 ứng suất 𝝈 Sự biến dạng polyme thủy tinh có tính chất thuận nghịch 𝛜bh 𝛜bh Độ biến dạng Độ biến dạng a) b) Sự phụ thuộc độ kéo dãn vào ứng suất polymer thủy tinh a-Biến dạng khơng có “cổ eo” b- Biến dạng có “cổ eo” Ứng suất tới hạn σth để xuất đàn hồi cao giới hạn đàn hồi bắt buộc σbb, nghĩa ứng suất đạt độ lớn lượng hoạt hóa ứng suất mà tốc độ biến dạng tốc độ phục hồi Nhiệt độ mà polyme thủy tinh khả biến dạng lớn bị phá hủy có biến dạng nhỏ, gọi nhiệt độ giòn Td Nhiệt độ giòn chia trạng thái thủy tinh thành hai trạng thái phụ : giòn khơng giòn Polyme mạch uốn dẻo, làm lạnh tạo nên tổ hợp chặt, dễ thay đổi cấu trúc dạng, cần ứng suất cao, nên vật dễ bị phá hủy biến dạng Polyme có mạch khơng uốn dẻo nhiều, kich thước segmen lớn, độ linh động segmen nhỏ, làm lạnh có tổ hợp xốp 14 Polyme thủy tinh có độ cứng nhỏ, biến dạng lớn Mặt khác, nhờ có tương tác nhỏ cac segmen tổ hợp xốp nên có khả biến dạng đàn hồi bắt buộc thủy tinh Khả tính giòn quan sát thấy polymer cứng có tổ hợp xốp lớn polyme co xuât đàn hồi cao bắt buộc tăng độ cứng polyme, giới hạn nhiệt độ Td – Tc mở rộng ứng suất 𝝈 𝝈d 𝝈 bb Td Ttt Sự phụ thuộc độ bền giòn ứng suất bắt buộc vào nhiệt độ Nhiệt độ giòn tăng lên giá trị khối lượng phân tử không phụ thuộc vào chiều dài mạch giá trị khối lượng phân tử cao Nhiệt độ thủy tinh hóa phụ thuộc vào cấu trúc polyme Nhiệt độ thủy tinh hóa phụ thuộc vào độ phân cực polyme Polyme khơng phân cực có độ uốn dẻo cao, giá tri quay không lớn độ uốn dẻo giữ nhiệt độ thấp nên có Ttt thấp, khoảng Khi có nhóm phân cực C-Cl, C-CCN…tăng tương tác phân tử, Ttt tăng Các polyme có phân cực mạnh khơng có phân bố đối xứng Ttt cao,có cao nhiệt độ phân hủy Những polyme có nhóm thể tích lớn, giảm độ uốn dẻo Ttt lớn Nếu có nhóm phân cực bị chắn nhóm khơng phân cực giảm lương tương tác, Ttt giảm Trạng thái đàn hồi cao 15 Trạng thái đàn hồi cao đặc trưng cho polyme có độ uốn dẻo cao phân tử Trong trường hợp polyme có mạch cứng hay có mạng khơng gian lớn, độ uốn dẻo yếu hay khơng có vật thể khơng có trạng thái đàn hồi cao Trạng thái đàn hồi cao nằm vùng trạng thái thủy nhiệt độ thấp trạng thái chảy nhớt nhiệt độ cao, nên xem lỏng mắt xích thủy tinh tồn phân tử Sự biến dạng đàn hồi đàn hồi cao vật thể Sự biến dạng đàn hồi liên quan đến thay đổi khoảng cách phân tử nguyên tử Đàn hồi cao liên quan đến thay đổi hình dạng phân tử uốn dẻo polyme, mức độ uốn khúc trung bình phân tử Đặc điểm: Trạng thái đàn hồi cao trạng thái không cân Biến dạng đàn hồi cao xuất hoàn toàn tốc độ biến dạng phân tử tốc độ chuyển chỗ chúng khác đến mức bỏ qua biến dạng thuận nghịch so với biến dạng đàn hồi cao Điều kiện để xuất biến dang đàn hồi cao: Độ uốn dẻo phân tử polyme đủ lớn Tốc độ thay đổi hinh dạng polyme Vì thế, trạng thái đàn hồi cao, mặt cần có chất độ lớn uốn dẻo, mặt khác tốc độ trình hồi phục xác định khả biều tính chất đàn hồi cao khoảng thời gian quan sát Các yếu tố ảnh hưởng : Sự biến dạng đàn hồi cao phụ thuộc vào thay đổi cấu dạng nhờ vào dao động hỗn độn mắt xích dạng liên kết hóa học nhờ vào chuyển chỗ mạch từ dạng đồng phân quay sang dạng đồng phân quay khác 16 Sự thay đổi hình dạng theo hai chế tren phụ thuộc vào thành phần hóa học cấu trúc phân tử Ảnh hưởng lực tương tác phân tử liên quan đến thời gian thay đổi cấu dạng Thời gian phụ thuộc vào chất lực tương tác, chất phân bố trật tự phân tử nhiệt độ Sự chuyển biến dạng đàn hồi cao sang trạng thái biến dạng thường có liên quan đến thay đổi lượng tự vào biến dạng, tức thay đổi nội entropi biến dạng Nếu biến dạng chậm, phụ thuộc lượng tự vào biến dạng xác định chủ yếu thành phần entropi Khi biến dạng nhanh thành phần nội Những polyme khơng thuận nghịch polyisopren, polybutadien… có độ uốn dẻo động học mạch, tốc độ biến dạng đủ lớn nên điều kiện thường chúng vật thể đàn hồi cao Những polyme phân cực mạnh, độ biến dạng phát triển chậm nên nhiệt độ thường khơng xuất tính đàn hồi cao mà trạng thái thủy tinh Những polyme có mạng lưới khơng gian xuất trạng thái đàn hồi cao, mạng lưới tăng độ biến dạng giảm đến mức không xuất trạng thái đàn hồi cao Độ biến dạng A Biến dạng đàn hồi t1 B t2 C t3 cao hoàn toàn Biến dạng dẻo 17 Nhiệt độ Sự phụ thuộc độ biến dạng đàn hồi cao vào nhiệt độ khác ( t1>t2>t3 ) T1 Độ biến dạng T2 Biến dạng đàn hồi T3 T4 cao hoàn toàn T5 Biến dạng dẻo Thời gian Sự phụ thuộc độ biến dạng đàn hồi cao vào nhiệt độ thời gian khác ( T1>T2>T3>T4>T5 ) Trạng thái chảy nhớt Khái niệm : Sự chảy nhớt chuyển chỗ không thuận nghịch phân tử có tác dụng lực ngồi chất hình thành lực ma sát nội chống lại chuyển chỗ phân tử Tính chất có thấy thể khí, lỏng tinh thể, song lực ma sát nội trạng thái tổ hợp khác khác Tính chất chảy nhớt polyme Dưới tác dụng lực ngoài, biến dạng không thuận nghịch, nghĩa chảy thuận 18 Tính chảy polyme cao, mức độ trùng hợp thấp, nhiệt độ cao lượng chất thấp phân tử (chất hóa dẻo) đưa vào lớn Tính chảy polyme cao lực tương tác nhỏ, nghĩa độ nhớt thấp Độ nhớt polyme giảm theo giảm độ trùng hợp tăng nhiệt độ pha loãng phân tử lớn phân tử thấp phân tử Cơ chế chảy polyme Là chuyển chỗ mạch phân tử, song chuyển chỗ khơng thực mạch chuyển chỗ tồn mạch đòi hỏi lượng hoạt hóa q lớn, cần phải phá hủy tương tác phân tử Nhiệt hoạt hóa chảy nhớt polyme tính theo phụ thuộc nhiệt độ hệ số độ nhớt: ŋ= với = hoạt hóa đẳng áp chảy nhớt, lgA + ˗ ˗ lg lg lg = a) T b) 1/T Sự phụ thuộc logarit độ nhớt vào T(a) 1/T (b) 19 nên: Phương trình hợp lý giới hạn nhiệt độ hẹp Nhiệt hoạt hóa chảy nhớt tính cho chất thấp phân tử có độ lớn ÷ kcal/mol, đa số polyme nhiệt hoạt hóa chảy nhớt khoảng ÷ 17 kcal/mol Đặc điểm chảy polymer Sự chảy polyme chuyển chỗ liên tục mắc xích mạch hay phần mạch Điều chứng tỏ nhiệt hoạt hóa polyme khơng phục thuộc vào chiều dài mạch polyme Sự chảy polyme kèm theo biến dạng đàn hồi cao, có lực không lớn gây chuyển từ cấu dạng sang cấu dạng khác duỗi thăng hay gấp khúc mạch mà khơng có khơng có chuyển chỗ phân tử Sự chảy polyme thực chuyển chỗ phần phân tử với kích thức khơng phụ thuộc vào chiều dài mạch, độ nhớt lại phụ thuộc nhiều vào chiều dài mạch Điều gây nên chuyển chỗ phân tử cần phải chuyển chỗ trung tâm trọng lượng tất phân tử mà điều lại gây chuyển chỗ segmem độc lập Số segmem lớn, bù trừ chuyển chỗ ngẫu nhiên phần phân tử xảy lớn, chuyển chỗ trung tâm trọng lực mạch phân tử nhỏ Sự chuyển chỗ phần riêng thực với mạch uốn dẻo nhận cấu dạng khác nhau, mạch cứng khó khăn Trong thực tế mạch duỗi thẳng trở nên cứng hơn, làm giảm số cấu dạng, nên làm thay đổi entropi hoạt hóa chảy nhớt Sự duỗi thẳng định hướng mạch trình chảy nguyên nhân làm tăng độ nhớt Nhiệt độ chảy nhớt Tcn phụ thuộc vào chế độ biến dạng khối lượng phân tử Độ lớn biến dạng không thuận nghịch lớn giá trị ứng suất cao thời gian tác dụng dài Độ lớn biến dạng giảm giảm nhiệt độ tăng độ nhớt Khi tăng lực thời gian tác dụng lực, giảm nhiệt độ, Tcn chuyển từ đần hồi cao sang độ nhớt polyme 20 Tcn tăng tăng khối lượng phân tử polyme Khi giá trị trùng hợp lớn, khơng xảy chảy polyme bị phân hủy hóa học nhiệt độ thấp nó.Trong trường hợp cần làm giảm Tcn cách tăng lực thời gian tác dụng lực, song không thưc tế nên giảm trạng thái chảy thu cách giảm khối lượng phân tử pha loãng chất thấp phân tử Đối với hỗn hợp polyme chất thấp phân tử, chảy xảy chảy dung dịch polyme Sự chảy có nhiều tính bất thường có liên quan đến cấu trúc hóa hệ keo xuất tính chất hồi phục thân polyme dung dịch Trạng thái kết tinh polyme Cơ chế kết tinh polyme ˗ Là q trình hình thành phơi (hay mầm) pha kết tinh pha vơ định hình lớn dần phơi Q trình kết tinh chuyển pha, khác với trình thủy tinh hóa ˗ Tốc độ kết tinh lượng chất kết tinh đơn vị thời gian, phụ thuộc vào hai yếu tố: Tốc độ tạo thành trung tâm hay phôi kết tinh Tốc độ lớn chúng ˗ Sự kết tinh thường không bắt đầu nhiệt độ nóng chảy mà thấy có nhiệt kết tinh tách làm tăng nhiệt độ đến nhiệt độ nóng chảy trở thành khơng đổi Khi làm lạnh đến nhiệt độ thấp nhiệt độ cực đại, nhiệt độ kết tinh giảm nhiệt độ thủy tinh hóa Cấu trúc polyme ˗ Polymer có trật tự phân bố phân tử mắt xích mạch theo quan điểm bậc gần bậc xa Trong pha vô định hình, có định hướng mắt xích phân bố mạch bậc gần hoàn toàn 21 Độ biến dạng Đối với polyme kết tinh, điều kiện cần thiết không phân bố bậc xa mắt xích mà mạch ba chiều đo Ttt Ttt Tc Đường cong nhiệt polymer kết tinh (1) vơ định hình (2) Do , kết tinh chuyển từ bậc gần tới bậc xa mạch mắc xích, nghĩa chuyển pha Các yếu tố ảnh hưởng tới khả kết tinh Polyme có cấu trúc mạch điều hòa lớn có khả kết tinh, ngược lại polyme có cấu trúc mạch khơng điều hòa copolyme atactic khơng có khả kết tinh Polyme có nhóm phân cực phân tử, định hướng dễ kết tinh dễ dàng Tương tác phân tử lớn, độ nhớt hệ lớn tốc độ kết tinh lại giảm Sự kết tinh phục thuộc chủ yếu vào chuyển động nhiệt mắt xích, nghĩa độ uốn dẻo mạch Sự uốn dẻo lớn chuyển động mạnh phá hủy định hướng khơng tạo thành tinh thể Polyme kết tinh có mật độ tổ hợp chặt chẽ Mật độ tổ hợp phụ thuộc vào lực hút phẩn tử chuyển động nhiệt phân tử 6.2.8 Sự định hướng polyme 22 Sự định hướng polyme quan sát thấy biến dạng polyme Sự biến dạng làm thay đổi cấu trúc polyme, nghĩa thay đổi cấu dạng chuỗi phân tử polyme, phân bố tương hỗ chúng thay đổi cấu dạng cấu trúc ngoại vi phân Sự thay đổi có biến dạng bất kz, biến dạnh nhỏ bỏ qua coi không làm thay đổi cấu trúc Sự định hướng có ảnh hưởng lớn đến tính chất học polyme, liên quan đến kỹ thuật tổng hợp tơ màng có độ bền cao Sự định hướng phần mạch phân tử liên quan tới biến dạng đàn hồi cao, định hướng tồn phân tử đòi hỏi phải chuyển polyme vào trạng thái chảy nhớt Sự định hướng phân tử liên quan tới biến dạng khong thuận nghịch Phân biệt kết tinh định hướng Polyme định hướng trạng thái tinh thể vơ định hình có tính chất chung có tính dị hướng, phân bố trật tự phân tử Hai loại polyme định hướng có khuynh hướng tự chuyển thành trạng thái đẳng hướng để hình thành tinh thể vi mơ vơ định hình Polyme pha tinh thể định hướng phản định hướng theo nhảy vọt, polyme vơ định hình xảy liên tục đặn Polyme kết tinh định hướng trạng thái tinh thể thay đổi theo thời gian phía tạo thành cấu trúc có trật tự (cấu trúc bậc hai) Polyme định hướng vơ định hình phản định hướng theo thời gian có lượng thuận lợi kết tinh hóa Sự tăng nhiệt độ trương không ảnh hưởng đến polyme kết tinh, lại xúc tiến phản định hướng polyme vơ định hình Những polyme kết tinh có cấu trúc ngoại vi phân tử xuất khả định hướng lớn polyme dạng thủy tinh có tính bền lớn cấu trúc định hướng Sự phản định hướng cần chi phí cơng để phá hủy cấu trúc kết tinh ngoại vi phân tử đặc chưng cho tính bền hệ Sự định hướng thứ ba 23 -Khi kéo giãn polyme có cấu trúc spherolit, trình kéo giãn hình thành “ cổ ” chuyền spherolit thành cấu trúc sợi dài mà không giới hạn phân chia chúng Có thể thấy rằng, spherolit kéo dãn khơng bảo toàn cấu trúc nội bất kz trường hợp giới hạn phân chia bảo tồn -Sự định hướng khơng có liên quan hay liên cấu trúc bắt đầu cấu trúc cuối cùng, loại định hướng thứ ba có liên quan trực tiếp cấu trúc ban đầu vật thể polyme định hướng - Quá trình định hướng trình biến dạng thuận nghịch dạng tinh thể lớn 24 ... : S=∫ + ∫ Với : σ₁ ứng suất tăng, σ₂ ứng suất giảm B CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA PLYMER Trạng thái tổ hợp trạng thái pha Vật chất có ba trạng thái tổ hợp: khí, lỏng rắn, khác tính chất chuyển động... dụng quan trọng polymer Nhóm sinh viên chúng em xin trình bày trạng thái vật lý polymer, thông qua phần hiểu phần tính chất polymer Nhóm sinh viên thực hiện: Kim Thanh Hà Mssv : 1221010117 Trần... vùng biến dang đặc trưng cho ba trạng thái vật lý khác I.Thủy tinh II.Đàn hồi cao III.Chảy nhớt Tc Ttt T,℃ Đường cong nhiệt Polymer Vùng I : Tương ứng với trạng thái thủy tinh, từ đầu đến nhiệt độ