+ Cấu trúc:
n =1500–15000
- Tất cả các mắt xích isopren đều có cấu hình cis như sau:
Cao su tự nhiên là sản phẩm lấy từ nhựa cây cao su có tên he- ve – a thường mọc ở những vùng nhiệt đới như Việt Nam, nó là sản phẩm trùng hợp của izopren tự nhiên với công thức hóa học là (C5H8)n và công thức cấu tạo như sau
CH2 = CH – C = CH2
CH3
Ðặc điểm nổi bật trong cấu tạo trên là có hai mối liến kết kép nên khi nung đến 500C cao su bị hóa mềm và trở nên dính, còn ở niệt độ thấp nó hóa giòn.
Cao su hòa tan trong cacbua hydrô và cacbon disunfua (CS2).
Cao su là chất vô định hình như khi chịu kéo lại là chất tinh thể có sự sắp xếp trật tự trong không gian. Khi bỏ lực tác dụng cao su trở lại là chất vô định hình.
Nhược điểm cơ bản của cao su tự nhiên là dễ bị hóa giòn ở nhiệt độ thấp dễ bị mềm và chảy dính ở nhiệt độ cao, có độ bền cọ sát yếu, hoà tan trong xăng và dầu v.v. vì vậy cao su nguyên chất hầu như không được sử dụng trong thực tế.
Ðể có thể sử dụng được, cao su cần phải được tiến hành lưu hóa. Bản chất của quá trình này là các nguyên tử lưu huỳnh kết hợp với những mạch polyme izopren tạo thành những đoạn bắc cầu, làm cho các phần tử polyme của cao su tự nhiên có cấu tạo thành mạch lưới. Ðây là một quá trình thuận nghịch xảy ra ở nhiệt độ cao. Sự kết hợp giữa lưu huỳnh và polyme có thể biểu diễn bằng sơ đồ trên hình 10.5 . Trong quá trình
này nguyên tử lưu huỳnh là vòng tròn đen tạo thành những đoạn bắc cầu làm cho các phân tử cao su tự nhiên có cấu tạo lưới.
Hình 10.5 Sơ đồ mô tả quá trình lưu hóa cao su tự nhiên.
Lưu ý rằng do thực tế không dùng cao su tự nhiên cho nên danh từ cao su dùng trong kỹ thuật cũng như đời sống được hiểu là cao su đã được lưu hóa. Cao su sau khi được lưu hóa, các tính chất được cải thiện rõ rệt, tính chịu nhiệt tăng, cơ tính nâng cao, tính hòa tan được khắc phục.
Tùy thuộc vào lượng lưu huỳnh cho vào cao su có thể thu được các loại cao su sau đây:
− Cao su mềm (1 – 3% S) có độ đàn hồi và độ bền rất cao (∂ = 150 – 500%).
− Cao su cứng – êbonít (30 – 35% S) là vật liệu cứng có tính chịu nhiệt, chịu va đập tốt (δ = 2 – 6%)
4.3.2. Elastome (Cao su tổng hợp). .[1]
Cao su nhân tạo là loại cao su được trùng hợp từ chất butadien hay divinyl do Lebeđep thực hiện thành công lần đầu tiên năm 1909. Nguyên liệu để chế tạo ra cao su nhân tạo là cồn, dầu mỏ và khí tự nhiên. Lượng cao su nhân tạo được sản xuất ngày càng tăng thay thế dần cho cao su tự nhiên. Hiện nay trên 50% sản phẩm cao su được chế tạo từ cao su nhân tạo. Các loại cao su nhân tạo điển hình là cao su Styren – butadien (SBR) và cao su silicon.
Trong cao su lưu hoá, người ta còn có thể cho thêm một số loại chất độn khác nhau như bột phấn, bột than) hay chất nhuộm mầu, chất xúc tác để tăng nhanh quá trình lưu hóa. Cao su được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện làm vật liệu cách điện, dây dẫn các loại cáp
Tính đàn hồi của cao su có liên quan đến cấu trúc dicdac của các phân tử như trình bày trên hình 10.6, còn bình thường phân tử cao su xoắn rối như một tập hợp các sợi chỉ như trình bày trên hình 10.7.
Hình 10.6 Mô hình cấu tạo phân tử cao su. Hình 10.7 Mô hình biến dạng phân tử cao su
Khi chịu tác dụng của lực kéo F nó bị kéo căng ra, phân tử trở nên gần như mạch thẳng. Khi hết lực tác dụng nó trở lại trạng thái ban đầu
4.3.2.1.. Cao su buna, cao su buna –S và cao su buna –N : [1]
- Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém hơn cao su thiên nhiên. Khi dùng buta-1,3-đien ở 10oC, polime sinh ra chứa 77% đơn vị trans-1,4 và 7% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2). Còn ở 100oC sinh ra polime chứa 56% đơn vị trans-1,4 và 25% đơn vị cis-1,4 (còn lại là sản phẩm trùng hợp 1,2)
Cao su buna – S Cao su buna –S có tính đàn hồi cao
Cao su buna –N Cao su buna – N có tính chống dầu tốt
4.3.2.2. Cao su isopren [1]
- Trùng hợp isopren có hệ xúc tác đặc biệt, ta được poliisopren gọi là cao su isopren, cấu hình cis chiếm ≈ 94 %, gần giống cao su thiên nhiên
- Ngoài ra người ta còn sản xuất policloropren và polifloropren. Các polime này đều có đặc tính đàn hồi nên được gọi là cao su cloropren và cao su floropren. Chúng bền với dầu mỡ hơn cao su isopren
• Đặc điểm của cao su tổng hợp:
- Cấu trúc: mạng lưới thưa. Đàn hồi cao (max). - Chế tạo : lưu hóa.
Polyme + Lưu huỳnh (S) → Nung : T-cao - Gia công bằng các phương pháp:
+ Đúc ép. + Đúc đùn.
Vật liệu Tên th mại Tính chất Ứng dụng Polyizopren Cao su tự nhiên (NR) Cách điện. Bền cắt, khoét, ma sát. Chịu nhiêt, dầu mỡ: kém Săm, lốp Ống, đệm Styren-butadien Buna S (SBR) Cách điện. Bền cắt, khoét, ma sát. Chịu nhiêt, dầu mỡ: kém Săm, lốp Ống, đệm Acrylonitril- Butadien Buna A Nitrile (NBR) Cách điện Chụi dầu mỡ: tốt Ống mềm chịu dầu mỡ, hóa chất Đế gót dày
4.2.3. Ứng dụng của cao su. [1]
Nhựa mủ dùng để sản xuất cao su tự nhiên là chủ yếu, bên cạnh việc sản xuất latex dạng nước.
Gỗ từ cây cao su, gọi là gỗ cao su, được sử dụng trong sản xuất đồ gỗ. Nó được đánh giá cao vì có thớ gỗ dày, ít co, màu sắc hấp dẫn và có thể chấp nhận các kiểu hoàn thiện khác nhau. Nó cũng được đánh giá như là loại gỗ "thân thiện môi trường", do người ta chỉ khai thác gỗ sau khi cây cao su đã kết thúc chu trình sản sinh nhựa mủ. Ngoài ra Cao su tổng hơp con được phát triển lên tầm cao mới về công nghệ, sử dụng trong y khoa, trong công nghệ làm khuôn đúc, đặc biệt ứng dụng nhiều trong vận tải, như lốp xe, ruột xe…
Mặt cắt của thân cây cao su. Lụa + cao su tổng hợp
4.4. Tơ (Sợi).4.4.1. Khái niệm. 4.4.1. Khái niệm.
Tơ là những vật liệu polymer hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định.
4.4.2. Phân loại: [1]
Có hai loại tơ : tơ thiên nhiên (có sẵn trong thiên nhiên như tơ tằm, len , bông...) và tơ hóa học (chế biến bằng phương pháp hóa học).
Tơ hóa học được chia thành hai nhóm : tơ nhân tạo và tơ tổng hợp.
+ Tơ nhân tạo được sản xuất từ polime thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng con đường hóa học. Thí dụ : từ Xenlulozơ đã chế tạo ra tơ visco, tơ axetat, tơ đồng -amoniac.
+ Tơ tổng hợp được sản xuất từ những polime tổng hợp .Thí dụ : tơ poliamit, tơ polieste.
Đặc điểm cấu tạo của tơ là gồm những phân tử polime mạch thẳng (không phân nhánh) sắp xếp song song dọc theo một trục chung, xoán lại với nhau, tạo thành những sợi dài, mảnh và mềm mại.
4.4.3. Tính chất. [5] • Đặc điểm • Đặc điểm
- Cấu tạo: Khối lượng phân tử : cao
Cấu trúc tinh thể : % cao ; Mạch : thẳng - Lý tính: cách điện, cách nhiệt
- Hóa tính: axit, kiềm, chất tẩy trắng, dung môi, ánh sáng. Còn Tơ poliamit kém bền với nhiệt và kém bền về mặt hóa học (do nhóm – C – NH–) trong phân tử dễ tác dụng với axit và kiềm). O
- Cơ tính: σb-lớn trong khoảng T-rộng ; E-cao. Chịu mài mòn và bền xé : tốt vì Tơ poliamit bền về mặt cơ học : dai, đàn hồi, ít thấm nước, mềm mại mà có dáng đẹp hơn tơ tằm, giặt mau khô.
• Gia công : Kéo sợi: l/Φ = 100/1
Nguyên liệu (Polyamit, Polyeste PTE) →T → Lỏng nhớt → Bơm: khuôn nhiều lỗ
→ Đông rắn: thổi không khí
- Quá trình sản xuất được thực hiện như sau: [1]
Về nguyên lý, công nghệ sản xuất sợi tổng hợp là đơn giản: đùn khối nóng chảy hoặc dung dịch polime qua những lỗ rất nhỏ của khuôn kéo vào một buồng chứa không khí lạnh, tại đây, quá trình đóng rắn xảy ra, biến dòng polime thành sợi. Bằng
sợi. Nhưng không phải tất cả các loại sợi hoá học đều được sản xuất đơn giản như vậy. Quá trình đóng rắn sợi axetat xảy ra trong môi trường không khí nóng, để đóng rắn chỉ tơ của sợ visco và một loại sợi khác lại xảy ra trong các bể đông tụ chứa các hoá chất lỏng được chọn lọc đặc biệt. Trong quá trình tạo sợi, trên các ống sợi người ta còn kéo căng để các phân tử polime dạng chuỗi trong sợi có một trật tự sắp xếp chặt chẽ hơn (sắp xếp song song nhau). Khi đó, lực tương tác giữa các phân tử tăng lên làm độ bền cơ học của sợi cũng tăng lên. Nói chung, tính chất của sợi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như thay đổi tốc độ nén ép, thành phần và nồng độ các chất trong bể đông tụ, nhiệt độ của dung dịch kéo sợi và của bể đông tụ (hoặc buồng không khí), thay đổi kích thước lỗ của khuôn kéo. Lỗ càng nhỏ thì sợi càng mảnh và lực bề mặt sẽ càng ảnh hưởng nhiều đến tính chất của vải làm từ sợi này. Để tăng những lực đó, người ta thường dùng các khuôn kéo với lỗ có tiết diện hình sao.
Đối với các chuyên gia dệt thì độ dài kéo đứt, do sợi bị đứt dưới tác dụng của trọng lượng chính nó, được xem như một đặc trưng quan trọng về độ bền của sợi. Với sợi bông thiên nhiên, độ dài đó thay đổi từ 5 đến 10km, tơ axetat từ 30 đến 35km, sợi visco tới 50 km, sợi polieste và còn dàipoliamit hơn nữa. Chẳng hạn với sợi nilon loại cao cấp, độ dài kéo đứt lên tới 80km.
Sợi hoá học đã thay thế một cách có kết quả các loại sợi thiên nhiên là tơ, len, bông và không ít trường hợp vượt các loại sợi thiên nhiên về chất lượng.
Sản xuất sợi hoá học có tầm quan trọng lớn lao đối với nền kinh tế quốc dân, góp phần nâng cao phúc lợi vật chất cho con người và có khả năng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân về các mặt hàng thông dụng: vải, các sản phẩm dệt kim và tơ lông nhân tạo.
- Ngoài ra sợi xenlulo cũng được ứng dụng dùng để kéo sợi.
Trong thiên nhiên Xenlulozo là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Xenlulozơ là chất rắn, có dạng sợi, màu trắng,không mùi. Xenlulozơ không tan trong nước và các chất hữu cơ như ete, rượu, benzen...Nhưng tan trong nước Svayde (dung dịch amoniac chứa đồng (II) hiđroxit)
- Xenlulozo được ứng dụng trong sản xuất tơ:
+ Tơ visco : Cho xenlulozơ (từ gỗ) tác dụng với dung dịch natri hiđroxit và một số hóa chất khác, thu được dung dịch rất nhớt, gọi là visco. Khi bơm dung dịch nhớt qua ống có nhiều lỗ nhỏ ngâm trong axit sunfuric loãng, dung dịch nhớt (ở dạng tia) bị thủy phân tạo thành những sợi dài và mảnh. Những sợi mới này có bản chất cấu tạo gần giống xenlulozơ, nhưng đẹp, óng mượt như tơ và được gọi là tơ visco.
+ Tơ axetat : Tơ axetat được chế biến từ hai este của xenlulozơ : * Xenlulozơ điaxetat.
* Xenlulozơ triaxetat.
Chính vì có tính đàn hồi nên hầu như vật liệu làm bằng xenlulozo có tính bền cơ học khá cao, tuy nhiên lại có nhiều hiện tượng thú vị về tính đàn hồi này.
Thứ nhất: xenlulozo tồn tại ở dạng sợi polimer mạch zic zac, khi có tác dụng cơ học vào thì lập tức sợi polimer dạng này sẽ co lại để chống lại lực tác dụng bên ngoài, sự co lại này hình thành nên dạng xoắn khi mạch xenlulozo có xu hướng bị tương tác lực theo hướng xoắn. Quá trình co rút của sợi xenlulozo sẽ được khôi phục trong tình trạng nguyên thủy sẽ dễ dàng hơn khi ta thay đổi các điều kiện bên ngoài. Chính vì lý do đó mà sau khi giặt quần áo và vắt khô theo kiểu xoắn lại quần áo chúng ta sẽ bị nhăn khá nhiều. Sợi xenlulozo khó phục hồi như cũ chính là do quá trình phơi khô, mất nước, nhiệt độ ánh nắng mặt trời làm cho sợi xenlulozo bi cản trở khả năng đàn hồi.
4.4.4. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp:4.4.4.1.Tơ nilon -6,6: [1] 4.4.4.1.Tơ nilon -6,6: [1]
Tơ nilon được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng hai loại monome là
Tơ nilon có tính dai bền, mềm mại, óng mượt, ít thấm nước, giặt mau khô nhưng kém bền với nhiệt, với axit, với kiềm. Thường được dùng để dệt vải may mặc, vái lót săm lốp xe....
4.4.4.2. Tơ lapsan: [1]
Tơ lapsan thuộc loại tơ polieste được tổng hợp từ axit terephtalic và etylen glicol . Tơ lasan rất bền về mặt cơ học,bến với nhiệt, axit, bền hơn nilon, được dùng để dệt vải may mặc.
4.4.4.3. Tơ nitron: [1]
Tơ nitron thuộc loại tơ vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (acrilonitrin) nên
được gọi là poliacrilonitrin:
Tơ nitron dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt nên thường được dùng để dệt vải may quần áo ấm hoặc bện thành Sợi len đan áo rét.
4.4.4.5. Tơ polieste (có nhiều nhóm este). [1]
4.4.4.6. Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl).[7]
4.4.5. Ứng dụng của tơ. [1]
Tơ là loại vật liệu được ứng dụng rất rộng trong đời sống, sinh hoạt của con người. Hầu hết các loại tơ được dệt từ tự nhiên (Tơ tổng hợp: Chế tạo từ các chất đơn giản. Thí dụ: tơ nilon, tơ carpon,... ) hay nhân tạo đều có tính chất, tính dai, bền, mềm mại, óng mượt, giặt mâu khô, nhưng kém bền với nhiệt độ, với axít và kiềm. Như tơ nilon- 6,6 cũng như nhiều loại poliamit khác dùng để dệt vải may mặc, vải săm lốt xe, dệt bít tất, bện làm dây cáp, dây dù, đan lưới, bện thành sợi len đan áo rét.
Tơ polyamit dùng để dệt vải lót lốp ôtô,máy bay ; vải may mặc ; bện làm dây cáp, dây dù, lưới đánh cá ; làm chỉ khâu vết mổ...
Poliamit còn được dùng để đúc những bộ phận máy chạy êm, không gỉ (bách xe răng cưa, chân vịt tầu thủy, cánh quạt điện...)
Một số loại tơ
Sợi polyamit dùng làm lop xe.
Đề nghị: các bạn nào đang giặt đồ bằng tay thì đừng vắt theo chiều xuôi của sợi vải mà hãy vắt theo chiều ngang, đừng vắt theo kiểu xoắn mà hãy vắt bằng cách vò cho rõ nước, sau đó dũ thật mành để quần áo được thẳng. Như vậy sẽ hạn chế được khoảng 80% đồ bị nhăn đó. Giờ thì hãy mặc quần áo tươm tất mà ra đường và đừng đỗ lỗi là không ủi đồ nữa nhé.
4.4.6. Một số ứng dụng khác.4.4.6.1. Màng. [5] 4.4.6.1. Màng. [5]
- Đặc điểm.
Dày 0.025-0.125nm; Khối lượng riêng: nhỏ Hóa tính: bền với nước và hóa chất
Độ bền kéo, xé rách, mềm dẻo : cao - Gia công:
Nguyên liệu (PE, PP) → Đùn: lỗ khuôn → Trục cán - Ứng dụng : túi, bao bì thực phẩm .
.
Màng phủ nông nghiệp
Công trình có ý nghĩa xã hội rất lớn, giảm ô nhiễm môi trường canh tác, môi trường sống, kích thích sinh trưởng của cây, giữ độ ẩm cho đất, tăng hàm lượng hữu cơ, đạm, lân-kali trong đất, tăng độ xốp của đất, các doanh nghiệp gia công chế biến màng phủ có thêm nhiều việc làm và lao động nông nghiệp.
Điểm mới của sản phẩm này là hoàn toàn thay thế được các sản phẩm chế từ nhựa nhiệt dẻo thông dụng, sau khi sử dụng sản phẩm tự phân hủy thành dạng bột, không gây ô nhiễm môi trường. Trong khi sản phẩm bao bì túi đựng thông thường không tự phân hủy được nên gây ô nhiễm môi trường nặng nề. Đồng thời, công trình đã tạo ra một dãy sản phẩm trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo và các polyme tự nhiên dễ phân hủy sinh học có tính chất cơ lý đạt yêu cầu. Đây là loại sản phẩm mới lần đầu tiên có ở Việt Nam.. [6]
4.4.6.2. Chất dẻo xốp. [5]
- Đặc điểm : độ xốp cao, dễ nóng chảy