Bài giảng Hoá học polime - Chương 2: Trùng hợp gốc

Hoá học polime

ươ

ợ

Ch

ố ng 2: Trùng h p g c

ị ộ ả ứ

 Đ nh nghĩa: Trùng h p là ph n ng c ng h p nh (monome) đ t o

ợ ể ạ

ử ỏ l n (polime).

ả

ợ ề ế liên ti p nhi u phân t ử ớ thành phân t ả ả ứ  Ph n ng trùng h p không gi ắ ẩ ỏ

ầ ợ i phóng các s n ụ ơ ở ử ph m ph phân t nh , các m t xích c s là có ớ cùng thành ph n v i monome ban đ u.

 Ph

ươ ầ ổ ng trình t ng quát:

ạ

ợ

ả ứ Phân lo i ph n ng trùng h p

ả ự

ấ ủ ả ứ ể ợ

ạ ộ  D a vào b n ch t c a các trung tâm ho t đ ng ta có th chia ph n ng trùng h p ra thành 2 lo i:ạ

ả ứ ả ứ

ổ ế ợ ấ ườ ư ố ợ ph n ng trùng h p g c ph bi n ể ổ ượ ử ụ c s d ng đ t ng h p ợ ng nh : cao su, s i, ch t

ợ ố Ph n ng trùng h p g c ợ Ph n ng trùng h p ion ả ứ ự ế Trong th c t ả ứ ơ h n, ph n ng này đ các polime thông th d o,…ẻ

ả ứ

ề

ệ

ợ

ố Đi u ki n ph n ng trùng h p g c

 Các monome tham gia ph n ng ph i có liên k t

ả ứ ế ả

đôi

 Các monome có c u t o vòng

ấ ạ

1. G c t

ố ự ị

ệ ử ộ

ượ ạ ắ ồ do đ

do 1.1. Đ nh nghĩa ử ữ ố ự  G c t do là nh ng nguyên t hay nhóm nguyên ứ ử ầ ủ ử ặ ho c m t ph n c a phân t t có ch a đi n t ư ch a ghép đôi ố ự  G c t ủ

ự c t o thành do s phân c t đ ng ử ly c a các phân t

ủ ố ự

ạ

1.2. Ho t tính c a g c t

do

ạ ứ ộ do có ho t tính càng m nh thì m c đ

ố ự  G c t ị ổ n đ nh đi n t

 Ho t tính c a các g c có th s p x p nh sau:

ạ càng cao. ố ệ ử ủ ể ắ ư ế ạ

ư ế ạ ể ắ  T i sao ta có th s p x p nh trên?

ủ ố ự

ả ứ 1.3. Các ph n ng c a g c t

do

ơ ế

ợ

ố ả ứ 2. C ch ph n ng trùng h p g c ơ ạ 2.1. Giai đo n kh i mào ơ 2.1.1.Kh i mào nhi

ệ t

ơ

2.1.2. Kh i mào quang hoá

 Ưu điểm có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp  Có tính chọn lọc cao  Tính chọn lọc phụ thuộc vào bước sóng ánh

sáng tác động

ơ

ặ

2.1.3. Kh i mào b c x  Khi chúng ta dùng các tia b c x ế

ượ

ệ ử ẽ ạ

ự ạ ộ

ứ ạ ứ ạ α, β, γ.. Ho c các dòng ế ng l n chi u tr c ti p vào monome do ho t đ ng kh i mào cho

ớ đi n t có năng l ố ự thì s t o thành các g c t quá trình trùng h p.ợ

ể

ố ự

ễ do tăng nên d

c đi m là khi tăng dung môi, g c t ắ

ả ứ

ạ

ượ ả x y ra ph n ng ng t m ch

ằ

ơ ươ

ấ

ả ứ ề ả ử ụ ấ

ấ ợ

ế ễ ặ ỷ

ấ 2.1.4. Kh i mào b ng hoá ch t ổ ế ơ  Đây là ph ng pháp kh i mào ph bi n trong ứ nghiên c u và s n xu t polime. Các ph n ng ợ ườ này th ng s d ng các h p ch t không b n ư nh peoxyt (OO), các h p ch t azo (N=N) ệ ộ t đ các liên k t này d phân hu khi g p nhi không cao l mắ

ụ ả ứ

ợ

Ví d ph n ng trùng h p stiren

ể

ạ

2.2. Giai đo n phát tri n m ch

ả ứ ạ ộ

ạ ợ ả ố ữ ể ớ

 Giai đo n này x y ra m t lo t các ph n ng ộ c ng h p gi a g c đang phát tri n v i monome ơ ể ạ đ t o thành các g c l n h n

ố ớ

ắ

ạ

ủ ơ ớ

ạ 2.3. Giai đo n ng t m ch ệ ử ủ ắ ự  S ng t m ch là quá trình bão hoà đi n t c a ả ế ố ố ự g c t do và c a g c đang l n. C ch ph n ư ứ ng nh sau:

ế ố ả

ợ

ế

nh h

ng đ n quá trình trùng h p

ưở ơ

3. Các y u t ộ ấ ồ 3.1. N ng đ ch t kh i mào

ộ ấ

ợ

ớ ồ ớ

ộ ấ

ị

ỷ ệ  T c đ trùng h p Vp t l ợ  Đ trùng h p trung bình t

ậ thu n v i n ng đ ch t kh i mào ỷ ệ l ngh ch v i nông đ ch t kh i

ố ộ ộ mào

ưở

Ả 3.2. nh h

ủ ng c a nhi

ệ ộ t đ

ưở

ủ

Ả 3.3. nh h

ấ ng c a áp su t

 Nhận xét:

ưở

ộ ủ ồ ng c a n ng đ

Ả 3.4. nh h monome

 Nhận xét:

ợ ở ộ

ể

4. Quá trình trùng h p

đ chuy n hoá

ự

ể

ạ

ả

ưở

ủ ng c a

5. S chuy n m ch và nh h nó

 Ngoài 3 giai đo n chính nh trên còn x y ra ng t

ạ ả ả ưở ạ ợ ườ ớ ể ng h p chuy n m ch nh h i

ả ứ ề nhi u tr ố ộ t c đ ph n ng trung bình

ể

ả ứ

ạ

ể ả ả ứ

ớ ư

ệ

ầ

Ph n ng chuy n m ch có th x y ra v i các thành ph n có trong h ph n ng nh : monome (M) , polime (Pm) , dung môi (S), ch t ấ kh i mào (I)

ạ

ể

ạ

Phân lo i tác nhân A ấ 1. A là ch t chuy n m ch .

ố ự

ế

ươ

N u g c t

do A

ng đ

ớ ố ng v i g c R

. thì A

. có th ể

ạ Có ho t tính t

ả ứ

tham gia ph n ng

ậ

ấ 2. A là ch t làm ch m

 Ch t

ấ ậ ư ườ làm ch m ng dùng nh : CCl

 Ch t làm ch m đ

ấ ụ

th C2H2Cl4,… các mercaptan, axit triglycolic… ượ ứ ợ

ậ ệ ổ ạ ượ ố ề ớ

ộ c ng d ng r ng rãi trong ỉ ể ề công nghi p t ng h p cao su đ đi u ch nh kh i ấ ượ ượ ng m ch polime. Hàm l ng ch t đi u l ả ử ụ ể khi n đ c s d ng kho ng 26% so v i monome.

ấ ứ

ế

3. A là ch t c ch

ừ ể ẳ ấ ứ  Ch t c ch đ

ặ ạ ể

ả ứ ế ượ ư c đ a vào đ làm d ng h n ế ợ quá trình trùng h p ho c h n ch đáng k quá trình ph n ng.

ấ

ạ

ợ

ủ 6. C u trúc không gian c a m ch ố polime trong trùng h p g c

ợ

7. Trùng h p ion

ơ ế

ả ứ

ể ả

 Ph n ng có th x y ra theo 2 c ch đó là:

cation và anion.

ả ứ

ố

ử ụ  Ph n ng không s d ng ch t sinh g c mà

ấ ả

ấ

ọ

ả ứ

ế ợ

 Ph n ng có t c đ cao, nhi ả

ố ộ ườ

ợ

ệ ộ ở ng h p x y ra

ả ứ t đ ph n ng ệ ộ t đ

nhi

dùng các ch t xúc tác có kh năng sinh ion, vì ả ứ th ph n ng này còn g i là ph n ng trùng h p xúc tác ả ứ ộ ấ th p m t vài tr ế oC 50 đ n 130

ợ ả

ạ

ả ứ ạ

ử ụ

ấ

ư ướ

ượ

7.1. Trùng h p cation Ph n ng x y ra theo 3 giai đo n a. Giai đo n kích thích s d ng các ch t xúc tác FridelCraft 3, SnCl4, BF3, TiCl4,... Và dung môi là các ch t ấ + nh : n

nh AlCl ễ d cho H

u, axit,…

c, r

+ H [SnCl4OH]

SnCl4

H O2

H C

CH2

+ H [SnCl4OH]

C H2

C OOCCH3

OOCCH3

b. Giai đoạn phát triển mạch

H C

+ H [SnCl4OH]

H C

CH2

+ H [SnCl4OH]

CH3

C H2

C OOCCH3

OOCCH3

C OOCCH3

C H2 OOCCH3

………………. …………………. c. Giai đoạn ngắt mạch

H C

+ H [SnCl4OH]

CH3

C OOCCH3

C H2 OOCCH3

H C

CH3

H C

CH3

C H

OOCCH3

H OH C OOCCH3

OOCCH3

C H2 OOCCH3 +

SnCl4

H O2

ế ố ả

ưở

ế

ợ

nh h

ng đ n trùng h p

ấ ồ

ự ủ

ườ

ưở ưở ưở ưở ưở

7.2. Các y u t cation Ả  a. nh h Ả  b. nh h Ả  c. nh h Ả  d. nh h Ả  e. nh h

ủ ấ ng c a ch t xúc tác ủ ấ ng c a ch t xúc tác và ch t đ ng xúc tác ủ ả ấ ng c a b n ch t monome ủ ộ ng c a đ phân c c c a môi tr ủ ng c a nhi

ệ ộ t đ

ợ

ả ứ ấ

ế ự

7.2 Trùng h p anion ợ  Ph n ng trùng h p các h p ch t không no liên ng tác

ấ ữ ợ ươ quan đ n s hình thành cacbanion do t gi a monome v i anion c a ch t xúc tác

ng ch a các nhóm hút e làm

ớ ườ  Các monome th ế ự ủ ứ ề

ấ phân c c liên k t đôi và b n hoá cacbanion  CH2=CHCN, CH2=CHNO2, CH2=CHC2H5 ấ  Ch t xúc tác th

ề ấ ơ ạ ợ ủ ữ ườ ng dùng là nh ng ch t cho ơ electron nh : baz , kim lo i ki m, hydrua, ề ạ amitdua c a kim lo i ki m, h p ch t c kim.

C chơ ế 1. Giai đoạn kích thích:

H C

CH2

C H2

2. Giai đoạn phát triển mạch:

H C

CH2

C H2

H C

[

CH2

] n

C H2

[

]

[

C H2 3. Giai đoạn tắt mạch H C

]

H C

H2 C

C H2

ợ

ổ

Quy trình t ng h p polime

 Nhập nguyên liệu và hoá chất cần thiết  Gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng  Tiến hành tổng hợp  Loại bỏ phần dư  Làm nguội phản ứng  Xuất liệu

ế

ợ

ng pháp ti n hành trùng h p ợ

ươ 8. Các ph ố 8.1. Trùng h p kh i

ị

ợ 8.2. Trùng h p dung d ch

c trong dung môi

ươ

ặ

ế ủ ng pháp k t t a ho c

ượ  Monome tan đ ằ  Thu polime b ng ph ấ ạ ch ng c t l i ượ

ượ

ủ

ể

ợ

c các nh

c đi m c a trùng h p

ư  Tránh đ kh iố

ể ả

ả

ợ

 Trong quá trình trùng h p có th x y ra ph n ớ

ứ

ạ

ng chuy n m ch v i dung môi

ố ượ

ấ

 Kh i l

ể ng trung bình th p