Bài giảng Hoá học và hoá lý polyme: Chương 1

Chia sẻ: Bui Dinh Hoang Viet | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

204
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1 Mở đầu thuộc bài giảng Hoá học và hoá lý polyme, cùng nắm kiến thức trong chương này thông qua việc tìm hiểu các nội dung sau: vài khái niệm cơ bản, phân loại phản ứng tổng hợp polyme, các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất hợp chất cao phân tử, sơ lược lịch sử phát triển của polyme.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học và hoá lý polyme: Chương 1

MOÂN HOÏC HOAÙ HOÏC VAØ HOAÙ LYÙ POLYME
CHÖÔNG 1 MÔÛ ÑAÀU
 Theo söï tieán hoùa loaøi ngöôøi, coù thôøi ñaïi ñoà ñaù, ñoà ñoàng, ñoà saét, …, ngaøy nay laø polyme.  Theo ñaëc tính söû duïng polyme coù nhöïa, sôïi, cao su, Vd.  Theo nguoàn goác coù polyme thieân nhieân, toång hôïp, sinh hoïc, Vd.  Polyme loaïi vaät lieäu ngaøu caøng thaâm nhaäp vaøo ñôøi soáng con ngöôøi.
1. VAØI KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN 1.1 Polyme: phaân töû maïch daøi, khoái löôïng phaân töû lôùn, nhieàu maét xích. nCH2=CH2 CH2 - CH2 n etylen polyetylen 1.2 Maét xích cô sôû: Toàng quaùt A+ A... A+ -A-A-(A)n - hoùa: n – soá maét xích cô sôû trong ñaïi phaân töû 1.3 Ñoä truøng hôïp: 1.4 Khoái löôïng phaân töû: M = m.n Vôùi m: khoái löôïng phaân töû monome ( maét xích cô sôû ) 1.5 Teân goïi polyme: poly + teân goïi monome
1.6 Phaân loaïi polyme: a. Döïa vaøo thaønh phaàn hoùa hoïc maïch chính  Polyme maïch cacbon (ñoàng maïch): chæ C trong maïch; Vd: PE, PP, PS, Phenolformaldehyt PF, NR, …  Polyme dò maïch, ngoaøi C coù N, O, … b.Vd: polyamit, polyeste Döïa vaøo caáu truùc  Polyme maïch thaúng. Vd: NR1  Polyme maïch nhaùnh. Vd:  Polyme maïch khoâng gian (maïng löôùi): coù lieân keát hoaù hoïc ngang. Vd: nhöïa resol, cao su löu hoùa. Caáu truùc khaùc nhau, tính chaát vaät lyù khaùc nhau.
c. Döïa vaøo soá monome  Polyme ñôn truøng hôïp (homopolyme): Chöùa 1 loaïi maét xích cô sôû -A–A–A–  Polyme ñoàng truøng hôïp (copolyme): Chöùa ≥ 2 loaïi maét xích cô sôû -A – A – A – B – A – B –B–
d. Döïa vaøo caùch saép xeáp caùc nhoùm chöùc trong khoâng gian  Chæ duøng khi maét xích cô sôû khoâng ñoái xöùng CH -CH 2 - Polyme ñieàu hoøa laäp theå: X  Isotactic: nhoùm theá ôû 1 phía maët caét maïch chính R R R H H H C C C C C C H H H H H H  Sindiotactic: nhoùm theá laàn löôït ôû 2 beân maët caét. R H R H H H C C C C C C H R H H H H - Polyme khoâng ñieàu hoøa:  Atactic: nhoùm theá phaân boá ngaãu nhieân. R H H H H R R H C C C C C C C C H H H H H H H R
e. Döïa vaøo caùch saép xeáp caùc nhoùm chöùc trong khoâng gian - Chaát deûo ( nhöïa) , tuyø theo hieäu öùng hieät maø:  Nhöïa nhieät deûo: Meàmdeûo khi gia nhieät Deã gia coâng ( taùi sinh) PE, PP, PVC, PS, …  Nhöïa nhieät raén: Phaûn öùng xaûy ra khi gia nhieät Taïo noái ngang Tính chaát thay ñoåi ñoät ngoät Khoâng theå taùi sinh: PF, PU, epoxy. - Chaát ñaøn hoài: cao su.
g. Döïa vaøo nguoàn goác  Polyme thieân nhieân: NR, xenlulose, …  Polyme nhaân taïo: sôïi visco, …  Polyme toång hôïp: PE, PP, PVC, …
2. Phaân loaïi phaûn öùng toång hôïp polyme Töø monome tieán haønh phaûn öùng toång hôïp polyme 2.1 Monome vaø chöùc Monome phaûi coù nhieàu chöùc, ≥ 2 chöùc. Chöùc: khaû naêng keát hôïp vôùi phaân töû chaát khaùc, nhoùm ñònh chöùc – OH, - COOH, - CHO, - NH2, - SO3H, - SH, … CH2 = CH2 2 chöùc (keát hôïp ñöôïc vôùi 2H) CH ≡ CH 4 chöùc Soá chöùc cuûa moät phaân töû coøn phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän phaûn öùng.
Soá chöùc phuï thuoäc vaøo: 2.1.1 Tyû leä caáu töû Tyû leä caáu töû tham gia phaûn öùng quyeát ñònh soá chöùc hoaït ñoäng Vd: Toång hôïp nhöïa Phenol Formandehyt (PF) oNeáu pH < 7 (P : F >1 ) OH : maïch thaúng, ñöôïc goïi laø OH OH novolac CH2 CH2 oNeáu pH > 7 (P : F
2.1.2 Nhieät ñoä Vd: tröôøng hôïp glycerine, trong phaûn öùng este hoùa: Nhieät ñoä cao vaø dö acid: theå hieän 3chöùc Nhieät ñoä thaáp vaø khoâng ñuû acid: theå hieän 2 chöùc CH2 - OCOR cao CH - OCOR + 3H2O CH2 - OH CH2 - OCOR t CH - OH + RCOOH CH2 - OCOR CH2 - OH tha� p CH - OH + 2H2O CH2 - OCOR Thoâng thöôøng ôø nhieät ñoä thaáp phaûn öùng khoâng xaûy ra. Ngoaøi yeâu caàu phaûi laø chaát ña chöùc, khaû naêng
2.1.3 Yeáu toá khoâng gian Ñoái vôùi caùc cacbua hydro chöa no coù nhoùm theá lôùn. Caùc nhoùm theá lôùn gaây hieäu öùng khoâng gian che khuaát nhoùm chöùc laøm maát khaû naêng keát hôïp cuûa monome. Khaû naêng keát hôïp giaûn daàn: CH3 C6H5 CH2 = C - H > CH2 = C > CH2 = C C6H5 C6H5 C6H5 styrene 1,1 Diphenyl etylen ( kho� la� ng monome) 2.1.4 Xuùc taùc Poly Propylene (PP) maõi ñeán naêm 1995 khi coù xuùc taùc Xigle Natta môùi coù theå toång hôïp ñöôïc. Ngoaøi ra, dung moâi vaø traïng thaùi, … cuõng aûnh höôûng ñeán khaû naêng phaûn öùng cuûa monome
2.2 Caùc loaïi phaûn öùng toång hôïp Cô baûn coù 2 loaïi: Truøng hôïp: ñaëc tröng laø phaûn öùng keát hôïp. Truøng ngöng ( ña tuï) ñaëc tröng laø phaûn öùng theá.
3 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán tính chaát hôïp chaát cao phaân töû 3.1 AÛnh höôûng cuûa caáu taïo hoùa hoïc Veà baûn chaát caùc phaûn öùng hoaù hoïc khoâng khaùc vôùi chaát thaáp phaân töû Cô sôû phaûn öùng laø maét xích cô sôû (khoâng phaûi phaân töû) Xaûy ra khoâng hoaøn toaøn Polyme ñoàng maïch oån ñònh hôn polyme dò maïch Tuy nhieân caùc nhoùm theá coù theå taùc ñoäng tích cöïc : caùc hôïp chaát halogen taïo cho polyme beàn kieàm, acid, caùc hôïp chaát voøng, thôm, taêng khaû naêng chòu nhieät, nitril taïo cho polyme khaû naêng beàn aùnh saùng, …
3.2 AÛnh höôûng cuûa khoái löôïng phaân töû M Polyme chæ coù giaù trò phaân töû trung bình vì caùc ÑPT daøi khaùc nhau, phaân taùn khaùc nhau veà M do ñieàu kieän toång hôïp. Do maïch polyme daøi (löïc huùt ôû giöõa caùc ñoaïn maïch giaûm, caùc ñoaïn maïch coù khaû naêng chuyeån ñoäng töï do töông ñoái vôùi nhau) → tính cuûa caáu truùc cao phaân töû 3.3 AÛnh höôûng meàm deûo, tính ñaøn hoài cuûa polyme Caáu truùc aûnh höôûng leân tính chaát cô lyù, khaû naêng tan, khaû naêng beàn nhieät cuûa polyme. Polyme chæ ôû 2 traïng thaùi loûng vaø raén Polyme maïch thaúng vaø nhaùnh coù khaû naêng hoøa tan nhöng raát chaäm, bao giôø cuõng qua moät quaù trình tröông. Polyme khoâng gian chæ tröông, khoâng tan. Dung dòch polyme coù ñoä nhôùt raát lôùn, dung dòch 1 – 2% ñaõ coù ñoä nhôùt cao Do naêng löôïng töông taùc giöõa caùc phaân töû nhoû hôn naêng löôïng lieân keát hoùa hoïc 10 – 50 laàn neân chuùng coù theå
4 Sô löôïc lòch söû phaùt trieån cuûa polyme Nhöõng polym ñaàu tieân ñöôïc söû duïng laø nhöõng polym ñaõ e e coù trong thieân hieân. Cao su thieân nhieân ñaõ ñöôïc söû duïng töø laâu ôû Nam Myõ, ñaõ ñöôïc Colum ghi nhaän vaøo naêm 1492. bus xenlulose, tinh boät, collagen, laø nhöõng thí duï khaùc veà polyme thieân nhieân ñaõ ñöôïc söû duïng töø laâu. Nhöõng bieán tính polym thieân nhieân ñaõ ñöôïc baét ñaàu vaøo e khoaûng giöõa theá kyû 19. polym ñaàu tieân ñöôïc toång hôïp thaønh e coâng vaøo ñaàu theá kyû 20. Khoa hoïc polym xem nhö baét ñaàu e vaøo naêm1920 bôûi caùc khaùi nieämveà hôïp chaát cao phaân töû cuûa Staudinger cho raèng cao phaân töû laø nhöõng m aïch phaân töû daøi vaø ñaëc tröng bôøi nhoùm chöùc cuoái m aïch chöù khoâng phaûi laø daïng taäp hôïp hoùa keo hay hôïp chaát voøng.
Khoa hoïc vaø coâng ngheä polym phaùt trieån m e aïnh vaøo nhöõng naêm 1960 – 1970, vieäc thöông m hoùa caùc polym m qua 3 giai ñoaïn aïi e ôùi sau: o Theá heäthöù nhaát baét ñaàu vaøo nhöõng naêm 50: PS, PVC, PELD, polyacrylat, polymetacrylat, aliphatic polyamit, cao su SBR vaø sôn alkit (sôn toång hôïp daàu tieân). o Theá heä thöù hai vaøo khoaûng 1950 – 1965: PE khoái löôïng cao, PP isotactic, polycacbonat, polyurethan, nhöïa epoxy, polyeste voøng thôm ; cao su toång hôïp nhieàu loaïi, sôïi acrylic, sôn latex. o Theá heä thöù 3 töø sau 1965 – nay: polyme coù tính naêng ñaëc bieät vôùi caáu truùc ngaøy caøng phöùc taïp. Chuùng coù tính chaát beàn nhieät cao, beàn hoaù, beàn cô: polyphenylen sulfide (Ryton), polyaryleteketone ( PAEK), polyimide (kapton), aromatic polyester ( ekonol vaø vectra), aromatic polyamide (nomex vaø kevlar),
MOÁC THÔØI GIAN QUAN TROÏNG CUÛA SÖÏ PHAÙT TRIEÅN POLYME 1844: Chales Gooyear phaùt hieän löu hoùa cao su thieân nhieân baèng löu huyønh 1905: Leo Baekeland toàng hôïp Bakelite (nhöïa nhieät raén PF) 1920: Khaùi nieäm veà cao phaân töû cuûa Hrmen Staudinger 1930: Werner Kuhn, Herman Mark, Eugene Guth laøm saùng toû: maïch phaân töû polyme trong dung dòch laø linh ñoäng; ñoä nhôùt dung dòch phuï thuoäc vaøo M. ñeà xuaát ra lyù thuyeát thoáng keâ veà tính chaâ1t ñaøn hoài cuûa polyme phuï thuoäc chuû yeáu vaøo söï thay ñoåi entropi cuûa heä. 1930: Wallace Carothers ñeà ra lyù thuyeát truøng ngöng. 1930: Paul Flory xaây döïng lyù thuyeát toång hôïp polyme, khaùi nieäm veà phaân boá khoái löôïng phaân töû theo quy luaät Gauss ñaït giaûi Nobel 1974.
1938: cao su Silicone ra ñôøi taïi Hoa Kyø do Eugene Rochow 1939: polytetrafluoretylene (teflon), Roy Plunkett, Hoa kyø. 1940: PELD, Eric William Fawcett, Hoa Kyø. 1940: Sôïi thuyû tinh gia cöôøng cho polyeste, Ñöùc. 1942: Paul Flory vaø Maurice Huggins coâng boá lyù thuyeát nhieät ñoäng veà dung dòch polyme. 1950: Karl Ziegler (Ñöùc) vaø Guilio Natta (YÙ) phaùt hieän xuùc taùc cô kim duøng cho toång hôïp polyme phoái trí theo yeâu caàu. 1949 – 1956: Lyù thuyeát veà tinh theå loûng ra ñôøi bôûi Lars Onsager (1949) vaø Flory (1956). 1962: hoãn hôïp polyme thöông maïi ra ñôøi bôû haõng General Electric, Hoa Kyø: polyphenylene oxide (PPO) vaø PS vôùi teân Noryl.