Bài giảng Hoá học và hoá lý polyme: Chương 7

Chia sẻ: Bui Dinh Hoang Viet | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

189
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 7 Tổng quan tính chất vật lý của polyme 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: tổng quan, đồng phân, cấu hình và cấu dạng của mạch polyme, độ mềm của mạch polyme, các yếu tố ảnh hưởng đến độ mềm dẻo của mạch, phân loại theo tính chất, khối lượng phân tử polyme, các phương pháp xác định khối lượng phân tử 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 7

CHÖÔNG 7 TOÅNG QUAN TÍNH CHAÁT VAÄT LYÙ CUÛA POLYME
I. TOÅNG QUAN Tính chaát vaät lyù cuûa polyme phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa noù. Tuy nhieân moái quan heä giöõa tính chaát vaät lyù vaø caáu truùc hoùa hoïc laø raát phöùc taïp. Maïch polyme ñöôïc xem laø nhöõng maïch phaân töû raát daøi vaø vì ñoù ñaõ taïo neân söï meàm deûo cho maïch phaân töû. Ngoaøi ra, khaùi nieäm meàm deûo thì coù yù nghóa nhieät ñoäng, lieân quan ñeán chuyeån ñoäng nhieät, söï quay noäi taïi cuûa moät ñoaïn maïch vôùi phaân töû beân caïnh.
Caùc tính chaát vaät lyù ñaëc tröng cuûa polyme  Nhieät ñoä thuûy tinh hoùa.  Nhieät ñoä chaûy meàm.  Nhieät ñoä soâi.  Khaû naêng hoøa tan.  Ñoä nhôùt.  Löïc khaùng khi keùo. nh chaát vaät lyù ñaëc tröng cuûa polyme aûnh höôûng bôûi caùc yeáu to oä ñeàu ñaën cuûa caáu truùc phaân töû. oä meàm deûo maïch phaân töû. öïc töông taùc giöõa caùc phaân töû. hoái löôïng phaân töû trung bình.
II. ÑOÀNG PHAÂN  Ñoàng phaân vò trí: theo nghóa thoâng thöôøng cuûa ñoàng phaân hoùa hoïc thaáp phaân töû. Ví duï: C5H12 coù theå coù 3 ñoàng phaân. CH3–CH2–CH2–CH2 –CH3 H H3C C C CH2 H2 CH3 CH3 H3C C CH3 CH3
Ñoàng phaân nhoùm chöùc: Ví duï C3H6O coù 3 ñoàng phaân laø Acetone, Propanol vaø Propanol–2. H3C C O Axeâ ton H3C O H3C CH2 C Propanol H CH2 H3C C Propanol 2 OH  Ñoàng phaân caáu hình – Ñoàng phaân caáu taïo: cis – trans.  Ñoàng phaân caáu daïng – Ñoàng phaân saép xeáp.
III. CAÁU HÌNH VAØ CAÁU DAÏNG CUÛA MAÏCH POLYME.
III.1. Ñoàng phaân caáu hình.  Ñoàng phaân caáu hình laø söï khaùc nhau veà caáu truùc khoâng gian cuûa phaân töû polym do söï saép xeáp hình hoïc cuûa caùc e nguyeân töû caáu thaønh. Caáu hình m polym ñöôïc coá ñònh töø oät e phöông phaùp truøng hôïp vaø söï chuyeån ñoåi töø caáu hình naøy sang caáu hình khaùc caàn thieát phaûi coù söï caét ñöùt cuûa m hay oät nhieàu m lieân keát vaø söï chuyeån ñoåi laø khoâng thuaän nghòch. oái  Ta chia ra 2 loaïi caáu hình tuøy theo söï hieän dieän cuûa nguyeân töû cacbon hybrides:  sp2: ñoàng phaân hình hoïc: vis, trans.  sp3: ñoàng phaân quang hoïc: tacticite, söï phaân boá caùc nhoùmchöùc hai beân m aïch phaân töû.  Ñoàng phaân caáu hình laø nhöõng hình thaùi m trong ñoù aø nhöõng nguyeân töû hoaëc nhoùmcaùc nguyeân töû ñöôïc phaân boá trong khoâng gian theo nhöõng vò trí nhaát ñònh öùng vôùi nhöõng caáu taïo xaùc ñònh. Söï chuyeån ñoåi töø caáu hình naøy sang caáu hình khaùc caàn thieát naêng löôïng ñeå thay ñoåi lieân keát hoùa hoïc vaø khoâng thuaän nghòch.
III.2. Ñoàng phaân caáu daïng. Maïch polym hình thaønh töø nhieàu lieân keát σ. Lieân keát naøy e nhôø söï ñoái xöùng cao cho pheùp caùc nhoùmphaân töû quay xung quanh vò trí caän baèng cuûa noù (ñieàu naøy khaùc vôùi lieân keát π). Nhö theá m phaân töû coù theå coù caùc caáu daïng khaùc nhau do oät söï quah xung quanh lieân keát σ. Trong quaù trình quay thì phaân töû luoân giöõ tính toaøn theå cuûa noù. Do ñoù, quaù trình chuyeån töø caáu daïng naøy sang caáu daïng khaùc laø thuaän nghòch vaø khoâng laøm thay ñoåi tính chaát hoùa hoïc cuûa polym e. Ñoàng phaân caáu daïng laø nhöõng hình thaùi m trong ñoù aø nguyeân töû hay nhöõng nhoùm nguyeân töû coù theå thay ñoåi vò trí trong khoâng gian deã daøng m khoâng laøm ñöùt lieân keát hoùa aø hoïc ôû m aïch chính. Ñaëc tröng nhieät ñoäng cuûa quaù trình naøy laø söï thay ñoåi entropy cuûa heä phaân töû.
V. ÑOÄ MEÀM CUÛA MAÏCH POLYME. Coù hai nguoàn goác cô baûn : o Tính chaát caân ñoái veà kích thöôùc o Hieän töôïng quay noäi taïi. IV.1. Noäi naêng quay cuûa phaân töû. Xeùt phaân töû etan C2H6, C lieân keát vôùi C baèng lieân keát σ, goùc hoùa trò cuûa sp3 laø 109o26’. Nhoùm CH3 ñaàu maïch coù theå quay theo chieàu lieân keát C–C, luùc ñoù noäi naêng cuûa heä cuõng thay ñoåi. U = f(ϕ) vôùi ϕ laø goùc quay. Tuøy theo vò trí khi quay coù truøng laép vôùi H cuûa ñaàu lueân keát beân kia hay khoâng maø noäi naêng cuûa heä ñi qua nhöõng giaù trò Ui = f(ϕ) cöïc ñaïi vaø cöïc tieåu.
Ñoà thò bieán thieân noäi naêng cuûa phaân töû meâtan theo goùc quay ϕ cuûa nhoùm CH3. Hieän töôïng quay noäi taïi: hieän töôïng quay cuûa m nhoùm oät nguyeân töû trong khoâng gian öùng vôùi m vò trí khaùc cuûa m oät oät nhoùm nguyeân töû khaùc. Neáu coù söï töông taùc töông hoã giöõa caùc nhoùmnguyeân töû ñaåy ñaåy hoaëc huùt seõ gaây ra hieän töôïng kieàmhaõmquay noäi taïi. Theàm theá naêng quay: giaù trò naêng löôïng caàn thieát cung caáp ñeå chuyeån m phaân töû töø vò trí coù naêng löôïng cöïc tieåu sang oät vò trí coù naêng löôïng cöïc ñaïi.
Goïi Uo laø giaù trò cuûa theàm theá naêng quay cuûa phaân töû, Uo phuï thuoäc vaøo yeáu toá:  Kích thöôùc nhoùm theá lôùn hay nhoû, neáu kích thöôùc caøng lôùn thì theàm theá naêng quay caøng cao  Daïng lieân keát: Uo Uo (kcal/mol) (kcal/mol) CH3 – CH3 2,80 CH3 – OH 1,07 CH3 – C2H5 3,40 CH3 – SH 1,06 CH3 – CH(CH3)2 3,90 CH3 – NH2 1,90 CH3 – C(CH3)3 4,40 CH3 – SiH3 1,70 CF3 – CF3 4,30 CH3 – CH=CH2 1,95 CH3 – CF3 3,70 ± Khi maïch chính coù chöùa caùc nguyeân töû O, S thì 0,45 maïch meàm hôn, giaù trò Uo nhoû.
IV.2. Noäi naêng quay cuûa polyme. Trong moät maïch polyme, caùc ñoaïn maïch coù theå quay töông ñoái töï do chung quanh noù. Xeùt moä maïch cacbon noái IV.2.1. Moâ hình quay töï do nhau bôûi caùc lieân keát σ ôû traïng thaùi ñoäc laäp. Caùc ñoaïn maïch cuûa maïch phaân töû tuaân theo chuyeån ñoäng nhieät töï do, caùc ñoaïn maïch coù theå quay töông ñoái vôùi ñoaïn maïch keá caän. Giaû söû caùc goùc hoùa trò khoâng coù giaù trò coá ñònh, caùc ñoaïn maïch luùc ñoù seõ quay moät caùch töï do xung quanh lieân keát σ. Ñaây laø moâ hình maïch
Trong maïch polyme thöïc, IV.2.2. Moâ hình thöïc. goùc hoùa trò coù moät giaù trò coá ñònh vaø bò raøng buoäc bôûi söï töông taùc giöõa caùc maéc xích vôùi nhau neân xuaát hieän khaùi nieäm ñoaïn maïch. Ñoaïn maïch ϕ quay theo nhöõng raøng ϕ buoäc theo moâi tröôøng. Ñoaïn maïch: giaù trò troïng löôïng cuûa moä soá maéc xích lieàn nhau maø söï dòch chuyeån cuûa maéc xích lieàn sau ñoù khoâng phuï thuoäc vaøo maéc xích ban ñaàu. Giaù trò
. CAÙC YEÁU TOÁ Chuyeån ñoäng quay trongÑOÄ MEÀM DEÛO CUÛA MA AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN polyme seõ bò chaäm laïi, maïch theå hieän cöùng hôn bôûi töông taùc vôùi nhau giöõa caùc nguyeân töû khoâng naèm trong maïch phaân töû. Caùc töông taùc coù theå xaûy ra laø:  Töông taùc noäi phaân töû: töông taùc giöõa caùc nguyeân töû treân cuøng moät maïch phaân töû polyme.  Töông taùc lieân phaân töû: töông taùc giöõa caùc nguyeân töû cuûa caùc maïch phaân töû khaùc nhau.
 Löïc Van Der Waals: caùc lieân keát yeáu tyû leä vôùi r-6, r laø khoaûng caùch giöõa hai phaàn töû phaân cöïc. Coù 3 nhoùm chính: o Löïc Keesom: töông taùc giöõa caùc phaàn töû m m en ang om löôõng cöïc thöôøng xuyeân: -NO2, -Cl, -COOH. Naêng löôïng khoaûng töø 5 – 17 kj/mol. o Löïc Debye: töông taùc giöõa m nhoùmphaân cöïc thöôøng oät xuyeân vaø m nhoùmbò hieäu öùng lieân hôïp laøm suy yeáu ñoä oät phaân cöïc. Löïc phuï thuoäc vaøo m tröôøng, khoaûng caùch vaø oâi löïc huùt cuûa phaàn töû phaân cöïc ñoái. Naêng löôïng khoaûng töø 7 – 8 kj/m ol. o Löïc London: keát quaû cuûa söï phaân cöïc töùc thôøi do söï quay cuûa caùc nguyeân töû. Naêng löôïng nhoû (khoaûng töø 2 – 4 kj/m tuy nhieân coù yù nghóa trong nhöõng m ol) aïch polym khoâng e m nhoùmtheá phaân cöïc nhö PE, poly butadien, . . . ang  Löïc lieân keát hydro: löïc coù nguoàn goác tónh ñieän, naêng löôïng khoaûng 40 kj/m Löïc lôùn do kích thöôùc H nhoû coù theå tieán gaàn ol. caùc nhoùmphaân cöïc vaø cuõng do ñoä phaân cöïc cuûa caùc nhoùm chöùc lôùn. 
VI. PHAÂN LOAÏI THEO TÍNH CHAÁT. Caùc loaïi polyme coù theå ñöôïc phaân loaïi tuøy theo nguoàn goác (toång hôïp, töï nhieân, nhaân taïo), caáu truùc (moät chieàu, hai chieàu hay ba chieàu) hoaëc theo tính chaát. ân loaïi theo tính chaát coù 3 nhoùm chính :
 Nhöïa nhieät deûo: goàm caùc cao phaân töû m aïch thaúng hay phaân nhaùnh. Caùc polym coù theå chuyeån töø traïng thaùi raén e qua traïng thaùi m eàm deûo bôûi söï gia taêng nhieät ñoä, caùc quaù trình naøy thuaän nghòch vaø coù theå laäp ñi laäp laïi nhieàu laàn. Do ñoù ñoái vôùi nhöïa naøy ta coù theå taùi sinh (ngoaïi tröø PTFE, poly tetrafluoro ethylene).  Cao su, chaát ñaøn hoài: laø caùc polym m e aïch thaúng m löïc aø lieân keát thöù caáp raát yeáu, ñeå söû duïng phaûi taïo caùc lieân keát ngang giöõa caùc m aïch phaân töû ñeå taïo thaønh m aïng löôùi khoâng gian ba chieàu. Ñaëc tröng cuûa caùc cao su laø khaû naêng giaõn daøi cao coù theå ñeán treân 1000% (cao su töï nhieân löu hoùa), tuy nhieân do taïo lieân keát ngang neân khoâng theå taùi sinh thuaän nghòch ñöôïc.  Nhöïa nhieät raén: m ñoä noái ngang daøy ñaëc, töø 10 – 1000 aät laàn cao hôn cao su. Do taïo caáu truùc khoâng gian ba chieàu, tính chaát nhöïa nhieät raén raát cao so vôùi nhöïa nhieät deûo, nhaát laø khaû naêng chòu nhieät. Nhöïa nhieät raén khoâng tan, khoâng chaûy vaø cuõng khoâng taùi sinh ñöôïc.
II.Trong quaù trình toång hôïp TÖÛ POLYME. KHOÁI LÖÔÏNG PHAÂN polyme, söï phaùt trieån maïch coù theå döøng moät caùch ngaãu nhieân do khoâng coøn taùc nhaân phaûn öùng truøng ngöng hay bôûi phaûn öùng ngaét maïch (truøng hôïp). Do ñoù trong hoãn hôïp hình thaønh ta seõ coù moät taäp hôïp caùc maïch polyme coù ñoä daøi ngaén khaùc nhau. Nhö vaäy troïng löôïng phaân töû cuûa polyme raát khoù ñôn phaân taùn (cuøng moät kích thöôùc veà ñoä daøi) maø chuû yeáu laø ña phaân taùn. Sau toång hôïp raát khoù taùch caùc maïch polyme vôùi nhau nhaèm coù ñoä ñoàng ñeàu kích thöôùc. Do ñoù khi noùi veà khoái löôïng phaân töû polyme ta duøng khaùi nieäm khoái löôïng phaân töû trung bình.
eáu coù 4 phöông phaùp tính khoái löôïng phaân töû tru : khoái löôïng phaân töû trung bình soá. : khoái löôïng phaân töû trung bình khoái. khoái löôïng phaân töû trung bình thu bôûi ly taâm. khoái löôïng phaân töû trung bình thu bôûi do ñoä nhô
VII.1. Khoái löôïng phaân töû trung bình soá. M i = M o .DPi Vôùi: DP – ñoä truøng hôïp Mo – khoái löôïng maéc xích cô sôû. DPn i heä ña phaân taùn:  ñoä truøng hôïp trung bình Ñoä truøng hôïp cuûa maïch coù kích thöôùc i: DPi. Khoái löôïng phaân töû cuûa maïch i: Mi (Mi = Mo.DPi). Soá phaân töû coù khoái löôïng Mi trong heä: Ni.