Đại cương Hóa Lý Polime

Chia sẻ: Nguyễn Đình Chinh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

419
lượt xem 106
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản.Polyme được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên gọi là Nhựa, nhưng polyme bao gồm 2 lớp chính là polyme thiên nhiên và polyme nhân tạo. Các polyme hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một phần của xương) và axít nucleic đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polyme hữu cơ. Có rất...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đại cương Hóa Lý Polime

TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME HÓA LÝ POLYME Giảng viên: Nguyễn Huy Tùng 1
Polyme là gì? 1820 Thomas Hancock phát hiện ra rằng khi nghiền cao su chảy tốt hơn, dễ  trộn hợp với chất độn và dễ tạo hình. 1839 Charles Goodyear nhận thấy tính chất đàn hồi của cao su tự nhiên có  thể tăng lên, và độ dính bị loại bỏ khi được đun nóng với lưu huỳnh - được cấp bằng sáng chế về lưu hoá cao su tự nhiên 1851 Nelson Goodyear (anh trai của Charles) đăng kí sáng chế khi lưu hoá  cao su tự nhiên với một lượng lớn lưu huỳnh tạo thành vật liệu rất cứng (thường gọi là cao su cứng) – ebonit hay vulcanit Xenlulo nitrat (nitroxenlulo)  Christian Schonbein phát hiện năm 1846, được dùng phổ biến làm thuốc nổ.  Ứng dụng quan trọng hơn của Xenlulonitrat là làm chất dẻo do có tính chất  đàn hồi, dễ tan trong dung môi thích hợp và tạo hình d ưới tác d ụng c ủa nhi ệt và áp suất. Ví dụ: hỗn hợp của Xenlulonitrat và long não làm phim chụp ảnh 1892 tơ nhân tạo viscoza, màng xellofan  1910 nhựa Bakelit phenol-formadehyt (tác giả là Leo Baekeland) là polyme  tổng hợp hoàn toàn được sản xuất công nghiệp và thương mại hoá. Cao su nhân tạo đầu tiên được tổng hợp từ 2,3 dimetyl butadien ở Đức trong  chiến tranh thế giới I. 2
Polyme là gì? Sự phát triển của ngành công ngi ệp polyme b ị h ạn ch ế vì s ự h ạn ch ế hi ểu bi ết v ề b ản ch ất c ủa  polyme. Các nhà khoa học chỉ nhận bi ết đ ược m ột s ố tính ch ất b ất bình th ường c ủa polyme và nhìn chung họ coi tính chất của polyme là t ập h ợp c ủa nh ững phân t ử nh ỏ h ơn. Hermann Staudinger (1920) đã đưa ra m ột s ố gi ả thuy ết và nh ững khái ni ệm quan tr ọng trong  ngành khoa học polyme: Polyme được tạo bởi những phân tử rất l ớn là những chu ỗi nh ững đ ơn v ị hoá h ọc đ ơn gi ản liên  kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị Đưa ra khái niệm đại phân tử để mô tả polyme.  Các thực nghiệm nghiên cứu về phương pháp t ổng h ợp, tính ch ất, c ấu trúc c ủa polyoxymetylen  và polystyren đã cho một căn c ứ v ững chắc v ề quan đi ểm đ ại phân t ử. Các giả thuyết của Staudinger đã đ ược ch ứng minh xa h ơn n ữa b ằng nh ững nghiên c ứu tinh  thể học của các polyme tự nhiên Herman Mark, Kurt Meyer và các công trình c ủa Wallace Carothers về chế tạo polyamit và polysyren. Đầu thập kỷ 1930 hầu hết các nhà khoa học đ ều b ị thuy ết ph ục v ề c ấu trúc đ ại phân t ử c ủa  polyme. Trong vòng 20 năm sau, nh ững công trình v ề polyme tăng nhanh chóng, S ự ra đ ời t ạp chí Polymer  Science đăng những công trình nghiên c ứu khoa h ọc c ủa polyme và nh ững khái ni ệm c ơ b ản c ủa ngành khoa học polyme.Những lý thuy ết và th ực nghi ệm c ủa Paul Flory n ổi b ật trong giai đo ạn này, và ông đã nhận giải Nolben Hoá h ọc 1974 vì nh ững đóng góp lâu dài và quan tr ọng c ủa ông trong lĩnh vực khoa học polyme. Năm 1953 Staudinger đã nh ận gi ải Nobel vì nh ững công trình nghiên cứu tiên phong trong lĩnh v ực này. Một lượng lớn những polyme tổng hợp được thương m ại hoá nh ư: polystyren, poly(metyl  metacrylat), nylon 6,6, PE, PVC, …. Một số lĩnh vực ứng dụng tiên tiến của polyme:  Polyme chịu nhiệt, chịu oxy hóa tốt ứng d ụng trong t ầu vũ tr ụ  Nhựa kỹ thuật thay thế cho kim loại  Polyme không cháy, giảm tối thiểu l ượng khói hoặc h ơi đ ộc  Polyme phân huỷ sinh học  Polyme ứng dụng trong sinh học ví dụ: chỉ tự tiêu, c ơ quan n ội t ạng nhân t ạo  Polyme dẫn điện  3
Polyme là gì? H H H H H H H C H H C C H H C C C H H CH 2 H n Định nghĩa H H H H H H polyetylen metan etan propan  Polyme là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất nhiều nhóm có cấu tạo hoá học giống nhau lặp đi lặp lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng hoá trị.  Oligome – polyme khối lượng phân tử thấp (hợp chất trung gian), chưa mang những đặc trưng tính chất như polyme. Sự phân biệt giữa oligome và polyme không rõ ràng, tuy nhiên oligome không có sự thay đổi rõ ràng với những tính chất quan trọng.  Monome là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa liên kết kép (đôi hoặc ba) hoặc có ít nhất hai nhóm chức hoạt động có khả năng phản ứng với nhau tạo thành polyme – tham gia phản ứng trùng hợp. 4
Polyme là gì?  Mắt xích cơ bản (repeating unit or monomeric unit): là những phần lặp đi lặp lại trong mạch polyme. H 2 C C H H 2 C C H H 2C C H H 2 C C H n polystyren C CH2 C N CH2 N C CH2 C N CH2 N 6 6 4 4 O O H H O O H H n Polyamit 6,6 5
Polyme là gì?  Nhóm cuối (end groups) là nhóm nguyên tử đặc trưng nằm ở cuối mạch polyme. Những oligome hoạt động có chứa nhóm cuối có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp thường được dùng để tổng hợp copolyme và polyme không gian (ví dụ: nhựa epoxy).  Độ trùng hợp (P) (degree of polymerizaion) là số mắt xích cơ bản trong phân tử polyme M = Mo.P Trong đó: Mo khối lượng phân tử của mắt xích cơ bản M khối lượng phân tử của polyme Những phân tử polyme của một polyme không có cùng chiều dài hay kh ối lượng phân tử  khái niệm: độ trùng hợp trung bình 6
Polyme là gì? ♦Homopolyme là những polyme được tạo thành từ một loại monome  Copolyme là polyme được tạo thành từ hai hay nhiều monome khác nhau. Rất nhiều polyme tổng hợp có giá trị thương mại, ví du: ABS, cao su Buna-S, … Sự sắp xếp của các monome trên mạch copolyme phụ thuộc vào phương pháp và cơ chế tổng hợp. Có thể chia thành các loại sau (các vị dụ sau trong trường hợp copolyme có chứa 2 loại mắt xích cơ bản khác nhau) 7
Polyme là gì? Copolyme đều đặn Copolyme khối Copolyme ngẫu nhiên Copolyme ghép 8
Polyme là gì? 9
Polyme là gì? 10
Polyme là gì? 11
Polyme là gì? 12
Polyme là gì? Hình dạng phân tử polyme (a) mạch thẳng (e) hình thang (c) hình sao (b) mạch nhánh (d) hình răng lược (e) hình cây (dendrimers and hyperbranched polymer) (c) mạng lưới 13
Polyme là gì? Liên quan đến sự sắp xếp của nguyên tử và nhóm thế trong mạch chính Đầu nối đầu H 2C CH HC CH2 CH2 CH HC CH2 n H2C CH R R R R R Đầu nối đuôi H 2C CH n H2C CH CH2 CH H 2C CH R R R R  Nếu xét về mặt nhiệt động học và cấu trúc không gian thì cấu trúc đầu nối đuôi chiếm đa số, mặc dù đa số polyme chứa một lượng nhỏ cấu trúc đầu nối đầu.  Nếu tổng hợp được hai dạng cấu trúc đầu nối đầu và đầu nối đuôi riêng biệt thi tính chất của 2 polyme khác nhau rất lớn Ví dụ: polyisobutylen (Malanga và Vogl – 1983) cấu trúc đầu nối đầu có Tm = 1870C cấu trúc đầu nối đuôi chỉ kết tinh dưới áp suất và Tm = 50 oC 14
Polyme là gì? Đồng phân quang học: khi có nguyên tử cacbon bất đối trong mạch polyme H H H H H 2C C CH2 C H 2C C n H 2C C izotactic R R R R H R R H H syndiotatic H 2C C CH2 C CH2 C H2C CH n H2C C R H H R R H H R R H atatic H2C C CH2 C CH2 C H 2C CH n H2C C R R H H R 15
Polyme là gì? 16
Polyme là gì? Phân loại polyme a) Phân loại theo phương pháp tổng hợp + Polyme tự nhiên + Polyme trùng hợp + Polyme trùng ngưng b) Phân loại theo cấu tạo hoá học + Polyme mạch cacbon + Polyme dị mạch: trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có các nguyên tố khác như O, N, S … H2C O polyoxymetylen n O C H2 O C C H2 C polyeste x y O O n polyuretan C NH C H2 NH C O C H2 O x y O O n R polysiloxan Si O n R 17
Polyme là gì? c) Phân loại theo tính chất polyme Polyme nhiệt dẻo Polyme nhiệt elastome rắn Tinh thể Vô định hình d) Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: chất dẻo, lớp phủ bảo vệ, sơn, sợi, cao su, keo dán, polyme compozit, 18
Polyme là gì? Cách gọi tên polyme  Cách gọi đơn giản nhất tên polyme = poly + tên của monome Ví dụ: etylen  polyetylen Vinylclorua  polyvinyl clorua Polyme đi từ dẫn xuất thế 1 lần của etylen có chứa gốc vinyl CH2 = CH - gọi là polyme vinylic CH 2 CH polyvinylalcol OH n CH 2 CH polyvinyl florua F n 19
Polyme là gì? Polyme đi từ dẫn xuất nhóm thế 2 lần của etylen có chứa gốc vinyliden có tên gọi: poly + vinyliden + tên nhóm thế Cl CH 2 C polyvinyliden clorua Cl n CN CH 2 C polyvinyliden xianua CN n Polyme dị mạch: tiếp đầu ngữ poly rồi đến tên gọi hợp chất Ví dụ: polyeste, polyamit, polyuretan 20