Hóa học hóa lý polymer (TS. Nguyễn Quang Khuyến) - Chương 7

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

159
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 7: Dung dịch polymer - Sự tác dụng tương hỗ của các polymer với các chất lỏng thấp phân tử dẫn đến sự trương và hòa tan của polymer trong nó, có ý nghĩa thực tế rất lớn trong quá trình gia công polymer cũng như trong quá trình sử dụng vật liệu polymer.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hóa học hóa lý polymer (TS. Nguyễn Quang Khuyến) - Chương 7

Chương 7 DUNG DỊCH POLYMER Dr. Nguyen Quang Khuyen nqkhuyen@yahoo.com 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 1
7.1 Khaùi nieäm chung veà dung dòch polymer 7.1.1 Khaùi nieäm Söï taùc duïng töông hoã cuûa caùc polymer vôùi caùc chaát loûng thaáp phaân töû daãn ñeán söï tröông vaø hoøa tan cuûa polymer trong noù, coù yù nghóa thöïc teá raát lôùn trong quaù trình gia coâng polymer cuõng nhö trong quaù trình söû duïng vaät lieäu polymer. Chaúng haïn nhö sôïi toång hôïp vaø maøng moûng thu ñöôïc töø dung dòch. Quaù trình hoùa deûo cuõng döïa treân cô sôû cuûa vieäc tröông polymer trong caùc chaát hoùa deûo. Sôn keo cuõng laø nhöõng dung dòch polymer. Trong quaù trình söû duïng saûn phaåm khi saûn phaåm luoân phaûi tieáp xuùc vôùi dung moâi, dung dòch thaáp phaân töû, neân vieäc tìm hieåu veà dung dòch veà polymer laø raát caàn thieát. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 2
7.1.2 khaùi nieäm veà söï hoaø tan Söï hoøa tan : Đoù laø tröôøng hôïp rieâng veà söï phaân boá (phaân taùn) cuûa moät caáu töû naøy vaøo moät caáu töû khaùc (hay moät thaønh phaàn vaøo thaønh phaàn khaùc). Heä thoáng nhieàu caáu töû, maø trong ñoù caùc caáu töû ôû traïng thaùi phaân taùn, ñöôïc goïi laø heä phaân taùn. Möùc ñoä chia nhoû cuûa caùc caáu töû goïi laø möùc ñoä phaân taùn. Tuøy thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn, caùc heä thoáng phaân taùn ñöôïc chia thaønh caùc loaïi sau : gel, heä keo, dung dòch thaät. Dung dòch thaät laø nhöõng heä thoáng phaân taùn, maø trong ñoù caùc caáu töû phaân taùn cho ñeán taän phaân töû, nguyeân töû hoaëc ion. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 3
7.2 Heä polymer – chaát loûng thaáp phaân töû 7.2.1 Dung dòch thaät Dung dòch thaät laø moät heä thoáng phaân taùn phaân töû, noù ñöôïc ñaëc tröng baèng nhöõng ñaëc ñieåm sau: •Toàn taïi aùi löïc giöõa caùc phaân töû, nhöõng chaát phaân cöïc thì deã phaân taùn vaøo nhau. •Quaù trình taïo thaønh dung dòch thaät laø quaù trình töï xaûy ra, khoâng caàn ngoaïi löïc taùc duïng. •Noàng ñoä cuûa dung dòch khoâng thay ñoåi theo thôøi gian, khi ñieàu kieän beân ngoaøi (t0C,p) khoâng thay ñoåi. •Dung dòch thaät laø moät heä thoáng ñoàng theå (chæ coù moät pha). •Beàn nhieät ñoäng hoïc (caùc heä keo khoâng beàn veà nhieät ñoäng). 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 4
7.2.1 Dung dòch thaät (TT) •Caùc thoâng soá nhieät ñoäng khoâng ñoåi khi ñieàu kieän beân ngoaøi khoâng thay ñoåi. •Caùc dung dòch polymer laø dung dòch thaät khi tan hoaøn toaøn trong dung moâi vaø ñaùp öùng caùc ñieàu kieän treân. Hoaëc ôû traïng thaùi gel khi tröông trong dung moâi. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 5
7.2.2 Hoøa tan vaø tröông cuûa cuûa polymer Cuõng nhö hôïp chaát thaáp phaân töû, polymer khoâng hoøa tan trong taát caû caùc chaát loûng, moät soá chaát loûng ñöôïc goïi laø ‘’dung moâi toát’’ cho polymer, thì polymer seõ tan töï nhieân. Tuy nhieân polymer coù theå khoâng tan trong moät soá dung moâi ‘’ dung moâi xaáu’’. Do nguyeân nhaân do polymer coù theå töông taùc vôùi nhöõng dung moâi nhaát ñònh vaø coù theå khoâng töông taùc vôùi caùc dung moâi khaùc. Coù theå ban ñaàu chuùng taïo thaønh moät dung dòch thaät nhöng sau moät thôøi gian thì coù theå trôû thaønh moät heä keo, khoâng beàn vöõng veà maët nhieät ñoäng. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 6
7.2.2 Hoøa tan vaø tröông cuûa cuûa polymer (tt) Tuy taïo thaønh dung dòch thaät nhöng dung dòch polymer coù nhöõng ñaëc tröng rieâng cuûa noù nhö tröông khi tan, ñoä nhôùt cao. khueách taùn chaäm vaø khoâng theå ñi qua maøng baùn thaám do kích thöôùc maïch phaân töû lôùn hôn raát nhieàu so vôùi kích thöôùc chaát thaáp phaân töû. Söï tröông khoâng chæ laø vieäc dung moâi chen vaøo caùc giöõa theå tích polymer maø coøn laø hieân töôïng laáp ñaày caùc loã troáng, caùc mao quaûn polymer bôûi dung moâi, hieän töôïng haáp phuï chaát loûng cuûa chaát raén xoáp. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 7
7.2.3 Tröông khoâng giôùi haïn Khi söï tröông chuyeån qua traïng thaùi hoøa tan hoaøn toaøn, gioáng nhö hieän töôïng hoøa tan hoaøn toaøn cuûa chaát thaáp röôïu – nöôùc. Söï khaùc bieät laø caàn thôøi gian daøi ñeå dung moâi ñi vaøo polymer vaø laøm thay ñoåi daàn ñoä linh ñoäng cuûa maïch phaân töû, do ñoù caùc polymer khoâng theå hoøa tan ngay ñöôïc maø qua moät quaù trình haáp thuï moät löôïng dung moâi, ñoù laø quaù trình tröông. Polymer tröông coù dung moâi seõ toàn taïi taùch bieät vôùi dung moâi trong hoãn hôïp, sau moät thôøi gian caùc maïch phaân töû ñuû linh ñoäng thì töø töø khueách taùn daán daàn vaøo pha dung moâi hình thaønh hai lôùp : lôùp dung dòch polymer ñaäm ñaëc vaø lôùp chuû yeáu laø dung moâi vaø sau moät thôøi gian thì hai lôùp naøy môùi khueách taùn vaøo nhau vaø taïo ra moät pha ñoàng nhaát, cuøng noàng ñoä. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 8
7.2.4 Tröông giôùi haïn Khi töông taùc giöõa dung moâi vaø polymer khoâng ñuû maïnh, ñöa ñeán söï hoøa tan khoâng hoøan toaøn, caùc maïch phaân töû khoâng theå taùch rôøi nhau. Keát quaû cuûa söï tröông giôùi haïn laø taïo thaønh hai pha hoãn hôïp : pha dung moâi trong polymer vaø pha chæ coù dung moâi ( polymer khoâng hoøa tan hoaøn toaøn ) hai pha naøy taùch nhau moät caùch roõ raøng vaø oån ñònh. Phaân bieät giöõa tröông giôùi haïn cuûa polymer maïch thaúng vaø polymer maïch khoâng gian. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 9
7.2.4 Tröông giôùi haïn (tt) Polymer maïch thaúng Gioáng nhö tröôøng hôïp hoøa tan coù giôùi haïn cuûa caùc hôïp chaát thaáp phaân töû khi thay caùc ñieàu kieän nhö nhieät ñoä, aùp suaát : thì coù theå chuyeån sang tröôøng hôïp tröông khoâng giôùi haïn. Nguoàn goác tröông khoâng giôùi haïn cuûa polymer maïch thaúng laø do löïc lieân keát giöõa polymer vaø polymer lôùn hôn löïc lieân keát giöõa polymer vaø dung moâi. Neân caùc maïch polymer khoâng theå taùch ra moät caùch hoaøn toaøn. Khi taêng nhieät ñoä, taoï ñieàu kieän caét ñöùt caùc lieân keát caùc phaân töû thì söï tröông chuyeån sang khoâng giôùi haïn. Polymer maïch khoâng gian Caùc lieân keát hoùa hoïc deã bò phaù vôõ khi nhieät ñoä nhoû hôn nhieät ñoä phaân huûy polymer, do ñoù chuùng khoâng tan trong dung moâi, tuy nhieân tuøy theo maät ñoä noái ngang thì chuùng coù theå taïo tröông trong dung moâi ñeå taoï thaønh gel. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 10
Trương không giới hạn và trương giới hạn α α* t 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 11
7.3 Ñoä tröông Ñoä tröông laø moät thoâng soá quan troïng cuûa polymer maïch trong khoâng gian, cho chuùng ta bieát khaû naêng tröông cuûa polymer trong dung moâi hay trong hôi dung moâi. Ñoä tröông chæ xaùc ñònh khi polymer tröông giôùi haïn trong dung moâi. V  V0 m  m0 hay   V0 m0 m0 : Troïng löôïng ban ñaàu cuûa maãu polymer . m : Troïng löôïng maãu polymer sau khi tröông. V0: Theå tích ban ñaàu cuûa maãu polymer. V : Theå tích maãu polymer sau khi tröông. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 12
7.4 Ñoä tröông Ñoä tröông laø moät haøm theo thôøi gian vaø taêng daàn theo thôøi gian, vaän toác tröông xaûy ra nhanh ôû gian ñoaïn ñaàu vaø chaäm daàn ñeán khi ñaït giaù trò caân baèng, khi ñoù ta coù ñoä tröông caân baèng . Tuøy theo caáu truùc maïng löôùi maø chuùng ta coù toác ñoä tröông vaø ñoä tröông caân baèng khaùc nhau. Khi polymer coù theå tröông trong moät dung moâi thì noù coù theå tröông trong hôi dung moâi ñoù, nhöng toác ñoä tröông trong dung moâi lôùn hôn toác ñoä tröông trong hôi dung moâi, tuy nhieân ñoä tröông toái ña laø nhö nhau. Ñoä tröông aâm khi söï tröông trong dung moâi laøm thoaùt ñi löôïng taïp chaát trong polymer. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 13
Trương chậm và trương nhanh α Trương chậm α2* α1* Trương nhanh t 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 14
7.4 Heä gel Khi polymer trong dung dòch coù theå taïo heä tröông hoaëc polymer khoâng tan thì ta coù caáu truùc gel. Gel polymer laø moät heä raát quan troïng ñöôïc öùng duïng quan troïng trong coâng nghieäp thöïc phaåm, sôïi toång hôïp…caùc cô quan soáng. Tuøy theo caáu truùc chia laøm 2 loaïi gel: Gel loaïi 1 Laø heä polymer – dung moâi trong ñoù maïng löôùi ñöôïc hình thaønh töø caùc lieân keát hoùa hoïc beàn giöõa caùc phaân töû. Caùc lieân keát naøy khoâng bò phaù huûy bôûi nhieät ñoä, khoâng coù hieän töôïng thay ñoåi nhieät ñoä, do ñoù gel khoâng theå chaûy ôû baát kyø ôû moät nhieät ñoä naøo, neáu tieáp tuïc naâng nhieät ñoä thì polymer seõ bò phaù huûy, nhieät ñoä ñoù laø nhieät ñoä khoâng hoài phuïc. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 15
7.4 Heä gel (tt) Gel loaïi 1 (tt) Gel loaïi 1 ñöôïc hình thaønh trong caùc tröôøng hôïp : • Polymer maïch thaúng khoâng gian tröông trong dung moâi (tröông giôùi haïn). • Truøng hôïp hgay truøng ngöng 3 chieàu trong dung moâi. • Quaù trình ñoùng raén, taïo maïng ngang trong dung moâi. Gel loaïi 2 • Khi lieân keát giöõa caùc phaân töû laø caùc löïc lieân keát phaân töû coù baûn chaát khaùc nhau (lieân keát vaät lyù), caùc lieân keát naøy beàn trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh, khi thay ñoå caùc ñieàu kieän nhiệt ñoä dung moâi lieân keát naøy bò phaù vôõ, gel seõ ñöôïc chuyeån thaønh dung dòch thöïc, hieän töôïng naøy goïi laø hieän töôïng chaûy gel. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 16
7.4 Heä gel (tt) Gel loaïi 2 (tt) • Gel loaïi 2 ñöôïc thaønh laäp töø töông taùc cuûa polymer maïch thaúng hoaëc nhaùnh vôùi dung moâi, trrong ñoù caùc polymer coù chöùa caùc nhoùm phaân cöïc vaø dung moâi khoâng laø dung moâi toát cuûa polymer hoaëc dung moâi töông taùc toát vôùi nhoùm phaân cöïc naøy nhöng khoâng töông taùc vôùi nhoùm töông taùc kia. • Ñoâi khi do vieäc choïn dung moâi vaø nhieät ñoä khoâng thích hôïp coù theå thaønh gel hai pha hoaëc trong quaù trình hoøa tan dung dòch seõ ñuïc do taïo thaønh caùc haït gel nhoû phaân boá trong dung dòch. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 17
7.4 Heä phaân taùn keo  Söï tan seõ khoâng xaûy ra neáu khoâng coù aùi löïc giöõa polymer vaø dung moâi, trong tröôøng hôïp naøy seõ taïo ra heä phaân taùn keo. Neáu laø polymer voâ ñònh hình thì ta coù heä huyeàn phuø. Heä keo ñieån hình laø heä muû cao su ( latex töï nhieân ), ñoù laø heä caùc haït cao su phaân taùn trong nöôùc. Huyeàn phuø taïo ra do truøng hôïp huyeàn phuø caùc polymer ñöôïc goïi laø latex toång hôïp, polymer phaân taùn trong moâi tröôøng nöôùc. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 18
7.4 Heä phaân taùn keo (tt)  Heä latex laø heä keo coù caùc tính chaát ñieån hình : heä khoâng töï ñoäng taïo thaønh, taäp hôïp thaønh nhöõng haït, khoâng beàn vöõng nhieät ñoäng do toàn taïi beà maët phaân chia pha raát roõ giöõa polymer vaø dung moâi. Do ñoù trong heä keo thì thì naêng löôïng beà maët raát cao vaø thöôøng ñi keøm theo hieän töôïng ñoäng tuï polymer nhaèm giaûm naêng löôïng beà maët heä vaø taùch polymer ra. Nhö theá laø polymer toàn taïi 2 pha.  Ñeå heä keo beàn vöõng vaø traùnh hieän töôïng keo tuï thì chuùng ta caàn caùc chaát oån ñònh.  Dung dòch thaät vaø heä phaân taùn keo laø hai tröôøng hôïp ôû hai cöïc: lieân keát beàn vaø lieân keát cöïc yeùu giöõa polymer vaø dung dòch thaáp phaân töû, giöõa hai tröôøng hôïp naøy laø caùc tröôøng hôïp trung gian. 605002 Dung dịch polymer 12/23/2010 19