Chương 4: POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIME

Các polime được dùng làm vật liệu polime để sản xuất ra chất dẻo, tơ nhân tạo và tơ tổng hợp, cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu đặc điểm các loại vật liệu này và quá trình tạo ra chúng bằng phương pháp trùng hợp và phương pháp trùng ngưng. Nội dung kiến thức của chương này bao gồm:

Bài 13: Đại cương về polime.

Bài 14: Vật liệu polime.

Chúng ta lần lượt xét từng bài học cụ thể của chương:

Bài 13: ĐẠI CƯƠNG VỀ POLIME

A. BÀI GIẢNG

I. KHÁI NIỆM:

Polime là những hợp chất có phân tử khối lớn do nhiều đơn vị cơ sở liên kết với nhau tạo nên.

Thí dụ: polietilen nilon-6

+ Mắt xích là đơn vị cơ sở liên kết với nhau tạo thành polime.

+ Hệ số n gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa.

+ Các phân tử như $CH_{2}=CH_{2}$, $H_{2}N[CH_{2}]_{5}COOH$... gọi là monome.

- Tên gọi: Tên polime = poli + tên monome

Chú ý: Nếu tên của monome gồm hai cụm từ trở lên thì được đặt trong dấu ngoặc đơn.

Thí dụ:

- Ngoài ra, một số polime có tên riêng, thí dụ:

Teflon:

Nilon-6:

Xenlulozơ: $(C_{6}H_{10}O_{5})_{n}$

- Phân loại: Dựa vào nguồn gốc người ta chia polime làm ba loại:

+ Polime tổng hợp (do con người tổng hợp) như polietilen, poli(vinyl clorua)...

+ Polime thiên nhiên (có sẵn trong tự nhiên) như xenlulozơ, tinh bột...

+ Polime bán tổng hợp (polime thiên nhiên do con người cải biến một phần) như tơ visco, tơ axetat...

II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC:

- Các mắt xích polime có thể nối với nhau thành các dạng mạch sau:

+ Mạch không phân nhánh: amilozơ, tinh bột,...

+ Mạch phân nhánh: amilopectin, glicogen,...

+ Mạng không gian: cao su lưu hóa (cao su Buna – S), nhựa bakelit,...

- Cấu trúc của polime ảnh hưởng nhiều đến tính chất vật lí của nó như độ bền, tính đàn hồi...Thí dụ, với cấu trúc mạng không gian nên cao su lưu hóa có độ bền cao, tính đàn hồi tốt hơn cao su thông thường (chưa lưu hóa)...

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Nghiên cứu tính chất vật lí của một số polime thông dụng như cao su, chất dẻo... ta nhận thấy:

-Các polime hầu hết là những chất rắn.

- Không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định. Đa số polime khi nóng chảy cho chất lỏng nhớt, để nguội rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy, khi đun bị phân hủy gọi là chất nhiệt rắn.

- Đa số polime không tan trong nước và các dung môi thông thường.

- Nhiều polime có tính đàn hồi, tính dẻo, dễ kéo thành sợi; một số polime có tính cách điện...

IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Phản ứng phân cắt mạch polime: Các polime như tinh bột, xenlulozơ, protein... bị thủy phân trong môi trường axit; polistiren, cao su isopren bị nhiệt phân... làm mạch polime bị phân cắt.

- Polime có nhóm chức trong mạch dễ bị thủy phân:

- Polime trùng hợp bị nhiệt phân ở nhiệt độ thích hợp tạo thành các đoạn ngắn, cuối cùng thành monome ban đầu (phản ứng giải trùng hợp hay phản ứng đepolime hóa)

2. Phản ứng giữ nguyên mạch polime: Tùy theo cấu trúc của polime mà có phản ứng giữ nguyên mạch khác nhau như poli(vinyl clorua) bị thủy phân thành poliancol...

3. Phản ứng tăng mạch polime: Khi có nhiệt độ, xúc tác, áp suất thích hợp thì các polime có thể nối với nhau tạo thành polime có cấu trúc không gian như:

- Phản ứng lưu hóa chuyển cao su thành cao su lưu hóa.

- Phản ứng chuyển nhựa rezol thành nhựa rezit.

V. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

1. Phản ứng trùng hợp: Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử lớn (polime).

- Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp là trong phân tử phải có liên kết bội ($CH_{2}=CH_{2}$, $CH_{2}=CH-Cl$, $CH_{2}=CH-CH=CH_{2}$,...) hoặc là vòng kém bền có thể mở ra như:

Thí dụ:

2. Phản ứng trùng ngưng

Thí dụ:

- Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (thí dụ $H_{2}O$).

- Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng ngưng là trong phân tử phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng.

VI. ỨNG DỤNG: Vật liệu polime phục vụ cho sản xuất và đời sống: Chất dẻo, tơ sợi, cao su, keo dán...