Bài 14: VẬT LIỆU POLIME

A. BÀI GIẢNG

Hiện nay do tác dụng của môi trường xung quanh (không khí, nước, khí thải,...) nên kim loại và hợp kim bị ăn mòn rất nhanh; các nguồn khóang sản này thì ngày càng cạn kiệt. Vì vậy việc đi tìm các nguyên liệu mới để thay thế kim loại và hợp kim là rất cần thiết. Một trong các giải pháp thay thế đó là điều chế vật liệu polime. Một số vật liệu polime thường dùng là chất dẻo, cao su, tơ, keo dán, compozit.

I. CHẤT DẺO

1. Khái niệm về chất dẻo và vật liệu compozit

- Chất dẻo là vật liệu polime có tính dẻo.

Thí dụ: Thước nhựa được làm từ chất dẻo. Chất dẻo bao gồm polime, chất hóa dẻo và các chất phụ gia khác.

- Vật liệu compozit là vật liệu hỗn hợp gồm ít nhất hai thành phần phân tán vào nhau và không tan vào nhau.

Thành phần của vật liệu compozit gồm chất nền (polime), chất độn như bông, đay, silicat... và các chất phụ gia khác.

2. Một số polime dùng làm chất dẻo

a) Polietilen (PE): $(-CH_{2}-CH_{2}-)_{n}$.

- Phương trình hóa học tổng hợp PE:

$nCH_{2}=CH_{2}\overset{t^{0},xt}{\rightarrow}(-CH_{2}-CH_{2}-)_{n}$

- PE là chất dẻo mềm, nóng chảy ở nhiệt độ trên 110°C, có tính “trơ tương đối” của ankan mạch không phân nhánh, được dùng làm màng mỏng, vật liệu điện, bình chứa,...

b) Poli (vinyl clorua) (PVC):

- Phương trình hóa học tổng hợp PVC:

- PVC là chất rắn vô định hình, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu cách điện, ống dẫn nước, vải che mưa.

c) Poli (metyl metacrylat):

- Phương trình hóa học tổng hợp poli(metyl metacrylat):

- Poli(metyl metacrylat) là chất rắn trong suốt cho ánh sáng truyền qua tốt (gần 90%) nên được dùng chế tạo thủy tinh hữu cơ plexiglas làm kính, xương, răng giả...

d) Poli (phenol fomanđehit) (PPF)

Có 3 dạng: Nhựa novolac, nhựa rezol và nhựa rezit

-Sơ đồ điều chế nhựa novolac:

- Điều chế nhựa rezol: Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1:1,2 (xúc tác kiềm), thu được nhựa rezol.

- Điều chế nhựa rezit:

II. TƠ

1. Khái niệm: Tơ là những polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định.

2. Phân loại

a) Tơ thiên nhiên (sẵn có trong thiên nhiên) như bông, len, tơ tằm.

b) Tơ hóa học (chế tạo bằng phương pháp hóa học):

-Tơ tổng hợp tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic thế (vinilon, nitron,...)

- Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo : tơ visco, tơ xenlulozơ axetat,...

3. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

a) Tơ nilon-6,6

- Phương trình hóa học điều chế tơ nilon -6,6:

- Tính chất: Tơ nilon -6,6 dai, bền, mềm mại, óng mượt, ít thấm nước, giặt mau khô nhưng kém bền với nhiệt, với axit và kiềm.

- Ứng dụng: Dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất, bện làm dây cáp, dây dù, đan lưới,...

b) Tơ nitron (hay olon)

- Phương trình hóa học điều chế tơ nitron:

- Tính chất: Dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt.

- Ứng dụng: Dệt vải, may quần áo ấm, bện len đan áo rét.

III. CAO SU

1. Khái niệm: Cao su là vật liệu polime có tính đàn hồi.

2. Phân loại: Dựa vào nguồn gốc của cao su người ta chia cao su làm hai loại: cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp.

a) Cao su thiên nhiên

- Cấu tạo:

Cao su thiên nhiên $\overset{250-300^{0}C}{\rightarrow}$ isopren

Như vậy, cao su thiên nhiên là polime của isopren:

- Tính chất và ứng dụng

+ Cao su thiên nhiên có tính đàn hồi, không dẫn điện và nhiệt, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol, axeton,...nhưng tan trong xăng, benzen.

+ Cao su thiên nhiên tham gia được phản ứng cộng ($H_{2}$, HCl, $Cl_{2}$,...) do trong phân tử có chứa liên kết đôi. Tác dụng được với lưu huỳnh cho cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó hoà tan trong các dung môi hơn so với cao su thường.

+ Bản chất của quá trình lưu hóa cao su (đun nóng ở 150°C hỗn hợp cao su và lưu huỳnh với tỉ lệ khoảng 97:3 về khối lượng) là tạo ra cầu nối -S-S- giữa các mạch cao su tạo thành mạng lưới.

b) Cao su tổng hợp: Là loại vật liệu polime tương tự cao su thiên nhiên, thường được điều chế từ các ankađien bằng phản ứng trùng hợp.

- Cao su buna: Phương trình điều chế:

Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên.

- Cao su buna-S và buna-N: Phương trình điều chế:

IV. KEO DÁN TỔNG HỢP

1. Khái niệm: Keo dán là vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu rắn giống hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất của các vật liệu được kết dính.

2. Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng

a) Nhựa vá săm: Là dung dịch đặc của cao su trong dung môi hữu cơ.

b) Keo dán epoxi: Làm từ polime có chứa nhóm epoxi

c) Keo dán ure-fomanđehit: Phương trình điều chế: