Polyme

POLYME
Định nghĩa
Cấu tạo của polyme
Phân loại polyme
Điều chế polyme
Tính chất cơ lý của polyme
Tính chất hóa học của polyme
Giới thiệu một số polyme

I. POLYME
Polyme là những hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn (hợp chất cao phân tử) do nhi?u m?t xích li�n k?t l?i v?i nhau.
Oligome l� nh?ng d?ng d?ng c?a polime nhung cĩ kh?i lu?ng ph�n t? th?p
Những hợp chất mà phân tử của chúng có khả năng tổng hợp thành polyme được gọi là các monome hay đơn phân.
Số lượng các đơn vị cấu tạo có trong một phân tử polyme được gọi là hệ số
Hệ số trùng hợp càng lớn thì polyme có khối lượng phân tử càng cao. Tuy nhiên, số lượng các đơn vị cấu tạo thường thay đổi, do đó mỗi mẫu polyme thường bao gồm một hỗn hợp các phân tử có khối lượng khác nhau.
II. Các dạng cấu tạo của polyme
Cấu tạo mạch thẳng

Cấu tạo phân nhánh


Cấu tạo mạng lưới không gian
Cấu tạo lập thể
của polyme mạch thẳng
Dạng lập thể atactic: các nhóm thế trong mạch sắp xếp hỗn độn, vô trật tự
Dạng lập thể điều hòa isotactic: các nhóm thế luôn ở về một phía của mạch polyme.




Dạng lập thể syndiotactic: nhóm thế sắp xếp điều hòa luân phiên
Khi trong mạch polyme có chứa liên kết đôi thì có thể xuất hiện hiện tượng tương tự đồng phân hình học (cis - trans)
III. PHÂN LOẠI POLYME
Phân loại theo thành phần hóa học
? Polyme hữu cơ: đó là các polyme chứa cacbon. Ví dụ PP, PE, PS .
? Polyme vô cơ: Là các polyme chứa Si, Te, Sn, Al . và không có hay có với tỷ lệ rất ít cacbon. Ví dụ như amiang, silicon, thạch anh, than chì .
? Polyme mạch cacbon: Là polyme mà mạch chính chỉ gồm các nguyên tử cacbon.
? Polyme dị mạch: Mạch chính của phân tử chứa dị tố như Si, N, O, .
Phân loại theo nguồn gốc xuất phát
? Polyme tự nhiên: là các polyme có sẵn trong tự nhiên như tinh bột, caosu
? Polime nhân tạo: là các polime nhận được khi biến tính hóa học các polyme tự nhiên. Ví dụ tơ visco, axetat xenlulo .
? Polyme tổng hợp: là các polyme nhận được bằng phương pháp tổng hợp từ các ch?t ban đầu (Ví dụ PE, PVC ,.).
Phân loại theo thành phần cấu tạo
? Homopolyme: là polyme mà phân tử được tạo thành chỉ từ một loại monome.
? Copolyme: là polyme mà phân tử do 2 hay nhiều loại monome khác nhau tạo thành. Có thể có các loại copolyme:
Copolyme luân phiên điều hòa - A - B - A - B - A - B - A - B -
Phân loại polyme
Copolyme sắp xếp hỗn độn: - A - A - B - B - A - A- A - B - A - B - B -
Copolyme khối: - AAAAAAA - BBBB - AAAAAAA - BBBB -
Copolyme ghép
Phân loại polyme
Phân loại theo quy ước chung
? Cao su: Đó là các vật liệu polyme có tính đàn hồi cao, nghĩa là tính dễ bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực (nhiệt độ, áp suất, kéo giãn .) nhưng khi lực thôi tác dụng thì lại trở về hình dạng ban đầu. Cao su có lực tương tác giữa các phân tử yếu.
? Chất dẻo (Plastic): là những vật liệu polime có tính dẻo, nghĩa là dễ bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực (nhiệt độ, áp suất ..) và khi lực thôi tác dụng thì vẫn giữ nguyên hình dạng đó. Các phân tử polyme loại chất dẻo có lực tương tác lớn hơn so với cao su.
? To, sợi: là loại polyme có khả năng kéo thành sợi được. Lực tương tác giữa các phân tử của loại polime này rất lớn.
Phân loại theo tính chất nhiệt
? Polyme nhiệt dẻo : là các polime khi đun nóng sẽ mềm hoặc chảy nhão nhưng khi làm nguội lại trở lên rắn như cũ. Quy trình này có thể lặp đi lặp lại miễn là nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy của polyme.
? Polyme nhiệt rắn: là các polyme mà khi gia công, sau trạng thái mềm nhão nó hóa rắn bất thuận nghịch, tức là vẫn duy trì ở trạng thái rắn, không đun chảy mềm lại được nữa. Hiện tượng hóa rắn này xảy ra là do có sự hình thành cấu trúc mạng 3 chiều.
? Polyme nhiệt dẻo đàn hồi (Elastome): là các polyme có tính chất gần như polyme nhiệt dẻo song lực hấp dẫn giữa các mạch polyme lớn hơn và thể hiện tính đàn hồi.
IV. ĐIỀU CHẾ POLYME
Giai đoạn khơi mào:
RO - OR ? 2RO*
Giai đoạn phát triển mạch:



Giai đoạn tắt mạch: Xảy ra theo nhiều cách, làm mất đi gốc tự do hoạt động
Trùng hợp gốc
Tương tác với chất lạ trong hỗn hợp phản ứng:


Sự chuyển mạch:


Sự kết hợp của hai gốc tự do:
Một số chất khơi mào
Đimetylpeoxiđicacbamat:


Persunfat kali:


2,2`-Azo-bis isobutyronitrile:
Giai đoạn khơi mào:
BF3 + HX ? H+[BF3X] -
CH2 = C(CH3)2 + H+ ? (CH3)3C+
Giai đoạn phát triển mạch:
(CH3)3C+ + CH2=C(CH3)2 ? (CH3)3C-CH2-C+(CH3)2
(CH3)3C-CH2-C+(CH3)2 + nCH2=C(CH3)2 ?
(CH3)3C-[ CH2-C(CH3)2-]n-CH2-C+(CH3)2
Giai đoạn tắt mạch:
Do kết hợp với anion phức:
(CH3)3C-[ CH2-C(CH3)2-]n-CH2-C+(CH3)2 + [BF3X] - ?
(CH3)3C-[ CH2-C(CH3)2-]n-CH2 - CX(CH3)2 + BF3
Do tách H+ tạo đầu mạch chưa no
Trùng hợp cation
Trong trùng hợp cation, các monome chứa các nhóm thế cho electron có khả năng phản ứng cao. Ngoài anken, một số monome khác cũng cho phản ứng trùng hợp cation: RR`C=O, etylenoxit, lactam, .
Trùng hợp cation rất nhạy với sự thay đổi của điều kiện phản ứng như cấu tạo monome, môi trường phản ứng, ảnh hưởng của tạp chất, nhiệt độ, . đặc biệt môi trường phân cực có ảnh hưởng lớn đến cơ chế và tốc độ phản ứng.
Trùng hợp anion
Trùng hợp anion
Hoạt tính của monome giảm theo dãy:
XÚC TÁC
Trong trùng hợp anion, các xúc tác có thể là:
Các kim loại kiềm
Các amiđua kim loại kiềm và kiềm thổ trong NH3 lỏng: LiNH2, NaNH2, KNH2, Ca(NH2)2
Các hợp chất cơ kim: LiR, NaR, CaR2, MgR2 (R là gốc C2H5 hoặc iso-C4H9).
XÚC TÁC KIM LOẠI KIỀM
Khởi đầu có sự hình thành ion gốc:



Sau đó:
Và:




Các nhóm cuối của mạch phát triển rất hoạt động và bền vững, nếu không có tạp chất đóng vai trò ngắt mạch thì quá trình ngắt mạch không xảy ra.
Trùng hợp đặc thù lập thể
Phản ứng trùng ngưng
V. TÍNH CHẤT CƠ LÝ
CỦA POLYME
Polyme không bay hơi
Đa số các polyme khó tan trong các dung môi
Đa số polyme là chất cách điện, cách nhiệt; Nhiều loại polyme có tính bán dẫn
Polyme không có nhiệt độ nóng chảy cố định do nó là hỗn hợp của nhiều phân tử có khối lượng khác nhau.
Khối lượng phân tử "trung bình số" Mn



Khối lượng phân tử "trung bình khối" MW.

Mi: khối lượng polyme
ni: số lượng polyme có khối lượng Mi
Nhiệt độ thủy tinh hóa Tg
Đa số polyme tồn tại một nhiệt độ phân biệt hai trạng thái cơ bản sau:
Trạng thái cao su: mềm, chảy nhớt (ở nhiệt độ cao).
Trạng thái thủy tinh: cứng và giòn (ở nhiệt độ thấp).
Nhi?t d? m� polime chuy?n t? tr?ng th�i th?y tinh sang tr?ng th�i m?m d?o g?i l� nhi?t d? th?y tinh hĩa Tg.
Tại nhiệt độ thủy tinh hóa, polyme thay đổi đột ngột các tính chất vật lý: tính chất cơ, quang, điện, nhiệt, .
Trong công nghiệp Tg cho ta biết nhiệt độ chảy mềm, gia công của polyme.
Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ thủy tinh hóa: Độ mềm dẻo của mạch, Kích thước nhóm thế, Độ phân cực của nhóm thế, Khối lượng phân tử trung bình, .
Polypropylen Tg = 253OK;
PVC Tg = 354OK,
Polyacrylonitril Tg = 378OK.
VI. Tính ch?t hóa học của Polyme
Phản ứng biến đổi tương tự



Phản ứng khâu mạch
+ CH3OH
Phản ứng tạo copolyme ghép và copolyme khối



Phản ứng phân hủy





R -NH-CO- R` + H2O ? R-NH2 + HOOC-R`
Một số polyme
Polyamit: Nylon
Polyamit: Nylon
Polyeste
Polycacbonat CO3
Polycacbonat bền, giống như thủy tinh hữu cơ nhưng đắt hơn, dùng làm kính, bình đựng, đồ chơi
Polyuretan NH-COO
Làm mút mềm và mút cứng
Polyme có hệ thống liên kết liên hợp
Polyme này có những tính chất cơ lý rất lý thú: bền nhiệt, nhạy cảm từ tính và có tính bán dẫn. Một số công trình nghiên cứu còn cho thấy polyme có hệ thống liên kết liên hợp có hoạt tính xúc tác đối với các quá trình oxi hóa-khử.
PE, PP, PVC, PS, PVA, phenolfomandehit, thủy tinh hữu cơ
Cao su buna, isopren, buna–N, buna-S
Nilon 6, nilon 6,6, enang (nilon 7)