hóa học và hóa lý polymer

1. TS. Nguyen Quang Khuyen
nqkhuyen@yahoo.com
HP: 0908 207020
Môn Học
HÓA HỌC HÓA LÝ POLYMER
3 ĐVHT
1
12/23/2010 1
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

2. [1]. Nguyễn Hữu Niếu và Trần Vĩnh Diệu, Hóa lý polymer,
Đại học Quốc gia, Tp.HCM, 2004.
[2]. Phan Thanh Bình, Hóa học và hóa lý polymer, Đại học
quốc gia Tp.HCM, 2002.
[3]. Thái Doãn Tĩnh , Hóa học các hợp chất cao phân tử,
NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2005.
[4] Hans R. Kricheldorf, Oskar Nuyken and Graham Swift,
Handbook of Polymer Synthesis, Marcel Dekker, 2005.
[5] David I. Bower, An Introduction to Polymer Physics,
Cambridge University, 2002.
[6] Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 3rd
Edition, 12 Volume, John Wiley & Sons, 2004.
SÁCH THAM KHẢO
2
2
12/23/2010 2
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

3. [7] Krzysztof Matyjaszewski and Thomas P. Davis, Handbook
of Radical Polymerization, John Wiley & Sons, 2002.
[8] Fred J. Davis, Polymer Chemistry, Oxford University,
2004.
[9] J. Brandrup, E. H . Immergut and E. A . Grulke, Polymer
Handbook, John Wiley & Sons, 1999.
[10] Michael Rubinstein and Ralph H. Colby, Polymer
Physics, Oxford University, 2003.
[11] Igor Galaev and Bo Mattiasson, Smart Polymers
Applications in Biotechnology and Biomedicine, by
Taylor & Francis, 2008.
[12] Graham Swift, Charles E. Carraher and Christopher N.
Bowman, Polymer Modification, Springer, 1997.
SÁCH THAM KHẢO
3
3
3
12/23/2010 3
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

4. Chương 1
KHÁI NIỆM VỀ POLYMER
4
4
4
12/23/2010 4
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

5. •Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ
tầm, sợi len để làm quần áo.
• Cao su thiên nhiên được phát hiện vào cuối thế kỷ 17
bởi nhà khoa học châu âu.
•1820 Thomas Hancock phát hiện ra cán dẻo cao su,
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 lưu hóa bằng lưu huỳnh.
•Năm 1833, Gay lussac tổng hợp được polyester khi
đun nóng acid lactic, Braconot điều chế được
Nitroxenlolozơ bằng phương pháp chuyển hoá đồng
dạng.
1.1 Lịch sử phát triển ngành polymer
5
5
5
12/23/2010 5
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

6. • Đến cuối thế kỹ 19 và đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu
hợp chất polymer được phát triển mạnh mẽ.
• 1910 nhựa Bakelit phenol-formadehyt (Leo
Baekeland) là polyme tổng hợp hoàn toàn được sản
xuất công.
• 1835 Renoult điều chế đưọc vc (vinyl clorua) và
1937 mới đưa vào sản xuất trong công nghệp.
• 1933 R.O. Gibson và E.N.Faweet của ICI đã trùng
hợp etylen thành polyetylen ở nhiệt độ và áp suất cao.
1939 – nhà máy đã chính thức hoạt động sản xuất PE.
• Cao su nhân tạo đầu tiên được tổng hợp từ 2,3
dimetyl butadien (BR) ở Đức trong chiến tranh thế
giới thứ I.
6
6
6
6
12/23/2010 6
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

7.  Những lý thuyết và thực nghiệm của Paul Flory về
polymer, ông đã nhận giải Nolben Hoá học 1974 vì
những đóng góp lâu dài và quan trọng của ông trong
lĩnh vực khoa học polyme. Năm 1953 Staudinger đã
nhận giải Nobel vì những công trình nghiên cứu tiên
phong trong lĩnh vực này.
 Một lượng lớn những polyme tổng hợp được thương
mại hoá như: polystyren, poly(metyl metacrylat),
nylon 6,6, PE, PVC, ….
 Ngày nay polymer là vật liệu đóng góp rất nhiều
trong các lĩnh lực khoa học kỹ thuật và đời sống:
Các sản phẩm dân dụng, công nghiệp, y tế, phục vụ
ngành khoa học kỹ thuật…
7
7
7
7
12/23/2010 7
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

8.  Một số lĩnh vực ứng dụng tiên tiến của polyme:
 Polymer chịu nhiệt, oxy hóa ứng dụng trong tàu
vũ trụ.
 Nhựa kỹ thuật thay thế cho kim loại.
 Polyme không cháy, giảm tối thiểu lượng khói
hoặc hơi độc.
 Polyme phân huỷ sinh học.
 Polyme ứng dụng trong sinh học ví dụ: chỉ tự tiêu,
cơ quan nội tạng nhân tạo.
 Polyme dẫn điện.
8
8
8
8
12/23/2010 8
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

9.  Tình hình phát triển ngành nhựa ở VN:
 Nhựa nhiệt dẻo : sản xuất từ nguồn dầu khí dầu
mỏ (mỏ khí dầu mỏ và mỏ khí thiên nhiên) VD:
công ty misuvina sản xuất PVC.
 Các trung tâm nghiên cứu vật liệu mới và ứng
dụng nhựa nhiệt rắn đặc biệt nhà lắp ghép ở Miền
Tây Nam Bộ, tàu đánh bắt thủy sản xa bờ bằng
composite, canô …
 Xu thế phát triển nghành polyme ở việt nam :
ngành nhựa nhiệt rắn đã và đang phát triển đã gia
nhập khối ASIAN tên gọi chung cho ngành là
VINAPLAST.
9
9
9
9
12/23/2010 9
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

10. •Polymer 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.
PS PVC PP
1.2 Định nghĩa, khái niệm
10
10
10
10
12/23/2010 10
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

11. •Oligomer (polymer) khối lượng phân tử thấp là hợp
chất trung gian, chưa mang những đặc trưng tính chất
như polymer. Sự phân biệt giữa oligomer và polymer
không rõ ràng, tuy nhiên oligomer không có sự thay
đổi rõ ràng với những tính chất quan trọng.
11
11
11
12/23/2010 11
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

12. •Monomer là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa
liên kết kép (đôi hoặc ba, độ chức) hoặc có ít nhất hai
nhóm chức hoạt động có khả năng phản ứng với nhau
tạo thành polymer – tham gia phản ứng trùng hợp.
12
12
12
12/23/2010 12
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

13. •Mắt xích cơ sở: là những nhóm nguyên tử lặp đi lặp
lại trong phân tử polymer.
13
13
13
12/23/2010 13
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

14. Đoạn mạch: là một giá trị trọng lượng của các mắc
xích liền nhau sao cho sự dịch chuyển của mắc xích
liền sau đó không phụ thuộc vào mắc xích ban đầu.
Độ trùng hợp (n): biểu thị số mắt xích cơ sở có trong
đại phân tử của polymer.
n = M/m
M: khối lượng phân tử trung bình của Polymer.
m : khối lượng phân tử của mắt xích.
14
14
14
12/23/2010 14
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

15. Khối lượng phân tử của polymer
Khối lượng phân tử trung bình số Mn:
Mi : khối lượng phân tử của mạch i
Ni : số phân tử có khối lượng Mi có trong hệ.
Khối lượng phân tử trung bình số thể hiện phần số học
các mạch hiện diện trong hổn hợp.
Khối lượng phân tử trung bình khối Mw:
:phần khối lượng của mạch phân
tử có độ trùng hợp i.
15
15
15
12/23/2010 15
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

16. Khối lượng trung bình khối là tổng khối lượng các
thành phần tính trung bình theo phần khối lượng của
từng loại mạch có độ trùng hợp khác nhau.
Chỉ số đa phân tán IP: đặc trưng cho độ phân tán của
mẫu polymer.
IP = 1 đồng nhất về độ trùng hợp trong toàn mẫu
polymer (điều này không có thực).
IP > 1 : mẫu polymer có độ đa phân tán , IP càn lớn
mẫu càng phân tán (VD: IP cao su tổng hợp và NR = 2
và tương đương5.
16
16
16
12/23/2010 16
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

17. Danh Pháp: Danh pháp của polymer chủ yếu dựa vào
tên của monomer, hợp chất tổng hợp thành polymer và
có thêm vào phía trước tử “poly”.
•Ethylene ( polyethylene).
•Propylene ( polypropylene).
•Polyester được hình thành từ phản ứn của di – alcol
và di – acid.
17
17
17
12/23/2010 17
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

18. •Homopolyme là những polyme được tạo thành từ một
loại monome.
18
18
18
12/23/2010 18
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

19. 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, NBR …
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).
19
19
19
12/23/2010 19
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

20. Copolyme đều đặn
Copolyme khối
Copolyme ngẫu nhiên
Copolyme ghép
20
20
20
12/23/2010 20
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

21. Nguyên liệu (khí đồng hành, tự nhiên) tổng hợp polymer
21
21
21
12/23/2010 21
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

22. Nguyên liệu dầu mỏ tổng hợp polymer
22
22
22
22
12/23/2010 22
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

23. Hình dạng phân tử polyme
mạch thẳng
mạch nhánh
mạng lưới
không gian
hình sao
hình răng lược
hình thang
hình cây
23
23
23
12/23/2010 23
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

24. Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau:
• Phân loại theo nguồn gốc: polymer thiên nhiên (cao
su), polymer tổng hợp, polymer nhân tạo
(nitrocellulose, CAB…).
• Phân loại theo thành phần hoá học của mạch chính
của polymer:
o Polymer mạch carbon: mạch phân tử được cấu thành
từ nguyên tử carbon. Polymer này được hình thành từ
các olyfine hay các dẫn xuất của hydrocarbon.
o Polymer dị mạch: mạch chính được hình thành từ
carbon và các nguyên tố phổ biến như : S, O, N, P…
o Polymer vô cơ: mạch chính của polymer không phải
là carbon.
1.3 Phân loại
24
24
24
12/23/2010 24
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

25. • Phân loại theo cấu trúc mạch phân tử:
o Polymer không phân nhánh.
o Polymer phân nhánh.
o Polymer mạch có cấu trúc không gian.
H2C O
n
O CH2 O C
O
CH2 C
O
x y
n
C NH
O
CH2 NH C O
O
CH2 O
x y
n
Si O
R
R
n
polyoxymetylen
polyeste
polyuretan
polysiloxan
25
25
25
12/23/2010 25
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

26. • Phân loại theo tính chất
• Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: chất dẻo, phủ bảo
vệ, sơn, sợi, cao su, keo dán, polymer composite…
Polymer
Cao Su
Polymer nhiệt dẻo Polymer nhiệt rắn
Tinh thể Vô định hình
26
26
26
12/23/2010 26
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

27. • Về quan điểm hoá học: hợp chất cao phân tử không
khác gì so với hợp chất thấp phân tử. nhưng các hợp
chất cao phân tử có kích lớn, cồng kềnh khó dịch
chuyển chính vì thế khả năng phản ứng của các nhóm
chức là chậm so với nhóm chức của hợp chất thấp
phân tử.
1.4 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử
và hợp chất thấp phân tử
27
27
27
12/23/2010 27
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

28. • Dung dịch polymer có độ nhớt cao, ngay cả trong
dung dịch loãng của polymer độ nhớt cũng cao hơn độ
nhớt của dung dịch đặc của hợp chất thấp phân tử. Khi
hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tan
thường chậm và phải qua giai đoạn trung gian là
trương lên trước sau đó mới hoà tan. Thậm chí có
những polymer không tan trong dung môi nào. Sự
khác nhau cơ bản giữa hợp chất cao phân tử và thấp
phân tử là tính chất vật lý. Các polymer có khối lượng
phân tử lớn, lực tương tác giữa các phân tử lớn cho
nên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối cao hơn
hợp chất thấp phân tử nhất là đối với polymer có tính
phân cực lớn.
28
28
28
12/23/2010 28
MaMH 605002 Khái niệm về polymer

29. • Các sợi, màng polymer có độ bền cơ học khác nhau,
khác với hợp chất thấp phân tử, đặc biệt phụ thuộc vào
hình dạng, cấu trúc và bản chất phân bố tương hổ của
các phân tử và nhiệt độ. Khi có ngoại lực tác dụng thì
các hợp chất cao phân tử không biến dạng hoàn toàn
ngay như hợp chất thấp phân tử mà phải trải qua thời
gian nhất định. Thời gian này càng dài nếu nhiệt độ
thấp. ở một số polymer như cao su sự biến dạng thuận
nghịch gấp hang nghìn lần so với hợp chất thấp phân
tử.
29
29
29
12/23/2010 29
MaMH 605002 Khái niệm về polymer