Polime Và Những ứng Dụng Của Polime - Tạp Chí Hóa Học

Polyme (tiếng Anh: “polymer“) là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản. Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome.

Tên gọi polyme xuất phát từ tiếng Hy Lạp, πoλv, polu, ‘nhiều’ và μερος, meros, ‘phần’. Những ví dụ điển hình về Polyme là chất dẻo, DNA, và protein. Polyme được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên gọi là Nhựa, nhưng polyme bao gồm 2 lớp chính là polyme thiên nhiên và polyme nhân tạo. Các polyme hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da và một phần của xương) và axit nucleic đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polyme hữu cơ. Có rất nhiều dạng polyme thiên nhiên tồn tại ,chẳng hạn xenluloz (thành phần chính của gỗ và giấy).…

1. Chất dẻo

a) Định nghĩa: Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa hoặc polime, là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người. Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.

b) Phân loại:

Phân loại theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ:

– Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET), …

– Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no…

– Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su.

Phân loại theo ứng dụng

– Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,..

– Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như: PC, PA…

– Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp.

Phân loại theo thành phần hóa học mạch chính

– Polyme mạch cacbon: polymer có mạch chính là các phân tử cacbon liên kết với nhau: PE, PP, PS, PVC, PVAc…

– Polyme dị mạch: polymer trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có cac nguyên tố khác như O,N,S… Ví dụ như PET, POE, poly sunfua, poly amit…

– Polyme vô cơ như poly dimetyl siloxan, sợi thủy tinh, poly photphat, …

c) Thành phần:

– Thành phần cơ bản: là 1 polyme nào đó. Ví dụ thành phần chính của êbônit là cao su, của xenluloit là xenlulozơ nitrat, của bakelit là phenolfomanđehit.

– Chất hoá dẻo: để tăng tính dẻo cho polime, hạ nhiệt độ chảy và độ nhớt của polime. Ví dụ đibutylphtalat,…

– Chất độn: để tiết kiệm nguyên liệu, tăng cường một số tính chất. Ví dụ amiăng để tăng tính chịu nhiệt.

– Chất phụ: chất tạo màu, chất chống oxi hoá, chất gây mùi thơm.

d) Ưu điểm của chất dẻo:

– Nhẹ (d = 1,05 ¸ 1,5). Có loại xốp, rất nhẹ.

– Phần lớn bền về mặt cơ học, có thể thay thế kim loại.

– Nhiều chất dẻo bền về mặt cơ học.

– Cách nhiệt, cách điện, cách âm tốt.

– Nguyên liệu rẻ.

e) Giới thiệu một số chất dẻo:

– Polietilen (P.E): Điều chế từ etilen lấy từ khí dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí than đá.

Là chất rắn, hơi trong, không cho nước và khí thấm qua, cách nhiệt, cách điện tốt.

Dùng bọc dây điện, bao gói, chế tạo bóng thám không, làm thiết bị trong ngành sản xuất hoá học, sơn tàu thuỷ.

– Polivinyl clorua (P.V.C)

Chất bột vô định hình, màu trắng, bền với dung dịch axit và kiềm.

Dùng chế da nhân tạo, vật liệu màng, vật liệu cách điện, sơn tổng hợp, áo mưa, đĩa hát…

– Polivinyl axetat (P.V.A)

Điều chế bằng cách: cho rồi trùng hợp.

Dùng để chế sơn, keo dán, da nhân tạo.

– Polimetyl acrilat và polimetyl metacrilat:

Điều chế bằng cách trùng hợp các este tương ứng.

Là những polime rắn, không màu, trong suốt.

Polimetyl acrilat dùng để sản xuất các màng, tấm, làm keo dán, làm da nhân tạo

Polimetyl metacrilat dùng làm thuỷ tinh hữu cơ.

– Polistiren:

Dùng làm vật liệu cách điện. Polistiren dễ pha màu nên được dùng để sản xuất các đồ dùng dân dụng như cúc áo, lươc…

– Nhựa bakelit:

Thành phần chính là phenolfomanđehit. Dùng làm vật liệu cách điện, chi tiết máy, đồ dùng gia đình.

– Êbonit: là cao su rắn có tới 25 – 40% lưu huỳnh. Dùng làm chất cách điện.

– Têflon: rất bền nhiệt, không cháy, bền với các hoá chất. Dùng trong công nghiệp hoá chất và kỹ thuật điện.

2. Cao su

Cao su là những vật liệu polime có tính đàn hồi, có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong kỹ thuật.

a) Cao su thiên nhiên: được chế hoá từ mủ cây cao su.

– Thành phần và cấu tạo: là sản phẩm trùng hợp isopren.

n từ 2000 đến 15000

– Mạch polime uốn khúc, cuộn lại như lò xo, do đó cao su có tính đàn hồi.

Cao su không thấm nước, không thấm không khí, tan trong xăng, benzen, sunfua cacbon.

– Lưu hoá cao su: Chế hoá cao su với lưu huỳnh để làm tăng những ưu điểm của cao su như: không bị dính ở nhiệt độ cao, không bị dòn ở nhiệt độ thấp.

Lưu hoá nóng: Đung nóng cao su với lưu huỳnh.

Lưu hoá lạnh: Chế hoá cao su với dung dịch lưu huỳnh trong CS2.

Khi lưu hóa, nối đôi trong các phân tử cao su mở ra và tạo thành những cầu nối giữa các mạch polime nhờ các nguyên tử lưu huỳnh, do đó hình thành mạng không gian làm cao su bền cơ học hơn, đàn hồi hơn, khó tan trong dung môi hữu cơ hơn.

b) Cao su tổng hợp:

– Cao su butađien (hay cao su Buna)

Là sản phẩm trùng hợp butađien với xúc tác Na.

Cao su butađien kém đàn hồi so với cao su thiên nhiên nhưng chống bào mòn tốt hơn.

– Cao su isopren.

Có cấu tạo tương tự cao su thiên nhiên, là sản phẩm trùng hợp isopren với khoảng 3000.

– Cao su butađien – stiren

Có tính đàn hồi và độ bền cao:

– Cao su butađien – nitril: sản phẩm trùng hợp butađien và nitril của axit acrilic.

Do có nhóm C ≡ N nên cao su này rất bền với dầu, mỡ và các dung môi không cực.

3. Tơ

a) Phân loại tơ:

Tơ được phân thành:

– Tơ thiên nhiên: có nguồn gốc từ thực vật (bông, gai, đay…) và từ động vật (len, tơ tằm…)

– Tơ hoá học: chia thành 2 loại.

+ Tơ nhân tạo: thu được từ các sản phẩm polime thiên nhiên có cấu trúc hỗn độn (chủ yếu là xenlulozơ) và bằng cách chế tạo hoá học ta thu được tơ.

+ Tơ tổng hợp: thu được từ các polime tổng hợp.

b) Tơ tổng hợp:

– Tơ clorin: là sản phẩm clo hoá không hoàn toàn polivinyl clorua.

Hoà tan vào dung môi axeton sau đó ép cho dung dịch đi qua lỗ nhỏ vào bể nước, polime kết tủa thành sợi tơ. Tơ clorin dùng để dệt thảm, vải dùng trong y học, kỹ thuât.

Tơ clorin rất bền về mặt hoá học, không cháy nhưng độ bền nhiệt không cao.

– Các loại tơ poliamit: là sản phẩm trùng ngưng các aminoaxit hoặc điaxit với điamin. Trong chuỗi polime có nhiều nhóm amit – HN – CO – :

+ Tơ capron: là sản phẩm trùng hợp của caprolactam

+ Tơ enan: là sản phẩm trùng ngưng của axit enantoic

+ Tơ nilon (hay nilon): là sản phẩm trùng ngưng hai loại monome là hexametylđiamin và axit ađipic.

Các tơ poliamit có tính chất gần giống tơ thiên nhiên, có độ dai bền cao, mềm mại, nhưng thường kém bền với nhiệt và axit, bazơ. Dùng dệt vải, làm lưới đánh cá, làm chỉ khâu.

– Tơ polieste: chế tạo từ polime loại polieste. Ví dụ polietylenglicol terephtalat.

Sưu tầm