Polyme trên cơ sở dẫn xuất của axit acrylic và metacrylic, Polyacrylonitrile và các Copolyme của nitrile.

Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất Copolyme Ngọc Ánh Phạm Thị - Lưu Thị Trang Thư Hoàn thành tốt 2.. Tính chất của Polyme, sự

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA LÀM BÀI BÀI BÁO CÁO

Trưởng nhóm: Nguyễn Thị Ái Phương

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Đề tài số 4:

Polyme trên cơ sở dẫn xuất của axit acrylic và metacrylic, Polyacrylonitrile

và các Copolyme của nitrile

Thời gian

Người thực hiện Kết quả

Ghi chú của GVHD

1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme) Ngọc Ánh Phạm Thị

- Lưu Thị Trang Thư

Hoàn thành tốt

2 Cấu tạo, cấu trúc của

Polyme

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến

- Phan Thị Thanh Trúc

Hoàn thành tốt

2 Cấu tạo, cấu trúc của

Polyme

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến

4 Ứng dụng Polyme

Chương 3: Các Copolyme của nitrile

1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme)

Nguyễn Đình Hưng

- Nguyễn Thị Ái Phương

Hoàn thành tốt

2 Cấu tạo, cấu trúc của

Polyme

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến

4 Ứng dụng Polyme

- Lưu Thị Trang Thư Tuần thứ

- Nguyễn Đình Hưng

LỜI CẢM ƠN

Thực tế luôn cho thấy, không có sự thành công nào không gắn liền với sự cố gắng, hỗ trợ và giúp đỡ của những người xung quanh dù cho sự giúp đỡ đó là ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian làm bài báo cáo đến nay, chúng

em đã nhận được sự quan tâm chỉ bảo, giúp đỡ của cô Nguyễn Thị Lê Thanh rất nhiều

Với tình cảm chân thành, nhóm em xin gửi lời cảm ơn từ tận đáy lòng đến người giảng viên - người đã dùng những tri thức và tâm huyết của mình để có thể truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu Chúng em cảm ơn cô đã giúp đỡ và hướng dẫn chúng em tận tình trong suốt thời gian qua, cho chúng em những kiến thức để hoàn thành tốt bài báo cáo này Nhờ đó mà chúng em hoàn thiện bản thân hơn

Bài báo cáo này được nhóm em thực hiện sau khi được cô giao Với vốn kiến thức còn hạn chế của chúng em nên không tránh khỏi vài sai sót trong bài báo cáo này Do vậy, chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý cô và các bạn cùng lớp để bài báo cáo được hoàn thiện hơn Những kiến thức này sẽ là nền tảng cho chúng em sau này, sẽ giúp cho quá trình làm việc của chúng em sau này tốt hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Điểm:

Ngày tháng năm 2022 Giảng viên chấm điểm

TS Nguyễn Thị Lê Thanh

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU

Chương 1

POLYMETRÊNCƠSỞDẪNXUẤTCỦAAXITACRYLICVÀMETACRYLIC 14

1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme) 14

1.1 Nguyên liệu 14

1.2 Phương trình phản ứng , phương pháp , điều kiện để tổng hợp 15

2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme 18

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 19

3.1 Tính chất 20

3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 21

4 Ứng dụng Polyme 22

Chương 2 POLYMETRÊNCƠSỞDẪNXUẤT CỦAACRYLONITRILE 24

1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme) 24

1.1 Sơ lược về Polyacrylonitrile 24

1.2 Nguyên liệu 24

1.3 Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện tổng hợp 25

2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme 27

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 28

3.1 Tính chất 28

3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 30

4 Ứng dụng vật liệu: 31

Chương 3 CÁCCOPOLYMECỦANITRILE 32

1 Nguyên liệu 32

1.1 Butadien 32

1.2 Acrylonitrile (ACN) 34

1.3 Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme): 35

2 Cấu tạo, cấu trúc NBR 37

3 Tính chất của Polyme NBR, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến: 38

3.1 Tính chất 38

3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến: 40

4 Công dụng 41

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

Danh mục hình ảnh

Hình 1: Các cấu trúc của MMA và PMMA 18

Hình 2: Cấu trúc của syndiotactic PMMA 19

Hình 3: Cấu trúc của isotactic PMMA 19

Hình 4: Cấu trúc của atactic PMMA 19

Hình 5: Cấu trúc của Acrylonitrile và PAN 28

Hình 6: Cấu trúc phân tử của Butadien 33

Hình 7: Cấu trúc hóa học của NBR 36

Danh mục bảng

Bảng 1: Tính chất vật lý của PAN 28 Bảng 2: Tính chất của cao su tổng hợp Nitrile theo hàm lượng ACN tăng dần 39

Bảng 3: Thông số của kỹ thuật của cao su NBR thông thường [21] 40 Bảng 4: Thông số kỹ thuật của cao su chịu dầu NBR 40

Danh mục từ viết tắt

PMA PMMA

GO GPMMA AFM PAN NBR

Poly(metyl acrylat) Poly(metyl methacrylate) Graphene Oxide

Bề mặt của PMMA được ghép GO Kính hiển vi lực nguyên tử

Polyacrylonitrile Cao su nitrile-butadien

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, nhờ vào những bước phát triển của khoa học đã đem đến cho đời sống con người vô số những tiện nghi về cả vật chất lẫn tinh thần Những thành quả này nối tiếp những thành quả kia, những sản phẩm này nối tiếp những sản phẩm kia, vật liệu tạo nên các sản phẩm cũng đa dạng lên từng ngày Và có nhóm vật liệu phát triển mạnh mẽ hơn hết khi dần thay thế cho các vật liệu truyền trống, đó chính là vật liệu polyme

Vật liệu polyme ngày càng được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, do có nhiều ưu thế như tính năng cơ lí, kỹ thuật, giá thành phù hợp Nên polyme đóng vai trò qua trọng và không thể thiếu trong lĩnh vực đời sống cho tới ứng dụng công nghiệp Việc tìm hiểu đặc tính polyme cũng như phương pháp sản xuát sẽ giúp việc sử dụng đạt hiệu quả tốt hơn

Bài báo cáo dưới đây sẽ tìm hiểu kĩ hơn về Polyme trên cơ sở dẫn xuất của axit acrylic và metacrylic, Polyacrylonitril và các Copolyme của nitril (NBR) Cụ thể bài sẽ trình bày về nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện

để tổng hợp polyme và các dẫn xuất, cấu tạo, cấu trúc, tính chất, các phụ gia đi kèm trong sản xuất và ứng dụng vật liệu

polyme dài của nó mỏng hơn và mịn hơn và có thể dễ dàng trượt qua nhau hơn

Polymethacrylate là nhựa nhiệt dẻo hàng hóa vô định hình có độ trong suốt cao, có thể dễ dàng xử lý và chuyển đổi thành nhiều bán thành phẩm như màng, thanh, ống và tấm Polyme methacrylate quan trọng nhất về mặt thương mại là poly (metyl methacrylate) (PMMA) còn được gọi là Plexiglas, Lucite, Acrylite và Altuglas [1]

PMMA còn có tên gọi khác là nhựa acrylic, thủy tinh hữu cơ hay thủy tinh acrylic Mặc dù không phải thủy tinh nhưng xét về bề mặt kỹ thuật, PMMA lại khá giống thủy tinh PMMA thường được sử dụng dưới dạng tấm, miếng với khả năng chịu được va đập tốt, độ chống trầy xước cao, khó bể vỡ lại có tính năng lấy sáng tốt Là lựa chọn kinh tế tốt thay thế cho kính, thủy tinh, Polycarbonate do giá thành thấp, phù hợp với các công trình yêu cầu khả năng chịu lực tốt, khó bể vỡ mà không cần độ cứng cao

1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme)

<Trang 15> <Chương 1>

mùi hăng Hòa tan trong rượu, ete, xeton và hydrocacbon clo hóa, hòa tan một chút trong ete béo, rượu, hơi hòa tan trong nước

Monome này có công thức phân tử là C5H8O2 hay CH2 = CCH3COOCH3

Metyl metacrylat (MMA)

Metyl acrylate được sản xuất bằng một số phương pháp, phương pháp chính

là con đường axeton cyanohydrin (ACH) [2] ACH được tạo ra bằng cách ngưng

tụ axeton và hydro xyanua

(CH 3 ) 2 CO + HCN → (CH 3 ) 2 C(OH)CN

Xyanohydrin bị thủy phân khi có mặt axit sulfuric thành este sunfat của metacrylamit Quá trình nhiệt phân este này tạo ra amoni bisunfat và MMA Mặc dù được sử dụng rộng rãi, đường ACH tạo ra một lượng đáng kể amoni sulfat

(CH 3 ) 2 C(OH)CN + H 2 SO 4 → (CH 3 ) 2 C(OSO 3 H)C(O)NH 2

Trong thực tế, este sunfat của amit ban đầu được tạo ra như một chất cộng với axit sunfuric, được loại bỏ trong bước crackinh Sau đó, este sunfat được thủy phân (phản ứng với metanol):

CH 3 ) 2 C(OSO 3 H)C(O)NH 2 + CH 3 OH → CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 3 + NH 4 HSO 4

1.2 Phương trình phản ứng , phương pháp , điều kiện để tổng hợp

PMMA là một polyme vinyl , được tạo ra bằng cách trùng hợp vinyl gốc tự

do từ monome metyl metacrylat PMMA có thể được sản xuất bằng nhiều cơ chế trùng hợp khác nhau Kỹ thuật phổ biến dùng nhiều nhất là trùng hợp gốc tự do của MMA Gốc tự do trùng hợp acrylate và methacrylate là một chuỗi trùng hợp qua đôi liên kết của monome Sự trùng hợp gốc tự do của MMA có thể được thực hiện đồng nhất, bằng cách trùng hợp khối lượng lớn hoặc dung dịch, hoặc không đồng nhất, bằng cách trùng hợp huyền phù hoặc nhũ tương Các phản ứng trùng hợp gốc tự do

có thể được thực hiện tương đối dễ dàng Không giống như nhiều loại trùng hợp, độ khô tuyệt đối không cần thiết Tuy nhiên, để quá trình trùng hợp diễn ra thành công,

Phương trình phản ứng :

PMMA được tạo ra bằng cách trùng hợp khối lượng lớn hoặc dung dịch có thể được nghiền thành các hạt nhỏ hơn, sau đó làm cho chúng phù hợp với các vật liệu hiệu suất cao Trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù được biết đến

nhiều hơn nhờ sản xuất Polyme dạng hạt hiệu suất cao [4]

- Trùng hợp khối lượng lớn

Quá trình polyme hóa khối lượng là nơi chất khởi đầu hòa tan monome được thêm vào monome Loại polyme hóa này sẽ được sử dụng để sản xuất các vật liệu như Perspex và không nhất thiết là các polyme hiệu suất cao Mức độ kiểm soát cao

Kỹ thuật này cung cấp khả năng kiểm soát tốt hơn về mặt kiểm soát nhiệt và việc sử dụng dung môi làm giảm nhiệt tạo ra thông qua quá trình polyme hóa Tuy nhiên, có những vấn đề được tạo ra bởi dung môi Thứ nhất, chúng có thể làm phân huỷ các hạt cuối cùng và trọng lượng phân tử có xu hướng thấp hơn, do sự chuyển chuỗi sang dung môi xảy ra

- Trùng hợp nhũ tương

Trong phản ứng trùng hợp nhũ tương, monome và chất hoạt động bề mặt được thêm vào nước Điều này tạo ra một nhũ tương Chất hoạt động bề mặt dư thừa trong hỗn hợp nhũ tương này dẫn đến sự hình thành các mixen và một lượng nhỏ monome di chuyển vào các mixen này Sau đó, chất khơi mào hòa tan trong nước được thêm vào hỗn hợp, sau đó phản ứng với monome bên trong các mixen này Các polyme hiệu suất cao PMMA được tạo ra từ kỹ thuật này thường có kích thước hạt rất nhỏ <10µm

- Trùng hợp huyền phù

Quá trình polyme hóa huyền phù liên quan đến sự trộn lẫn cao độ của monome và chất khơi mào trong chất lỏng; nói chung là nước Không giống như phản ứng trùng hợp nhũ tương, các chất khởi đầu được sử dụng là chất hòa tan trong dầu/monome nên quá trình polyme hóa xảy ra trong các giọt monome Đối với PMMA, phương pháp polyme hóa huyền phù tạo ra các hạt polyme hình cầu hoàn hảo và trong suốt, thường có kích thước > 10µm

<Trang 18> <Chương 1>

2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme

PMMA có công thức phân tử (C5O2H8)n, là chất dẻo đi từ dẫn xuất của axit meta acrylat Poly meta acrylat là Polyme có mạch cacbon chứa este ở mạch nhánh

Do đó, ở nhiệt độ thường nó bền vững với nhiều chất trong đó có cả axit loãng, kiềm loãng Không tác dụng với nước, rượu, dầu khoáng và dầu thực vật

Sự hiện diện của các nhóm metyl mặt dây chuyền (CH3) ngăn cản các chuỗi polyme đóng gói chặt chẽ theo kiểu tinh thể và không quay tự do xung quanh các liên kết cacbon-cacbon Kết quả là, PMMA là một loại nhựa cứng và cứng Ngoài

ra, nó có khả năng truyền ánh sáng nhìn thấy gần như hoàn hảo, và vì nó vẫn giữ được những đặc tính này qua nhiều năm tiếp xúc với bức xạ cực tímvà thời tiết, nó

là một chất thay thế lý tưởng cho thủy tinh [5]

PMMA không chứa các tiểu đơn vị bisphenol-A có khả năng gây hại có trong polycarbonate Được ưa thích vì tính chất vừa phải của nó, dễ dàng xử lý và gia công, chi phí thấp PMMA chưa qua xử lý có thể dễ gãy khi chịu tải trọng lớn và

dễ bị trầy xước hơn so với thủy tinh thông thường Nhưng với PMMA đã qua xử lý,

có thể chịu được va đập và có độ chống trầy xước cao

Hình 1: Các cấu trúc của MMA và PMMA

Dựa cấu trúc và cách sắp xếp nhóm chức ester trong không gian, PMMA được chia làm 3 loại:

- Syndiotactic PMMA : các nhóm chức ester sắp sếp xen kẽ lần lượt về hai phía tạo nên cấu trúc đối xứng Đây là cấu trúc của PMMA dễ dàng tinh thể hóa nhất

<Trang 19> <Chương 1>

Hình 2: Cấu trúc của syndiotactic PMMA

- Isotactic PMMA : các nhóm chức ester trong phân tử được xếp về một phía của mạch phân tử có mật độ cao rất bền, có khả năng được sử dụng trong đường ống dẫn nước và khí công nghiệp

Hình 3: Cấu trúc của isotactic PMMA

- Atactic PMMA : các nhóm chức ester được sắp xếp ngẫu nhiên về hai phía tạo nên cấu trúc bất đối xứng làm cho chuỗi phân tử PMMA có mật độ thấp, vô định hình và mềm ,được ứng dụng làm thủy tinh hữu cơ rộng rãi Atactic PMMA sẽ chứa một số vùng syndiotactic và một số vùng isotactic

Sự sắp xếp của các nhóm ester này có ảnh hưởng đến các tính chất vật lý của

polyme [6]

Hình 4: Cấu trúc của atactic PMMA

3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến

<Trang 20> <Chương 1>

3.1 Tính chất

PMMA không màu, cứng, đàn hồi, là nhựa nhiệt dẻo nên dễ gia công theo nhiều phương pháp khác nhau

- Phân tử khối trung bình khoảng 350000 đvC

- Nhiệt độ nóng chảy khoảng 130◦C

- Khối lượng riêng ở 25◦C: 1,18g/cm3

- Dải nhiệt độ chuyển thủy tinh: 100◦C-130◦C

- Độ hút ẩm nước: 0,3%

- Độ ẩm ở trạng thái cân bằng: 0,3-0,33% [6]

- Tính hòa tan và phân tử lượng:

• Tính hòa tan của PMMA chủ yếu là do các nhóm phụ quyết định Lớp chất dẻo này hòa tan tốt trong các este, xeton, cacbua hidro thơm hoặc cacbua hidro được clorua hóa Chúng không tan trong rượu có phân tử lượng thấp và trong cacbua hidro béo, xong các chất này được dùng để làm loãng các dung dịch trên với một liều lượng nhất định nào đó

• Phân tử lượng càng cao thì mức độ hòa tan càng kém

• PMMA có thể dung hòa với nhiều chất dẻo khác nhau

- Tính chất hóa học: PMMA là Polyme có mạch cacbon chứa este ở mạch nhánh nên ở nhiệt độ bình thường nó bền vững với nhiều chất trong đó có cả axit loãng, kiềm loãng Không tác dụng với nước, rượu, dầu khoáng và dầu thực vật [7]

- Tính chất quang học: tính chất quan trọng nhất của PMMA là tính trong suốt, không màu, bền vững trước tác dụng của thời tiết và khí hậu Nếu tạo màu cho PMMA thì độ sáng của màu cũng sẽ được giữ trong thời gian dài do chỉ số khúc xạ cao nhất của PMMA Cho 92% ánh sáng thường được lọt qua, và 75% đối với tia

3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến

PMMA ghép bề mặt graphene oxide (GO) cho chất nền điện tử dẫn nhiệt cao: thông qua quá trình trùng hợp gốc chuyển nguyên tử (ATRP), tạo ra một tổ hợp nano có thể hòa tan trong cloroform Bề mặt của PMMA được ghép GO (GPMMA) được đặc trưng bởi AFM1, HRTEM2, Raman3, FTIR4 và góc tiếp xúc Sự quan tâm của những vật liệu nano mới này nằm ở khả năng phân tán đồng nhất trong ma trận dày đặc cao phân tử và thúc đẩy khả năng kết dính bề mặt tốt, đặc biệt có liên quan trong việc truyền ứng suất đến chất độn Màng tổng hợp PMMA được chuẩn bị bằng cách sử dụng các tỷ lệ phần trăm khác nhau của GPMMA và GO nguyên sinh Phân tích cơ học của các màng thu được cho thấy rằng tải GPMMA thấp tới 1% (w/w) là tác nhân gia cường hiệu quả, tạo ra các màng cứng hơn các màng PMMA thuần túy và thậm chí hơn các màng tổng hợp của PMMA được chuẩn bị với GO Trên thực tế, việc bổ sung 1% (w/w) chất độn GPMMA đã dẫn đến cải thiện đáng

kể độ giãn dài khi đứt, tạo ra vật liệu dễ uốn hơn và do đó cứng hơn Phân tích nhiệt cho thấy sự gia tăng các đặc tính ổn định nhiệt của các màng này, cung cấp bằng chứng rằng đạt được các tương tác giao diện mạnh mẽ giữa PMMA và GPMMA Ngoài ra, phân tích AFM, ở chế độ lực ma sát, được chứng minh là một công cụ hiệu quả để phân tích sự phân bố chất độn bề mặt trên ma trận polyme [8]

Kính hoạt tính sinh học pha tạp chất đồng làm chất độn cho xi măng dựa trên PMMA: để thúc đẩy quá trình tích hợp xương và đồng thời hạn chế ô nhiễm vi khuẩn mà không cần sử dụng thuốc kháng sinh, xi măng composite được cải tiến có chứa bột thủy tinh hoạt tính sinh học pha đồng Bột thủy tinh pha tạp đồng được sản

<Trang 22> <Chương 1>

xuất bằng quá trình nấu chảy và làm nguội, sau đó là quá trình trao đổi ion trong dung dịch nước muối đồng Thủy tinh pha tạp đồng được đưa vào xi măng gốc polymethyl methacrylate (PMMA) với các độ nhớt khác nhau Các vật liệu tổng hợp được thực hiện được đặc trưng về hình thái, thành phần, khả năng rửa trôi, hoạt tính sinh học, tính chất cơ học và tính kháng khuẩn Bột thủy tinh xuất hiện phân bố tốt

và lộ ra trên bề mặt PMMA Xi măng tổng hợp cho thấy hoạt tính sinh học tốt, chứng tỏ sự kết tủa hydroxyapatite trên bề mặt mẫu sau bảy ngày ngâm trong dịch

cơ thể mô phỏng Thử nghiệm rửa trôi đã chứng minh rằng xi măng composite giải phóng một lượng đồng đáng kể, có tác dụng kháng khuẩn đáng chú ý đối với chủng Staphylococcus epidermidis Do đó, các vật liệu được đề xuất đại diện cho một công cụ sáng tạo và đa chức năng để cố định bộ phận giả chỉnh hình, bộ phận giả tạm thời và phẫu thuật cột sống [8]

4 Ứng dụng Polyme

Nhựa PMMA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống, kể cả trong các ngành công nghiệp lớn Một số ứng dụng phổ biến của nhựa PMMA có thể kể đến như:

- Trong ngành xây dựng và trang trí nội thất: PMMA được sử dụng để làm các gian hàng trưng bày, ốp tường, lợp mái, các vật dụng trang trí, …