HÓA HỌC HÓA LÝ POLYMER - CHƯƠNG 7 potx

7.2.2 Hòa tan và trương của của polymerCũng như hợp chất thấp phân tử, polymer không hòa tan trong tất cả các chất lỏng, một số chất lỏng được gọi là ‘’dung môi tốt’’ cho polymer, thì po

Dr Nguyen Quang Khuyen

nqkhuyen@yahoo.com

Chương 7 DUNG DỊCH POLYMER

7.1.1 Khái niệm

Sự tác dụng tương hỗ của các polymer với các chất lỏng thấp phân tử dẫn đến sự trương và hòa tan của polymer trong nó, có ý nghĩa thực tế rất lớn trong quá trình gia công polymer cũng như trong quá trình sử dụng vật liệu polymer Chẳng hạn như sợi tổng hợp và màng mỏng thu được từ dung dịch Quá trình hóa dẻo cũng dựa trên cơ sở của việc trương polymer trong các chất hóa dẻo Sơn keo cũng là những dung dịch polymer

Trong quá trình sử dụng sản phẩm khi sản phẩm luôn phải tiếp xúc với dung môi, dung dịch thấp phân tử, nên việc tìm hiểu về dung dịch về polymer là rất cần thiết

7.1 Khái niệm chung về dung dịch polymer

7.1.2 khái niệm về sự hoà tan

Sự hòa tan : Đó là trường hợp riêng về sự phân bố (phân tán) của một cấu tử này vào một cấu tử khác (hay một thành phần vào thành phần khác) Hệ thống nhiều cấu tử, mà trong đó các cấu tử ở trạng thái phân tán, được gọi là hệ phân tán

Mức độ chia nhỏ của các cấu tử gọi là mức độ phân tán Tùy thuộc vào mức độ phân tán, các hệ thống phân tán được chia thành các loại sau : gel, hệ keo, dung dịch thật

7.2.1 Dung dịch thật

Dung dịch thật là một hệ thống phân tán phân tử, nó được đặc trưng bằng những đặc điểm sau:

•Tồn tại ái lực giữa các phân tử, những chất phân cực thì dễ phân tán vào nhau

•Quá trình tạo thành dung dịch thật là quá trình tự xảy ra, không cần ngoại lực tác dụng

•Nồng độ của dung dịch không thay đổi theo thời gian, khi điều kiện bên ngoài (t0C,p) không thay đổi

•Dung dịch thật là một hệ thống đồng thể (chỉ có một pha)

•Bền nhiệt động học (các hệ keo không bền về nhiệt động)

7.2 Hệ polymer – chất lỏng thấp phân tử

7.2.1 Dung dịch thật (TT)

•Các thông số nhiệt động không đổi khi điều kiện bên ngoài không thay đổi

•Các dung dịch polymer là dung dịch thật khi tan hoàn toàn trong dung môi và đáp ứng các điều kiện trên Hoặc ở trạng thái gel khi trương trong dung môi

7.2.2 Hòa tan và trương của của polymer

Cũng như hợp chất thấp phân tử, polymer không hòa tan trong tất cả các chất lỏng, một số chất lỏng được gọi là

‘’dung môi tốt’’ cho polymer, thì polymer sẽ tan tự nhiên Tuy nhiên polymer có thể không tan trong một số dung môi

‘’ dung môi xấu’’

Do nguyên nhân do polymer có thể tương tác với những dung môi nhất định và có thể không tương tác với các dung môi khác Có thể ban đầu chúng tạo thành một dung dịch thật nhưng sau một thời gian thì có thể trở thành một hệ keo, không bền vững về mặt nhiệt động

7.2.2 Hòa tan và trương của của polymer (tt)

Tuy tạo thành dung dịch thật nhưng dung dịch polymer có những đặc trưng riêng của nó như trương khi tan, độ nhớt cao khuếch tán chậm và không thể đi qua màng bán thấm

do kích thước mạch phân tử lớn hơn rất nhiều so với kích thước chất thấp phân tử

Sự trương không chỉ là việc dung môi chen vào các giữa thể tích polymer mà còn là hiên tượng lấp đầy các lỗ trống, các mao quản polymer bởi dung môi, hiện tượng hấp phụ chất lỏng của chất rắn xốp

7.2.3 Trương không giới hạn

Khi sự trương chuyển qua trạng thái hòa tan hoàn toàn, giống như hiện tượng hòa tan hoàn toàn của chất thấp rượu – nước.

Sự khác biệt là cần thời gian dài để dung môi đi vào polymer và

làm thay đổi dần độ linh động của mạch phân tử, do đó các polymer không thể hòa tan ngay được mà qua một quá trình hấp thụ một lượng dung môi, đó là quá trình trương.

Polymer trương có dung môi sẽ tồn tại tách biệt với dung môi trong hỗn hợp, sau một thời gian các mạch phân tử đủ linh động thì từ từ khuếch tán dấn dần vào pha dung môi hình thành hai

lớp : lớp dung dịch polymer đậm đặc và lớp chủ yếu là dung môi

và sau một thời gian thì hai lớp này mới khuếch tán vào nhau và tạo ra một pha đồng nhất, cùng nồng độ.

7.2.4 Trương giới hạn

Khi tương tác giữa dung môi và polymer không đủ mạnh, đưa đến sự hòa tan không hòan toàn, các mạch phân tử không thể tách rời nhau Kết quả của sự trương giới hạn là tạo thành hai pha hỗn hợp : pha dung môi trong polymer và pha chỉ có dung môi ( polymer không hòa tan hoàn toàn ) hai pha này tách nhau một cách rõ ràng và ổn định

Phân biệt giữa trương giới hạn của polymer mạch thẳng và polymer mạch không gian

7.2.4 Trương giới hạn (tt)

Polymer mạch thẳng

Giống như trường hợp hòa tan có giới hạn của các hợp chất thấp

phân tử khi thay các điều kiện như nhiệt độ, áp suất : thì có thể

chuyển sang trường hợp trương không giới hạn Nguồn gốc trương không giới hạn của polymer mạch thẳng là do lực liên kết giữa polymer và polymer lớn hơn lực liên kết giữa polymer và dung môi Nên các mạch polymer không thể tách ra một cách hoàn toàn Khi tăng nhiệt độ, taọ điều kiện cắt đứt các liên kết các phân tử thì sự trương chuyển sang không giới hạn.

Polymer mạch không gian

Các liên kết hóa học dễ bị phá vỡ khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy polymer, do đó chúng không tan trong dung môi, tuy nhiên tùy theo mật độ nối ngang thì chúng có thể tạo trương trong dung môi để taọ thành gel.

Trương không giới hạn và trương giới hạn

α

α *

7.3 Độ trương

Độ trương là một thông số quan trọng của polymer mạch trong không gian, cho chúng ta biết khả năng trương của polymer trong dung môi hay trong hơi dung môi

Độ trương chỉ xác định khi polymer trương giới hạn trong dung môi

hay

m0 : Trọng lượng ban đầu của mẫu polymer

m : Trọng lượng mẫu polymer sau khi trương

V0: Thể tích ban đầu của mẫu polymer

V : Thể tích mẫu polymer sau khi trương

0

0

m

m





0

0

V

V





7.4 Độ trương

Độ trương là một hàm theo thời gian và tăng dần theo thời gian, vận tốc trương xảy ra nhanh ở gian đoạn đầu và chậm dần đến khi đạt giá trị cân bằng, khi đó ta có độ trương cân bằng Tùy theo cấu trúc mạng lưới mà chúng ta có tốc độ trương và độ trương cân bằng khác nhau

Khi polymer có thể trương trong một dung môi thì nó có thể trương trong hơi dung môi đó, nhưng tốc độ trương trong dung môi lớn hơn tốc độ trương trong hơi dung môi, tuy nhiên độ trương tối đa là như nhau

Trương chậm và trương nhanh

α

α1*

t

α2*

Trương chậm

Trương nhanh

7.4 Hệ gel

Khi polymer trong dung dịch có thể tạo hệ trương hoặc polymer không tan thì ta có cấu trúc gel

Gel polymer là một hệ rất quan trọng được ứng dụng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm, sợi tổng hợp…các cơ quan sống

Tùy theo cấu trúc chia làm 2 loại gel:

Gel loại 1

Là hệ polymer – dung môi trong đó mạng lưới được hình thành từ các liên kết hóa học bền giữa các phân tử Các liên kết này không bị phá hủy bởi nhiệt độ, không có hiện tượng

7.4 Hệ gel (tt)

Gel loại 1 (tt)

Gel loại 1 được hình thành trong các trường hợp :

• Polymer mạch thẳng không gian trương trong dung môi (trương giới hạn)

• Trùng hợp hgay trùng ngưng 3 chiều trong dung môi

• Quá trình đóng rắn, tạo mạng ngang trong dung môi

Gel loại 2

• Khi liên kết giữa các phân tử là các lực liên kết phân tử có bản chất khác nhau (liên kết vật lý), các liên kết này bền trong những điều kiện nhất định, khi thay đổ các điều kiện nhiệt độ dung môi liên kết này bị phá vỡ, gel sẽ được chuyển thành dung dịch thực, hiện tượng này gọi là hiện tượng chảy gel

7.4 Hệ gel (tt)

Gel loại 2 (tt)

• Gel loại 2 được thành lập từ tương tác của polymer mạch thẳng hoặc nhánh với dung môi, trrong đó các polymer có chứa các nhóm phân cực và dung môi không là dung môi tốt của polymer hoặc dung môi tương tác tốt với nhóm phân cực này nhưng không tương tác với nhóm tương tác kia

• Đôi khi do việc chọn dung môi và nhiệt độ không thích hợp có thể thành gel hai pha hoặc trong quá trình hòa tan

7.4 Hệ phân tán keo

 Sự tan sẽ không xảy ra nếu không có ái lực giữa polymer và dung môi, trong trường hợp này sẽ tạo ra hệ phân tán keo Nếu là polymer vô định hình thì ta có hệ huyền phù Hệ keo điển hình là hệ mủ cao su ( latex tự nhiên ), đó là hệ các hạt cao su phân tán trong nước Huyền phù tạo ra

do trùng hợp huyền phù các polymer được gọi là latex tổng hợp, polymer phân tán trong môi trường nước

7.4 Hệ phân tán keo (tt)

 Hệ latex là hệ keo có các tính chất điển hình : hệ không tự động tạo thành, tập hợp thành những hạt, không bền vững nhiệt động do tồn tại bề mặt phân chia pha rất rõ giữa polymer và dung môi Do đó trong hệ keo thì thì năng lượng bề mặt rất cao và thường đi kèm theo hiện tượng động tụ polymer nhằm giảm năng lượng bề mặt hệ và tách polymer ra Như thế là polymer tồn tại 2 pha

 Để hệ keo bền vững và tránh hiện tượng keo tụ thì chúng

ta cần các chất ổn định

 Dung dịch thật và hệ phân tán keo là hai trường hợp ở hai cực: liên kết bền và liên kết cực yéu giữa polymer và