giáo trình bài giảng về polymer

giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer giáo trình bài giảng về polymer

POLYMERS

• Các giai đoạn phát triển polymer:

- 1890 – 1950: sợi viscose (vải), nylon, polyester,polyacrylonitril

- 1950 – 1985: nâng cao về độ mảnh (micro fiber), độđàn hồi (spandex), cường lực

- 1985 – 1995: polymer siêu nhẹ, siêu bền, tính năng

kỹ thuật cao và không làm ảnh hưởng môi trường

- 1995 đến nay: polymer (super fiber) có tính năng kỹthuật cao: sợi có cường lực và module đàn hồi cao(para aramid, PAN), sợi chống cháy, sợi olefine kỹthuật cao, sợi chống vi khuẩn (anti – bacteria)

2

Tỷ lệ công dụng của các sản phẩm cao su

Dụng cụ y tế, giải phẩu, găng tay, ống truyền máu 1.5

Trang bị cho xylanh trong nhiều máy móc 1.5

KHÁI NIỆM

Polymer là hợp chất mà phân tử của nó gồm nhiềunhóm nguyên tử liên kết với nhau thành mạch dài nhờ cácmối liên kết hoá học

Polymer có khối lượng phân tử rất lớn từ hàng ngànđến hàng triệu đơn vị cacbon

- Polymer hữu cơ

- Polymer vô cơ

- Polymer cơ kim

Mắt xích cơ sở là những nhóm nguyên tử được lặp đilặp lại nhiều lần trên mạch

Nguyên liệu ban đầu được gọi là monomer

Độ trùng hợp (n / p) là số mắt xích trên mạch polymer.Khối lượng phân tử của polymer: Mp = n.Mm

4

- Chỉ số chảy

- Nhiệt độ nóng chảy / nhiệt độ đông đặc

- Cấu trúc tinh thể

- Khối lượng phân tử

- Không bay hơi, không thể chuyển thành sang thể khí

- Phần lớn polyme không hòa tan trong dung môi (sợitefflon -CF2 –CF2– không hoà tan trong bất kỳ loạidung môi nào )

KHẢ NĂNG HÚT ẨM

Độ hút ẩm gây khó khăn cho quá trình gia công (trên sản phẩm dễ tạo thành bong bóng khí)  trước khi gia công nên sấy cho khô.

Độ hấp thụ nước thấp thì tốt hơn vì nước hấp thụ làm giảm 1 số tính chất cơ lý

và ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của sản phẩm.

Phương pháp đo mức độ hấp thụ nước: lấy 1 mẫu nhựa sấy khô rồi cân trọng lượng của nó Sau đó ngâm mẫu nhựa đó vào nước 24h rồi lấy ra cân lại Tỷ lệ % gia tăng trọng lượng là mức độ hấp thụ nước.

1.70

11

CLASSIFICATION OF POLYMERS

Thermoplastics(polyethylene,polypropylene…)

Thermosetting plastics(phenolformaldehyde, polyrethanes,…)

- không có cấu trúc không

gian

- tính cơ lý thấp hơn nhựa

nhiệt rắn

- tái sinh được

- có cấu trúc không gian

- mật độ nối ngang lớn

hơn cao su 10-1000 lần

- không thể tái sinh

ELASTOMERS (syntheisis rubber)

Synthetic rubber (elastomers) are high molecularweight polymers with long flexible chains and weakintermolecular forces

They have low crystallinity (highly amorphous) in theunstressed state, segmental mobility, and high reversibleelasticity

12

CLASSIFICATION OF POLYMERS

SYNTHESIS FIBERS

Synthetic fibers are long-chain polymers characterized by highly crystalline regions resulting mainly from secondary forces (e.g., hydrogen bonding).

- a much lower elasticity than plastics and elastomers.

- high tensile strength

- light weight

- low moisture absorption.

13

CLASSIFICATION OF POLYMERS

- Hợp chất có phân tử có khả năng hoạt động mạnh, cókhả năng kết hợp với phân tử khác của các chất đó:thế nối đôi, nối ba, hydro hoạt động,…

- Đa chức

- Các nhóm chức có thể tham gia phản ứng trùng hợp:-C=C-, -C≡C-, -OH, -COOH, -CHO, -NH2, -SO3H, -SH,…

14

MONOMERS, POLYMERS,

COPOLYMERS

16

Đặc điểm phản ứng trùng hợp:

- Cần sự hình thành các trung tâm hoạt động từ monomer nhờ vào năng lượng bên ngoài hoặc nhờ chất khơi mào phản ứng.

- Phản ứng trùng hợp làm giảm độ chức (độ không no) của hỗn hợp phản ứng.

- Giảm số phân tử chung trong hệ, tăng trọng lượng phân

20

-21

ADDITION POLYMERIZATION

ADDITION POLYMERIZATION

The first step is to add a free radical, a cationic or an anionic initiator (I Z ) to the monomer.

Propagation then occurs by successive monomermolecules additions to the intermediates Three additionmodes are possible:

(a) Head to tail(b) Head to head(c) Tail to tail

Head-to-head or tail-to-tail modes of addition are lesslikely because the intermediates are generally unstable:

26

H

C HC

H2C

H2C

H C

H2C I

H C I

Z

tail-to-tail mode

ADDITION POLYMERIZATION

ADDITION POLYMERIZATION

FREE RADICAL POLYMERIZATION

Peroxides, hydroperoxides and azo compounds: initiators

Free radicals are highly reactive, short lived, and therefore not selective.

Chain transfer reactions often occur and result in a highly branched product polymer.

28

ADDITION POLYMERIZATION

C

O OOH 

CH2

CH2

CH2

n-1

FREE RADICAL POLYMERIZATION

Intermolecular chain transfer reactions may occur between two propagating polymer chains and result in the termination of one of the chains.

Alternatively, these reactions take place by an intramolecular reaction by the coiling of a long chain Intramolecular chain transfer normally results in short branches:

29

ADDITION POLYMERIZATION

H2C CH2

CH2C

FREE RADICAL POLYMERIZATION

Polymer propagation stops with the addition of achain transfer agent

Thermal, homolytic dissociation 31

Acyl peroxide

Alkyl peroxide

Thermal, homolytic dissociation

CH3C

CH3O

CH3+

Hydroperoxide

Petester (t-butyl perbenzoate)

Thermal, homolytic dissociation

R-SO2-O-O-CO-R’ acyl alkylsulfonyl peroxides

RO-CO-O-O-CO-OR dialkyl peroxydicarbonates

R S S R 2 R S

Disulfides

CATIONIC POLYMERIZATION

Strong protonic acids (Lewis acids: AlCl3, BF3…) :

Cationic polymerization can terminate by adding a hydroxy compound such as water:

H3C

H3C

C H

H2C

CH3

a complex of isoprene with RLi (cisoid)

Cl Cl

Cl Ti CH2CH2C2H5Cl

Cl

Cl

H2C CH2

COORDINATION POLYMERIZATION

Adding hydrogen terminates the propagatingpolymer The reaction between the polymer complexand the excess triethylaluminum also terminates thepolymer Treatment with alcohol or water releases thepolymer:

CONDENSATION POLYMERIZATION

Although step polymerizations are generally slower than addition polymerizations, with long reaction times required for high conversions, the monomers disappear fast.

Acid catalysts (metal oxides, sulfonic acids,…)generally catalyze condensation polymerizations.However, some condensation polymers form underalkaline conditions.

Nylon 6

RING OPENING POLYMERIZATION

O O

H2C O H

n-1

+ H2O

CH2CH2OH O

H2C

H2C O H

n-1

RING OPENING POLYMERIZATION

+

H2C CH CH

H2C

C

H2

CH2CH CH

CH2

H2C

The most useful class of inhibitors are molecules that react with chain radicals to yield radicals of low reactivity.

45

INHIBITOR

Mn

+ Mn-H

O HO

D

Mn

A

Aromatic nitro compounds

Auto-inhibition of allylic monomers