CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT HÓA HỌC POLYMER

Trong thời đại chúng ta, vật liệu polymer đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Không thể nói đến sự phát triển của các lĩnh vực kỹ thuật hiện đại cũng như cuộc sống hằng ngày nên không liên tục tạo ra những polymer mới và biến tính những polymer sẵn có để cuối cùng những polymer đó có khả năng làm việc trong khoảng nhiệt rộng, có độ bền cơ học cao, cách nhiệt tốt, chịu được hóa chất và các điệu kiện môi trường khác. Tuy nhiên, việc tìm kiếm và tạo ra các polymer mới với tính chất nâng cao, cũng như tổ chức sản xuất lớn các đại diện quen thuộc của chúng như cao su, polyetylen, polyamit,... mới chỉ là một mặt của vấn đề sử dụng polymer. Mặt thứ hai là từ những polymer đã tổng hợp chế tạo ra các sản phẩm. Chính điều này xác định mục đích cuối cùng cũng như sự cần thiết của ngành công nghiệp polymer. Việc giải quyết các vấn đề liên quan đến gia công sản phẩm polymer cũng như tạo ra các quy trình tương ứng có hiệu quả cao đòi hỏi sự hiểu biết các đặc điểm phản ứng của cũng như chuyển hóa hóa học của polymer trong khoảng nhiệt độ rộng và các tác động môi trường khác nhau. Để tìm hiểu thêm về “đặc điểm phản ứng và chuyển hóa hóa học của polymer”, nhóm chúng em xin trình bày cơ bản qua bài tiểu luận này. Hy vọng bài tiểu luận của nhóm chúng em sẽ góp phần đáp ứng nhu cầu học tập môn “hóa lý polymer”.

MÔN: HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ POLYME

CHƯƠNG 3

TÍNH CHẤT HÓA HỌC   POLYMER

SVTH: Trần Quốc Khánh Trần Xuân Khánh

Lê Văn Khánh GVHD: Vy Thị Hồng Giang

NỘI DUNG

I Tổng quan.

II Đặc điểm và phân loại phản ứng của polyme.

III Sự phân hủy polyme

IV Sự lão hóa và ổn định polyme

II Các phương pháp biến tính chính

 Phương pháp hóa lý: cải tiến cấu trúc

 Phương pháp hóa học: thay đổi thành phần hóa học

Định nghĩa Polymer.

Polymer là các hổn hợp mà các phân tử được tạo thành từ một số lượng lớn các nhóm nguyên tử

nối với nhau bằng các liên kết hóa học tạo thành một dãy dài

Có thể định nghĩa Polymer theo một cách rộng hơn như sau: Polymer là những hợp chất mà các tính chất vật lý của nó chỉ thay đổi chút ít trong khi đại phân tử tiếp tục tăng

Chương II Đặc điểm và phân loại

phản ứng của polyme

 Về bản chất hóa học không có sự khác biệt giữa chất thấp phân tử và chất cao phân tử Sự khác biệt đi đến chủ yếu từ các tính chất vật lý

 Hầu như hoạt tính các nhóm chức không phụ thuộc chiều dài mạch phân tử

 Đặc điểm nổi bật: khối lượng phân tử rất lớn, chiều dài mạch rất dài, chính đều này tạo nên sự khác biệt, tính chất riêng

 Về phương diện động học, phản ứng xảy ra chậm, không hoàn toàn

2.1 Đặc điểm phản ứng của polyme

Tác nhân phản ứng phải

có kích thước nhỏ, độ linh động cao và về cấu tạo hóa học không có trở ngại không gian

 Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình biến tính hóa học

Có nhiều cách phân loại khác nhau Nếu dựa vào cấu trúc mạng lưới ta có thể chia thành:

2.2 Phân loại phản ứng của polyme

I Phản ứng biến đổi tương tự (duy trì mạch cacbon)

Tạo một polyme mới trên cơ sở một polyme cũ chỉ có thay đổi về nhóm chức Không làm thay đổi cấu tạo của mạch chính nhưng lại làm thay đổi tính chất của polyme Điều kiện để tiến hành phản ứng biến tính là phải có những nhóm chức hoạt động có hoạt tính đủ lớn

Phản ứng của những mắc xích làm thay đổi thành phần hóa học của polyme mà không làm thay đổi thực chất độ trùng hợp

Đây là sự chuyển hóa hóa học nội phân tử và phản ứng ở những nhóm chức hay những nguyên tử polyme với hợp chất thấp phân tử

Độ chuyển hóa của phản ứng được đánh giá bằng phần trăm nhóm chức có trong mạch tham gia vào phản ứng biến đổi

1.1 Polyme mạch cacbon no.

Polyme cacbua hydro no như PE, PP giống như các parafin thấp phân tử, trơ về mặt hóa học, chỉ ở nhiệt độ cao mới tham gian phản ứng và khi biến đổi thường kèm theo phản ứng đứt mạch

a) Polyetilen.

Khi clo hóa polyetilen dưới tác dụng của ánh sáng và có mặt xúc tác sẽ thu được:

-CH2-CH2- + Cl2 - > .-CH2-CHCl- + HCl

 Nhựa trao đổi ion:

 Sunfo hóa copolyme bằng axit H2SO4 (xúc tác sunfat Ag) ta sẽ có nhựa cationit (ionH+

linh động)

Tổng hợp:

Sunfohóa:

Trao đổi cation

Tái sinh nhựa trao đổi ion.

 Nếu clometyl hóa copolyme PS và divinyl benzen rồi amin hóa tiếp tục bằng amin bậc hai,ta sẽ

có nhựa trao đổi ion anionit

b) Polyme dẫn xuất halogen.

Khi clo hóa PVC,ta thu được sản phẩm có chứa 62 –65% clo,tương ứng 1 clo cho 3 mắc xích cơ sở

Dưới tác dụng của axêtat bạc (AgOCOCH3), clo bị thay thế bằng nhóm axêtyl và tạo thành polyvinylaxêtat

c) Polyvinyl Alcool và dẫn xuất.

Polyvinyl alcool tham gia được các phản ứng rượu Các polyme có nhóm chức andehit, xêton, cacboxyl, amin thì tham gia các phản ứng đặc trưng của nhóm chức tương ứng như trong hóa học hữu cơ cơ bản

d) Phản ứng polymer dị mạch.

Hóa tính nói chung như trong hóa hữu cơ:

• Liên kết π không bền bằng liên kết σ

• Cộng vào nối đôi, đứt nối đôi Sản phẩm không đối xứng theo luật Markovnhikov

• Dễ bị oxy hóa

• Hydro ở vị trí Alyl thì linh động nhất

1.2 Polyme mạch cacbon chưa no.

Khi hidro hóa cao su thiên nhiên có mặt xúc tác sẽ thu được polime no có tính chất cơ lí gần với polime ban đầu.

II Phản ứng đại phân tử

A Phản ứng tạo cầu nối

 Phản ứng tạo liên kết ngang giữa các phân tử với nhau, làm thay đổi cấu trúc phân tử và gia tăng

độ trùng hợp trung bình Tùy theo mật độ nối ngang mà tính chất vật lý của polyme thay đổi rất nhanh: độ nóng chảy, hòa tan, trương,

 Nhựa: phản ứng đóng rắn

 Cao su: phản ứng lưu hóa

1 Phản ứng đóng rắn.

1.1 Trùng hợp

 Trong mạch phân tử polyme có chứa nối đôi, với sự hiện diện của xúc tác, oxy không khí

tác kích tạo thành các peroxyt, hydroperoxyt,

Phản ứng này được ứng dụng dùng đóng rắn màng sơn, vecni,

Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH2– (nhóm metylen) 

2 Phản ứng lưu hóa.

 Do ban đầu dùng lưu huỳnh nối mạng NR nên gọi là phản ứng lưu hóa, thật ra có những phản ứng nối mạng cao su không cần lưu huỳnh Các điều kiện cần thiết để có phản ứng lưu hóa

 Có “mầm lưu hóa”: thường là nối đôi, hydro linh động hoặc các nhóm phân cực.

 Tác nhân lưu hóa: có thể gắn hoặc không gắn trên mạch cao su Thường là S, có khi là peroxyt hoặc đặc biệt nhưoxyt kim loại, amin, nhựa,

 Cung cấp năng lượng: thông thường là nhiệt (điện, hơi nước, ) cũng có thể lưu hóa bằng dao động tần số cao (UHF) hoặc tia năng lượng.

Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S–S– (cầu đisunfua)

B Phản ứng phân hủy

Sự phân hủy polymer là phản ứng hóa học bẻ gãy những liên kết hóa học mạch chính phân tử polymer, dẫn đến sự giảm phân tử khối, về cơ bản không làm thay đổi thành phần hóa học của phân tử nhưng làm thay đổi tính chất cơ lý của sản phẩm

Nhờ vào quá trình phân hủy mà người ta điều chế rượu từ đường, từ tinh bột.

1 Cơ chế của sự lão hóa.

A Phản ứng oxy hóa

+ giai đoạn 1: tạo gốc tự do

+ giai đoạn 2: tạo gốc peroxyt

+ giai đoạn 3: có 3 khả năng.

 Nối liên phân tử: sản phẩm cứng lên

Tạo cầu nối oxy liên phân tử.

Đứt mạch và giải phóng oxy: sản phẩm chảy nhão do trở thành thấp phân tử.

B Phản ứng ôzôn hóa.

2 Các dạng lão hóa điển hình.

Phương pháp vật lý.

Chủ yếu là chống lại ôzôn vá ánh sáng tá kích trên bề mặt polyme Thường dùng

những chất che phủ như là độn vô cơ, sáp (parafin) đưa vào công thức sản phẩm Trong quá trình sử dụng, các thành phần này che phủ (độn vô cơ) hoặc thoát ra ngoài

từ từ làm lớp vỏ bọc che chở cho sản phẩm

KẾT LUẬN