polyme - Hóa học - hoàng hồng - Thư viện Bài giảng điện tử

POLYME
-

Định nghĩa
Cấu tạo của polyme
Phân loại polyme
Điều chế polyme
Tính chất cơ lý của polyme
Tính chất hóa học của polyme
Giới thiệu một số polyme


I. POLYME
Polyme là những hợp chất hữu cơ
có khối lượng phân tử lớn (hợp
chất cao phân tử) do nhiều mắt xích liên
kết lại với nhau.
Oligome là những đồng đẳng của polime nhưng
có khối lượng phân tử thấp


• Những hợp chất mà phân tử của chúng có khả năng
tổng hợp thành polyme được gọi là các monome hay đơn
phân.

• Số

lượng các đơn vị cấu tạo có trong một phân tử
polyme được gọi là hệ số

• Hệ

số trùng hợp càng lớn thì polyme có khối lượng
phân tử càng cao. Tuy nhiên, số lượng các đơn vị cấu
tạo thường thay đổi, do đó mỗi mẫu polyme thường bao
gồm một hỗn hợp các phân tử có khối lượng khác
nhau.


II. Các dạng cấu tạo
của polyme

• Cấu tạo mạch thẳng
Cấu tạo phân nhánh

• Cấu tạo mạng lưới không gian


Cấu tạo lập thể
của polyme mạch thẳng
•

Dạng lập thể atactic: các nhóm thế trong mạch sắp xếp hỗn
độn, vô trật tự

atactic
H R R H H R H R R H H R


•

Dạng lập thể điều hòa isotactic: các nhóm thế luôn ở về một
phía của mạch polyme.

H R H R H R H R H R H R

•

Dạng lập thể syndiotactic: nhóm thế sắp xếp điều hòa luân
phiên

H R R H H R R H H R R H


•

Khi trong mạch polyme có chứa liên kết đôi thì có thể xuất
hiện hiện tượng tương tự đồng phân hình hoïc (cis – trans)

H
CH2

H

H
C

C

H
CH2

C

CH2

C

CH2

C

H

H

CH2 CH2
H

C

H

CH2

C

C

H

C C CH
2
CH2

H

H

CH2 CH2

C C

CH2
H


III. PHÂN LOẠI POLYME
• Phân loại theo thành phần hóa học
 Polyme hữu cơ: đó là các polyme chứa cacbon. Ví dụ PP, PE, PS
…

 Polyme vô cơ: Là các polyme chứa Si, Te, Sn, Al … và không có
hay có với tỷ lệ rất ít cacbon. Ví dụ như amiang, silicon, thạch anh,
than chì …

 Polyme mạch cacbon: Là polyme mà mạch chính chỉ gồm các
nguyên tử cacbon.

 Polyme dị mạch: Mạch chính của phân tử chứa dị tố nhö
O, …

Si, N,


Phân loại theo nguồn gốc
xuất phát

 Polyme tự nhiên: là các polyme có sẵn trong tự
nhiên như tinh bột, caosu

 Polime nhân tạo: là các polime nhận được khi
biến tính hóa học các polyme tự nhiên. Ví dụ tơ
visco, axetat xenlulo …



Polyme tổng hợp: là các polyme nhận được
bằng phương pháp tổng hợp từ các chất ban đầu
(Ví dụ PE, PVC ,…).


Phân loại theo thành
phần cấu tạo
  Homopolyme: là polyme mà phân tử được tạo thành chỉ
từ một loại monome.



Copolyme: là polyme mà phân tử do 2 hay nhiều loại
monome khác nhau tạo thành. Có thể có các loại

copolyme:

• Copolyme luân phiên điều hòa – A – B – A – B – A – B – A – B –


Phân loại polyme
• Copolyme sắp xếp hỗn độn: - A – A – B – B -

A – A- A - B - A

–B–B–

• Copolyme khối: - AAAAAAA – BBBB – AAAAAAA – BBBB –
• Copolyme ghép

A A A A A A A A A
B

B

B

B

B

B


Phân loại polyme

Phân loại theo quy ước
chung

 Cao su: Đó là các vật liệu polyme có tính đàn hồi cao, nghóa là
tính dễ bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực (nhiệt độ, áp
suất, kéo giãn …) nhưng khi lực thôi tác dụng thì lại trở về hình
dạng ban đầu. Cao su có lực tương tác giữa các phân tử yếu.

 Chất dẻo (Plastic): là những vật liệu polime có tính dẻo, nghóa là
dễ bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực (nhiệt độ, áp suất
….) và khi lực thôi tác dụng thì vẫn giữ nguyên hình dạng đó. Các
phân tử polyme loại chất dẻo có lực tương tác lớn hơn so với cao
su.

 Tơ, sợi: là loại polyme có khả năng kéo thành sợi được. Lực tương
tác giữa các phân tử của loại polime này rất lớn.


Phân loại theo tính chất
nhiệt
 Polyme nhiệt dẻo : là các polime khi đun nóng sẽ mềm hoặc chảy
nhão nhưng khi làm nguội lại trở lên rắn như cũ. Quy trình này có
thể lặp đi lặp lại miễn là nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy
của polyme.

 Polyme nhiệt rắn: là các polyme mà khi gia công, sau trạng thái
mềm nhão nó hóa rắn bất thuận nghịch, tức là vẫn duy trì ở trạng
thái rắn, không đun chảy mềm lại được nữa. Hiện tượng hóa rắn

này xảy ra là do có sự hình thành cấu trúc mạng 3 chiều.

 Polyme nhiệt dẻo đàn hồi (Elastome): là các polyme có tính chất
gần như polyme nhiệt dẻo song lực hấp dẫn giữa các mạch polyme
lớn hơn và thể hiện tính đàn hoài.


IV. ĐIỀU CHẾ POLYME


Trùng hợp gốc
• Giai đoạn khơi mào:
RO – OR  2RO*

• Giai đoạn phát triển mạch:
* + CH
RO
2

•

CH

RO CH2

R
*
CH + n CH2

*

CH
R

*
RO CH2 CH CH2 CH
Giai đoạn tắt
ra theo nhiều cách,RlàmnmấtRđi
R mạch: Xảy R
RO CH2

gốc tự do hoạt động

CH


• Tương tác với chất lạ trong hỗn hợp phản ứng:

•

*
RO CH2 CH CH2 CH + BH
n
Sự chuyển
R mạch:
R

2RO CH2

•

CH CH2
n
Sự kết hợp
R

*
CH

RO CH2

RO CH2 CH CH2 CH2 + B*
n
R
R

CH CH2 CH2 + RO CH2
n
của hai gốc tự do:
R
R
R

*
2 RO CH2 CH CH2 CH
n
R
R

CH CH CH
n

R
R

RO CH2 CH CH2 CH
n
R
R 2


Một số chất khơi mào
• Đimetylpeoxiđicacbamat:
O

O

O

CH3OC O O C OCH3

30-40 C

Persunfat kali:
KO3S O O SO3K

+

2K +

+ 2CO2

2 CH3O
O

O3S O O SO3

40-50 C

2 O3SO

2,2’-Azo-bis isobutyronitrile:
CH3

CH3

NC C N N C CN
CH3

CH3

O

90-100 C

CH3
2 NC C
CH3

+ N2

Trùng hợp
cation
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Giai đoạn khơi mào:
+
–
BF3 + HX  H [BF3X]
+
+
CH2 = C(CH3)2 + H → (CH3)3C
Giai đoạn phát triển mạch:
+
+
(CH3)3C + CH2=C(CH3)2  (CH3)3C–CH2–C (CH3)2
+
(CH3)3C–CH2–C (CH3)2 + nCH2=C(CH3)2 
+
(CH3)3C–[ CH2–C(CH3)2-]n-CH2-C (CH3)2

Giai đoạn tắt mạch:
Do kết hợp với anion phức:
+
(CH3)3C–[ CH2–C(CH3)2-]n-CH2-C (CH3)2 + [BF3X] 
(CH3)3C–[ CH2–C(CH3)2-]n-CH2 - CX(CH3)2 + BF3
+
Do taùch H tạo đầu mạch chưa no


• Trong

trùng hợp cation, các monome chứa các
nhóm thế cho electron có khả năng phản ứng
cao. Ngoài anken, một số monome khác cũng cho
phản ứng trùng hợp cation: RR’C=O, etylenoxit,
lactam, …


• Trùng hợp cation rất nhạy với sự thay đổi của điều kiện
phản ứng như cấu tạo monome, môi trường phản ứng,
ảnh hưởng của tạp chất, nhiệt độ, … đặc biệt môi
trường phân cực có ảnh hưởng lớn đến cơ chế và tốc
độ phản ứng.


Trùng hợp anion


Trùng hợp anion
Bu - CH 2CH - CH2CH - CH2 - CH

CN

CN

n

CN

BH

Bu - CH2CH - CH2CH - CH2 - CH2
CN

CN

n

CN


•

Hoạt tính của monome giảm theo dãy:

COOCH3
CH2

CH2

CH

C

CH2

CH3

CN

CH
C6H5

CH3
CH2

CH
C6H5

CH2

CH
CH CH2

CH2

C
CH CH2


XÚC TÁC

Trong trùng hợp anion, các xúc tác có thể là:

• Các kim loại kiềm
• Các amiđua kim loại kiềm và kiềm thổ trong NH3 lỏng:
LiNH2, NaNH2, KNH2, Ca(NH2)2

• Các hợp chất cơ kim: LiR, NaR, CaR2, MgR2 (R là gốc C2H5
hoặc iso-C4H9).