TÌM HIỂU VỀ POLIMER THIÊN NHIÊN

MỞ ĐẦU
 Polymer, trong từ ngữ thơng thường cịn được gọi là nhựa, chất dẻo hay plastic.
Polymer có tên khoa học là "chất trùng hợp" và còn được gọi theo từ Hán Việt
là "cao phân tử". Nó hiện hữu khắp nơi, trong ta, xung quanh ta. Polymer là
những mạch phân tử gồm hàng nghìn, chục nghìn phân tử đơn vị (gọi là
monomer) kết hợp lại giống như những mắt xích. Mỗi phân tử đơn vị là một
mắt xích.

 Cao su, cellulose trong thân cây, protein trong sinh vật, thực vật là
những polymer thiên nhiên. Vào những năm hai mươi của thế kỷ
trước, các nhà hoá học biết cách tổng hợp và sản xuất những polymer
nhân tạo hay là plastic. Các loại polymer ngày nay trở thành những
vật liệu hữu dụng, cực kỳ quan trọng không thể thiếu trong cuộc sống
hiện đại


MỞ ĐẦU
Thử nhìn xung quanh, ta có tơ sợi làm nên vải vóc, chai
nước ngọt, keo dán, bao nhựa, thùng chứa nước, vỏ máy
tivi, bàn phiếm máy vi tính v.v . Tất cả đều là polymer.
Polymer cũng hiện diện trong các áp dụng cho công nghệ
xây cất hoặc công nghệ cao, những địa hạt địi hỏi vật liệu
nhẹ có độ bền và độ dai cao hoặc làm chất nền cho các
composite tiên tiến (advanced composite) để làm thân tàu
thủy và máy bay.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1

2

3

GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

PHÂN LOẠI

GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN
NHIÊN


I. GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
1. Khái niệm về polimer


Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng
cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu
trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt
xích cơ bản. Các phân tử tạo nên từng mắt xích của
polime được gọi là monome.


I. GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
2. Tính chất của polimer
2.1 Tính chất vật lý:
Hầu hết polimer là chất rắn, không bay hơi, khơng có
nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung
mơi hữu cơ. Đa số polimer có tính dẻo, một số polimer có
tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi

2.2 Tính chất hóa học
2.2.1 Phản ứng giữ nguyên mạch polimer
- Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch
NaOH:
2.2.2 Phản ứng phân cắt mạch polimer
- Phản ứng thủy phân polieste
2.32 Phản ứng khâu mạch polimer


II. PHÂN LOẠI
1. Theo nguồn gốc:

2. Theo cách tổng hợp: 


II. PHÂN LOẠI
3. Theo cấu trúc:                                        
3.1 Các dạng cấu trúc mạch polimer
- Mạch khơng phân nhánh. Ví dụ: polietilen, amilozơ…
- Mạch phân nhánh. Ví dụ: amilopectin, glicogen
- Mạch

mạng lưới. Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…
3.2 Cấu tạo điều hịa và khơng điều hịa
- Cấu tạo điều hịa: các mắt xích nối nhau theo một trật tự
nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi).
- Cấu tạo không điều hịa: các mắt xích nối với nhau khơng theo
trật tự nhất định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối đầu, chỗ thì đầu nối
với đi).

III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
1. Tính chất cơ lý
- Khối lượng riêng bé, độ bền riêng cao (độ bền riêng là độ bền tính trên
một đơn vị khối lượng)
- Một số polimer có độ bền hóa học rất cao
- Độ cách điện rất cao (đối với polimer không phân cực)
- Có tính chất quang học: một số polimer có độ trong suốt rất cao như
PMMA (thủy tinh hữu cơ) được dùng làm các dụng cụ quang học, kính
máy bay.
- Một số polimer có khả năng bám dính rất tốt với nhiều loại vật liệu khác
nhau (ví dụ: Epoxy) nên được sử dụng lám keo dán, sơn.
- Một số polimer có độ ma sát lớn, ít bị ăn mịn (như cao su lưu hóa).
Một số khác lại ít bị ma sát như poli tetraflo ethylen nên được ứng dụng
để làm bạc trong các ổ trục không thể dùng bi.
- Một số polimer có tính đàn hồi lớn (cao su).
- Độ bền nhiệt không cao. Phần lớn được sử dụng ở nhiệt độ từ 0 đến
1400C.
- Cách nhiệt, cách âm (vật liệu polimer xốp)


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
2. Ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất polimer
- Kích thước và hình dạng siêu phân tử có ảnh hưởng lớn
đến tính chất cơ lý, độ bền của vật liệu polimer.
- Khối lượng phân tử: về lý thuyết thì khối lượng phân tử
(hay độ dài phân tử) không ảnh hưởng đến độ mềm dẻo của
mạch vì giá trị thềm thế năng khơng phụ thuộc vào độ dài mạch
mà do cấu trúc quyết định. Nhưng khi mạch dài hơn thì số
lượng hình thái sắp xếp tăng lên do đó cách mạch phân tử cứng

vẫn cuộn lại được mà không ở dạng thẳng.
- Mật độ mạng không gian: sự tương tác mạnh giữa các
phân tử sẽ làm giảm độ linh động của các đoạn như ta thấy ở
trường hợp các liên kết hydro trong polyamit. Các liên kết hóa
học bền vững giữa các đại phân tử còn ảnh hưởng mạnh hơn
đến độ linh động của các đoạn.
- Kích thước nhóm thế: các nhóm thế có kích thước và
trọng lượng lớn ở mạch nhánh của phân tử polyme làm cản trở
sự quay của mắt xích


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3.1 Xenlulozo

Xenlulozơ là thành phần chính tạo nên lớp màng
tế bào thực vật giúp cho các mơ thực vật có độ bền
cơ học và tính đàn hồi.Xenlulozơ có nhiều trong
bơng (khoảng 98% xenlulozơ), trong loại sợi đay,
gai,tre, nứa… trong gỗ có khoảng 40-50%
xenlulozơ.
Xenlulozơ là chất rắn, có dạng sợi, màu trắng, khơng mùi vị. Xenlulozơ không
tan trong nước và các chất hữu cơ như ete, rượu, benzen…nhưngtan trong
nước Svayde (dung dịch amoniac chứa đồng (II) hiđroxitTương tự tinh bột,
xenlulozơ là polisaccarit, cũng gồm nhiều gốc β- glucozo Liên kết với nhau
tạo thành mạch kéo dài CTPT: (C6H10O5) nhay [C6H7O2(OH)3]n(Vì mỗi
gốc C6H10O5có 3 nhóm-OH tự do có thể tham gia liên kết).


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3. Tính chất hóa học

- Phản ứng thủy phân
- Tác dụng với một số tác nhân bazơ
+ Phản ứng với NaOH và CS2. Sản xuất tơ visco :
+ Tác dụng của dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac 
- Phản ứng với một số axit hoặc anhiđrit axit tạo thành este
+ Tác dụng của HNO3 
+ Tác dụng của (CH3CO)2O :
4. Ứng dụng
Thường sử dụng trực tiếp các nguyên liệu có chứa xenlulozơ. Bơng,
đay, gai… đểkéo sợi dệt vải, bện thừng. Gỗ, tre, nứa để xây dựng nhà cửa,
làm đồ gỗ, hoặc chế biếnthành giấy.
 Ngồi ra, xenlulozơ cịn để sản xuất ancol etylic, tơ nhân tạo ( tơ Visco, tơ
axetat).


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3.2 Tơ
 Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với
độ bền nhất định
 Tơ cũng gồm có 2 loại: loại tơ tự nhiên và loại tơ hóa
học.
 Tơ tự nhiên là tơ có sẵn trong tự nhiên như bơng, len,
tơ tằm.
 Tơ hóa học gồm 2 nhóm:
 Tơ tổng hợp(chế tạo từ polime tổng hợp) như các loại
poliamit (capron),tơ vinylic(nitron)...
 Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo):Chế tạo từ các polime
thiên nhiên thơng qua một số phương trình hóa học.
VD: tơ visco, xenlulozơ axetat
 Tơ hóa học thường có ưu điểm là bền, đẹp, phơi mau

khô,...


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN

3.3.1 Khái niệm cao su thiên nhiên và lịch sử phát triển
- Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ
mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea
brasiliensis.
- Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao su thiên
nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n; những polymer này có
mạch cacbon rất dài với hững nhánh ngang tác dụng như cái móc.Các mạch
đó xoắn lẫn nhau, móc vào những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn,
mạch cacbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3.3.2 Cấu tạo hóa học
- Về mặt hóa học, cao su
thiên nhiên là polyisopren polyme của isopren.
- Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành
từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị
trí 1,4.

- Ngồi đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có
khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4. Có cấu tạo
tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được
hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.

III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN

3.3.3 Tính chất vật lý
- Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể. Cao su
thiên nhiên kết tinh với vận tốc nhanh nhất ở -25°C. Cao su
thiên nhiên tinh thể nóng chảy ở 40°C.
Khối lượng riêng: 913 kg/cm³
Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): -70°C
Hệ số dãn nở thể tích: 656.10-4 dm³/°C
Nhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K
Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°K
Nửa chu kỳ kết tinh ở -25°C: 2÷4 giờ
Thẩm thấu điện mơi @1000Hz/s: 2,4÷2,7
Tang của góc tổn thất điện mơi: 1,6.10-3
Điện trở riêng:
Crếp trắng: 5.1012
Crếp hong khói: 3.1012


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3.3.4 Tính chất cơ lý
Một số tính chất cơ lý:
- Tỷ trọng
- Tính đàn hồi
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Ảnh hưởng của tốc độ kéo giãn
- Độ dư của cao su
- Racking
- Biến dạng liên tục
-Dung mơi cao su

3.3.5 Phân loại
Cao su có 2 loại:
- Cao su tự nhiên được lấy từ nhựa của cây cao su
- Cao su tổng hợp được chế ra từ các chất đơn giản


III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
3.3.6 Thành phần mủ cao su
- Cao su: chiếm 30 → 40%.
-  Nước: 52 →70%.
- Protein: 2 → 3%
- Acid béo và dẫn xuất: 1 → 2%
- Glucid và heterosid: khoảng 1%.
- Khoáng chất: 0,3 → 0,7%.


CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAO SU THIÊN NHIÊN

1

2

3

NGUYÊN LIỆU

SƠ ĐỒ SẢN XUẤT

THIẾT BỊ, KIỂM TRA CHẤT
LƯỢNG SẢN PHẨM

I. NGUYÊN LIỆU
-Mủ cao su (chứa nhiều hạt latex) Cao su sống
1. Khai thác mủ cao su
1.1 Thu hoạch mủ cao su (latex)
Công việc thu hoạch latex mà người ta thường
gọi là “cạo mủ” là rạch cạo một đường trên vỏ thân
cây nhằm cắt đứt các mạch latex để cho latex cao su
chảy ra. Phương pháp thu hoạch được áp dụng cho cây
cao su Hevea brasiliensis vì latex của cây này có độ
nhớt thấp và do cây có hệ thống latex thuộc loại mạch
phân nhánh và tương giao với nhau. Cây cao su này lại
có khả năng tái tạo latex nhanh


I. NGUYÊN LIỆU
1.2 Phương pháp cạo mủ:
- Trong quá khứ có nhiều phương pháp cạo mủ, nhưng
rút kinh ngiệm người ta chứng minh nếu cạo xuyên từ trái
sang phải sẽ cắt được nhiều mạh latex hơn, do đó năng suất
sẽ tăng lên. Một cách tổng quát, ngày nay người ta dùng
phương pháp cạo mủ như sau: Cạo theo đường xoắn ốc nửa
chu vi (cạo nửa vòng) 1-2 ngày một lần, tức là mỗi năm cạo
150 lần đến 160 lần; cạo xoắn ốc nguyên chu vi thân cây (cạo
nguyên vòng) 3-4 ngày một lần tức là mỗi năm cạo khoảng
75 đến 90 lần.


I. NGUYÊN LIỆU

2. Sơ chế
2.1 Mục đích
- Là bước đầu tiên của quá trình phối trộn
- Biến Cao su từ dạng đàn hồi cao đến trạng thái dẻo
tương đối
- Giảm sức căng bề mặt của cao su sống,giúp cao su có
khả năng phối trộn với các chất phụ gia
- Độ dẻo quá cao cường lực độ kéo giãn, độ cứng, độ
kháng mịn giảm, độ biến hình khi đứt tăng lên. Sản
phẩm dễ bị bọt khí, rỗ mặt….
- Cần thiết cho cao su thiên nhiên (độ dẻo không đồng
đều) hay cao su phối trộn.


I. NGUYÊN LIỆU
2.2 Nguyên lý
Sau khi qua sơ chế, dưới tác động của sự cắt xé cơ học, các
phân tử carbon hydro sẽ cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra độ dẻo
tăng chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngấm chất độn và phụ gia
khác.
2.3 Chầt phụ gia trong quá trình sơ chế: giúp rút ngắn thời gian
sơ chế, giảm tiêu hao năng lượng, đảm bảo tốt tính năng cơ lý….
- Chất làm mềm làm trương nở cao su, giảm sức liên kết giữa các
dây
phân tử cao su mềm dẻo và dễ thấm chất độn trong giai đoạn sơ chế
Ảnh hưởng đến tính năng cơ học ( tính kháng mịn, độ bắt dính, …)
- Chất hóa dẻo: cắt ngắn các phân tử cao su (phenyl hydrazin,
mercaptan…)
- Chất họat tính bề mặt: diphenyl, thiazone disulfide

I. NGUYÊN LIỆU
2.4 Các phương pháp cô đặc nguyên liệu cao su thiên nhiên
2.4.1 Phương pháp lắng
- Do sự khác biệt về khối lượng riêng của phần khô (cao su) va
serum nên có thể áp dụng hiện tượng lắng tách tự nhiên pha cao su, tuy
nhiên quá trình này xảy ra chậm.
+ Giảm lực hấp thụ giữa lớp vỏ của hạt latex và nước trong
serum
+ Làm tăng khối lượng riêng pha serum nhằm tăng khác nhau
về khối lượng riêng.
+ Không gây hiện tượng keo tụ trong quá trình phối trộn.


I. NGUYÊN LIỆU
- Ưu điểm:
• Thu được hàm lượng polyme cao (60%)
• Tách được phần lớn các chất tan
• Latex có độ ổn định cao
• Đơn giản vì khơng địi hỏi thiết bị phức tạp, dễ tiến
hành
• Khơng tiêu tốn năng lượng.
- Nhược điểm: Năng suất thấp, thời gian cô đặc kéo dài