Bài giảng vật liệu học - Chương 4: Cấu trúc vật liệu hữu cơ (Polyme) pptx

VẬT LIỆU HỌC
VẬT LIỆU HỌC
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
1
1
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
Chương 4
Cấu trúc vật liệu hữu cơ (Polyme)
4.1.Khái niệm chung
4.1.Khái niệm chung
4.2.Cấu trúc và liên kết trong vật liệu polyme
4.2.Cấu trúc và liên kết trong vật liệu polyme
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
2
2
4.1.Khái niệm chung
4.1.Khái niệm chung
4.1.1.Hợp chất cao phân tử
4.1.1.Hợp chất cao phân tử
4.1.2.Các chất phụ gia
4.1.2.Các chất phụ gia
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
3

3
4.1.1.Hợp chất cao phân tử
4.1.1.Hợp chất cao phân tử




Định nghĩa
Định nghĩa
•
Tiếng Hylạp :
Tiếng Hylạp :
mer :
mer :
me -
me -
hợp phần
hợp phần
Poly :
Poly :
nhiều
nhiều




Polyme :
Polyme :
nhiều me
nhiều me

Monome
Monome
:
:
m
m
ột me
ột me
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
4
4
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
5
5
•
Ví dụ : Polyetylen (PE)
H H
- C – C-
H H
me
H H
C – C-
H H
H H

C – C-
H H
H H
C – C-
H H
H H
C – C-
H H
H H
- C – C-
H H
•
Polyvinyl clorit (PVC)
Polyvinyl clorit (PVC)


Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
6
6
H H
- C – C-
H Cl
•
Polypropylen (PP)
Polypropylen (PP)

Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
7
7
H H
- C – C-
H CH
3
•
Định nghĩa:
Định nghĩa:
Polyme
Polyme
là một hợp chất gồm các phân tử được
là một hợp chất gồm các phân tử được
hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một
hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một
nhóm nguyên tử
nhóm nguyên tử
(
(
monome
monome
)
)
liên kết với nhau
liên kết với nhau
với số lượng khá lớn

với số lượng khá lớn
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
8
8

Phân loại
Phân loại
•
Theo nguồn gốc
Theo nguồn gốc
:
:
-Polyme thiên nhiên
-Polyme tổng hợp
•
Theo cấu trúc :
Theo cấu trúc :
Mạch thẳng, mạch nhánh, mạng lưới, không gian
•
Theo tính chịu nhiệt
Theo tính chịu nhiệt
-Polyme nhiệt dẻo
-Polyme nhiệt rắn
•
Theo lĩnh vực ứng dụng
Theo lĩnh vực ứng dụng
Chất dẻo, sợi, cao su, sơn và keo

Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
9
9




Polyme tự nhiên
Polyme tự nhiên
•
Sợi cellulose
Sợi cellulose có trong
bông, sợi gai,
bông, sợi gai,
gỗ
gỗ
→
→
L
L
àm quần áo
àm quần áo
•
Sợi cellulose
Sợi cellulose
có trong
có trong

động vật
động vật
(da động vật,
(da động vật,
tơ tằm
tơ tằm
)
)


→
→


L
L
àm giày, áo quần
àm giày, áo quần
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
10
10




Polyme nhân tạo (polyme tổng hơp)
Polyme nhân tạo (polyme tổng hơp)

•
Tr
Tr
ùng hợp :
ùng hợp :
Ph
Ph
ản ứng tạo polyme từ monome ban đầu qua nhiều
ản ứng tạo polyme từ monome ban đầu qua nhiều
lần kết hợp theo cơ chế p/u dây chuyền và không tạo
lần kết hợp theo cơ chế p/u dây chuyền và không tạo
thành sản phẩm phụ đơn phân tử nào
thành sản phẩm phụ đơn phân tử nào


n(CH
n(CH
2
2
=CH
=CH
2
2
)
)
→
→
-(CH
-(CH
2

2
-CH
-CH
2
2
)
)
n
n
-
-
→
→


Etylen
Etylen
Polyetylen
Polyetylen
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
11
11
H H
- C – C -
H H n

Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
12
12

- N -(CH
2
)
6
- N-

H H

O O
C - (CH
2
)
4
- C - + nH
2
O
n

•
Trùng ngưng
Trùng ngưng
:
:

kêt hợp 2 nhóm chức+T
kêt hợp 2 nhóm chức+T
ách ra chất
ách ra chất
thấp phân tử.
thấp phân tử.
Điamin hexametylen & Axit adip→Nylon 6.6
Điamin hexametylen & Axit adip→Nylon 6.6
H H
N -(CH
2
)
6
- N- +
H H
O O
OH- C - (CH
2
)
4
- C -OH

4.1.2.Các chất phụ gia
4.1.2.Các chất phụ gia
Vật liệu = Hạt nhựa + Chất phụ gia + Chất gia cường
Vật liệu = Hạt nhựa + Chất phụ gia + Chất gia cường
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng

13
13
•
Hạt nhựa
Hạt nhựa


•
Chất độn
Chất độn
-Mục đích :
-Mục đích :


Giá thành
Giá thành
-Mùn cưa, đất sét, bột nhẹ…Kích thước ~ 10nm
-Mùn cưa, đất sét, bột nhẹ…Kích thước ~ 10nm
•
Chất hóa dẻo
Chất hóa dẻo
-Mục đích :
-Mục đích :
Xen kẽ giữa các mạch
Xen kẽ giữa các mạch




Khoảng cách

Khoảng cách




Lực liện kết
Lực liện kết




Tính dẻo
Tính dẻo
-Các este: phtalat, adipat, sebacat
-Các este: phtalat, adipat, sebacat
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
14
14
•
Chất ổn định
Chất ổn định
-Làm chậm quá trình phân hủy (lão hóa)
-Làm chậm quá trình phân hủy (lão hóa)
-Muội than
-Muội than
•
Chất tạo màu

Chất tạo màu
-Tạo màu sắc
-Tạo màu sắc
-Thuốc nhuộm
-Thuốc nhuộm
-Bột màu vô cơ
-Bột màu vô cơ
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
15
15
•
Chất chống cháy
Chất chống cháy
-Cơ chế
-Cơ chế
Ức chế p/ư oxy hóa
Ức chế p/ư oxy hóa
Tạo P/ư thu nhiết
Tạo P/ư thu nhiết
Tạo màng trên bề mặt
Tạo màng trên bề mặt
-Các chất :
-Các chất :


Cl
Cl



Polyvinylclorit
Polyvinylclorit


F
F




Polytetra fluoroetylen
Polytetra fluoroetylen
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
16
16
•
Các chất tăng cường
-Sợi thủy tinh
-Sợi thủy tinh




Độ bền
Độ bền

-Sợi graphit
-Sợi graphit






Độ bền
Độ bền
-Sợi polyamit thơm (Kelva)
-Sợi polyamit thơm (Kelva)






Độ bền
Độ bền
-Mica
-Mica






Cách điện, bền hóa, bền nhiệt
Cách điện, bền hóa, bền nhiệt

-Amian
-Amian






Ma sát
Ma sát
-Bột graphit
-Bột graphit




Bôi trơn
Bôi trơn
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
17
17
4.2.Cấu trúc & liên kết trong vật
4.2.Cấu trúc & liên kết trong vật
liệu polyme
liệu polyme
4.2.1.Phân tử hydrocacbon
4.2.1.Phân tử hydrocacbon

4.2.2.Phân tử polyme
4.2.2.Phân tử polyme
4.2.3.Cấu trúc mạch polyme
4.2.3.Cấu trúc mạch polyme
4.2.4.Cấu trúc tinh thể polyme
4.2.4.Cấu trúc tinh thể polyme
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
18
18
4.2.1.Phân tử hydrocacbon
4.2.1.Phân tử hydrocacbon


Metan CH
Metan CH
4
4
H-C : góp chung 1e
H-C : góp chung 1e
=>
=>
Liên kết cộng hóa trị
Liên kết cộng hóa trị
(
(
Liên kết đơn
Liên kết đơn

)
)
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
19
19
H
H-C-H
H
•
Liên kết C
Liên kết C
:
:
1S +3P
1S +3P
→
→
Lai hóa SP
Lai hóa SP
3
3
: 4
: 4
Liên kết C-H
Liên kết C-H
:
:

4 SP
4 SP
3
3
+ 4 ngtử H
+ 4 ngtử H


Liên kết
Liên kết
σ
σ
•
Cấu hình:Tứ diện tam giác đều
Cấu hình:Tứ diện tam giác đều
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
20
20




Ethylen C
Ethylen C
2
2
H

H
4
4
C-C: góp chung 2 e
C-C: góp chung 2 e


Liên kết đôi
Liên kết đôi
C-H: góp chung 1 e
C-H: góp chung 1 e




Liên kết đơn
Liên kết đơn
•
Liên kết nguyên tử C
Liên kết nguyên tử C
:
:
1S +2P
1S +2P
→
→
SP
SP
2
: 3

: 3


P : không lai hóa
P : không lai hóa
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
21
21
H H
C = C
H H
Liên kết C-C
Liên kết C-C
:
:
1 SP
1 SP
2
2
+ 1 SP
+ 1 SP
2
2
→
→

Liên kết
Liên kết
σ
σ
1 P + 1 P → Liên kêt
1 P + 1 P → Liên kêt
π
π
Liên kết C-H
Liên kết C-H
:
:
2SP
2SP
2
2
+ 2ng tử H
+ 2ng tử H


→
→


L
kết
kết
σ
σ
•

Cấu hình:
Cấu hình:
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
22
22
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
23
23


Axethylen C
Axethylen C
2
2
H
H
2
2
C-C : góp chung 3e
C-C : góp chung 3e



Liên kết ba
Liên kết ba
C-H: góp chung 1 e
C-H: góp chung 1 e




Liên kết đơn
Liên kết đơn
•
Liên kết nguyên tử C
Liên kết nguyên tử C
:
:
1S +1P
1S +1P
→
→
SP: 2
SP: 2
2 P : không lai hóa
2 P : không lai hóa
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
24
24
H-C≡C-H

Liên kết C-C
Liên kết C-C
:
:
1SP
1SP


+ 1SP
+ 1SP


→
→


Liên kết
Liên kết
σ
σ
2 P + 2P → Liên kêt
2 P + 2P → Liên kêt
π
π
Liên kết C-H
Liên kết C-H
:
:
1SP
1SP

+ 1ng.tử H
+ 1ng.tử H


→Lkết
→Lkết
σ
σ
•
Cấu hình :
Cấu hình :
Tháng 02.2006
Tháng 02.2006
TS. Hà Văn Hồng
TS. Hà Văn Hồng
25
25