HOÁ HỌC CAO PHÂN TỬ - ĐOÀN THỊ THU LOAN pot

1
HOÁ HỌC CAO PHÂN TỬ
TS. ĐoànThị Thu Loan
Trường ĐạiHọcBáchKhoa ĐàNẵng
KhoaHoá
Năm 2010
2
-NgườidânNam Mỹở thờikỳtiềnsửđãbiếtdùngcaosuthiênnhiên
để tạocácsảnphẩm(1492)
-Biếntínhpolymer tự nhiên(giữathế kỷ 19)
-Tổnghợppolymer (đầuthế kỷ 20)
-Khoahọcpolymer bắt đầutừ1920
-Khoahọcvàcôngnghệ cáchợpchấtCao phântửpháttriểnmạnhvào
nhữngnăm60-70
Giới thiệu chung
3
Kháiniệmcơbản
Monomer = Mono + mer
one unit, part, segment
Ø The linked monomers form a chain-like structure called a
polymer:
Polymer = Poly + mer
many
Oligomer = Oligos+ mer
few
4
polymer
M
M
M
M

M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
Monomers
Covalent
Bonds
H
H
C
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H

H
C
H
H
H
H
C
C
H
H
Monomer
Polymer
H
H
C
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H

H
H
C
C
H
H
Polymer
5
-Là những nhóm nguyên tử nhất định tham gia lặp lại nhiều lần trong mạch phân tử
polymer
)
CH
(
CH
2
n
Mắc xích cơ sở
Ex: Polystyren
Độ trùng hợp
depends on monomer used in synthesis
6
M
i
: KLPT của phân tử thứ i
N
i
: Số phân tử có KLPT M
i
Polydispersity/Molecular Weight Distribution:
Types of Molecular Weight

7
Polydispersity/Molecular Weight Distribution:
Types of Molecular Weight
8
N
i
(mol or # fxn)
M
i
(mol wt)
N
i
M
i
N
i
M
i
2
0.10
0.22
0.51
0.10
0.07
50,000
70,000
82,000
93,000
102,000
5,000

15,400
41,820
9,300
7,140
2.5 x 10
8
1.078 x10
9
3.42924x10
9
8.6490 x 10
9
7.2828 x10
8
M
n
= ? g/mol
M
w
= ? g/mol
PDI = M
w
/M
n
= ?
M
i
: KLPT của phân tử thứ i
N
i

: Số phân tử có KLPT M
i
Polydispersity/Molecular Weight Distribution:
Types of Molecular Weight
9
Mechanical Properties
10
Các tính chất đặc trưng của polymer
ØPolymer đồng thời có các tính chất của vật thể rắn và lỏng
ØĐộ nhớt của dung dich polymer rất cao
ØKhả năng polymer trương lên trong khi hòa tan
ØTính bất đẳng hướng
11
Trạng thái vật lí đặc trưng
Trạng thái pha cơ bản của polime vô đònh hình:
v Trạng thái thuỷ tinh.
v Trạng thái cao su (mềm cao).
v Trạng thái chảy nhớt.
Trang thái pha cơ bản của polime kết tinh:
v Trạng thái kết tinh.
v Trạng thái nóng chảy.
12
Trạng thái pha của polime vô đònh hình
Tg Tv
Trạng thái
Thuỷ tinh
Trạng thái
Cao su
Trạng thái
Chảy nhớt

Dao động
Nguyên tử
Dao động
Đoạn mạch
Chuyển động
Phân tử
Tg: Nhiệt độ hoá thuỷ tinh
Tv: Nhiệt độ chảy nhớt
13
Trạng thái pha của polime kết tinh
Tm
Trạng thái
Kết tinh
Trạng thái
Nóng chảy
Dao động
Nguyên tử trong
mang tinh thể
Chuyển động
Phân tử
Tm: Nhiệt độ nóng chảy
14
-Theo nguồn gốc: thiên nhiên + tổng hợp
-Theo thành phần hoá học của mạch chính:
Phân loại
-Theo cấu trúc mạch: thẳng, nhánh, không
gian ba chiều
Branch
Crosslink
Mạch cacbon

Dị mạch
Vô cơ
15
-Theo thành phần monomer:
•Copolymers (heteropolymers): ≥ two sorts of monomers
•Homopolymers: One sort of basic units (monomers).
16
-Theo cách sắp xếp nhóm chức trong không gian:
Isotactic
Atactic
Syndiotactic
17
Polime voâ ñònh hình
Polime keát tinh
Phân loại theo trạng thái pha
18
• Cooling rate
• Chain complexity and regularity
• Side group size
• Tacticity
• Cross-linking, Branching
HDPEandLDPE
•Highdensitypolyethylene:linearchains,branching minimised ⇒
efficientalignmentofchains,90%crystallinity.
E=1GPa
•Lowdensitypolyethylene:branchedchains ⇒ inefficientalignmentof
chains,50-60%crystallinity.
E=0.2GPa
Factors influencing crystallinity
19

Nomenclature (danhpháp)
Poly + (monomer/repetitive unit)
•Ex 1: poly(vinyl clorua) = poly + vinyl clorua
•Ex 2:
•Ex 3:
n CH
2
CH
Cl
CH
2
CH
Cl
( )
n
Poly(hexamethyleneadipamide)
20
ü Trùng hợp (Chain Growth, Addition polymerization)
üTrùng ngưng (Step Growth, Condensation polymerization,)
TỔNG HỢP
(polymerization)
21
Trùng hợp
22
Phân loại
•Dựa vào bản chất của trung tâm hoạt động:
-Trùng hợp gốc tự do (TH gốc chuỗi)
-Trùng hợp ion: cation hay anion
23
Trùng hợp gốc chuỗi

H
2
+ Cl
2
•Tạo thành trung tâm hoạt động:
Cl
2
2 Cl*
as hν
• Phát triển mạch
Cl* + H
2
HCl + H*
H* + Cl
2
HCl + Cl*
•Đứt mạch
H* + Cl* HCl
H*, Cl* va vào thành bình và mất khả năng hoạt động
Cơ chế:
24
Mechanism of Polymerization
25
-Tạo ra các gốc tự do dưới tác động của điều kiện bên ngoài
Khơi mào nhiệt:
.
Ex: CH
2
=CHX
CH

2
-CHX (lưỡng gốc)
.
.
t
o
Giai đoạn khơi mào: