giáo trình bài giảng về polymer

POLYMERS
• Các giai đoạn phát triển polymer:
- 1890 – 1950: sợi viscose (vải), nylon, polyester,
polyacrylonitril.
- 1950 – 1985: nâng cao về độ mảnh (micro fiber), độ
đàn hồi (spandex), cường lực.
- 1985 – 1995: polymer siêu nhẹ, siêu bền, tính năng
kỹ thuật cao và không làm ảnh hưởng môi trường.
- 1995 đến nay: polymer (super fiber) có tính năng kỹ
thuật cao: sợi có cường lực và module đàn hồi cao
(para aramid, PAN), sợi chống cháy, sợi olefine kỹ
thuật cao, sợi chống vi khuẩn (anti – bacteria)
2
Tỷ lệ công dụng của các sản phẩm cao su
3
Công dụng %
Vỏ ruột bánh xe 60
Sản phẩm đúc, sản phẩm kỹ thuật 9
Giày dép, đế giày dép 8
Ống cao su 7
Vải cao su 2
Vỏ bọc dây điện 2
Sản phẩm chống mài mòn 2
Keo, nhựa, hồ dán 2
Dụng cụ y tế, giải phẩu, găng tay, ống truyền máu 1.5
Trang bị cho xylanh trong nhiều máy móc 1.5
Các loại khác 5
KHÁI NIỆM
Polymer là hợp chất mà phân tử của nó gồm nhiều
nhóm nguyên tử liên kết với nhau thành mạch dài nhờ các
mối liên kết hoá học.

Polymer có khối lượng phân tử rất lớn từ hàng ngàn
đến hàng triệu đơn vị cacbon.
- Polymer hữu cơ
- Polymer vô cơ
- Polymer cơ kim.
Mắt xích cơ sở là những nhóm nguyên tử được lặp đi
lặp lại nhiều lần trên mạch.
Nguyên liệu ban đầu được gọi là monomer.
Độ trùng hợp (n / p) là số mắt xích trên mạch polymer.
Khối lượng phân tử của polymer: M
p
= n.M
m
4
- Chỉ số chảy
- Nhiệt độ nóng chảy / nhiệt độ đông đặc
- Cấu trúc tinh thể
- Khối lượng phân tử
- Không bay hơi, không thể chuyển thành sang thể khí.
- Phần lớn polyme không hòa tan trong dung môi (sợi
tefflon -CF
2
–CF
2
– không hoà tan trong bất kỳ loại
dung môi nào )
- Tỷ trọng
- Khả năng hút ẩm
5
PHYSICAL PROPERTIES OF

POLYMERS
CẤU TRÚC TINH THỂ
Phụ thuộc
- Cấu trúc sắp xếp
- Mức độ đối xứng
- Nhóm có không gian lớn cồng kềnh
- Liên kết phụ (liên kết hydro,…)
 Isotactic
 Sindiotactic
 Atactic
6
PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMERS
7
PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMERS
C C
H
H
H
n
C C
H
H
H
isotatic form - crystall
C C
H
H
H
C C
H

H
H
atatic form - amorphous
POLYSTYRENE
C C
H
H
H
Polystyrene:
- isotactic form (phenyl groups arranged on one side of
the polymer backbone is highly crystalline
- atactic form (with a random arrangement of phenyl
groups) is highly amorphous.
KHẢ NĂNG HÚT ẨM
Độ hút ẩm gây khó khăn cho quá trình gia công (trên sản phẩm dễ tạo thành
bong bóng khí)  trước khi gia công nên sấy cho khô.
Độ hấp thụ nước thấp thì tốt hơn vì nước hấp thụ làm giảm 1 số tính chất cơ lý
và ảnh hưởng đến sự ổn định kích thước của sản phẩm.
Phương pháp đo mức độ hấp thụ nước: lấy 1 mẫu nhựa sấy khô rồi cân trọng
lượng của nó. Sau đó ngâm mẫu nhựa đó vào nước 24h rồi lấy ra cân lại. Tỷ lệ %
gia tăng trọng lượng là mức độ hấp thụ nước.
8
PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMERS
Loại nhựa Mức hút ẩm %
PE < 0.01
PP < 0.01
PS < 0.04
PVC cứng 0.01 – 0.04
PVC mềm 0.5 – 1.0
TỶ TRỌNG

9
PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMERS
Loại nhựa Tỷ trọng, g/cm
3
PP 0,9
PEHD (high density PE) 0.95
PELD (low density PE) 0.90
PS 1.05
PMMA (polymethyl methacrylate) 1.14
PVC 1.40
PC polycarbonate 1.20
Nylon 1.09-1.14
PET 1.34
ABS 1.04
Composite
(chất dẻo gia cường sợi, thủy tinh)
1.70
- PLASTICS
- ELASTOMERS
- SYNTHEIS FIBERS
10
CLASSIFICATION OF
POLYMERS
PLASTICS
11
CLASSIFICATION OF POLYMERS
Thermoplastics
(polyethylene,
polypropylene…)
Thermosetting plastics

(phenolformaldehyde,
polyrethanes,…)
- không có cấu trúc không
gian
- tính cơ lý thấp hơn nhựa
nhiệt rắn
- tái sinh được
- có cấu trúc không gian
- mật độ nối ngang lớn
hơn cao su 10-1000 lần
- không thể tái sinh
ELASTOMERS
(syntheisis rubber)
Synthetic rubber (elastomers) are high molecular
weight polymers with long flexible chains and weak
intermolecular forces.
They have low crystallinity (highly amorphous) in the
unstressed state, segmental mobility, and high reversible
elasticity.
12
CLASSIFICATION OF POLYMERS
SYNTHESIS FIBERS
Synthetic fibers are long-chain polymers
characterized by highly crystalline regions resulting
mainly from secondary forces (e.g., hydrogen bonding).
- a much lower elasticity than plastics and
elastomers.
- high tensile strength
- light weight
- low moisture absorption.

13
CLASSIFICATION OF POLYMERS
MONOMERS:
- Hợp chất có phân tử có khả năng hoạt động mạnh, có
khả năng kết hợp với phân tử khác của các chất đó:
thế nối đôi, nối ba, hydro hoạt động,…
- Đa chức
- Các nhóm chức có thể tham gia phản ứng trùng hợp:
-C=C-, -C≡C-, -OH, -COOH, -CHO, -NH
2
, -SO
3
H, -
SH,…
14
MONOMERS, POLYMERS,
COPOLYMERS
COPOLYMER
BLOCK COPOLYMER
15
MONOMERS, POLYMERS, COPOLYMERS
16
CÁC DẠNG MẠCH CỦA POLYMER
1. Mạch chính
- Đồng mạch (chỉ gồm các nguyên tử C)
- Dị mạch (C, O, N,…)
2. Cấu trúc
- Mạch thẳng
- Mạch nhánh
- Mạch không gian (mạng lưới)

17
3. Thành phần monomer
- Đồng đẳng (homopolymer) …–A-A-A-A-…
- Đồng trùng hợp (copolymer) …-A-A-B-B-A-A-B-…
4. Cách sắp xếp các nhóm chức
- Mạch điều hòa (alternating copolymer)
…-A-B-A-B-A-B-…
- Mạch không điều hòa (random copolymer)
…-A-A-B-A-B-B-A-B-A-…
18
- ADDITION
- CONDENSATION
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG:
- Tỷ lệ chất ban đầu
- Nhiệt độ
- Yếu tố không gian
- Xúc tác
- Áp suất
- Dung môi
19
POLYMERIZATION
REACTIONS
Đặc điểm phản ứng trùng hợp:
- Cần sự hình thành các trung tâm hoạt động từ monomer
nhờ vào năng lượng bên ngoài hoặc nhờ chất khơi mào
phản ứng.
- Phản ứng trùng hợp làm giảm độ chức (độ không no) của
hỗn hợp phản ứng.
- Giảm số phân tử chung trong hệ, tăng trọng lượng phân
tử trung bình.

- Không có sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian không
bền.
- Phân tử polymer được hình thành rất sớm với vận tốc lớn
ngay khi độ chuyển hóa còn thấp. Hỗn hợp cuối chứa các
polymer và cả monomer chưa phản ứng
20
n A
-(A)
n
-
21
22
ADDITION POLYMERIZATION
23
ADDITION POLYMERIZATION
The first step is to add a free radical, a cationic or an
anionic initiator (I
Z
) to the monomer.
24
ADDITION POLYMERIZATION
I
z
+ CH
2
=CHR
I
H
2
C

H
C
z
R
I
H
C
H
2
C
z
R
(I)
(II)
I
Z
= I
.
, I
+
, I
-
R = H, alkyl, phenyl, Cl
25
ADDITION POLYMERIZATION
I
I*
CH
2
=CHR

I*
I
H
2
C
C*
H
R
CH
2
=CHR
I
H
2
C
C
H
R
H
2
C
C*
H
R
CH
2
=CHR
I
H
2

C
C
H
R
H
2
C
C*
H
R
m