ĐỀ tài TÍNH TRƯƠNG và TÍNH hòa TAN của POLYMER

 ĐỀ TÀI: 10
TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH HÒA
TAN CỦA POLYMER
GVHD: CAO VĂN DƯ
DANH SÁCH NHÓM
 NGUYỄN VĂN THANH
 NGUYỄN ANH THI
 PHẠM THỤY MAI THẢO
 NGUYỄN NGỌC THẮNG
 ĐÀO XUÂN THẮNG
NỘI DUNG
I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER
II. TÍNH TRƯƠNG
III. TÍNH TAN
IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG VÀ
TÍNH TAN CỦA POLYMER
V. ỨNG DỤNG TÍNH TRƯƠNG VÀ TÍNH TAN
 I. TỔNG QUAN VỀ POLYMER
1. Khái niệm Polymer:
 Polymer là những chất mà phân tử của chúng gồm những
nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng những liên kết hóa
học tại thành những mạch nối dài và có khối lượng lớn.
Trong mạch chính của Polymer những nhóm nguyên tử này
được lặp đi lặp lại và được gọi là những mắt xích.
 n[Monomer] => Polymer
  Monomer = mono + mer
 Polymer = poly + mer
 Oligomer = oligos + mer
 2. Phân loại
 Theo nguồn gốc:
- Polymer thiên nhiên: xenlulo, caosu, protein, enzym.

- Polymer tổng hợp: các loại polyolefin, polyvinylclorit,
polyamit,…
 Phân loại theo cấu trúc: Polymer mạch thẳng, polymer mạch
nhánh, polymer mạng lưới và polymer không gian.
 Phân loại theo tính chất nhiệt:
- Polymer nhiệt dẻo: PE, PP, PVC, PS…
- Polymer nhiệt rắn: Phenolformaldehyt, Ureformaldehyt, nhựa
Epoxy…
 Phân loại theo lĩnh vực sử dụng :sợi, cao su, Chất dẻo….
 1.Sự trương không giới hạn
- Là giai đoạn đầu của quá trình tan tự xảy ra khi các
mạch polymer tách xa nhau và trộn lẫn được với
các phân tử của chất lỏng thấp phân tử.
- Trương không giới hạn cũng tương tự như sự trộn
lẫn của các chất lỏng thấp phân tử, chỉ khác nhau
về thời gian, do kích thước của polymer gấp hàng
ngàn lần kích thước dung môi.
 II.SỰ TRƯƠNG
 Là quá trình thâm nhập các phân tử nhỏ dung
môi vào pha polymer co KLPT lớn, xen vào
những chỗ trống hay xốp tương tự như sự hấp
thụ chất lỏng bay hơi trên chất rắn.
 Sự trương liên quan đến sự chuyển chỗ của
mạch polymer nghĩa là có sự thay đổi cấu trúc
của nó làm tăng thể tích mẫu, không xảy ra sự
phân cắt các liên kết dọc theo mạch mà chỉ phá
hủy các liên kết giữa các mạch cao phân tử.
 2. Sự trương giới hạn
- Khi tương tác giữa dung môi và polymer không
đủ mạnh, đưa đến sự hòa tan không hoàn toàn,

các mạch phâh tử khôngthể tách rời nhau. Kết
quả của sự trương giới hạn là tạo thành hai pha
hỗn hợp: pha dung môi trong polymer và pha chỉ
có dung môi ( polymer không hòa tan hoàn
toàn ).
- Hai pha này tách nhau một cách rõ ràng và ổn
định.
- Phân biệt giữa trương giới hạn của polymer mạch
thẳng và polymer mạch không gian.

 Polymer mạch thẳng
- Giống như trường hợp hòa tan có giới hạn của các
hợp chất thấp phân tử khi thay các diều kiện như
nhiệt độ, áp suất: thì có thể chuyển sang trương
không giới hạn.
- Nguồn gốc trương giới hạn của polymer mạch
thẳng là do lực liên kết giữa polymer và dung
môi. Nên các mạch polymer không thể tách ra
một cách hòan toàn. Khi tăng nhiệt độ, tạo điều
kiện cắt đứt các liên kết các phân tử thì sự trương
chuyển sang không giới hạn.

 Polymer mạch không gian
- Các liên kết háo học dễ bị phá vỡ khi nhiệt độ
nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy polymer, do đó,
chúng không tan trong dung môi. Tuy
nhiên, tùy theo mật độ nối ngang thì chúng
có thể tạo trương trong dung môi để tạo
thành gel.
 Trương không giới hạn và trương giới hạn

 3. Mức độ trương
Độ trương là thông số quan trọng của Polymer mạch trong
không gian, cho chúng ta biết khả năng trương của Polymer
trong dung môi hay trong hơi dung môi.
Độ trương xác định theo phương pháp:
- Trọng lượng:
Trong đó: m
o
: khối lượng mẫu Polymer ban đầu
m : khối lượng mẫu Polymer sau trương
- Thể tích:
Trong đó: V
o
: thể tích mẫu Polymer ban đầu
V : thể tích mẫu Polymer sau trương
 Trương chậm và trương nhanh
 II. TÍNH TAN
- Sau quá trình trương là quá trình tan của Polymer.
Qúa trình này xảy ra theo phương trình nhiệt
động học với sự giảm năng lượng tự do
ΔG = ΔH - TΔS < 0
- Ở nhiệt độ không đổi , quá trình này có thể xảy ra
với sự biến đổi entropy ΔS và ΔH của hệ.
 Hiệu ứng nhiệt hòa tan của polymer và dung môi
IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH TRƯƠNG
VÀ TÍNH TAN CỦA POLYMER
1. Bản chất của Polymer và dung môi:
- Polymer phân cực mạnh sẽ trương và hòa tan
trong dung môi phân cực mạnh.
- Polymer phân cực trung bình sẽ trương và hòa tan

trong dung môi phân cực trung bình.
- Polymer phân cực yếu sẽ trương và hòa tan trong
dung môi phân cực yếu. Tuy nhiên, polymer
phân cực mạnh chỉ trương một phần trong dung
môi phân cực mạnh vì polymer này có mạch
phân tử cứng.

1. Bản chất của Polymer và dung môi:
V í dụ:
Polyme hydrocacbon vô định hình khôn phân cực
(polyisobutylene, polyisoprene, polybutadien ),dễ
dàng tan trong dung môi hidrocacbon bão hòa hoặc
hỗn hợp của chúng(benzene) các polymer này không
tan hoặc chỉ trương trong dung môi phân cực như
axeton
Polyme có chứa nhóm phân cực như
cenluloza,nitrat, polyacrylamit,……không tan trong
dung môi không phân cực nhưng tan trong dung môi
phân cực.
Tuy nhiên củng có ngoại lệ khi ta thay đổi điều
kiện ngoài như tăng nhiệt độ…
 2.Độ uốn dẻo của mạch Polymer:
- Cơ chế hòa tan polymer là tách các phân tử xa nhau và
khuếch tán vào trong dung môi.
- Nếu phân tử uốn dẻo, các phần riêng của mạch có thể
chuyển động không cần chi phí năng lượng lớn.
- Nếu mạch cứng không thể di chuyển theo từng phần
được, để tách được các mạch cứng cần tiêu tốn năng
lượng lớn.
- Tính trương của mạch uốn dẻo được thực hiện bằng sự

chuyển chỗ liên tục của các mắt xích. Vì thế các
polymer có mạch uốn dẻo về nguyên tắc là trương và
tan.
 3. Khối lượng phân tử Polymer:
Độ hòa tan giảm khi khối lượng phân tử tăng.Trong
hỗn hợp polymer phần tử nhỏ có thể hòa tan. tuy
nhiên, phân đoạn lớn chỉ trương trong lực liên kết nội
phân tử giữa chúng.
 4.Thành phần hóa học của Polymer:
- Thành phần hóa học của các mạch polymer trong cùng một
loại polyme có thể rất khác nhau do quá trình chuẩn bị, do
đó, đưa đến khả năng hòa tan của chúng cũng khác nhau.
Ví dụ :
Cenluloza nitrat chiếm khoảng 12% nitơ (môn và di) tan
trong axeton ,tuy nhiên xenluloza trinitrat (cellulozơ
trinitrate) không tan trong axeton.

5. Cấu trúc tinh thể của polymer:
- Polyme kết tinh khó hòa tan hơn polymer vô định hình vì
chúng cần năng lượng để phá vỡ cấu trúc tinh thể.
Ví dụ:
- PS ISotactique không thể hòa tan trong dung môi thích hợp
cho PS cho atctique ,trừ khi ta đung nóng hỗn hợp.
- Ở 20
o
C PE chỉ trương có giới hạn trong n –hexan và chỉ tan
khi nung nóng.
 6. Nhiệt độ:
- Nhiệt độ có thể giúp cho polyme hòa tan tốt hơn hay
tách pha tùy theo bản chất của polymer và dung môi.

Nhìn chung độ hòa tan tăng khi ta tăng nhiệt độ
 7. Liên kết cầu nối hóa học:
Ví dụ :
chỉ cần 0.16g S hoặc 0.08g oxygene/1kg NG có thể
chuyển NR thành không hòa tan.
 V.Ứng dụng
 Dựa vào tính trương ta có thể có nhiều ứng dụng
trong thực tế.
 Chế tạo polymer siêu thấm
 1. Trong nông nghiệp :
 - Được sử dụng để giữ nước cho đất, tiêu biểu là AMS-1.
 - AMS-1, do PGS Nguyễn Văn Khôi, Phòng vật liệu
polymer, Viện Hoá học, Viện khoa học Việt Nam, phát
triển.
 - AMS-1 được tổng hợp từ acid acrylic và tinh bột sắn biến
tính. Ngay khi gặp nước, nó nở ra thành khối gel trong
suốt, giống một miếng bọt xốp. Gel giữ nước khá chặt, tuy
nhiên, thực vật vẫn có thể dễ dàng hút nước từ vật liệu này
để sinh trưởng và phát triển. Nhờ vậy, AMS-1 có thể được
xem như một loại vật liệu chứa và điều tiết nước cho đất:
nó hút nước khi mưa và nhả ra từ từ, khiến cây không bị
chết khát trong những ngày khô hạn.
 - Loại vật liệu này khi gặp nước có thể nở ra gấp 400 lần,
giúp giữ ẩm cho những vùng đất khô hạn, đất cát hoặc trên
đồi núi, nơi nước dễ trôi đi. Đây là lối thoát hữu ích cho
những vùng đang khát của Việt Nam.
 - Sản phẩm đã được thử nghiệm trong việc trồng keo tai
tượng trên đất cát Q`uảng Trị, cà phê tại Đăk Lăk, bông tại
Đồng Nai, ngô tại Hoàng Su Phì (Hà Giang), cỏ sữa tại
Thanh Ba (Phú Thọ)… Kết quả cho thấy, AMS-1 có khả

năng giữ ẩm rất tốt, giảm thất thoát nước đáng kể, làm tăng
gấp đôi năng suất cỏ sữa.
 - Ước tính sau một trận mưa, do quá trình bay hơi chậm,
đất bổ sung AMS-1 có thể giữ được nước lâu hơn 10-15
ngày so với đất không chứa AMS. Cũng do đặc tính trương
nở, loại vật liệu này còn có tác dụng cải tạo đất thịt, đất sét,
giúp cho việc thoát, lưu thông và giữ nước hợp lý. AMS-1
phát huy hiệu quả tốt nhất trên những vùng đất canh tác
phải dùng nhiều nước tưới như đất trồng cà phê, bông, đất
cát, đất trên các đồi núi thiếu thảm phủ thực vật…
 - AMS-1 có thể được bón cùng với phân vi lượng. Nó sẽ
hút các chất dinh dưỡng và nhả dần ra cho cây trồng. Do
đó, các chất này không bị thất thoát khi mưa xuống, giúp
tiết kiệm phân và làm tăng năng suất, đồng thời giảm được
ảnh hưởng tới môi trường.
 - AMS-1 không độc hại, là chất có khả năng phân huỷ sinh
học, nên không hề gây hại đến môi trường. Nó có thể phát
huy tác dụng trữ nước trong 2 năm, và phân huỷ sau
khoảng 3-4 năm.
 - Polymer siêu thấm cũng rất có ích trong việc trồng cây
cảnh, là loại cây sống trong bồn, ít đất và không thông
thoáng, cụ thể là dạng đất tinh thể (crystal soil) có tính chất
tương tự như AMS – 1, được sử dụng trong lĩnh vực trang
trí cây cảnh. Nó có khả năng thấm hút nước từ 120 – 180
lần; vừa có tác dụng giữ nước, chứa các chất dinh dưỡng
cung cấp cho cây, vừa có thể tạo mỹ quan cho cây cảnh.
 2. Trong y tế :
 - Hỗn hợp giữa bông và bột siêu thấm SAP (Super
Absobent Polymer) có tính thấm hút và giữ nước tốt nên
được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm chăm sóc cá

nhân như tã giấy và băng vệ sinh,
 - Bột siêu thấm - Super Absobent Polymer(SAP) : Là linh
hồn của tã giấy. Tính hút nước của tã là nhờ vào vai trò của
một loại polymer – polyacrylate; loại đơn giản nhất của vật
liệu này là Natri polyacrylate.
 - Khi hút nước phản ứng hoá học xảy ra khiến bột SAP giữ
chất lỏng lại bên trong phân tử mà không cho nó thoát ra
ngoài , chính điều này khiến cho bề mặt tã giấy trở nên khô
ráo sạch sẽ. Bột SAP trông li ti như hạt muối tinh, khi hút
nước có thể trương nở gấp rất nhiều lần so với trọng lượng
ban đầu.
 Cơ chế:
 - Trong phân tử SAP, các nhóm cacboxylate đươc đính vào
mạch chính. Khi tiếp xúc với nước, Na bị tách ra chỉ để lại
ion cacboxyl. Do mang điện tích âm nên các ion này đã đẩy
lẫn nhau làm cho mạch polymer dãn ra và hút các phân tử
nước có tương tác với các nguyên tử Na. Ngoài ra vật liệu
polymer có khối lượng phân tử lớn hơn một triệu nên nó
không hoàn tan trong nước mà lại hoá rắn thành dạng gel.
 - Chất siêu thấm trên cơ sở polymer acrylate có khả năng
thấm một lượng nước lớn gấp 800 lần trọng lượng của nó.
Tuy nhiên, độ hút nước của chất liệu này đối với dung dịch
muối khoáng ( như nước tiểu chứa khoảng 0.9% khoáng
chất) bị giảm đi 10 lần vì trong dung dịch muối khoáng có
các ion hoà tan gây cản trở tính hút nước.
 3. Trong các lĩnh vực khác :
 - Trong thiết bị phòng cháy chữa cháy: có thể trộn vật liệu
polymer siêu thấm cùng với chất kết dính, tạo thành một
hỗn hợp hỗ trợ cho việc dập tắt đám cháy.
 Cơ chế:

 - Khi dung dịch cứu hoả phun ra sẽ kết hợp với hỗn hợp
này ngay nhờ vậy dung dịch cứu hỏa sẽ được phân tán rộng
do polymer trương nở bao lấy đám cháy, đồng thời do nó
giữ dung dịch, nên tác dụng giữ nhiệt sẽ lâu hơn.
 - Trong đồ chơi trẻ em: ứng dụng trong việc tạo tuyết nhân
tạo cũng dưa trên cơ sở hấp thụ nước và trương nở của
polymer siêu thấm.