Đề tài trạng thái pha của polymer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA THỰC PHẨM
Đề tài:TRẠNG THÁI PHA CỦA
POLYMER
GVHD:Th.S CAO VĂN DƯ
LỚP : 08CH111
CÁC THÀNH VIÊN CỦA NHÓM
PHẠM KIM KHUÊ
NGUYỄN VĂN KHƯƠNG
TRẦN THỊ MỸ LINH
TRẦN THỊ THÙY LINH
Trang 1
MỤC LỤC
I. Tổng quan về polyme
1. Khái niệm trang3
2. Hình dạng trang3
3. Phân loại trang4
4. Ứng dụng trang6
II. Trạng thái pha của polyme
1. Trạng thái pha là gì? trang7
2. Trạng thái pha của polyme trang8
2.1 Nhiệt độ hóa thủy tinh trang9
2.1.1 Khái niệm trang9
2.1.2 Đặc điểm trang9
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang9
2.2 Nhiệt độ chảy nhớt trang10
2.2.1 Khái niệm trang10
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng trang10
2.3 Trạng thái rắn trang11
2.3.1 Khái niệm trang11

2.3.2 Đặc điểm trang11
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang12
2.4 Trạng thái mềm cao trang13
2.4.1 Khái niêm trang13
2.4.2 Đặc điểm trang13
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang13
2.5 Trạng thái chảy nhớt trang13
2.5.1 Khái niệm trang13
2.5.2 Đặc điểm trang13
2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng trang14
III. Kết luận
Trang 2
(a) mạch thẳng
(b) mạch nhánh
(c) hình sao
(d) hình răng
lược
(e) hình thang
(e) hình cây
(dendrimers and
hyperbranched
polymer)
I.TỔNG QUAN VỀ POLYME.
1. Khái niệm:
-Polyme là các hỗn hợp có trọng lượng phân tử lớn,các phân tử được
tạo thành từ một số lượng lớn các nhóm nguyên tử nối với nhau bằng
các liên kết hóa học tạo thành một dãy dài.
2. Hình dạng của polyme.
Trang 3
3. Phân loại:

* Theo nguồn gốc
- Tự nhiên
- Nhân tạo
Trang 4
(c) mạng lưới
-Tổng hợp
Polyvinyl clorua
*Theo cấu trúc:
- Polyme mạch cacbon: Là những polyme mà mạch chính chỉ gồm một loại
nguyên tử là cacbon.
- Polyme di mạch: Là những polyme mà mạch chính ngoài Cacbon còn có
nhiều loại nguyên tử khác như oxi, nitơ…
* Theo công dụng
Trang 5
sõn
Cao su Sợi
keo
polyme
elastomePolyme nhiệt dẻo Polyme nhiệt
rắn
Tinh thể Vô định hình
Polyme nhiệt dẻo Alastome Polyme nhiệt rắn
Vô định hình
Tinh thể
*
Theo tính chất cơ lý:
Trang 6
sơn

4.Ứng dụng:

 Ứng dụng Polyme trong ngành
CNTT :
Mặc dù chi phí chế tạo bộ vi mạch đã
giảm đi rất nhiều trong vài thập kỷ gần
đây, nhưng các thiết bị điện tử dựa vào
vật liệu silicon vẫn còn quá đắt. Chính vì
thế, các nhà sản xuất đang tìm cách sử
dụng chất dẻo rẻ tiền thay cho vật liệu
truyền thống tốn kém này.
Màn hình hiển thị polyme
 Ứng dụng polyme dùng để dẫn điện:
Trước đây, chất dẻo vẫn được coi là có thuộc tính cách ly nhiều hơn là tính
dẫn hoặc bán dẫn. Một phát hiện vào cuối thập kỷ 70 đã làm thay đổi quan
niệm này. Nếu chất polyme hữu cơ được nhúng vào dung dịch hoá học, nó
có thể có những tính chất như kim loại và có khả năng dẫn điện lớn hơn
nhiều. Khám phá này đã khơi nguồn cho những nghiên cứu vào một lĩnh
vực công nghệ hoàn toàn mới - dựa vào chất dẻo có tính dẫn và bán dẫn.
 Ứng dụng trong ngành sản xuất sơn
Trang 7
II. TRẠNG THÁI PHA CỦA POLYME.
1. Trạng thái pha là gì?
* Có 2 quan điểm về pha:
-Theo quan điểm nhiệt động: pha là một phần đồng nhất của
hệ thống được tách riêng với các phần khác nhờ bề mặt phân chia
giữa chúng.Một pha có thể tích riêng ứng với điều kiện áp xuất,
nhiệt độ và có tính chất nhiệt động khác nhau.
-Theo quan điểm về cấu tạo: các pah khác nhau là do cách
sắp xếp các phân tử, dựa vào cách sắp xếp này mà có thể có 2
trạng thái pha là pha tinh thể và pha vô định hình .
Trang 8

Pha tinh thể Pha vô định hình
2. Trạng thái pha của polyme.
• Vùng I : Trên đường cong cơ nhiệt tương ứng với trạng
thái thủy tinh, đặc trưng của đoạn này là độ biến dạng bé
khi ứng suất không lớn.
• Vùng II : Trạng thái mềm cao, đoạn này có đặc trưng là
biến dạng thuận nghịch lớn
• Vùng III : Đến một nhiệt độ nào đó polymer chuyển từ
trạng thái mềm cao sang chảy nhớt. Khi đó đại lượng biến
dạng tăng lên mạnh
• T
g
: Nhiệt độ hóa thủy tinh
Trang 9
Trạng
thái rắn
Trạng thái
mềm cao
Trạng thái
chảy nhớt
I
II
III
Đ
ộ
bề
n
bi
ến
dạ

ng
T
g
T
f
T
o
T
g
là nhiệt
độ chuyển
thủy tinh
T
f
là nhiệt
độ chảy
nhớt
• T
f
: Nhiệt độ chảy nhớt
2.1 Nhiệt độ hóa thủy tinh(T
g
):
2.1.1 Định nghỉa:
Ở trạng thái mềm cao, các mắc xích có độ linh động lớn nên dễ dàng
thay đổi hình thái sắp xếp. Khi làm lạnh nhanh polymer, các mạch
không có đủ thời gian sắp xếp lại có trật tự cho nên polymer trở nên
cứng lại nhưng không tạo thành mạng lưới tinh thể, lúc này polymer
ở trạng thái thủy tinh. Nhiệt độ chuyển từ trạng thái mềm cao sang
trạng thái thủy tinh gọi là nhiệt độ chuyển thủy tinh T

g
.
2.1.2 Đặc điểm:
- Đối với những polymer có khả năng kết tinh thì nhiệt độ chuyển
thủy tinh luôn nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh.
- Nhiệt độ kết tinh của polymer là một giá trị xác định trong khi nhiệt
độ chuyển thủy tinh là một khoảng nhiệt độ.
- Quá trình chuyển thủy tinh không phải là quá trình chuyển pha,
- Quá trình chuyển từ trạng thái mềm cao sang thủy tinh kèm theo sự
thay đổi các tính chất vật lý của polymer ( ví dụ như thể tích, tỷ
trọng…)
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng:
• Cấu tạo hóa học:
- Độ có cực của polymer: hầu hết T
g
tăng khi độ phân cực của
polymer tăng
- Ảnh hưởng của nhóm thế : Nhóm thế càng lớn→ làm cản trở
không gian→mạch trở nên cứng hơn→T
g
tăng
trong trường hợp chúng ta sử dụng các nhóm thế không cực để che
chắn các nhóm thế có cực thì lúc này T
g
tăng hay giảm tùy thuộc
việc hiệu ứng nào chiếm ưu thế.
Trang 10
T
o
Độ biến

dạng
M
1
M
2
M
3
M
5
M
4
M
1
<M
2
<M
3
<M
4
<M
5
T
f
CHK-18: cao su butadien nitril
với 18% hàm lượng nitril
• Trọng lượng phân tử:
- Trọng lượng phân tử tăng thì lúc đầu T
g
tăng, nhưng sau đó
tăng chậm dần và đạt đến giá trị không đổi

2.2 Nhiệt độ chảy nhớt(T
f
):
2.2.1: Định nghĩa:
Nhiệt độ chảy nhớt của polymer vô định hình là nhiệt độ mà tại đó
polymer chuyển từ trạng thái mềm cao sang trạng thái chảy nhớt hoàn
toàn, ký hiệu Tf . Tf không phải là một giá trị xác định mà là một
khoảng nhiệt độ.
2.2.2: Các yếu tố ảnh hưởng:
a.Trọng lượng phân tử:
Khi tăng M, lúc đầu T
g
và T
f
cùng tăng,về sau khi đạt đến ngưỡng M
nào đó T
g
không thay đổi, T
f
tiếp tục tăng.
Trang 11
Tên T
g
polymetylacrylat 7
polyetylacrylat -20
polybutylacrylat -40
Tên T
g
CKH-18
-50

CKH-25 -30
CKH-40 -20
T
g
b. Không đồng nhất về KLPT.
c. Độ có cực của polyme.
- Độ có cực càng lớn, lực tác dụng tương hỗ càng cao thì T
f
càng
lớn.
2.3 Trạng thái rắn:
2.31 Định nghĩa:
- Trạng thái kết tinh: là trạng thái các phân tử sắp xếp một cách tuần
hoàn và đối xứng theo một trật tự xa ( khoảng 1000 lần kích thức
phân tử của nó ).
Trang 12
Khối lượng phân tử
Độ biến
dạng
T
o
Trật tự sắp xếp của phân tử Phân tử muối ăn
- Trạng thái vô định hình: là trạng thái vật chất không cấu tạo từ
tinh thể, hay tổng quát là các phân tử sắp xếp theo một trật tự gần (
chỉ trong khoảng kích thướt phân tử ).
Hình dạng sắp xếp Thủy tinh
của phân tử
Trang 13
2.32 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh:
- Tốc độ làm nguội: Nếu tốc độ làm nguội từ từ thì ta sẽ có được

polyme dạng kết tinh, còn khi làm nguội nhanh quá thì ta sẽ có
polyme dạng vô định hình.
- Nhóm chức hay cấu hình của mạch ảnh hưởng đến độ kết tinh :

Trang 14
Dễ kết tinh Khó kết tinh
- Các nhóm chức nhỏ, đơn
giản
- Mạch thẳng
- Mạch isotactic hoặc
syndiotactic
- Các nhóm chức lớn,
phức tạp
- Mạch nhánh nhiều, có
liên kết ngang, tạo mạng
lưới
- Mạch atactic hoặc phân
bố ngẫu nhiên
2.4 Trạng thái mềm cao:
2.41 Định nghĩa:
Cho polymer biến đổi dưới tác dụng của ứng suất thì khi ta thay đổi
nhiệt độ thì nó sẽ bị biến dạng nhiều với một ứng suất nhỏ gọi là trạng
thái mềm cao.
2.42 Đặc điểm của trạng thái mềm cao:
 Trạng thái này nằm trong vùng giữa trạng thái thủy tinh ở nhiệt độ
thấp và trạng thái chảy nhớt ở nhiệt độ cao,nên có thể xem là lỏng đối
với các mắc xích và là thủy tinh đối với toàn phân tử.
 Trạng thái mêm cao là trạng thái không cân bằng
 Để xuất hiện trạng thái mềm cao thì phải đảm bảo hai điều kiện:độ
uốn dẻo của phân tử polyme đủ lớn và tốc độ thay đổi hình dạng của

polyme.
2.43 Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái mềm cao
 Sự thay đổi hình dạng : nhờ vào sự dao động hỗn độn của
những mắc xích ở dạng liên kết hóa học và nhò vào sự chuyển
chỗ cảu mạch từ dạng đồng phân quay này sang đồng phân
quay khác.
 Lực tương tác giữa các phân tử liên quan tới thời gian thay đổi
cấu dạng
 Sự thay đổi năng lượng tự do vào biến dạng.
2.5 Trạng thái chảy nhớt:
2.5.1 Định nghĩa:là sự chuyển chỗ không thuận nghịch của các phân tử với
nhau khi có tác dụng của lực ngoài và trong chất hình thành lực ma sát nội
chống lại chuyển chỗ của các phân tử.
2.5.2 Đặc điểm của trạng thái chảy nhớt:
- Đặc điểm đầu tiên của polyme nóng chảy là chúng có độ nhớt cao.
Ví dụ: polyizobutylen (khối lượng phân tử khoảng 106) ở 150C có độ nhớt
~3.1011Pa.s (3.1012p)
- Đặc điểm thứ hai của polyme nóng chảy là sự chảy thực luôn luôn
bị che khuất bởi các quá trình biến dạng mềm cao kèm theo nó
- Đặc điểm thứ ba là sự tăng độ nhớt của polyme nóng chảy trong
quá trình chảy của nó.
- Đặc điểm thứ tư đó là cơ chế chảy đặc biệt của polyme, khác với
các chất lỏng thấp phân tử. Khi tác động lực lên một chất lỏng
thông thường, các phân tử chất lỏng vốn đang chuyển động nhiệt
hỗn loạn, bắt đầu chuyển động chủ yếu theo hướng tác dụng lực. Sự
chuyển động này bị cản trở bởi lực tương tác giữa các phân tử, lực
ma sát nội, tức là độ nhớt của chất lỏng. Khi phân tử "nhảy" từ đám
này sang đám khác, nó buộc phải tiêu thụ một năng lượng để vượt
Trang 15
qua sự tương tác với các phân tử lân cận cũ. Sự chuyển động như

vậy của phân tử có thể xét như một quá trình bay hơi: phân tử
chuyển từ trạng thái ngưng tụ thành hơi và sau đó lại ngưng tụ lại.
Nếu việc xem xét như vậy là hợp lý thì phải có mối liên hệ giữa
nhiệt hoá hơi và năng lượng hoạt hoá chảy nhớt.
- Đặc điểm thứ năm của sự chảy polyme là nó luôn luôn kèm theo
các quá trình cơ hoá. Độ dài lớn hơn của đại phân tử và độ nhớt của
polyme nóng chảy (độ nhớt có thể còn tăng hơn nữa trong quá trình
chảy) đòi hỏi phải có nhiệt độ cao và ứng suất lớn để gây nên sự
chảy. Vì vậy, tại một nhiệt độ chảy cho trước luôn luôn có thể có
một thời điểm mà ở đó năng lượng cơ học đặt vào hệ thống đủ cao
để phá vỡ liên kết hóa học trong polyme. Quá trình phá huỷ phân tử
như vậy (còn gọi là cracking cơ - hoá) sẽ gây nên sự giảm khối
lượng phân tử, dù tạm thời vì các mảnh gãy có thể lại phản ứng với
nhau theo cơ chế tái hợp hoặc ghép nếu chúng là các gốc. Do các
quá trình cơ hoá, độ nhớt sẽ giảm đi và sự chảy được thúc đẩy
nhanh hơn.
2.5.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái chảy nhớt
• Sự duỗi thẳng và định hướng mạch trong quá trình chảy vì
trong thực tế mạch duỗi thẳng trở thành cứng hơn,làm giảm số
cấu dạng nên làm thay đổi entropi hoạt hóa chảy nhớt.
• Độ biến dạng và khối lượng phân tử:nhiệt độ chảy nhớt tăng
khi tăng khối lượng phân tử polyme.Khi giá trị trùng hợp quá
lớn có thể không xảy ra sự chảy vì polyme bị phân hủy hóa học
ở nhiệt độ thấp hơn nó



Trang 16
III.KẾT LUẬN
- Trong tất cả những trạng thái pha của polyme thì polyme nằm ở

trạng thái rắn được ứng dụng nhiều nhất. Vì vậy, trạng thái rắn là một trạng
thái vô cùng quan trọng của polyme, nó được ứng dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp, trong các ngành công nghệ thông tin và trong sản xuất
vật liệu.
- Một ứng dụng của polyme mà hầu như tất cả chúng ta điều đã từng
được nghe, từng biết và từng thấy đó là việc ứng dụng polyme để sản xuất
tiền.
Tài
liệu
tham khảo.
 Giáo trình Hóa Lý Polyme - Phan Thanh Bình- Đại Học Quốc
Gia TP Hồ Chí Minh- Trường Đại Học Quốc Gia .
 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu, Hóa lý Polyme, NXB Đại học
Quốc Gia TPHCM, 2004
 Đỗ Quang Minh, Hóa học chất rắn, NXB Đại học Quốc Gia
TPHCM, 2005
 /> />Trang 17
 />Trang 18