ĐỀ tài 2 cấu TRÚC NGOẠI VI PHÂN tử POLYMER

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA HÓA-THỰC PHẨM
…o0o…
ĐỀ TÀI 2:
CẤU TRÚC NGOẠI VI PHÂN TỬ POLYMER
GVHD:
Ths. Cao Văn Dư
Thành viên nhóm:Lớp ch112
Phan Thị Thanh Thảo
Nguyễn Thế Thọ
Nguyễn Thị Thoa
Phan Thị Thủy
1
MỤC LỤC
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ CẤU TRÚC NGOẠI VI PHÂN TỬ POLYMER 2
II. CẤU TRÚC NGOẠI VI PHÂN TỬ POLYMER 4
1. POLYMER CÓ CẤU TRÚC DẠNG HẠT CẦU 4
2. CẤU TRÚC DẠNG BÓ CỦA POLYMER 6
III. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NGOẠI VI 9
1. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN 9
2. PHƯƠNG PHÁP DÙNG MẦM KẾT TINH NHÂN TẠO 9
3. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 9
I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ CẤU TRÚC NGOẠI VI PHÂN TỬ POLYMER
Khái niệm hiện đại về cấu trúc ngoại vi phân tử polymer :
2
Phân tử polymer
Những hợp chất thấp phân tử ở trạng thái
ngưng tụ không chỉ phụ thuộc vào cấu tạo phân tử mà
còn phụ thuộc vào sự sắp xếp tương hỗ giữa chúng.
Điển hình nhất là hiện tượng chuyển pha
(nóng chảy, kết tinh, hoặc chuyển từ một dạng tinh thể

này sang một dạng tinh thể khác). Khi đó hàng loạt
tính chất vật lý thay đổi.
Việc nghiên cứu những năm 1930 có quan
hệ với thuyết cấu tạo mixel của polymer, mỗi phân tử
mixel là một đại phân tử mạch cứng dưới dạng bó, nhưng không giải thích được
tính chất và sự hòa tan polymer.
Cấu trúc ngoại vi phân tử là cấu trúc bất kỳ được tạo nên do sự sắp đặt khác
nhau của các đại phân tử hay nói một cách khác là polymer được đặc trưng bằng
nhiều loại cấu trúc ngoại vi phân tử trong trạng thái tinh thể và bằng khả năng ổn
định hoặc tự ổn định trong trạng thái vô định hình.
Điều kiện đầu tiên để xuất hiện cấu trúc dạng cầu là có thể đại mạch phân
tử riêng biệt cuộn tròn lại, hoặc trực tiếp tạo trong quá trình trùng hợp.
Ở trạng thái vô định hình các phân tử polymer không phải lúc nào cũng
nằm ở trạng thái cuộn rối hoặc sắp xếp theo một trật tự nào mà trái lại chúng sắp
3
xếp theo những thứ tự nhất định và đó chính là điều kiện cơ bản đầu tiên để
polymer có thể kết tinh.
Những đơn vị cấu trúc thẳng có nhiều khả năng để phát triển thành dạng
cấu trúc có mức độ thứ tự cao hơn nên chúng ta đặc biệt chú ý đến cấu trúc ngoại vi
của dạng b, ở trong trạng thái vô định hình thì cấu trúc dạng bó có hình dạng cân
đối và chúng có khả năng tập hợp lại trong một số trường hợp. Như vậy quá trình
kết tinh polymer sẽ hình thành nên nhiều dạng cấu trúc ngoại vi phân tử phức tạp
II. CẤU TRÚC NGOẠI VI PHÂN TỬ POLYMER
Cấu trúc ngoại vi polymer ta thường gặp :
1. POLYMER CÓ CẤU TRÚC DẠNG HẠT CẦU
Nếu như các đại phân tử mềm dẻo thì chúng được cuộn lại dạng hình cầu
gọi là dạng cầu. Sự sắp xếp các mạch đại phân tử ở bên trong cấu trúc không theo
một trình tự nào cả và polymer ở dạng cầu thì ở trạng thái vô định hình.
Có sự hình thành dạng cầu là do lực nội phân tử lớn hơn nhiều so với lực
tương hỗ giữa các phân tử (nhưng mạch phải có độ mềm dẻo lớn). Nếu như các

polymer ở trạng thái mềm cao thì những polymer dạng hình cầu liên kết với nhau
tạo những hình cầu lớn hơn, nhưng chỉ đối với những mạch phân tử mềm dẻo cao
và linh động.
4
Những mảnh phân tử mềm dẻo tồn tại dưới dạng cầu.
Đơn vị cơ bản hình thành
cấu trúc trên phân tử là các giọt cầu (
globale ) hoặc các đại phân tử duỗi
thẳng. Khi các globale này tiếp xúc
với nhau sẽ hình thành cấu trúc
chứa nhiều phân tử dạng cầu hoặc
hình thành các bó nếu các globale
không cuộn lại.
5
Một số polymer kết tinh từ trạng thái nóng chảy tạo thành các tiểu cầu
(spherulit).
Có thể coi tiểu cầu là các tấm (dày khoảng 10 nm) tinh thể mạch gấp và vô
định hình đan xen nhau, hướng từ tâm ra ngoài. Trong đó các tấm tinh thể xuất hiện
như những vạch sáng, vùng tối giữa các tiểu cầu là miền vô định hình.
Hay nói khác đi các tấm này được liên kết với nhau bằng các mạch nối hoặc
giằng qua các vùng vô định hình này.
Vậy đối với tiểu cầu được xem như là hạt trong kim loại và ceramics đa
tinh thể. PE, PP, PVC, nylon hình thành cấu trúc tiểu cầu khi chúng kết tinh từ trạng
thái nóng chảy.
2. CẤU TRÚC DẠNG BÓ CỦA POLYMER
Bó có thể gập lại sao cho phần lớn bề mặt bên của nó nằm sát bên nhau
tạo thành dải băng.
6
Một bó có kích thước dài hơn một đại phân tử. Có nghĩa là một bó có thể
chứa nhiều hàng, các dãy được sắp xếp gần nhau. Các đại phân tử trong bó đủ mềm

dẻo các bó có thể bị uốn cong.
Khả năng tự sắp xếp của một dãy trong bó phụ thuộc vào độ mềm dẻo của
chúng và sự tương tác giữa phân tử. Các dãy mềm dẻo tự sắp xếp rất nhanh trong
các bó bởi vì chúng có khả năng thay đổi hình thái sắp xếp và di chuyển từng phần.
Trật tự sắp xếp của dãy trong bó có thể hoàn hảo hoặc không hoàn hảo.
Các bó của dãy polymer là cấu trúc trên phân tử đơn giản nhất được tìm
thấy trong polymer không có khả năng kết tinh cũng như trong polymer có thể kết
tinh.
Một bó của các dãy được hình thành một cách ngẫu nhiên và cũng mất đi
ngẫu nhiên. Đây là sự khác nhau giữa bó của các dãy và mixel.
Bó là một đơn vị cơ bản của cấu trúc kết tinh trong polymer.
Polymer cấu trúc dạng bó thường tồn tại ở những polymer mạch cứng.
Cấu trúc dạng bó không phải tất cả các mạch phân tử polymer sắp xếp song
song
với nhau chiều dài của bó lớn hơn chiều dài của đại phân tử rất nhiều. Các
đại phân tử sắp xếp song song với nhau và nối tiếp nhau.
Ở nhiệt độ thấp hơn Tg các bó rất ổn định, đặc biệt trong các polymer với
các dãy cứng và có sự tương tác mạnh giữa các phân tử. Chúng tập hợp lại thành
cấu trúc lớn hơn gọi là các sợi vô định hình hoặc các cấu trúc nhánh (dendrite)
nhưng vẫn giữ nguyên bản chất là một nguyên tố.
Ở nhiệt độ cao hơn Tg khi linh động của các đại phân tử và các bó đủ cao,
chúng sẽ kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc dài (bended) băng. Đây là đặc
trưng của polymer ở trạng thái mềm cao trừ khi các phân tử của chúng cuộn lại
thành giọt cầu.
Nếu một bó được hình thành từ các dãy không điều hòa sẽ xuất hiện ứng
suất nội.
7
Nếu bó được hình thành từ các dãy điều hòa thì trật tự bắt đầu được hình
thành trong pha vô định hình và phát triển, cuối cùng là sự kết tinh. Đây là quá trình
gồm nhiều giai đoạn.

Cấu trúc cơ chế về sự hình thành đơn tinh thể polymer.
Cơ chế thứ nhất: sự kết tinh là do sự tự sắp xếp của các đại phân tử mềm
dẻo điều hòa bên trong các bó lưới những điều kiện nhiệt động tương ứng để hình
thành mạng lưới không gian. Sự xuất hiện năng lượng lớn tại bề mặt phân chia làm
cho các bó xếp gấp ( quá trình này làm giảm diện tích bề mặt). Các xếp gấp tiếp xúc
với nhau theo mặt bên để tạo thành các phiến. Các phiến này có thể điều hòa hoặc
không điều hòa. Một dãy phân tử có thể tạo thành nhiều phiến, chiều dài mỗi phiến
có thể lên đến 10 – 20 nm. Các đại phân tử chính sau đó xếp vuông góc với mặt
phẳng các phiến. Một phiến sẽ gối lên(như ngói)(trùng lặp) vào phiến khác và hình
thành các tinh thể điều hòa bề mặt (regular faced crystals).
Cơ chế thứ hai liên quan đến sự kết tinh bên trong bó và sự sắp xếp của các
bó kết tinh dọc theo sợi. theo cơ chế này thì không có sự gấp khúc của các bó. Một
polymer có thể kết tinh theo cả hai cơ chế (PE, polyvinyl syndiotactic).
Syndiotactic điển hình cho cấu trúc dạng bó của polymer
Sự hình thành các đơn tinh thể cần những điều kiện và thời gian xác định.
Ví dụ: chúng hình thành nếu dung môi bay hơi chậm từ dung dịch. Thường
sự kết tinh dừng lại ở một trong các giai đoạn trung gian (hình thành các bó tinh thể
8
phiến hoặc sợi), sự sắp xếp lại của các cấu trúc trung gian để làm giảm năng lượng
bề mặt sẽ hình thành các sphlerulic. Kích thước của chúng có thể thay đổi từ 10µm
đến vài nm hoặc hơn. Đôi khi đơn tinh thể và các sphlerulic cùng tồn tại trong một
hệ thống.
Theo kagin tất cả các cấu trúc trên phân tử có thể chia thành bốn nhóm:
Cấu trúc dạng cầu: thường quan sát ở các polymer vô định hình được sản
xuất bằng phương pháp đa tụ.
Cấu trúc dải băng: đặc trưng cho tất cả các polymer trong trạng thái mềm
cao.
Cấu trúc dạng sợi: đặc trưng cho tất cả các polymer đồng trùng hợp với trật
tự cao
Trong một polymer thực không phải tất cả các phân tử được sắp xếp trong

các bó mà một số có thể tồn tại ở dạng cầu. Trên các bó kết tinh các phân tử
polymer ở dạng cầu vẫn là vô định hình và về nguyên tắc có thể tách ra từ các bó
kết tinh và tạo thành pha vô định hình.
III. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NGOẠI VI
1. PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN
Có thể thay đổi cấu trúc tinh thể polymer bằng cách nhiệt luyện khối
polymer nóng chảy (có thể trên máy cán), làm thay đổi số mầm tinh thể tự nhiên, số
mầm tinh thể tự nhiên càng lớn thì kích thước tinh thể càng nhỏ, nhưng thường gây
kết tinh lại.
2. PHƯƠNG PHÁP DÙNG MẦM KẾT TINH NHÂN TẠO
Phương pháp này dùng mầm kết tinh nhân tạo để tạo trung tâm tạo thành
crerolit nếu số lượng mầm tinh thể càng tăng lên thì kích thước crerolit càng bé thì
độ bền
cơ học của polymer tăng lên.
3. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
9
Sử dụng biến đổi cấu trúc và tính chất của polymer, hiện tượng ghép (đồng
trùng hợp) là 1 phương pháp điều chỉnh cấu trúc.
Việc ghép cấu trúc của polymer cản trở việc hình thành nên cấu trúc lớn,
nhưng không ảnh hưởng đến những cấu trúc đơn giản, những mạch có cấu tạo điều
hòa thuận tiện cho quá trình kết tinh, giảm khả năng có thể tạo ra cấu trúc dạng cầu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Phan Thanh bình(2002), Hóa Học và Hóa lý Polymer, NXB Đại Học
Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.
2.Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu(2004), Hóa Lý polymer, NXB Đại
học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.
3.Thái Doãn Tĩnh(2005), Cơ sở hóa học các hợp chất cao phân tử, NXB
Khoa Học Kỹ Thuật.
10