Đề tài tìm HIỂU về POLIMER THIÊN NHIÊN

Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh
Khoa Công Nghệ Hóa Học


SEMINAR TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Vi
GVHD: Nguyễn Thị Minh


MỞ ĐẦU


Polymer, trong từ ngữ thông thường còn được gọi là nhựa, chất dẻo
hay plastic. Polymer có tên khoa học là "chất trùng hợp" và còn được
gọi theo từ Hán Việt là "cao phân tử". Nó hiện hữu khắp nơi, trong
ta, xung quanh ta. Polymer là những mạch phân tử gồm hàng nghìn,
chục nghìn phân tử đơn vị (gọi là monomer) kết hợp lại giống như
những mắt xích. Mỗi phân tử đơn vị là một mắt xích.

Cao su, cellulose trong thân cây, protein trong sinh vật, thực vật
là những polymer thiên nhiên. Vào những năm hai mươi của thế
kỷ trước, các nhà hoá học biết cách tổng hợp và sản xuất những
polymer nhân tạo hay là plastic. Các loại polymer ngày nay trở
thành những vật liệu hữu dụng, cực kỳ quan trọng không thể
thiếu trong cuộc sống hiện đại


MỞ ĐẦU
Thử nhìn xung quanh, ta có tơ sợi làm nên vải vóc, chai

nước ngọt, keo dán, bao nhựa, thùng chứa nước, vỏ máy tivi,
bàn phiếm máy vi tính v.v . Tất cả đều là polymer. Polymer
cũng hiện diện trong các áp dụng cho công nghệ xây cất hoặc
công nghệ cao, những địa hạt đòi hỏi vật liệu nhẹ có độ bền và
độ dai cao hoặc làm chất nền cho các composite tiên tiến
(advanced composite) để làm thân tàu thủy và máy bay.


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
I. GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
1. Khái niệm polimer
2. Tính chất của polimer
II. PHÂN LOẠI
1. Theo nguồn gốc
a. Thiên nhiên
b. Tổng hợp
c. Nhân tạo( bán tổng hợp)
2. Theo cách tổng hợp

a. Polimer trùng hợp
b. Polimer trùng ngưng
3. Theo cấu trúc


MỤC LỤC
III. GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN
1. Tính chất cơ lý
2. Ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất polimer
3. Phân loại polimer thiên nhiên

a. Xenlulozo
b. Tơ
c. Cao su thiên nhiên
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAO SU THIÊN NHIÊN
I. NGUYÊN LIỆU
II. SƠ ĐỒ SẢN XUẤT
III. THIẾT BỊ
IV. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
I. Khái niệm về polimer
Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm
được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn
và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều
lần những mắt xích cơ bản. Các phân tử tạo nên từng
mắt xích của polime được gọi là monome


TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
2. Tính chất của polimer
2.1 Tính chất vật lý:
Hầu hết polimer là chất rắn, không bay hơi, không có
nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung
môi hữu cơ. Đa số polimer có tính dẻo, một số polimer có
tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi
2.2 Tính chất hóa học
2.2.1 Phản ứng giữ nguyên mạch polimer

- Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:
2.2.2 Phản ứng phân cắt mạch polimer
- Phản ứng thủy phân polieste
2.32 Phản ứng khâu mạch polimer


TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
II. PHÂN LOẠI

1. Theo nguồn gốc:

2. Theo cách tổng hợp: 


TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU VỀ POLIMER
3. Theo cấu trúc:
3.1 Các dạng cấu trúc mạch polimer
- Mạch không phân nhánh. Ví dụ: polietilen, amilozơ…
- Mạch phân nhánh. Ví dụ: amilopectin, glicogen
- Mạch mạng lưới. Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…
3.2 Cấu tạo điều hòa và không điều hòa
- Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật
tự nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi).
- Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo
trật tự nhất định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối đầu, chỗ thì đầu nối
với đuôi).

GIỚI THIỆU
VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN

1. Tính chất cơ lý

- Khối lượng riêng bé, độ bền riêng cao (độ bền riêng là độ bền tính
trên một đơn vị khối lượng)
- Một số polimer có độ bền hóa học rất cao
- Độ cách điện rất cao (đối với polimer không phân cực)
- Có tính chất quang học: một số polimer có độ trong suốt rất cao như
PMMA (thủy tinh hữu cơ) được dùng làm các dụng cụ quang học, kính
máy bay.
- Một số polimer có khả năng bám dính rất tốt với nhiều loại vật liệu
khác nhau (ví dụ: Epoxy) nên được sử dụng lám keo dán, sơn.
- Một số polimer có độ ma sát lớn, ít bị ăn mòn (như cao su lưu
hóa). Một số khác lại ít bị ma sát như poli tetraflo ethylen nên được
ứng dụng để làm bạc trong các ổ trục không thể dùng bi.
- Một số polimer có tính đàn hồi lớn (cao su).
- Độ bền nhiệt không cao. Phần lớn được sử dụng ở nhiệt độ từ 0
đến 1400C.
- Cách nhiệt, cách âm (vật liệu polimer xốp)


2. Ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất polimer
- Kích thước và hình dạng siêu phân tử có ảnh hưởng lớn
đến tính chất cơ lý, độ bền của vật liệu polimer.
- Khối lượng phân tử: về lý thuyết thì khối lượng phân tử
(hay độ dài phân tử) không ảnh hưởng đến độ mềm dẻo của
mạch vì giá trị thềm thế năng không phụ thuộc vào độ dài mạch
mà do cấu trúc quyết định. Nhưng khi mạch dài hơn thì số

lượng hình thái sắp xếp tăng lên do đó cách mạch phân tử cứng
vẫn cuộn lại được mà không ở dạng thẳng.
- Mật độ mạng không gian: sự tương tác mạnh giữa các
phân tử sẽ làm giảm độ linh động của các đoạn như ta thấy ở
trường hợp các liên kết hydro trong polyamit. Các liên kết hóa
học bền vững giữa các đại phân tử còn ảnh hưởng mạnh hơn
đến độ linh động của các đoạn.
- Kích thước nhóm thế: các nhóm thế có kích thước và
trọng lượng lớn ở mạch nhánh của phân tử polyme làm cản trở
sự quay của mắt xích


3. Phân loại polimer thiên nhiên
3.1 Xenlulozo
Xenlulozơ là thành phần
chính tạo nên lớp màng tế bào thực
vật giúp cho các mô thực vật có độ
bền cơ học và tính đàn
hồi.Xenlulozơ có nhiều trong bông
(khoảng 98% xenlulozơ), trong
loại sợi đay, gai,tre, nứa… trong
gỗ có khoảng 40-50% xenlulozơ.
Xenlulozơ là chất rắn, có dạng sợi, màu trắng, không mùi
vị. Xenlulozơ không tan trong nước và các chất hữu cơ như ete,
rượu, benzen…nhưngtan trong nước Svayde (dung dịch amoniac
chứa đồng (II) hiđroxitTương tự tinh bột, xenlulozơ là polisaccarit,
cũng gồm nhiều gốc β- glucozo Liên kết với nhau tạo thành mạch
kéo dài CTPT: (C6H10O5) nhay [C6H7O2(OH)3]n(Vì mỗi gốc
C6H10O5có 3 nhóm-OH tự do có thể tham gia liên kết).

3. Tính chất hóa học
- Phản ứng thủy phân
- Tác dụng với một số tác nhân bazơ
+ Phản ứng với NaOH và CS2. Sản xuất tơ visco :
+ Tác dụng của dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac
- Phản ứng với một số axit hoặc anhiđrit axit tạo thành este
+ Tác dụng của HNO3
+ Tác dụng của (CH3CO)2O :

4. Ứng dụng
Thường sử dụng trực tiếp các nguyên liệu có chứa xenlulozơ.
Bông, đay, gai… đểkéo sợi dệt vải, bện thừng. Gỗ, tre, nứa để xây
dựng nhà cửa, làm đồ gỗ, hoặc chế biếnthành giấy.
Ngoài ra, xenlulozơ còn để sản xuất ancol etylic, tơ nhân tạo ( tơ
Visco, tơ axetat).


3.2 Tơ
- Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với
độ bền nhất định
- Tơ cũng gồm có 2 loại: loại tơ tự nhiên và loại tơ hóa
học.
- Tơ tự nhiên là tơ có sẵn trong tự nhiên như bông, len,
tơ tằm.
Tơ hóa học gồm 2 nhóm:
-Tơ tổng hợp(chế tạo từ polime tổng hợp) như các loại
poliamit (capron),tơ vinylic(nitron)...
-Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo):Chế tạo từ các polime
thiên nhiên thông qua một số phương trình hóa học. VD:

tơ visco, xenlulozơ axetat
Tơ hóa học thường có ưu điểm là bền, đẹp, phơi mau
khô,...


3.3 Cao su thiên nhiên

3.3.1 Khái niệm cao su thiên nhiên và lịch sử phát triển
- Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền,
thu được từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây
Hevea brasiliensis.
- Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao
su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n; những
polymer này có mạch cacbon rất dài với hững nhánh ngang tác dụng như
cái móc.Các mạch đó xoắn lẫn nhau, móc vào những nhánh ngang mà
không đứt khi kéo dãn, mạch cacbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó
sinh ra tính đàn hồi


3.3.2 Cấu tạo hóa học
- Về mặt hóa học, cao su
thiên nhiên là polyisopren polyme của isopren.
- Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các
mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4.

- Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có
khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4. Có cấu tạo
tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình
thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4.

3.3.3 Tính chất vật lý
- Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể. Cao su
thiên nhiên kết tinh với vận tốc nhanh nhất ở -25°C. Cao su thiên
nhiên tinh thể nóng chảy ở 40°C.
Khối lượng riêng: 913 kg/cm³
Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): -70°C
Hệ số dãn nở thể tích: 656.10-4 dm³/°C
Nhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K
Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°K
Nửa chu kỳ kết tinh ở -25°C: 2÷4 giờ
Thẩm thấu điện môi @1000Hz/s: 2,4÷2,7
Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10-3
Điện trở riêng:
Crếp trắng: 5.1012
Crếp hong khói: 3.1012


3.3.4 Tính chất cơ lý
Một số tính chất cơ lý:
- Tỷ trọng
- Tính đàn hồi
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Ảnh hưởng của tốc độ kéo giãn
- Độ dư của cao su
- Racking
- Biến dạng liên tục
-Dung môi cao su
3.3.5 Phân loại
Cao su có 2 loại:

- Cao su tự nhiên được lấy từ nhựa của cây cao su
- Cao su tổng hợp được chế ra từ các chất đơn giản


3.3.6 Thành phần mủ cao su
- Cao su: chiếm 30 → 40%.
- Nước: 52 →70%.
- Protein: 2 → 3%
- Acid béo và dẫn xuất: 1 → 2%
- Glucid và heterosid: khoảng 1%.
- Khoáng chất: 0,3 → 0,7%.


CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
CAO SU THIÊN NHIÊN
I. NGUYÊN LIỆU
- Mủ cao su (chứa nhiều hạt latex)
- Cao su sống
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAO SU THIÊN NHIÊN
1. Khai thác mủ cao su
1.1 Thu hoạch mủ cao su (latex)
Công việc thu hoạch latex mà người ta thường
gọi là “cạo mủ” là rạch cạo một đường trên vỏ thân
cây nhằm cắt đứt các mạch latex để cho latex cao su
chảy ra. Phương pháp thu hoạch được áp dụng cho cây
cao su Hevea brasiliensis vì latex của cây này có độ
nhớt thấp và do cây có hệ thống latex thuộc loại mạch
phân nhánh và tương giao với nhau. Cây cao su này lại
có khả năng tái tạo latex nhanh

1.2 Phương pháp cạo mủ:
- Trong quá khứ có nhiều phương pháp cạo mủ, nhưng rút kinh
ngiệm người ta chứng minh nếu cạo xuyên từ trái sang phải sẽ cắt được
nhiều mạh latex hơn, do đó năng suất sẽ tăng lên. Một cách tổng quát,
ngày nay người ta dùng phương pháp cạo mủ như sau: Cạo theo đường
xoắn ốc nửa chu vi (cạo nửa vòng) 1-2 ngày một lần, tức là mỗi năm cạo
150 lần đến 160 lần; cạo xoắn ốc nguyên chu vi thân cây (cạo nguyên
vòng) 3-4 ngày một lần tức là mỗi năm cạo khoảng 75 đến 90 lần.

2. Sơ chế
2.1 Mục đích
- Là bước đầu tiên của quá trình phối trộn
- Biến Cao su từ dạng đàn hồi cao đến trạng thái dẻo tương đối
- Giảm sức căng bề mặt của cao su sống,giúp cao su có khả năng
phối trộn với các chất phụ gia
- Độ dẻo quá cao cường lực độ kéo giãn, độ cứng, độ kháng mòn
giảm, độ biến hình khi đứt tăng lên. Sản phẩm dễ bị bọt khí, rỗ
mặt….
- Cần thiết cho cao su thiên nhiên (độ dẻo không đồng đều) hay
cao su phối trộn.


2.2 Nguyên lý
Sau khi qua sơ chế, dưới tác động của sự cắt xé cơ học, các
phân tử carbon hydro sẽ cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra độ dẻo
tăng chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngấm chất độn và phụ gia
khác.
2.3 Chầt phụ gia trong quá trình sơ chế: giúp rút ngắn thời gian sơ
chế, giảm tiêu hao năng lượng, đảm bảo tốt tính năng cơ lý….

- Chất làm mềm làm trương nở cao su, giảm sức liên kết giữa các dây
phân tử cao su mềm dẻo và dễ thấm chất độn trong giai đoạn sơ chế
Ảnh hưởng đến tính năng cơ học ( tính kháng mòn, độ bắt dính, …)
- Chất hóa dẻo: cắt ngắn các phân tử cao su (phenyl hydrazin,
mercaptan…)
- Chất họat tính bề mặt: diphenyl, thiazone disulfide
2.4 Các phương pháp cô đặc nguyên liệu cao su thiên nhiên
2.4.1 Phương pháp lắng
- Do sự khác biệt về khối lượng riêng của phần khô (cao su) va
serum nên có thể áp dụng hiện tượng lắng tách tự nhiên pha cao su, tuy
nhiên quá trình này xảy ra chậm.


+ Giảm lực hấp thụ giữa lớp vỏ của hạt latex và nước
trong serum
+ Làm tăng khối lượng riêng pha serum nhằm tăng
khác nhau về khối lượng riêng.
+ Không gây hiện tượng keo tụ trong quá trình phối
trộn.
- Ưu điểm:
• Thu được hàm lượng polyme cao (60%)
• Tách được phần lớn các chất tan
• Latex có độ ổn định cao
• Đơn giản vì không đòi hỏi thiết bị phức tạp, dễ tiến
hành
• Không tiêu tốn năng lượng.
- Nhược điểm: Năng suất thấp, thời gian cô đặc kéo dài


2.4.2. Phương pháp bay hơi tự nhiên

- Phương pháp này được dùng rộng rãi ở cơ sở sản xuất nhỏ.
- Để chống hiện tượng keo tụ do amoniac bị bay hơi, người ta
thường cho vào dung dịch NaOH 5% và muối natri của axit béo
để làm chất nhủ hóa (có tác dụng ổn định nhủ tương)
- Ưu điểm: Không tiêu tốn năng lượng, dễ tiến hành
- Nhược điểm:
+Phương pháp này thủ công đòi hỏi thiết bị cồng kềnh, nhà
rộng thoáng mát.
+ Mủ thu được có ham lượng polymer không cao
+Chứa hầu hết các chất tan trong nước
+ Năng suất thấp thời gian cô đặc kéo dài.
3. Quá trình sơ luyện và hỗn luyện cao su thiên nhiên
3.1 Quá trình sơ luyện
- Biến dạng đàn hồi là một trong những tính chất quý báu của cao
su .Nhưng trong quá trình gia công và chế biến cao su nó gây ra những
ảnh hưởng xấu đến quá trình gia công cao su ra sản phẩm, làm cho sản
phẩm không có kích thước hình dáng như ý muốn do sự phục hồi biến
dạng.


- Một trong những tính chất công nghệ quan trọng và cần
thiết cho quá trình gia công là độ dẻo của hỗn hợp cao su tức
là khả năng biến dạng của hỗn hợp cao su dưới tác dụng của
lực cơ học.
- Độ dẻo cao su tăng khi tác dụng lên nó một lực cơ học
khuấy trộn hoặc nhiệt.
- Qúa trình công nghệ trong nó dưới tác dụng của lực cơ
học và các hiện tượng hóa học khác xảy ra đồng thời độ nhớt
và biến dạng hồi phục đàn hồi của cao su giảm được gọi là quá
trình sơ luyện cao su.

- Qúa trình sơ luyện cao su là quá trình gia công cơ học
nhằm tăng độ dẻo của cao su vì vậy sơ luyện cao su có thể tiến
hành trên máy cán 2 trục, máy luyện kín và máy trục vít.
- Máy cán hở 2 trục và máy cán hở 4 trục:
+ 2 truc rỗng ruôt bằng gan, thép
+ Bộ phần điều chỉnh cự ly của 2 trục
+ Bộ phận điều chỉnh tỉ tốc 2 trục
+ Bộ phận giải nhiệt
- Máy cán 4 trục: Cao su đồng đều hơn, thời gian ngắn hơn,
giảm công lao động. …