BÀI GIẢNG hóa polime biến tính polime

CHƯƠNG V: BIẾN TÍNH POLYME
(POLYMER MODIFICATION)


V.1. Định nghĩa và phân loại:

 Biến tính bao gồm các phương pháp khác nhau thực
hiện với phân tử polyme cuối cùng nhằm làm thay
đổi một số tính chất sử dụng của chúng


Biến tính có hai loại:

Biến tính hóa học

Biến tính vật lý


V.2. Biến tính hóa học
 Biến tính hóa học: Là biến tính bằng cách thay đổi
bản chất hóa học của phân tử polyme cuối cùng
 Ví dụ: biến đổi nhóm hydroxyl (OH) thành nhóm
este (COO), các phản ứng lưu hóa, các phản ứng
gép…
 Việc biến tính hóa học phân tử polyme nhằm nhiều
mục đích khác nhau.


a. Ứng dụng trong tổng hợp các polyme trong đó
monome là không ổn định
Ví dụ:

Polyvinyl alcol (PVA) không được tổng hợp trực tiếp
từ monome hydroxyl vinylic (CH2=CHOH) do
monome này không ổn định dễ tạo thành andehyt
axetic theo phản ứng
CH2

CH
OH

CH3CHO


 Để tổng hợp PVA trước tiên tạo polyvinylacetat từ
vinylacetat sau đó tiến hành thủy phân PVAc trong
môi trường bazơ để nhận được PVA như sau

n CH2

O

CH

CH2

CH

O

O

C

C
CH3

O

n H2O
n

CH3

OH

CH2

CH
OH

n

n CH3COOH


b. Thay đổi tính chất của polyme sẵn có
Ví dụ: Biến tính hóa học làm tăng khả năng kị nước
của xenlulô
 Xenlulô là polyme phổ biến biến nhất trên trái đất
chúng có mặt trong hầu hết các loài thực vật sống.
Với cấu tạo gồm nhiều nhóm OH nên chúng có khả

năng ưa nước cao.


 Để làm giảm tính ưu nước tiến hành biến tính nhằm
làm biến mất nhóm OH ưa nước trên bề mặt
xenlulô.
 Có nhiều cách khác nhau như:


Cách 1: Sử dụng hợp chất silan
 Silan là hợp chất cơ silic tiêu biểu với công thức cấu
tạo chung là: R-(CH2)n-Si-X3
Trong đó
X là nhóm có khả năng thủy phân thành silanol
(SiOH) như alkoxy (R-O), halogen (Cl, F)…
R là hydrocacbon


Ví dụ: Thủy phân của alkoxy silan

OH
R

Si(OR')3

+

H2O

R

Si
OH

OH

+

3 R'OH


 Các nhóm hydroxyl sau đó ngưng tụ tạo thành liên
kết siloxan (Si-O-Si).

OH
R

Si
OH

OH
OH

+

HO

Si
OH

R
R

HO

Si
OH

R
O

Si
OH

OH

+

H2O


 Tổng quát: Tạo phân tử poly siloxan

OH
n R

Si
OH

OH

OH

+

n HO

Si
OH

R
R

HO

Si
OH

R
O

Si
OH

n

OH + nH2O


 Nhóm OH trên phân tử siloxan tạo liên kết hydro
với nhóm OH trên bề mặt xenlulo.

R
HO

R

Si

O

Si

n

O

O

Liên kết hydro

H

H

H

H
O

O
Cenlulose

OH


 Ở nhiệt độ 1000C xảy ra quá trình tách nước tạo liên
kết cộng hóa trị làm biến mất nhóm OH ưa nước của
phân tử cellulose
R

R
R

HO

Si

O

Si

n

O

O

Si

O

Si
O

H
O

Cenlulose

n H2O

HO

O

H
O

OH
-

H

H

R

Cenlulose

n

OH


Cách 2: Phản ứng este hóa nhóm OH của cellulose

O
OH

OH

R

C
OH

Cenlulose
120

180

0

C 6h

OOCR

RCOO
Cenlulose

V.3. Biến tính vật lý
 Hầu hết các phân tử polyme không được sử dụng để
gia công ngay thành sản phẩm sau khi tổng hợp.
 Thông thường một lượng nhỏ phụ gia được sử dụng
để cải thiện quá trình gia công polyme cũng như cải
thiện tính chất của chúng.


 Định nghĩa: Là biến tính không làm thay đổi bản
chất hóa học của phân tử polyme cuối cùng tuy
nhiên làm thay đổi tính chất sử dụng của sản phẩm
polyme cuối cùng bằng việc thêm các phụ gia khác
nhau
 Ví dụ: biến tính polyme bằng cách thêm phụ gia
tăng khả năng gia công, phụ gia tăng khả năng chịu
oxy, thời tiết…


 Phụ gia là các hợp chất hóa học (hữu cơ, vô cơ)
được thêm vào vật liệu polyme nhằm làm thay đổi
các tính chất đặc trưng của polyme mà trước đó nó
không có.


 Tùy theo đặc tính chất đặc trưng phụ gia có thể chia
thành các loại như sau:
 A. Phụ gia ổn định nhiệt: chống lại quá trình phân
hủy nhiệt trong quá trình gia công ở dạng nóng chảy
 B. Chất chống oxy hóa và ổn định ánh sáng: gồm
các chất phụ gia bảo vệ và chống lại sự lão hóa gây

ra do oxy hoặc ánh sáng trong quá trình sử dụng vật
liệu


 C. Phụ gia chống cháy: là phụ gia giúp làm giảm
khả năng bắt lửa và khả năng cháy



Định nghĩa cháy: là quá trình tỏa nhiệt và ánh sáng
Điều kiện gây cháy:
 Nhiệt
 Oxy
 Vật có khả năng bắt cháy


 Ở nhiệt độ cao đầu tiên xảy ra quá trình nhiệt phân
tạo thành các sản phẩm như sau:
 Khí không có khả năng gây cháy: CO2, hơi nước,
NOX và SOX…
 Than cacbon
 Các khí gây cháy: CO, hydro…
 Khơi mào: Hình thành gốc tự do (ở nhiệt độ cao)
H2

2

O2

2O

H


 Khi đạt đến nhiệt độ cháy tC các chất gây cháy kết
hợp với oxy gọi là quá trình cháy, đây là một chuỗi
các phản ứng gốc xảy ra trong pha khí
 Phát triển mạch:
H

O2

OH

O

O

H2

OH

H

OH

CO

CO2

H

 Đây là phản ứng tỏa nhiệt tỏa ra nhiều nhiệt và ánh
sáng.


 Nhận xét:
 Như vậy để xảy ra quá trình cháy đầu tiên hệ cháy
cần đạt được nhiệt độ phân hủy (tP) để sinh ra gốc
tự do H
 Tiếp theo gốc tự do H tạo phản ứng dây chuyền với
các chất gây cháy là nguyên nhân làm cho phản ứng
cháy bùng nổ
 Để làm tắt đám cháy chúng ta cần làm quá trình
nhiệt phân không xảy ra
 Hoặc phải triệt tiêu các gốc tự do H và OH