Bài giảng Môn Hóa học polyme Hệ CĐ Võ Thị Mỹ Nga Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (494.1 KB, 46 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA
BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: HÓA HỌC POLYME
DÀNH CHO SINH VIÊN HỆ CAO ĐẲNG
TUY HÒA – 2010
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ HỢP CHẤT POLYME
1.1. Khái niệm cơ bản về hợp chất polyme (cao phân tử):
Từ thời xưa người ta đã biết sử dụng các vật liệu polyme tự nhiên như bông, sợi
gai, tơ tằm, len làm quần áo, da động vật để làm giày, áo quần… Người Ai cập còn
biết dùng da để làm giấy viết thư báo cho tới khi họ tìm ra phương pháp điều chế hợp
chất cao phân tử mới là giấy. Công trình này đã mở đầu cho các quá trình gia công,
chế tạo các hợp chất polyme thiên nhiên và đi vào nghiên cứu các polyme nhân tạo.
Đến năm 1833, Gay Lussac tổng hợp được polyeste và polylactic khi đun nóng
với axit lactic, Braconnot điều chế được trinitroxenlulozơ bằng phương pháp chuyển
hóa đồng dạng và J.Berzilius là người đưa ra khái niệm về polyme. Từ đó polyme đã
chuyển sang thời kỳ tổng hợp bằng phương pháp hóa học thuần túy, đi sâu vào nghiên
cứu cấu trúc của polyme, nhất là những polyme tự nhiên.
Những công việc này phát triển mạnh vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Trải qua
130 năm, đến năm 1925, Staudinger đã đưa ra kết luận về cấu trúc phân tử polyme, và
cho rằng polyme có dạng sợi và lần đầu tiên dùng cụm danh từ “cao phân tử”. Giả
thuyết này mặc dù còn có một số nhược điểm nhưng đã được nhiều tác giả thừa nhận
nên được dùng làm cơ sở cho đến ngày nay.
Sau khi thiết lập được các nguyên tắc hình thành polyme, hóa học polyme phát
triển rất nhanh, chuyển từ biến tính polyme sang tổng hợp polyme từ những sản phẩm
chế biến dầu mỏ than đá và khí thiên nhiên. Điển hình của giai đoạn phát triển hiện đại
này là sự nghiên cứu tổng hợp của polyme điều hào lập thể bắt đầu từ Ziegler (1954)
và Natta (1955) có cấu trúc gần với cấu trúc điều hòa lập thể của polyme tự nhiên.
Đồng thời với sự tìm ra những polyme mới, các phương pháp tổng hợp mới cũng
được cải tiến rất nhiều như phương pháp ngưng tụ cân bằng, cao su lưu hóa, trùng hợp
quang hóa, trùng hợp gốc, trung hợp anion, trùng hợp ghép, trùng ngưng giữa các pha,
đồng trùng hợp kép…
Thành công của polyme là trùng hợp polyme ở trạng thái rắn có tính bền nhiệt
cao, có tính dẫn điện, là cơ sở để hình thành nền công nghiệp sản xuất polyme bền
nhiệt cao, cách điện và tổng hợp ra các vật liệu polyme sinh học (có hoạt tính sinh học
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 4 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
có tác dụng giải thích các quá trình sống, quá trình lên men, quá trình trao đổi chất
trong tế bào cơ thể sống).
Trong công nghiệp sản xuất vật liệu polyme cũng có những bước tiến lớn trong
việc cải tiến các phương pháp gia công như phương pháp đúc, gia công cơ học, trángphủ… làm cho thời gian đưa vào sản xuất những công trình nghiên cứu ngày một
nhanh hơn.
Với khả năng ứng dụng trong hầu hết các ngành phục vụ đời sống như: công
nghệ cao su, chất dẻo, tơ sợi, thực phẩm, xây dựng, cơ khí, điện-điện tử, hàng không,
dược liệu, màu sắc và lĩnh vực quốc phòng như: tên lửa, tàu du hành vũ trụ, máy bay
siêu âm …
1.2. Danh pháp cơ bản:
1.2.1. Mạch đại phân tử:
Polyme là những hợp chất hóa học có trọng lượng phân tử rất lớn (> 5000 đvc),
kích thước phân tử lớn rất nhiều lần so với hợp chất phân tử thấp (monome) tạo ra nó.
Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome. Được
hình thành trong tự nhiên ngay từ những ngày đầu hình thành trái đất. Chẳng hạn như
xenlulozơ – thành phần chủ yếu của tế bào thực vật và protit – thành phần chủ yếu của
tế bào sống đều là những hợp chất cao phân tử quan trọng trong đời sống loài người.
Các hợp chất polyme có nguồn gốc từ thiên nhiên được gọi là polyme tự nhiên.
Ví dụ như: polysaccarit có trong gạo, ngô... Ngoài ra, còn có các polyme nhân tạo
được chế biến từ các hợp chất polyme có sẵn trong tự nhiên hay được tổng hợp bằng
phương pháp hóa học từ các hợp chất đơn phân tử.
Thành phần polyme hữu cơ: C, H, O, N.
Tùy hình dạng của phân tử, người ta chia làm 3 dạng mạch khác nhau:
- Mạch thẳng: Nhóm nguyên tử kết hợp tạo dải dài gấp khúc cuộn nổi.
- Mạch nhánh: phân tử chứa 1 mạch chính mà ở 1 số vị trí của mạch thì xuất hiện
các tập hợp nguyên tử tạo nhánh ngang.
- Mạch lưới không gian: phân tử bao gồm các mạch chính, nối với nhau bằng các
nhóm nguyên tử tạo nên 1 liên kết ngang, có nghĩa là 1 khối lưới không gian 3 chiều.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 5 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Như vậy là về bản chất, thành phần hóa học của một polyme có thể không thay
đổi nhưng nó có thể tồn tại ở một trong 3 dạng cấu trúc phân tử nói trên. Do đó, tính
chất vật lý hay tính chất hóa học là hoàn toàn khác.
1.2.2.
Mắt xích:
Mắt xích là phần nhỏ nhất của nhóm nguyên tử, được liên kết với nhau nhiều lần,
nhiều bậc, lặp đi lặp lại để tạo nên một mạch đại phân tử.
Ví dụ:
CH2= CH2
CH2 = CH – CH3
(CH2 CH2)n
CH2-CH
n
CH3
Mỗi đơn vị mắt xích của polyme có thể tương đương hoặc gần tương đương với
monome.
Ví dụ: chất polyme poli(vinyl clorua)
CH2
CHCl
n
, mỗi đơn vị mắt xích
– CH2 – CHCl - tương đương với monome vinyl clorua CH2= CHCl.
1.2.3.
Độ trùng hợp:
Độ trùng hợp là số mắt xích có trong một mạch phân tử. Cùng một loại polyme
nhưng hệ sô n của các mạch rất khác nhau. Khi hệ số n tăng, mạch polyme có kích
thước càng lớn.
Hay nói cách khác, hệ số n trong công thức của polyme xác định số lượng đơn vị
mắt xích trong mỗi phân tử polyme gọi là hệ số polyme hóa hay độ polyme hóa. Độ
polyme hóa càng lớn, polyme có khối lượng phân tử càng cao.
1.2.4.
Polyme đồng mạch và dị mạch:
a) Polyme đồng mạch:
Mạch chính chỉ gồm một loại nguyên tử, chẳng hạn chỉ chứa nguyên tử C, ta có
loại polyme mạch Cacbon
C - C - C…
Các nguyên tử C của mạch chính có thể liên kết với H hoặc với các nguyên tử
hay nhóm nguyên tử bất kì.
Tên gọi của polyme mạch cacbon lấy tên gọi của monome ban đầu dùng để tổng
hợp và trở thành mắt xích cơ sở trong phân tử polyme, cộng thêm tiếp đầu ngữ poli-.
Nếu các mắt xích có nhóm thế hoặc có hai loại mắt xích khác nhau (copolyme) thì tên
các monome phải để trong ngoặc sau chữ poli, chẳng hạn poli (vinyl clorua).
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 6 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Bảng 1: Một số polyme đồng mạch
Tên gọi
Monome
Polietylen (PE)
CH2 = CH2
Polipropylen
Công thức
CH2 = CH – CH3
(PP)
CH2
CH2
CH2
CH
n
CH3
Cao su
CH2 = CH –CH = CH2
CH2
tổng hợp
CH2
n
CH
CH
su
thiên
CH2
nhiên (izopren)
Poli(vinylclorua)
C
CH
CH2
CH2
CH3
CH2 = CH – Cl
(PVC)
C
CH2
CH
CF2
CF2
etylen) (PTFE)
Polistyren (PS)
CH2
CH2
n
CH
Cl
Poli(tetraflo-
n
CH3
CH2
CF2
CF2
n
n
CH
CH2
CH
n
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
n
CH
CH
Cao
CH2
Trang - 7 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Poli(vinylaxetat)
CH2
Khoa Công nghệ Hóa
COOCH3
CH
CH2
(PVA)
CH
OCOCH3
Poli(acrilonitric)
CH2
(Len, lông cừu)
CH
CH2
C
n
CH
N
CN
n
b)Polyme dị mạch:
Là loại polime mà phân tử có mạch chính được cấu tạo bởi hai hay nhiều loại
phân tử khác nhau, chẳng hạn cacbon và oxi, cacbon và nitơ, cacbon và lưu huỳnh,
cacbon và oxi, nitơ,...
Tên của polime dị mạch thường được gọi theo tên thông dụng hay lấy tên của các
loại hợp chất mắt xích cơ sở, cộng thêm tiếp đầu ngữ poli-.
Ví dụ: poliamit, poliuretan, poliure, polieste (nhựa ankit), polifenolfomandehit,
nhựa epoxy..
- Poliamit dị mạch có nhóm chức amit [– CO – NH –] trong mạch phân tử.
CO(CH2) 4CO
NH(CH2)6NH
n
- Poliuretan là polyme có nhóm [- NHCOO -] trong mạch phân tử.
R
CONH
NH COO
R'
O
- Policacbamit (poliure) có nhóm [-NH – CO – NH-]
NH
R
NH
CO
NH
R'
- Poliphenolfomandehit: nhựa novolac, nhựa rezol, rezit…
1.2.5.
n
CO
n
Polyme có cực và không có cực:
Polyme có cực: trong thành phần có chứa nhóm phân cực.
Polyme không có cực: trong thành phần không có mặt các nhóm phân cực. Ví dụ:
PE, PP…
1.3. Một số đặc trưng của vật liệu polyme:
1.3.1.
Khối lượng phân tử mạch:
- Khác với hợp chất phân tử thấp, khối lượng phân tử mạch polyme chỉ là giá trị
trung bình.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 8 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Vì số lượng các monome trong phân tử polyme thay đổi nên mỗi mẫu polyme
thường bao gồm hỗn hợp các phân tử đồng đẳng của polyme có khối lượng phân tử
khác nhau. Do đó, khối lượng phân tử của một hợp chất polyme không phải là một
hằng số xác định mà chỉ là một đại lượng thống kê trung bình.
M = nm
Trong đó, M là khối lượng phân tử trung bình của polyme,
n là độ polyme hóa (độ trùng hợp),
m là khối lượng của mắt xích cơ sở.
Để xác định M
có nhiều phương pháp, một trong những phương pháp quan
trọng là dựa trên sự nghiên cứu các dung dịch polyme loãng bằng cách đo áp suất
thẩm thấu trên cơ sở áp dụng định luật Van Hop (J.H. Van’t Hoff):
P=
RT
C
M
Trong đó, P là áp suất thẩm thấu; R là hằng số khí; T là nhiệt độ tuyệt đối;
M là khối lượng phân tử trung bình của polyme hòa tan; C là nồng độ của polyme
hòa tan (tính bằng g/cm3).
Phương pháp quan trọng khác xác định M của polyme là dùng phép đo độ nhớt,
vì độ nhớt của dung dịch polyme phụ thuộc vào khối lượng phân tử của polyme hòa
tan.
- Một vật liệu polyme có thể có cùng giá trị khối lượng phân tử trung bình ( M )
như vật liệu khác, nhưng sự dao động về độ trùng hợp (n) và khối lượng của mắt xích
Vì vậy ngoài giá trị trung bình
thì cần quan tâm đến độ phân
tán. Độ phân tán là độ đồng
nhất của khối lượng và kích
thước. Độ phân tán càng nhỏ
thì chất lượng polyme càng
cao.
Hàm lượng % phân tử trong vật liệu
cơ sở (m) là rất khác nhau.
Trị số M
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 9 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
1.3.2.
Khoa Công nghệ Hóa
Một số tính chất vật lý cơ bản:
- Tỷ trọng rất nhỏ, hầu hết <1.
- Dễ tạo màu.
- Chịu va đập, cán ép, uốn gập, cuộn tròn; hay tạo thành màng mỏng, sợi dưới tác
dụng của lực cơ, nhiệt.
- Có khả năng hòa tan để tạo ra dung dịch thực có độ nhớt rất cao, nồng độ không
lớn.
- Tạo khả năng tạo màng, kéo sợi.
1.3.3.
Một số tính chất hóa học:
- Phản ứng hóa học xảy ra chỉ ở nhóm định chức hoặc 1 nguyên tử nào đó.
- Khái niệm về “mol” của hợp chất polyme là khác so với hợp chất phân tử thấp:
mol là số mắt xích (chứa nhóm định chức hoặc nguyên tử tham gia phản ứng).
- Khái niệm về mức độ chuyển hóa: kết quả quá trình phản ứng hóa học, mức độ
chuyển hóa không phụ thuộc vào khối lượng phân tử. Vậy mức độ chuyển hóa được
đo bằng hàm lượng nhóm định chức hoặc nguyên tử tham gia phản ứng. Trong thực tế
mạch phân tử polyme không thể tham gia phản ứng với mức độ chuyển hóa 100%.
Mặt khác, tính chất của polyme có thể thay đổi rõ rệt với mức độ chuyển hóa không
cần lớn.
- Khả năng phản ứng hóa học của polyme không chỉ phụ thuộc vào đặc tính hóa
học của nhóm định chức (nguyên tử) mà còn phụ thuộc vào đặc điểm tập hợp mạch
phân tử, nó thể hiện là khả năng tiếp cận và khả năng biến đổi hóa học.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 10 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP POLYME BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TRÙNG HỢP.
2.1. Định nghĩa:
Trùng hợp là quá trình tạo polyme từ đơn hợp mà không phát sinh ra các sản
phẩm phụ. Trong phản ứng trùng hợp, toàn bộ các phân tử monome nằm hẳn trong
phân tử polyme, không có sự biến đổi nào về thành phần nguyên tố của chất tham gia
phản ứng.
Hay nói cách khác, trùng hợp là phản ứng kết hợp các monome để tạo thành
polyme, trong đó thành phần hóa học của mắt xích cơ sở không khác thành phần
monome ban đầu.
Dạng tổng quát của phản ứng trùng hợp có thể biểu diễn bằng phương trình:
nA
(A)n
Ví dụ: Poly-etylen (PE); Poly-propilen (PP); Poly-butadien; Poly-isobutylen;
Polistiren (PS); Poli(vinyl clorua); Poly-tetraflotilen; Poly (vinyl axetat); Poly (metyl
metacrylat); Poly-isopren; Poly-acrilonitrin.
Những chất có khả năng trùng hợp là các hợp chất có liên kết bội: các polien
chứa trong phân tử hai hay nhiều hơn liên kết đôi butadien, divynyl, axetylen và dẫn
xuất của nó (vinyl), hợp chất chứa đồng thời liên kết đôi và ba, một số hợp chất vòng.
2.2. Trùng hợp chuỗi:
2.2.1. Khái quát về quá trình trùng hợp chuỗi:
a) Khái niệm:
Phản ứng trùng hợp còn được gọi là trùng hợp chuỗi, là phương pháp phổ biến
nhất để tổng hợp các polyme mạch cacbon. Trên thương mại, đây là phương pháp tổng
hợp quan trọng nhất. Quá trình trùng hợp chuỗi xảy ra nhanh và có ba giai đoạn chính:
khơi mào, phát triển và ngắt mạch.
b) Đặc điểm:
- Phản ứng trùng hợp chuỗi cần thiết sự hình thành các trung tâm hoạt động từ
monome nhờ năng lượng bên ngoài hoặc thêm chất khơi mào vào môi trường phản
ứng.
- Phản ứng trùng hợp làm giảm độ không no của hỗn hợp phản ứng. Giảm số
phân tử chung trong hệ và tăng trọng lượng phân tử trung bình.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 11 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
- Qúa trình trùng hợp không có sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian không bền.
Phản ứng trùng hợp là phản ứng cộng.
- Các phân tử polyme được hình thành rất sớm với vận tốc lớn (phản ứng chuỗi),
ngay khi độ chuyển hóa còn thấp, cuối cùng hỗn hợp chứa các phân tử lớn và cả
monome chưa phản ứng.
c) Cơ chế:
Quá trình này trải qua 3 giai đoạn:
- Kích động (khơi mào): biến đổi đơn hợp tạo thành hợp chất hoạt động (trung
tâm hoạt động).
A
A*
CHX R
CH2
RCH2
CHX
- Phát triển mạch: tạo ra số lượng mắt xích có trong mạch phân tử, tạo ra cách kết
hợp, cách sắp xếp cấu hình mạch phân tử.
Các trung tâm hoạt động phản ứng với các monome và sinh ra trung tâm hoạt
động mới, chu kỳ này lặp lại nhiều lần:
A* + A
A – A*
A – A* + A
A – A – A*
Tổng quát: A – (An-1) – A* + A
RCH2
CH
CH2
A – (An) – A*
RCH2
CH
X
CH
X
X
CH2CH
X
- Đứt mạch: tạo ra phân tử hoàn chỉnh, trung hòa (không mang điện).
Trung tâm hoạt động bị dập tắt:
R – A*
R–A
Thông thường để khống chế khối lượng phân tử trung bình của Polyme, người ta
ngắt mạch chủ động bằng cách thêm vào phản ứng chuyền mạch. Lúc đó trung tâm
hoạt động của hệ phản ứng chưa phản ứng hết, tuy nhiên nó sẽ chuyền mạch sang một
hợp chất bền, ít hoạt động hơn.
2.2.2. Phân loại:
Có 2 loại trùng hợp tạo chuỗi sau:
a) Trùng hợp theo cơ chế gốc tự do:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 12 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Trùng hợp gốc nói chung là phản ứng tạo polyme từ monome chứa các liên kết
etylen:
R3
R1
C
C
R2
R1
R3
C
C
R2
R4
R4
n
Trong trường hợp trùng hợp gốc, trung tâm hoạt động là gốc tự do, nó kết hợp
vào một trong hai cacbon của nối đôi để hình thành gốc tự do ở cacbon còn lại.
A CH2
A
CH2
CH R
ACH2
CH R
nCH2
CHR
A(CH2
CH R
CH R)nCH2CHR
* Kích động:
Có một số biện pháp thường được sử dụng:
- Chiếu tia năng lượng (dùng các thiết bị hiện đại): tia UV, tia β (tia electron),
tia α (tia He2+), tia X, tia γ .
Khi hấp thụ năng lượng, electron chuyển từ orbitan ổn định sang orbitan kích
thích; nếu năng lượng đủ mạnh sẽ làm gãy liên kết phân tử và tạo thành gốc tự do:
M*
M + hγ
*
R+R
M
Hay
C H2
CH
C6H5 hv
CH2
CH
C6H5
CH
CH2
hv
CH
CH
C6H5
C6H5
H
- Dùng nhiệt độ hoặc áp suất cao: phương pháp này an toàn kém, sản phẩm
không đồng đều. Chất tham gia phản ứng (monome) và chất tạo thành (polyme) đều
có thể bị biến đổi.
C
C
to
C
C
- Dùng môi trường (chất lỏng hay khí) dễ tạo gốc tự do khơi mào đơn hợp.
- Dùng chất khơi mào làm cho hợp chất kém bền nên dễ dàng tạo gốc tự do. Đây
là phương pháp ưu việt thường được sử dụng. Các chất khơi mào thường dùng là các
peroxit hữu cơ, hidro peroxit, ozonit, một số hợp chất azo và điazo…
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 13 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Bảng 2. Một số chất khơi mào thường gặp
Tên
Công thức
Peroxit hydro
HO – OH
Peroxitbenzoyl
O
C
O
C
O
O
Hydroperoxit cumol
CH3
C
O
H
O
CH3
Hydroperoxit tert-butyl
CH3
C
CH3
O
H
O
CH3
Hydroperoxit axetyl
CH3
Dinitrin azoisobutyric axit
NC
CO
O
N
N
HC
H
O
CH3
CN
CH
CH3
Diazoaminobenzen
NH
N
N
Quan trọng nhất, hay dùng nhất là benzoyl peroxit. Ở giai đoạn khơi mào, nó tạo
gốc tự do theo phương trình sau:
C
O
O
C
COO
2
2CO2
2
O
O
Ngoài ra, đôi khi quá trình trùng hợp còn dùng chất khơi mào oxy hóa – khử. Hệ
thống oxy hóa khử được dùng chủ yếu là muối sắt II tác dụng với một peroxyt. Ưu
điểm của hệ này là có thể hạ thấp nhiệt độ phản ứng.
Fe2+
HO
OH
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
HO
HO
Fe3+
Trang - 14 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Giai đoạn khởi đầu đòi hỏi cung cấp năng lượng ban đầu bên ngoài, tuy nhiên
không lớn lắm.
* Phát triển mạch: Là quá trình kết hợp nhanh và liên tục đơn hợp vào gốc, tạo
nên 1 gốc lớn.
Do phản ứng phát triển mạch, liên kết ( π ) biến đổi thành liên kết ( δ ). Phản ứng
luôn kèm theo sự phát nhiệt do hiệu số năng lượng của liên kết ( π )và( δ ).
Thời gian phát triển mạch thường dao động trong khoảng vài giây, lúc đầu phản
ứng không đổi, khi độ nhớt tăng thì vận tốc phản ứng sẽ giảm.
R
M
RM
RM
M
RM M
Đối với các monome không cân xứng:
Đầu
CH2
CH
Đuôi
X
Khi kết hợp với nhau có 3 khả năng xảy ra:
đầu – đuôi; đầu – đầu;đuôi - đuôi
Thông thường cách kết hợp đầu – đuôi là phổ biến, thuận lợi về năng lượng và
hiệu ứng không gian.
* Đứt mạch: chuyển hóa gốc lớn, tạo thành mạch đại phân tử polyme.
Hiện tượng đứt mạch xảy ra do nhiều nguyên nhân mà ta có thể đưa về 2 nguyên
nhân chính sau:
- Phản ứng ngắt mạch nhị phân tử: Sự đứt mạch phản ứng gắn liền với sự bão
hòa electron không cặp đôi, tức bão hòa hóa trị tự do của các gốc phát triển không
sinh ra gốc mới có khả năng hoạt động, nên thường đứt mạch là kết quả của sự tương
tác giữa hai gốc.
+ Có thể là 2 gốc tự do lớn kết hợp với nhau hay gốc tự do lớn kết hợp với gốc tự
do sinh ra từ chất khơi mào tạo thành 1 phân tử.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 15 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
R
CH2
CH
CH2
X n
R
CH2
Khoa Công nghệ Hóa
CH
R
CH2
X
X
CH
CH2
X n
CH
CH
CH
X
X
CH2
CH
CH2
X
m
CH
CH2
X
R
m
Phản ứng này được gọi là phản ứng tái hợp gốc, do không đổi cấu trúc mạch
cacbon nên không cần năng lượng, không phụ thuộc vào nhiệt độ. Làm tăng trọng
lượng phân tử trung bình gần như gấp đôi.
+ Có thể là hai gốc tự do lớn chuyển H cho nhau, tạo thành polyme no và
không no. Quá trình này được coi là quá trình phân ly tạo thành 2 phân tử.
R
R
CH2
CH2
CH X
CH X
n
n
R
CH2 CH X
CH2 CH2X
R
CH2
CH2
CH X
CH X
m
m
CH2 CHX
CH
CHX
Do
phản ứng này tạo nên một nối đôi, phản ứng cần năng lượng và phụ thuộc nhiệt độ:
khi nhiệt độ tăng thì phản ứng phân ly tăng. Và phản ứng này cho khối lượng phân tử
trung bình của polyme thấp hơn trong trường hợp tái hợp gốc.
- Ngoài ra còn có thể do sự chuyển mạch giữa gốc lớn với monome hay với chất
khơi mào, chất điều chỉnh, chất lạ hay với môi trường (dung môi).
Phản ứng trùng hợp thường kèm theo phản ứng chuyển mạch. Đây là phản ứng
làm ngừng phát triển mạch cao phân tử nhưng không làm giảm trung tâm hoạt động
trong hệ thống (gốc tự do chiếm lấy một nguyên tử, đưa đến nhóm nguyên tử bão
hòa):
R AH
RH + A
Phản ứng chuyển mạch bao giờ cũng làm giảm trọng lượng phân tử của polyme.
Đặc biệt khi chuyển mạch sang polyme (không ở cuối mạch) sẽ tạo nên phân tử có
mạch nhánh.
Thường khi có mặt oxy thì quá trình chuyển mạch càng thuận lợi, do đó nên tiến
hành trùng hợp trong môi trường khí trơ N2, CO2…
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 16 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Lợi dụng khả năng khóa mạch phát triển của phản ứng chuyển mạch, người ta có
thể điều chỉnh trọng lượng phân tử trung bình của polyme, thu được polyme có độ đa
phân tán và độ phân nhánh thấp, bằng cách đưa vào hệ phản ứng các chất dễ dàng tiếp
nhận sự chuyển mạch. Ví dụ: chất ức chế, chất làm chậm phản ứng.
b) Trùng hợp theo cơ chế ion:
Có một số đơn hợp khi có mặt của xúc tác thì sẽ chuyển thành 1 ion, có thể ion
dương hay ion âm, được gọi là trùng hợp xúc tác. Tùy thuộc vào bản chất monome và
chất xúc tác mà ta có thể thu được các ion lớn là các cation hay là các anion.
* Đặc điểm:
- Phản ứng mang tính chọn lọc, xảy ra dưới tác dụng của xúc tác, nên còn gọi là
trùng hợp xúc tác.
Monome muốn tham gia phản ứng trùng hợp cation thì phải chứa nhóm thế đẩy
điện tử: ankyl, phenyl, … Monome muốn tham gia phản ứng trùng hợp anion thì có
chứa nhóm thế hút điện tử: - CN, NO2,.. Riêng đối với styren có thể tham gia trùng
hợp gốc, trùng hợp anion, trùng hợp cation nhờ vào hệ thống liên hợp của vòng thơm.
- Vận tốc phản ứng trùng hợp ion lớn hơn rất nhiều so với vận tốc trùng hợp gốc
(khoảng 1/40 đến 1% giây).
- Trùng hợp ion thường được tiến hành trong trạng thái dung dịch, tuy nhiên phụ
thuộc rất nhiều vào dung môi (phản ứng xảy ra 3 giai đoạn và cần thiết xúc tác để hình
thành các ion). Phản ứng ngắt mạch khác với trùng hợp gốc và không có phản ứng tái
hợp gốc (ion cùng dấu), thường ngắt mạch do chuyền mạch sang monome, dung môi
hay hoàn nguyên xúc tác.
* Trùng hợp cation:
Trùng hợp cation dùng chất khơi mào axit hay ái điện tử và thường xảy ra bằng
việc mở nối đôi C = C tạo thành ion cacboni.
Trùng hợp cation có thể coi như phản ứng giữa một axit (xúc tác) với một
monome.
Xúc tác là: kim loại (K, Na…), amit (KNH2), các muối Friden – Craft (AlCl3,
BF3, TiCl4, SnCl4…) hay các axit (H2SO4, HCl…).
Quá trình trùng hợp cation cũng thông qua 3 giai đoạn:
- Kích động:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 17 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
H2SO4 + CH2
Khoa Công nghệ Hóa
CH
C H,HSO4
CH3
C6H5
C6H5
- Phát triển:
CH2
...
C 6H5
...
CH2
CH
n
C H,HSO 4 + CH2
CH
C 6H 5
C 6H5
...
CH2
CH2
CH
C 6H5
n+1
CH,HSO 4
C 6H 5
Đứt mạch:
CH2
CH2
CH
C6H5
...
C H,HSO4
CH2
C 6H 5
n
CH
CH
C 6H 5
CH + H2SO4
C6H5
* Trùng hợp anion:
Các nhóm thế hút electron như NO2, CN, … khi đính vào cacbon mang nối đôi
trong các olefin cũng làm phân cực hóa liên kết đôi nên các hợp chất này có thể tương
tác với các chất xúc tác có khả năng cho electron, tạo nên trung tâm hoạt động là
cacbanion dễ tham gia phản ứng trùng hợp.
Xúc tác có thể dùng khơi mào tạo cacbanion là các amiđua kim loại kiềm như
KNH2, NaNH2…hoặc hợp chất cơ kim như C2H5Na, C4H9Li, C4H9Na, (C6H5)3CK
hoặc kim loại kiềm như Li, Na, K, …
Cơ chế trùng hợp ion cũng xảy ra qua 3 giai đoạn.
- Kích động:
KNH2
NH2
CH2
CH
K
C 6 H5
NH2
H2NCH2
CH K
C6H5
- Phát triển:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 18 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
H2NCH2
CH K
CH2
CH
Khoa Công nghệ Hóa
H2NCH2
C 6H 5
C 6H 5
(n-1) CH2
H2N
CH2
C 6H 5
CH
C 6H 5
H 2N
CH2
CH
C 6H 5
-
CH
CH2
n
CH K
C 6H 5
CH K
C 6H 5
Đứt mạch:
CH2
CH
C6H5
CH2
n
CHK
H
NH2
H2N
C6H5
CH2
CH
C6H5
CH2
n
CH2 KNH2
C6H5
So với phương pháp trùng hợp gốc thì phương pháp trùng hợp xúc tác có năng
lượng cung cấp nhỏ, tạo ra phân tử có khối lượng phân tử lớn, đồng đều hơn. Mặt
khác, xúc tác tạo ra phức, hợp chất phức này sẽ cùng với monome bắt đầu tạo nên 1
hỗn hợp phối trí nên cấu hình của sản phẩm sẽ đồng nhất và cân đối.
2.2.3. Mối liên quan giữa cấu tạo phân tử monome và khả năng tạo polyme:
Động học trùng hợp của các monome khác nhau phụ thuộc vào cấu tạo của
chúng. Tốc đo trùng hợp phụ thuộc chủ yếu vào độ phân cực của phân tử monome.
Khi tăng độ phân cực của monome sẽ làm tăng khả năng phản ứng của nó và do đó
làm tăng tốc độ khơi mào trùng hợp. Ví dụ: etilen, buta – 1,3 – đien đều có monome
lưỡng cực bằng 0 nên khó trùng hợp; thực tế chúng trùng hợp được là do bị phân cực
nhờ ảnh hưởng của dung môi, chất khơi mào. Ngoài ra, độ phân cực còn chi phối trật
tự sắp xếp của mắt xích, nhóm nguyên tử, từng nguyên tử trong mạch.
Dẫn xuất thế của các hidrocacbon chưa no có nhóm hút hay đẩy electron đều làm
tăng độ phân cực phân tử nên nói chung đều dễ trùng hợp theo cả cơ chế gốc và cơ
chế ion.
Dẫn xuất thế càng đối xứng, trùng hợp càng khó và ngược lại dẫn xuất thế càng
bất đối xứng càng dễ trùng hợp.
Mặt khác, các gốc tự do tạo thành từ monome phân cực do liên hợp lại luôn luôn
kém hoạt động. Điều này được giải thích là hoạt tính của gốc tự do gây nên do sự có
mặt của electron độc thân khi electron không cặp đôi này liên hợp với các liên kết
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 19 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
khác, đám mây electron giảm đi và hoạt tính của gốc bị giảm. Vì vậy, các gốc tự do
hoạt động nhất được tạo thành từ monome không bị hoạt hóa bởi hiệu ứng liên hợp.
Hiệu ứng liên hợp trong monome càng nhỏ, khả năng phản ứng của gốc tạo thành
từ monome càng cao.
Ví dụ:
+ Monome vinyl axetat ít hoạt động, hiệu ứng liên hợp của nó gần bằng 0, sẽ cho
gốc tự do rất hoạt động.
R
CH2
CHOCOCH3
R
CH2
CH
OCOCH3
+ Monome stiren hoạt động lại cho gốc không hoạt động, vì:
R
CH2
CH
R
CH2
CH
Hơn nữa, cấu tạo của monome không những ảnh hưởng đến khả năng trùng hợp
của chúng và do đó đến tốc độ phản ứng mà còn ảnh hưởng đến cấu tạo mạch phân tử
polyme.
Một số dẫn xuất của anken chứa những nguyên tử hoặc nhóm thế có thể tích lớn,
ngoài yếu tố nhiệt động còn chủ yếu là yếu tố án ngữ không gian làm giảm khả năng
tham gia phản ứng trùng hợp, thậm chí có chất không thể trùng hợp được, như 1,1 –
điphenyletilen (C6H5)2C=CH2, tri và tetraphenyletilen, vinyliđen bromua CH2=CBr2,
vinyliđen iođua CH2=CI2, ngoại trừ CF2=CF2 tham gia trùng hợp được vì nguyên tử
flo có thể tích nhỏ gần giống nguyêb tử hidro.
2.2.4. Các biện pháp trùng hợp trong công nghiệp:
a) Trùng hợp khối:
Đó là phương pháp tiến hành trùng hợp polyme ở dạng ngưng tụ, không dùng
dung môi. Kết quả của phản ứng trùng hợp bằng phương pháp này là một khối polyme
rắn, đồng nhất, có hình dạng của bình tiến hành phản ứng. Người ta thường tiến hành
trùng hợp khối có các chất khơi mào là các peroxit hữu cơ và có thể tiến hành trùng
hợp nhiệt hoặc quang.
Phản ứng chỉ có mặt monome hoặc có thêm chất khơi mào (xúc tác). Sau quá
trình phản ứng, nguyên liệu khí (lỏng) tạo thành sản phẩm rắn (chất nóng chảy). Khi
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 20 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
sản phẩm rắn tạo ra càng nhiều, hiện tượng thoát nhiệt càng khó dần, dẫn đến quá
nhiệt cục bộ. Đồng thời, việc đưa polyme ra khỏi bình phản ứng và chế biến gặp nhiều
khó khăn. Vì vậy, sử dụng phương pháp này chỉ có lợi trong trường hợp polyme thu
được có thể đem ra sử dụng ngay mà không cần chế biến thêm nữa. Phương pháp này
chỉ được dùng trong trường hợp với một lượng nhỏ polyme, khống chế quá trình phản
ứng chậm lại, tuy nhiên như thế sẽ không kinh tế. Ví dụ: Tổng hợp trong các khuôn
đúc để định hình sản phẩm.
Ứng dụng: sản xuất thủy tinh hữu cơ, các sản phẩm đơn giản chỉ cần gia công cơ
khí như bánh răng,...
Về ưu điểm: Do chỉ có mặt của monome nên độ tinh khiết của sản phẩm cao.
Cho nên thường được dùng tạo polyme có độ trong suốt lớn, độ cách điện cao và có
thể cho phép tạo màu trực tiếp trong quá trình tổng hợp đồng thời tạo polyme để
nghiên cứu.
b) Trùng hợp nhũ tương:
Trùng hợp nhũ tương là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghiệp để sản xuất các loại polyme tổng hợp. Trùng hợp nhũ tương xảy ra với tốc độ
lớn ở nhiệt độ tương đối thấp, điều đó cho phép thu được polyme có phân tử khối
trung bình khá cao.
Khi trùng hợp, người ta dùng nước làm môi trường phân tán để tạo nhũ tương
chứa khoảng 30 – 60% monome, nhưng khả năng monome thường tạo nhũ tương
không bền, cho nên để ổn định chúng người ta cho thêm chất nhũ tương hóa để làm
tăng tính nhũ tương hóa của monome trong nước. Vai trò của chất nhũ tương hóa làm
giảm sức căng bề mặt phân chia giữa hai pha nước – monome, làm tăng khả năng hòa
tan của monome trong nước.
Monome không tan vào trong nước, chất khơi mào không tan vào monome, chỉ
tan vào nước. Để phân tán monome thành những giọt nhỏ và ổn định, người ta bổ sung
vào thiết bị chất nhũ hóa (xà phòng). Nhờ chất nhũ hóa thì các phân tử monome sẽ tồn
tại trong các mixen có thể dưới dạng hạt hoặc dưới dạng tấm. Phản ứng tạo ra polyme
xảy ra từ phía ngoài dần dần vào bên trong mixen, khi lượng polyme đủ lớn thì mixen
bị phá vỡ, sản phẩm kết tủa lắng xuống, chất nhũ hóa tiếp tục tạo ra mixen mới.
- Về ưu điểm:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 21 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
+ Vận tốc phản ứng tương đối lớn (xảy ra trong từng mixen)
+ Không có hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
+ Làm năng suất tổng hợp cao.
+ Rẻ, an toàn.
- Về nhược điểm:
+ Sản phẩm kém tinh khiết, sản phẩm chỉ dùng trong lĩnh vực dân dụng (không
dùng trong kĩ thuật).
+ Hiệu suất thấp.
c) Trùng hợp huyền phù:
Phản ứng trùng hợp huyền phù giống như trùng hợp nhũ tương nhưng thường
khuấy trộn monome với nước và chất ổn định là những polyme háo nước như
polyvinylancol (pVAl), tinh bột, oxit nhôm, gelatin, poliacrilic…
CH2
CH2
CH
OH
n
CH
COOH
n
- Về ưu điểm:
+ Xảy ra trong lòng “khối nhỏ”, không có hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
+ Rẻ, khối lượng phân tử lớn, đồng đều, năng suất lớn, hiệu suất tốt hơn biện
pháp nhũ tương.
- Về nhược điểm: Độ tinh khiết sản phẩm thấp nên ít dùng trong ngành kĩ thuật.
Tuy nhiên, phương pháp trùng hợp huyền phù cho sản phẩm tinh khiết hơn so với
phương pháp trùng hợp nhũ tương vì có thể tách polyme ra khỏi môi trường phân tán
bằng áp suất thấp.
d) Trùng hợp dung dịch:
Trùng hợp dung dịch có thể được tiến hành theo hai phương pháp. Phương pháp
thứ nhất gọi là phương pháp “vecni”, trong đó môi trường phản ứng là dung môi hòa
tan được cả monome lẫn polyme. Dung dịch polyme thu được gọi là “vecni” và cứ thế
mà dùng hoặc có thể tách polyme ra bằng cách làm kết tủa hoặc làm bay hơi dung
môi.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 22 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Dung môi được dùng ở phương pháp thứ nhất là các dung môi hữu cơ. Ví dụ:
xăng, hydrocacbon thơm, CCl4, axeton và rượu…Phản ứng xảy ra với từng phân tử
monome.
Theo phương pháp thứ hai, người ta tiến hành trùng hợp trong một chất lỏng chỉ
hòa tan monome mà không hòa tan polyme. Polyme tạo thành ở dạng rắn sẽ lắng dần
xuống và có thể tách ra bằng cách lọc.
- Ưu điểm:
+ Vận tốc phản ứng lớn, hiệu suất lớn, năng suất lớn.
+ Làm sạch dung môi dễ, độ tinh khiết sản phẩm cao.
+ Sản phẩm sử dụng cho ngành kĩ thuật.
+ Thu nhận sản phẩm trực tiếp dưới dạng sơn, keo hay hồ.
- Nhược điểm:
+ Giá thành cao;
+ Độc hại cho người, cho môi trường;
+ Dễ cháy nổ, không an toàn;
+ Đòi hỏi cấu tạo thiết bị phức tạp: kín, thổi khí trơ để giảm khả năng cháy nổ…
Trùng hợp xúc tác chủ yếu được tiến hành trong dung dịch.
e) Đồng trùng hợp:
- Định nghĩa: Đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp đồng thời hai hay nhiều
monome với nhau.
Đồng trùng hợp được ứng dụng nhiều trong thực tế vì làm thay đổi, cải thiện tính
chất cao phân tử theo mục đích sử dụng.
- Thành phần của sản phẩm có mặt các mắt xích của các monome A, B, C …
nhưng phân bố một cách ngẫu nhiên, càng lộn xộn càng dễ hòa tan.
mA + nB
–A – B – A…A…B – A – A – B – B – B – A…
m+n
- Một số polyme có cấu trúc đều đặn, dẫn đến xuất hiện nhược điểm không mong
muốn là cứng, khó nhuộm màu, dễ hòa tan… Tùy thuộc vào mục đích sử dụng polyme
mà người ta tiến hành trùng hợp các monome khác nhau với tỉ lệ khác nhau.
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 23 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
Ví dụ: PS chịu được nhiệt độ, giá thành rẻ, tuy nhiên có nhược điểm là dòn, khó
nhuộm màu. Để cải thiện giảm tính dòn, đồng trùng hợp PS với cao su butadien ta có
được cao su SBR:
nCH2
CH
CH
CH2 mCH2
CH
CH2
CH
CH
CH2
CH2
C6H5
CH
C6H5
2.3. Trùng hợp mở vòng:
Đó là một quá trình tạo polyme từ các dị vòng. Giống như trùng hợp mạch, có
thể nói quá trình chuyển hóa vòng thành polyme mạch thẳng không kèm theo việc
tách những hợp chất đơn giản và thành phần nguyên tố của polyme không khác với
thành phần nguyên tố của monome. (Lưu ý: Có thể bỏ qua các nhóm cuối mạch cuối
của polyme khi độ trùng hợp cao.)
Khác với các phương pháp tổng hợp polyme khác ở chỗ nó không làm thay đổi
cấu trúc electron của các liên kết hóa học và tổng số liên kết trong hệ. Trong quá trình
chuyển hóa vòng thành polyme mạch thẳng không xuất hiện những loại liên kết hóa
học mới. Trùng hợp vòng chỉ làm thay đổi thứ tự sắp xếp liên kết, còn bản chất liên
kết trong phân tử mạch thẳng tạo thành vẫn được giữ nguyên như trong các hợp chất
vòng ban đầu. Phản ứng trùng hợp vòng cũng là phản ứng thuận nghịch.
Dị vòng được trùng hợp nhờ các chất hoạt hóa. Các chất hoạt hóa thường dùng
để trùng hợp vòng là nước, kiềm, axit, … Chúng có tác dụng chọn lọc lên liên kết
cacbon – dị tố.
Chỉ những dị vòng “căng” – có năng lượng dạng mạch thẳng lớn hơn năng lượng
dạng mạch vòng, mới có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp, thông thường chỉ có
các vòng 3, 4 cạnh hay 8, 9 cạnh trở lên dễ phản ứng. Đối với những vòng 5, 6 cạnh
khó hơn (mở vòng khó).
Bên cạnh những phản ứng tạo polyme thì còn xảy ra hiện tượng đóng vòng.
Khác với trùng hợp chuỗi có thể điều chỉnh giá trị khối lượng phân tử của sản
phẩm polyme ở thời điểm nào đó của quá trình bằng thông số kĩ thuật hay cách thêm
một hợp chất đơn chức.
Đặc điểm:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 24 -
z
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
- Sản phẩm là polyme dị mạch.
- Phản ứng tỏa nhiệt, yếu tố nhiệt tạo điều kiện cho hiện tượng đóng vòng hay
thủy phân bởi chất hoạt hóa, làm khối lượng phân tử giảm. Vì vậy mà cần phải tạo
năng lượng để chất hoạt hóa tham gia phản ứng biến đổi vòng thành đơn hợp 2 chức.
Khi mạch đã phát triển cần tạo điều kiện thoát nhiệt để thu khối lượng phân tử lớn,
hiệu suất cao.
- Vận tốc phản ứng phụ thuộc nồng độ chất hoạt hóa, monome.
Một số polyme dị vòng
Monome
CH2
Polyme
CH2
O
CH2
CH2
CH2
CH2
O
CH2
CH2
S
CH2
CH2
NH
n
n
S
CH2
CH2
N
n
H
CH2
C
CH2
O
O
CH2
C
CH2
CH2
C
O
O
O
CH2
CH2
CH2
NH
3
CH2
n
C
N
O
H
n
Phản ứng chuyển hóa vòng thành polyme mạch thẳng hiện được sử dụng nhiều
trong công nghiệp để tổng hợp poli(etylen oxit), poli (propylen oxit), polietylenimin,
polipropilenimin, polisiloxan và nhiều polyme khác.
2.4. Trùng hợp từng bậc:
Trùng hợp từng bậc là những phản ứng giữa 2 đơn hợp mà chứa nhóm định chức
hoạt động, nhờ có sự chuyển dịch nguyên tử từ những hợp chất này tạo thành hợp chất
khác.
Đặc điểm:
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 25 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
+ Phản ứng có thể dừng ở một sản phẩm trung gian bất kì.
+ Có thể điều chỉnh khối lượng phân tử kích thước của mạch phân tử bằng một
hợp chất đơn chức. Thông thường dùng mono-ancol hay mono-amin.
Ví dụ: Quá trình trùng hợp Poli ure, Poli uretan...
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
Trang - 26 -
Bài giảng – Môn Hóa học polyme – Hệ CĐ
Khoa Công nghệ Hóa
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP POLYME BẰNG PHƯƠNG PHÁP
TRÙNG NGƯNG (ĐA TỤ).
Quá trình trùng ngưng chỉ có thể xảy ra khi các chất đầu có chứa ít nhất 2 nhóm
chức hoạt động (có khả năng phản ứng). Trong quá trình phát sinh ra sản phẩm phụ:
H2O, HX, CO2, NH3, ancol … (Chủ yếu xét sản phẩm phụ sinh ra là H2O.)
Mắt xích có thành phần là phần còn lại của các đơn hợp ban đầu. Trong thực tế
người ta sử dụng các hợp chất: điacid, điol, điamin hay các axit amin với một số nhóm
metylen khác nhau và sản phẩm là các poliamit hay polieste.
Tiến trình của phản trùng ngưng phụ thuộc vào cấu tạo hóa học, chất đầu và sản
phẩm thu được, vào tính chất vật lý của chúng, vào bản chất sản phẩm phụ và hằng số
tốc độ phản ứng.
3.1. Một số sản phẩm polyme đi từ phản ứng trùng ngưng:
3.1.1. Quá trình tạo ra polyamit:
H2N
(CH2)5
COOH
Với loại n= 5 dùng dệt nilông; còn n= 9,10 dùng làm sợi cước.
H2N
R
CO OH
R
H2N
CO OH
H 2O
H 2N
R
CO
NH
H2N
R
NH2
R'
HOOC
H2N
COOH
R
NH
R
NH
R
CO
'
R
CO
CO
...
n
CO
...
Chọn R, R’ để tạo ra các poliamit có nhiệt độ nóng chảy cao (tức là: các đơn
hợp tạo poliamit có nhiệt độ nóng chảy cao), mềm, co dãn, có khả năng thấm nước.
3.1.2. Quá trình tạo ra polyeste:
Sử dụng các oxi-axit, điol với điaxit.
HO
R
CO OH
HO
R
CO OH
H2O
HO
R
C
O
R
O
O
Võ Thị Mỹ Nga –Trường CĐ Công nghiệp Tuy Hòa
R
OH
R
CO
n
...
C
O
n
O
Trang - 27 -
