bai tap hoa 12NC

Chương 4 POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIME

ĐẠI CƯƠNG VỀ POLIME
I- KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP
1. Khái niệm
Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vò nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.
Thí dụ :
Polietilen ( CH
2
- CH
2
)
n
do các mắt xích – CH
2
– CH
2
– liên kết với nhau.
Nilon – 6 ( NH - [CH
2
]
5
- CO )
n
do các mắt xích - NH - [CH
2
]
5
- CO - tạo nên.
n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa. Polime thường là hỗn hợp của các phân tử có hệ số polime hóa
khácnhau, vì vậy đôi khi người ta còn dùng khái niệm hóa trung bình, n càng lớn, phân tử khối của polime càng cao. Các

phân tử tạo nên từng mắt xích của polime (thí dụ : CH
2
= CH
2
) được gọi là monome.
2 . Phân loại
Ngừơi ta có thể phân loại polime theo những cách sau đây:
Theo nguồn gốc, ta phân biệt polime thiên nhiên ( có nguồn gốc từ thiên nhiên như cao su, xelulozơ,...; polime tổng
hợp (do con người tổng hợp nên) như polietilen, nhựa phenol-fomanđehit,... và polime nhân tạo hay bán tổng hợp (do chế
hóa một phần polime thiên nhiên) như xenlulozơ trinitrat, tơ visco,...
Theo cách tổng hợp, ta phân biệt polime trùng hợp (tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp) và polime trùng ngưng (tổng
hợp bằng phản ứng trùng ngưng)
Thí dụ :
( CH
2
- CH
2
)
n
và ( CH
2
- CHCl )
n
là các polime trùng hợp.
( HN-[CH
2
]
6
-NH - CO -[CH
2

]
4
- CO )
n
là các polime trùng ngưng.
Theo cấu trúc
3 . Danh pháp
Tên của các polime được cấu tạo bằng cách ghép từ poli trước tên monome.
Thí dụ : ( CH
2
- CH
2
)
n
là polietilen và ( C
6
H
10
O
5
)
n
là polisaccarit,...
Nếu tên monome gồm 2 từ trở lên hoặc từ hai monome tạo nên polime thì tên monome phải để trong ngoặc đơn.
Thí dụ :
( CH
2
- CHCl )
n
; ( CH

2
- CH = CH - CH
2
- CH
2
- CH

)
n
C
6
H
5
poli(vinyl clorua) poli(butien - stiren)
Một số polime có tên riêng (tên thông thường)
Thí dụ :
( CF
2
- CF
2
)
n
: Teflon ; ( NH - [CH
2
]
5
- CO )
n
nilon - 6 ; (C
6

H
10
O
5
)
n
: xenlulozơ ;...
II- CẤU TRÚC
1. Các dạng cấu trúc polime
Các mắc xích của polime có thể nối với nhau thành mạch không nhánh như amilozơ (hình 4.1a),...mạch phân nhánh
như amilopectin, glicogen (hình 4.1b),... và mạng không gian như nhựa bakelit, cao su lưu hóa (hình 4.1c),...

a)
b)
c)

Hình 4.1. Các kiểu mạch polime
Bài 16
(mỗi hình tròn đỏ tương tự một mắt xích monome,
mỗi hình tròn xanh tượng trưng cho nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử làm cầu nối)
2. Cấu tạo điều hòa và không điều hòa
- Nếu các mắc xích trong mạch polime nối với nhau theo một trất tự nhất đònh, chẳng hạn theo kiểu “đầøu nối với
đuôi”, người ta nói polime có cấu tạo điều hòa.
Thí dụ :

-CH
2
-CH-CH
2
-CH-CH

2
-CH-CH
2
-CH-CH
2
-CH-
Cl
Cl Cl Cl
Cl
- Nếu các mắc xích trong mạch polime nối với nhau không theo một trất tự nhất đònh, chẳng hạn chỗ thì kiểu “đầøu
nối với đầøu”, chỗ thì “đầøu nối với đuôi”, người ta nói polime có cấu tạo không điều hòa.
Thí dụ :

-CH
2
-CH-CH
2
-CH-CH
2
-CH-CH-CH
2
-CH
2
-CH-
Cl
Cl Cl Cl
Cl
II- TÍNH CHẤT
1. Tính chát vật lí
Hầu hết các polime là những chấ rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác đònh mà nóng chảy ở một

khoảng nhiệt độ khá rộng. Đa số polime khi nóng chảy, cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại chúng được gọi là chất
nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy mà bò phân hủy khi đun nóng, gọi là chất nhiệt rắn.
Đa số polime không tan trong các dung môi thông thường, một số tan được trong dung môi thích hợp tạo ra dung dòch
nhớt, thí dụ : cao su tan trong benzen, toluen,...
Nhiều polime có tính dẻo (polietilen, polipropilen,...), một số khác có tính đàn hồi (cao su),số khác nữa có thể kéo
được thành sợi dai bền (nilon-6, nilon-6,6,..).Có polime trong suốt mà không giòn như poli(metyl metacrylat).Nhiều
polime có tính cách điện, cách nhiệt (polietilen, poli(vinyl clorua),...) hoặc có tính bán dẫn (poliaxetilen, polithiophen).
2. Tính chát hóa học
Polime có thể tham gia phản ứng giữ nguyên mạch, phân cắt mạch và khâu mạch.
a) Phản ứng giữ nguyên mạch
Các nhóm thế đính vào mạch polime có thể tham gia phản ứng mà không làm thay đổi mạch polime .
Thí dụ Poli( vinyl axetat ) bò thủy phân cho poli( vinyl ancol)
( CH
2
- CH )
n
+ nNaOH
 →
0
t
( CH
2
- CH )
n
+ nCH
3
COONa
OCOCH
3
OH

Những polime có liên kết đôi trong mạch có thể tham gia phản ứng cộng vào liên kết đôi mà không làm thay đổi
mạch polime .
Thí dụ Cao su tác dụng với HCl cho cao su hiđroclo hóa:

C = C
CH
2
CH
3
CH
2
H
n
CH
2
CH
3
H
n
C - C
H
2
C Cl
nHCl
H
b) Phản ứng phân cắt mạch polime
Tinh bột, xelulozơ, protein, nilon,...bò thủy phân cách mạch trong môi trường axit, polistiren bò nhiệt phân cho stiren,
caosu thiên nhiên bò nhiệt phân cho isopren,...
Thí dụ
( NH - [CH

2
]
5
- CO )
n
+ nH
2
O
 →
xtt ,
0
nH
2
N - [CH
2
]
5
- COOH
Polime trùng hợp bò nhiệt phân hay quang phân thành các đọan nhỏ và cuối cùng là monome ban đầu, gọi là phản
ứng giải trùng hợp hay đepolime hóa.
c) Phản ứng khâu mạch polime
Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hóa. Ở cao su lưu hóa, các mạch polime được nối với
nhau bởi các cầu nối - S-S -.Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau
bởi các nhóm - CH
2
- :

OH
CH
2

OH
OH
OH
OH
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
n
nH
2
O
150
0
C
rezol rezit
Polime khâu mạch có cấu trúc mạng không gian do đó trở nên khó nóng chảy, khó tan và bền hơn so với polime
chưa khâu mạch.
IV- ĐIỀU CHẾ
Có thể điều chế polime bằng phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng.
1. Phản ứng trùng hợp
Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome), giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử rất lớn
(polime )
Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp là trong phân tử phải có liên kết bội (như CH

2
=
CH
2
, CH
2
= CHC
6
H
5
, CH
2
= CH – CH = CH
2
) hoặc là vòng kém bền như :

CH
2
- CH
2
O
CH
2
- CHCH
2
Cl
O

CH
2

- CH
2
- C = O
CH
2
- CH
2
- NH
H
2
C
,...
Thí dụ : nCH
2
= CHCl
 →
ptxt ,,
0
( CH
2
- CHCl )
n

vinyl clorua(VC) poli(vinyl clorua)(PVC)


CH
2
- CH
2

- C = O
CH
2
- CH
2
- NH
H
2
C
xt,t
0
NH[CO
2
]
5
CO

( )
n
n
caprolactam capron
Người ta phân biệt phản ứng trùng hợp tthường (chỉ của một loại monome như trên) và phản ứng đồng trùng hợp
của một hỗn hợp monome.
Thí dụ :
nCH
2
= CH – CH = CH
2
+ nCH
2

= CH
 →
ptxt ,,
0
( CH
2
- CH = CH - CH
2
- CH
2
- CH )
n
C
6
H
5
C
6
H
5

Poli(butien – stiren)
2. Phản ứng trùng ngưng
Khi đun nóng, các phân tử axit ε - amino axit kết hợp với nhau tạo ra policaproamit và giải phóng những phân tử
nước :
nH
2
N - [CH
2
]

5
- COOH
 →
0
t
( NH - [CH
2
]
5
- CO )
n
+ nH
2
O
axit ε - aminocaproic policaproamit(nilon -6)
Khi đun nóng hỗn hợp axit terephtaric và etylen glycol, ta thu được một poli este gọi là poli(etylen – terephtarat)
đồng thời giải phóng những phân tử nước :
n(p - HOOC- C
6
H
4
- COOH) + nHO - CH
2
- CH
2
- OH
 →
0
t
axit terephtaric etylen glycol

( CO - C
6
H
4
- CO - O -CH
2
-CH
2
- O )
n
+ 2nH
2
O
poli(etylen - terephtarat)
Các phản ứng trên được gọi là phản ứng trùng ngưng.
Vậy : Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome)thành phân tử rất lớn (polime) đồng thời giải
phóng những phân tử nhỏ khác (như H
2
O,...)
Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng : Các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm
chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau.
Thí dụ :
HOCH
2
CH
2
OH và HOOCC
6
H
4

COOH ; H
2
N[CH
2
]
6
NH
2
và HOOC[CH
2
]
5
COOH ; H
2
N[CH
2
]
5
COOH ;….
Bài
16
VẬT LIỆU POLIME
I- CHẤT DẺO
1. Khái niệm
Nếu hơ nóng một số đồ dùng bằng nhựa như thước, vỏ bút bi,... và uốn cong đi, rồi để nguội thì chúng vẫn giữ
nguyên dạng uốn cong đó. Nếu uốn cong một thanh kim loại, tự nó khônn thẳng lại được. Tính chất đó được gọi là tíng
dẻo.
Vậy : Tính dẻo là tính khi bò biến dạng khi chòu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên được sự
biến dạng đ1o khi thôi tác dụng.
Chất dẻo là những vật liệu polime có túnh dẻo.

Thành phần cơ bản của chất dẻo là polime . Ngoài racòn c1o các thành phần phụ thêm: chất hóa dẻo, chất độn để
tăng khối lượng của chất dẻo, chất màu, chất ổn đònh,...
2. Một số polime dùng làm chất dẻo
a) Polietilen (PE)
nCH
2
= CH
2

 →
xtpt ,,
0
( CH
2
- CH
2
)
n

PE là chất dẻo mềm, nóng chảy ở nhiệt độ lớn hơn 110
0
C, có tính trơ tương đối của ankan mạch dài, dùng làm
màng mỏng, bình chứa, túi đựng,...
b) Poli(vinyl cloru) (PVC)
nCH
2
= CHCl
 →
xtpt ,,
0

( CH
2
- CHCl )
n

PVC là chất vô đònh hình, cách điện tốt, bền với axit, dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, vải che mưa, da giả,..


ng dẫn được làm từ PVC
c) Poli(metyl metacrylat)
Poli(metyl metacrylat) được điều ché từ metyl metacrylat bằng phản ứng trùng hợp :

nCH = C - COOCH
3
CH
3
CH -C
COOCH
3
CH
3
n
xt,t
0
-
Poli(metyl metacrylat) có đặc tính trong suốt cho ánh sáng truyền qua tốt (trên 90%) nên được dùng để chế tạo
thủy tinh hữu cơ plexiglas
d) Poli(phenol - fomanđehit) (PPF)
PPF có 3 dạng : nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit.
Nhựa novolac : Đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư với xúc tác axit được nhựa novolac (mạch không

phân nhánh)


OH
CH
2
OH
OHCH
2
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH

Nhựa novolac là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất vecni, sơn,...
Nhựa rezol : Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1 : 1,2 với xúc tác là kiềm ta được nhựa rezol
(mạch không phân nhánh), nhưng có một số nhóm –CH
2
OH còn tự do ở vò trí số 4 hoặc 2 của nhân phenol :


OH
CH
2
CH

2
CH
2
OH OH
...
CH
2
OH
CH
2
OH
HOCH
2
HO


Nhựa rezol là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ trong nhiều dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất sơn, keo và nhựa rezit,..
Nhựa rezit : Khi đun nóng nhựa rezol ở nhiệt độ 150
0
C thu được nhựa có cấu trúc mạng lưới không giangọi là nhựa
rezit hay còn gọi là bakelit. Nhựa rezit không nóng chảy, không tan trong nhiều dung môi hữu cơ. Để chế tọa đồ vật, người
ta trộn với phụ gia ngay trong khuôn rồi đun nóng đến 150
0
C. Khi nguội sẽ thu được đồ vật với hình dạng đònh sẵn. Bằng
cách đó người ta chế tạo ra được các vỏ máy, các dụng cụ cách điện,...
3. Khái niệm về vật liệu compozit
Khi tổ hợp polime với cấht độn thích hợp có thể thu được một vật liệu mới có tính chất của polime và của chất độn,
nhưng độ bền, độ chòu nhiệt,... của vật liệu tăng lên rất nhiều so với polime thành phần. Vật liệu đó gọi là vật liệu
compozit.
Vật liệu compozit là vật liệu gồm polime làm nhựa nền tổ hợp với các vật liệu vô cớ và hữu cơ khác.

Thành phần của vật liệu compozit gồm chất nền là polime và chất độn, ngoài racòn có các chất phụ gia khác. Chất
độn phân tán vào chất nền nhưng chúng không hòa tan vào nhau.
Các chất nền có thể là nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn. Chất độn có thể là chất sợi (bông, đay, sợi poliamit,
amiăng, sợi thủy tinh,...) hoặc chất bột (silicat, bột nhẹ (CaCO
3
), bột “tan” (3MgO.4SiO
2
.2H
2
O)),...
Trong vật liệu compozit, polime và chất độn tương hợp tốt với nhau làm tăng tính rắn, bền, chòu nhiệt của vật liệu.
II- TƠ
1. Khái niệm
Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất đònh
Trong tơ, những phân tử polime có mạch không phân nhánh sếp song song với nhau. Polime đó phải rắn, tương đối
bền với nhiệt, với các dung môi thông thường, mềm, dai, không độc và có khả năng nhuộm màu.
2.Phân loại
Tơ được chia làm 2 loại :
a) Tơ thiên nhiên (sẵn có trong thiên nhiên) như bông, len, tơ tằm.
b) Tơ hóa học (chế tạo bằng phương pháp hóa học): được chia làm 2 nhóm
- Tơ tổng hợp (chế tạo từ các polime tổng hợp) như các tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic (vinilon).
- Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo ( xuất phát từ polime thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng phương pháp
hóa học) như tớ visco, tơ xenlulozơ axetat,...
3. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp
a) Tơ nilon-6,6
Tơ nilon-6,6 thuộc loại tơ poliamit vì các mắt xích nối với nhau bằng các nhóm amit -CO-NH-. Nilon-6,6 được
điều chế từ hexametylen điamin H
2
N[CH
2

]
6
NH
2
và axit ipit (axit hexanđioc) :
n H
2
N[CH
2
]
6
NH
2
+ nHOOC[CH
2
]
4
COOH
 →
0
t
( HN[CH
2
]
6
NHOC[CH
2
]
4
CO )

n
+ 2nH
2
O
poli(hexametylen-ipamit)(nilon-6,6)
Tơ nilon-6,6 có tính dai bền, mềm mại óng mượt, ít thấm nước, giặt mau khô nhưng kém bền với nhiệt, với axit và
kiềm.
Tơ nilon-6,6 cũng như nhiều loại tơ poliamit khác được dùng để dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất,
bện làm dây cáp, dây dù, d0an lưới,...
b) Tơ lapsan
Tơ lapsan thuộc loại tơ polieste được tổng hợp từ axit terephtalic và etylenglycol. Tơ lapsan rất bền về mặt cơ
học, bền đới với nhiệt, axit, kiềm hơn nilon, được dùng đề dệt vải may mặc.
c) Tơ nitron (hay olon)
Tơ nitron thuộc loại tơ vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (hay acrilonitrin) nên được gọi poliacrilonitrin :
nCH
2
= CHCN
 →
xtpt ,,
0
( CH
2
- CHCN )
n

acrilonitrin poliacrilonitrin
Tơ nitron dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt nên thường được dùng để dệt vải may quần áo hoặc bện thành sợi
“len” đan áo rét.
III- CAO SU