Tài liệu Polime, hợp chất cao phân tử

Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài 17.Polime và vật liệu polime Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - BÀI 17. POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIME TÀI LIỆU BÀI GIẢNG 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 vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nên. Ví dụ : Nilon-6 ( 2 6NH[CH ] CO ) n do các mắt xích 2 6-NH[CH ] CO- tạo nên, n được gọi là hệ số polime hoá hay độ polime hoá . 2. Phân loại Theo nguồn gốc: + polime thiên nhiên (có nguồn gốc từ thiên nhiên) như cao su, xenlulozơ,... ; + polime tổng hợp (do con người tổng hợp nên) như polietilen, nhựa phenol-fomanđehit,... + polime nhân tạo hay bán tổng hợp (do chế biến một phần polime trong thiên nhiên) như xenlulozơ trinitrat, tơ visco,... Theo cách tổng hợp, + polime trùng hợp (tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp). + polime trùng ngưng (tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng). 3. Danh pháp ( 2CH -CHCl ) n ; ( 2 2 2CH CH CH CH CH ) n 6 5 | C H poli(vinyl clorua) poli(butađien stiren) từ vinyl clorua tổng hợp được poli(vinyl clorua), poli(metyl metacrylat),... Một số polime có tên riêng (tên thông thường). Thí dụ : Teflon: ( 2 2 CF -CF ) n ; nilon-6 : ( 2 5NH- [CH ] -CO ) n xenlulozơ: (C6H10O5)n;.. II. TÍNH CHẤT 1. Tính chất vật lí - Chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định mà nóng chảy ở một khoảng nhiệt độ khá rộng. Khi nóng chảy, đa số polime cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy mà bị phân huỷ 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 cho dung dịch 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 chất hoá học Polime có thể tham gia phản ứng phân cắt mạch, giữ nguyên mạch và phát triển mạch polime. a) Phản ứng giữ nguyên mạch polime Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài 17.Polime và vật liệu polime Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - 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) bị thuỷ phân cho poli(vinyl ancol). ( 2CH CH ) ot n 3 nNaOH ( | OCOCH 2CH CH ) n 3CH COONa | 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 cacbon. Thí dụ : cao su tác dụng với HCl cho cao su hiđroclo hoá : C=C CH2 CH2 CH3 H n C C CH2 CH2 CH3 H Cl H n+ nHCl b) Phản ứng phân cắt mạch polime Tinh bột, xenlulozơ, protein, nilon,...bị thuỷ phân cắt mạch trong môi trường axit, polistiren bị nhiệt phân cho stiren, cao su bị nhiệt phân cho isopren,... Thí dụ: n + nH2O ( NH[CH2]5CO ) n H2N[CH2]5COOH t xt0, ot ,xt n + nH2O ( NH[CH2]5CO ) n H2N[CH2]5C OH t xt0, Polime trùng hợp bị nhiệt phân hay quang phân thành các đoạn nhỏ và cuối cùng là monome ban đầu, gọi là p.ứng giải trùng hợp hay đepolime hoá. c) Phản ứng khâu mạch polime Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hoá. Ở cao su lưu hoá, các mạch polime được nối với nhau bởi các cầu –S-S-. Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm –CH2– : III. ĐIỀU CHẾ POLIME 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: Phân tử phải có liên kết bội (như CH2=CH2, CH2=CHC6H5 , CH2= CH-CH=CH2) hoặc vòng kém bền như : Thí dụ : oxt,t ,p 2 | nCH CH ( Cl 2 | CH CH ) Cl n vinyl clorua (VC) poli(vinyl clorua) (PVC) caprolactam capron Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài 17.Polime và vật liệu polime Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - Người ta phân biệt phản ứng trùng hợp thường chỉ của một loại monome (như trên) và phản ứng đồng trùng hợp của một hỗn hợp monome. Thí dụ : oNa,t 2 2 2 | 56 nCH CH CH CH nCH CH C H ( 2 2 2 | 56 )CH CH CH CH CH CH C H n Poli(butađien-stiren) 2. Phản ứng trùng ngưng Khi đun nóng, các phân tử axit -aminocaproic kết hợp với nhau tạo ra policaproamit và giải phóng những phân tử nước: ot 2 2 5nH N[CH ] COOH ( 2 5NH[CH ] CO ) n 2nH O (1) axit -aminocaproic policaproamit (nilon-6) Khi đun nóng hỗn hợp axit terephtalic và etylen glicol, ta thu được poli(etylen terephtalat) đồng thời giải phóng những phân tử nước : ot 6 4 2 2nHOOC C H COOH nHO CH CH OH( 6 4 2 2CO C H CO O CH CH O ) n 22nH O axit terephtalic etylen glicol poli(etylen terephtalat) Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2O) 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 : HOCH2CH2OH và HOOCC6H4COOH ; H2N[CH2]6NH2 và HOOC[CH2]5COOH ; H2N[CH2]COOH ;… IV. VẬT LIỆU POLIME 1. Một số polime dùng làm chất dẻo a) Polietilen (PE) ot , p 2 2 xt nCH CH ( 2 2CH CH ) n b) Poli(vinyl clorua), (PVC) ot ,xt,p 2 2 n| | nCH CH CH CH Cl Cl c) Poli(metyl metacrylat) oxt,t 2 3 3 nCH C COOCH ( | CH 2CH C ) 3 n 3 CH | | COOCH d) Poli(phenol-fomanđehit) (PPF) PPF có 3 dạng : nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit. Nhựa novolac : Đem đun nóng hỗn hợp fomanđehit và phenol lấy dư, xúc tác axit được nhựa novolac (mạch không phân nhánh). Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài 17.Polime và vật liệu polime Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - Nhựa rezol : Đun nóng hỗn hợp phenol và fomanđehit theo tỉ lệ mol 1: 1,2 có xúc tác là kiềm ta được nhựa rezol (mạch không phân nhánh) Nhựa rezit : Khi đun nóng nhựa rezol ở nhiệt độ 1500C thu được nhựa có cấu trúc mạng lưới không gian gọi là nhựa rezit hay còn gọi là bakelit. 2. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp a) Tơ nilon-6,6 nNH2[CH2]6NH2 + nHOOC[CH2]4COOH ot ( 2 6 2 4NH[CH ] NHCO[CH ] CO ) n + 2nH2O poli(hexametylen ađipamit) (nilon-6,6) b) Tơ nitron (hay olon) Tơ nitron thuộc loại tơ vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (hay acrilonitrin) nên được gọi là poliacrilonitrin : nCH2= CH oxt,t CH2 - CH n CN CN acrilonitrin poliacrilonitrin c) Tơ lapsan Tơ lapsan thuộc loại tơ polieste được tổng hợp từ axit terephtalic và etylen glicol. Tơ lapsan rất bền về mặt cơ học, bền đối với nhiệt hơn nilon, bền với axit, với kiềm, được dùng để dệt vải may mặc. 3. Cao su a) Cao su thiên nhiên CH2 - C =CH-CH2 n n = 1500 – 15000 CH3 b) Cao su tổng hợp - Cao su buna oNa,t 2 2nCH CH CH CH ( 2 2CH CH CH CH )n - Cao su isopren CH2 - C =CH-CH2 n CH3 + Policloropren ( CH2 - CCl = CH - CH2 ) n + Polifloropren ( CH2 - CF = CH-CH2 ) n 4. Keo dán nHOOC - - COOH + nHOCH2-CH2OH ( OC - - COO-CH2-CH2O ) n + 2nH2O Khóa học LTĐH đảm bảo môn Hóa-Thầy Sơn Bài 17.Polime và vật liệu polime Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - Keo dán (keo dán tổng hợp hoặc keo dán tự nhiên) là loại vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất các vật liệu được kết dính. a) Keo dán epoxi b) Keo dán ure-fomanđehit Keo dán ure-fomanđehit được sản xuất từ poli(ure-fomanđehit). Poli(ure-fomanđehit) được điều chế từ ure và fomanđehit trong môi trường axit : nNH2 - CO- NH2 + nCH2O oH ,t nNH2 - CO - NH-CH2OH ure fomanđehit monometylolure oH ,t ( 2NH CO NH CH ) n 2nH O poli(ure-fomanđehit)c c) Nhựa vá săm d) Keo hồ tinh bột Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn Nguồn: Hocmai.vn