CHƯƠNG 4 POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIME

I. KHÁI NIỆM 

Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều đơn vị cơ sở (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nên.

Thí dụ: Polietilen: (-CH₂-CH₂-}_n, nilon-6: (-NH[CH₂]₅-CO-)_n.

Hệ số n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa, n càng lớn, phân tử khối của polime càng cao.

Các phân tử như: CH₂=CH₂, H₂N[CH₂]₅COOH,… phản ứng với nhau để tạo nên polime được gọi là monome.

Một số polime có tên riêng (tên thông thường). Thí dụ: teflon: (-CF₂-CF₂-)n; nilon-6: (-NH[CH₂]₅-CO-)_n, xenlulozơ: (C₆H₁₀O₅)_n.

Các polime được phân loại dựa theo nguồn gốc:

+ Polime tổng hợp được phân thành 2 loại: polime trùng hợp và polime trùng ngưng

+ Polime thiên nhiên

+ Polime bán tổng hợp

II. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC

Các mắt xích của polime có thể nối với nhau thành mạch không nhánh như amilozơ…, mạch phân nhánh như amilopectin, glicogen,… và mạch mạng không gian như cao su lưu hóa, nhựa bakelit.

III. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

Hầu hết polime là những 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 khi đun mà bị phân hủy, 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.

Nhiều polime có tính dẻo, một số có tính đàn hồi, một số có thể kéo thành sợi dai, bền. Có polime trong suốt mà không giòn. Nhiều polime có tính cách điện, cách nhiệt hoặc bán dẫn.

IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Polime có những phản ứng phân cắt mạch, giữ nguyên mạch và tăng mạch cacbon.

1. Phản ứng phân cắt mạch polime

Polime có nhóm chức trong mạch dễ bị thủy phân.

Polime trùng hợp bị nhiệt phân ở nhiệt độ thích hợp thành các đoạn ngắn, cuối cùng thành monome ban đầu, phản ứng này được gọi là phản ứng giải trùng hợp hay là phản ứng đepolime hóa.

Một số polime bị oxi hóa cắt mạch.

2. Phản ứng giữ nguyên mạch polime

Những polime có liên kết đôi trong mạch hoặc nhóm chức ngoại mạch có thể tham gia các phản ứng đặc trưng của liên kết đôi và của nhóm chức đó.

Phản ứng tăng mạch polime

Khi có điều kiện thích hợp (nhiệt độ, chất xúc tác,…), các mạch polime có thể nối với nhau thành mạch dài hơn hoặc thành mạng lưới, chẳng hạn như các phản ứng lưu hóa chuyển cao su thành cao su lưu hóa, chuyển nhựa rezol thành nhựa rezit,…

Trong công nghệ, phản ứng nối các mạch polime với nhau tạo thành mạng không gian được gọi là phản ứng khâu mạch polime.

V. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

Polime thường được điều chế theo hai loại phản ứng là trùng hợp và 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 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 CH₂=CH₂, CH₂=CHC₆H₅, CH₂=CH-CH=CH₂, … hoặc là vòng kém bền có thể mở ra như:

2. Phản ứng trùng ngưng

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 (thí dụ H₂O).

Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng ngưng là trong phân tử phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng. Thí dụ như các monome ở phản ứng trên là:

HOOC-C₆H₄-COOH; HO-CH₂-CH₂-OH

VI. ỨNG DỤNG

Polime có nhiều ứng dụng như làm các loại vật liệu polime phục vụ cho sản xuất và đời sống: Chất dẻo, tơ sợi, cao su, keo dán.