SGK Hóa Học 12 - Bài 13: Đại cương về polime

Ị
Chương J HHWI
1 VÀ VẠT MỆr POLIMi;
ũ Một số vấn đề chung về polime: khái niệm, phân loại, cấu trúc.
ca Các phản ứng tổng hợp polime. ca Một số khái niệm chung về vật liệu polime: chất dẻo, cao su, tơ sợi, keo dán.
Tơ lụa là những vật liệu polime
ĐẠI CƯONG VÉ POLIME
Biết khái niệm, phân loại, đặc điểm cấu tạo và tính chất của polime.
Hiểu thế nào là phản ứng trùng hợp và trùng ngưng.
I- KHÁI NIỆM
Polime là những hợp chất cố) phán tử khối rất lớn do nhiều đơn vị cơ sớ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nân.
Thí dụ : Polietilen : -£CH2-CH2Ạn, nilon-6 : -bNH[CH2]5-CO^. Hệ số n được gọi là hệ số polime hoá hay độ poỉime hoá, n càng lớn, phân tử khối của polime càng cao. Các phân tử như : CHỌ=CH2, H2N[CH2]5COOH,... phản ứng với nhau .để tạo nên polime được gọi là monome.
- Tên của polime được cấu tạo bằng cách ỉliép từ poll trước tên monome. Nếu tên của monome gồm 2 cụm từ trở lên thì tên đó được đật trong dấu ngoặc đơn. Thí dụ : polietilen : -bCH2-CH2^ ; poli(vinyl clorua) : -(■CHọ-CHClẠn.
Một số polime có tên riêng (tên thông thường). Thí dụ : teflon : -(-CF9-CF2^’ nilon-6 : ~CNH-[CH2]5-CO^-, xenlulozơ : (C6H10O5)n.
Hình 4.1. Các kiểu mạch polime
- Các polime được phân loại dựa theo nguồn gốc : Polime tổng hợp (do con người tổng hợp, thí dụ polietilen), polime thiên nhiên (polime có sẩn trong thiên nhiên, z/í/ dụ tinh bột) và polime bán tổng hợp (polime thiên nhiên được chế biến một phần, thí dụ tơ visco). Các polime tổng hợp lại được phân loại theo phương pháp tổng hợp : Polime trùng hợp (được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp, thí dụ polipropilen) và polime trùng ngưng (được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng, thí dụ nilon-6,6).
- ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC
Các mắt xích của polime có thể nối với nhau thành mạch không nhánh (hình 4.la) như amilozơ..., mạch phân nhánh (hình 4.1b) như amilopectin, glicogen,... và mạch mạng không gian (hình 4.1c) như cao su lưu hoá, nhựa bakelit,...
Ill	- TÍNH CHẤT VẬT LÍ
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 huỷ, 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 : polibutađien tan trong benzen,...
Nhiều polime có tính dẻo (polietilen, polipropilen,...), một số có tính đàn hồi (polibutađien, poliisopren,...), một số có thể kéo thành sợi dai, bền (nilon-6, xenlulozo,...). Có polime trong suốt mà không giòn (poli(metyl metacrylat))s Nhiều polime có tính cách điện, cách nhiệt (polietilen, poli(vinyl clorua),...) hoặc bán dẫn (polianilin, polithiophen,...).
- TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Polime có những phản ứng phân cắt mạch, giữ nguyên mạch và tăng mạch cacbon.
Phàn úng phân cắt mạch polime
Polime có nhóm chức trong mạch dễ bị thuỷ phân,, thí dụ như tinh bột, xenlulozo bị thuỷ phân thành glucozo ; poliamit, polipeptit bị thuỷ phân thành amino axit,...
Polime trùng hợp bị nhiệt phân ở nhiệt độ thích hợp thành các đoạn ngắn, cuối cùng thành monome ban đầu. Phản ứng nhiệt phân polime thành các monome được gọi là phản ứng giải trùng hợp hay là phản ứng đepolime hoá. Thí dụ :
> nCH = CH2
c6h5
stiren
--ch-ch2V 300°c>
Jn
polistiren
Một số polime bị oxi hoá cắt mạch
Phàn úng 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 trung của liên kết đối và của nhóm chức đó. Thí dụ :
C1
4CH2-CH = C-CH2 V + nHCl
ch3 yn
poliisopren
I
> 4ch9-ch9-c-ch9V
CH3
poliisopren hiđroclo hoá
Phản úng tăng mạch polime
Khi có điều kiện thích hợp (nhiệt độ, chất xúc tác,...), các mạch polime có thê nối với nhau thành mạch dài hơn hoặc thành mạng lưới, chẳng hạn như các phản ứng lưu hoá chuyển cao su thành cao su lưu hoá, chuyển nhựa rezol thành nhựa rezit,... Thí dụ :
ch2oh
OH
Trong công nghệ, phản ứng nối các mạch polime với nhau tạo thành mạng không gian được gọi là phán ứng kháu mạch polime.
- PHUONG PHÁP ĐIỂU CHÊ
Polime thường được điều chế theo hai loại phản ứng là trùng hợp và trùng ngưng.
Phàn úng trùng hợp
Trong những điều kiện thích hợp, các hợp chất có liên kết đôi như CHỌ=CHỌ, CH2=CH-CỈ,... kết hợp với nhau tạo ra polime là -(-CHọ-CHọẠ^-, -^CH2-CHC1^-,... Các phản ứng này thuộc loại phản ứng trùng hợp. Vậy :
Trùng hợp là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) giống nhau hay tương tự nhau thành phân tử lớn (polime).
-CH2,
Thí dụ
Điểu kiện cũn về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp là trong phàn tu' phai có lien két bộ như CH2=CH2, CHọ=CHC6H5, CH2=CH-CH=CH2,...
hoặc là vòng kém bền có thể mở ra như CH2
nCH2 = CH I
C1
vinyl clorua
xt’t0’p+ 4ch2-ch^
1
Cl
poli(vinyl clorua)
Phàn úng trùng ngung
Khi đun nóng, các phân tử axit £-aminocaproic kết hợp với nhau tạo ra policaproamit và giải phóng những phân tử nước.
Khi đun nóng hỗn hợp axit terephtalic và etylen glicol, thu được poli(etylen terephtalat) đồng thời giải phóng những phân tử nước :
n HOOC-C6H4-COOH + nHOCH2~CH2OH — axit terephtalic	etylen glicol
—> -4 CO - C6H4 - co - OC2H4 - o	+ 2nH2O
poli(etylen terephtalat)
Các phản ứng trên thuộc loại phản ứng trùng ngưng. Vậy :
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 TTO).
Nói cách khác, đó là quá trình ngưng tụ nhiều phân tử nhỏ thành phân tử lớn.
Điêu 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
- 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 (xem bài 14).
BÀI TẬP
Cho các polime : polietilen, xenlulozo, polipeptit, tinh bột, nilon-6, nilon-6,6, polibutađìen. Dãy các polime tổng hợp là
polietilen, xenlulozơ, nilon-6, nilon-6,6.
polietilen, polibutađien, nilon-6, nilon-6,6. c. polietilen, tinh bột, nilon-6, nilon-6,6.
D. polietilen, nilon-6,6, xenlulozo.
Polime nào sau đây được tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp ?
Poli(vinyl clorua) ;
Polisaccarit; c. Protein ;
D. Nilon-6,6.
Phân biệt sự trùng hợp và trùng ngưng về các mặt : phản ứng, mohome và phân tử khối của polime so với monome. Lấy thí dụ minh hoạ.
Gọi tên các phản ứng và viết phương trình hoá học của phản ứng polime hoá các monome sau :
CH3-CH=CH2 ;
CH2=CCI-CH=CH2 ;
CH2=C(CH3)-CH=CH2 ;
CH2OH-CH2OH và m-C6H4(COOH)2 (axit isophtalic) ;
NH2-[CH2]10COOH.
Từ các sản phẩm hoá dầu (C6H6 và CH2=CH2) có thể tổng hợp được polistiren, chất được dùng sản xuất nhựa trao đổi ion. Hãy viết các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra (có thể dùng thêm các hợp chất vô cơ cần thiết).
Hệ số polime hoá là gì ? Có thể xác định chính xác hệ số polime hoá được không ? Tính hệ số polime hoá của PE, PVC và xenlulozơ, biết rằng phân tử khối trung bình của chúng lần lượt là 420 000, 250 000 và 1 620 000.
PHÁN ÚNG TRÙNG - CỘNG HỢP
Phán ứng trùng - cộng hợp là một trong các phản ứng điều chế polime. Phản ứng trùng - cộng hợp là phản ứng cộng hợp liên tiếp các monome lại với nhau thành polime.
Thí dụ :
nO=C=N-R1-N=C=O + nHO-R2-OH ->-{• C-NH-R1-NH-C-0-R2-0 4- II	IJ	n
0	O
điisoxianat	điancol	poliuretan
nCH=C-R1-C=CH + nH-Si(R2)2-H -> -4 CH=CH-R1-CH=CH-Si(R2)2 ankađiin	điankylsilan	poli(ankađiin-điankylsilan)
Điều kiện cần là các monome phái có hai nhóm chức cộng hợp được với nhau.
Polime trùng - cộng hợp có nhiều ứng dụng làm chất déo xốp, cao su, pha sơn, keo dán.