SGK Hóa Học 12 - Bàì 14: Vật liệu polime

Biết khái niệm về một số vật liệu polime : chất dẻo, cao su, tơ, vật liệu compozit và keo dán.
Biết thành phần, tính chất và ứng dụng của chúng.
I- CHẤT DẺO
Khái niệm về chất dẻo và vật liệu compozit
Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo: Tính dệo của vật liệu là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, của áp lực bên ngoài và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.
Khi trộn polime với chất độn thu được một vật liệu mới có tính chất của polime và chất độn, nhưng độ bền, độ chịu nhiệt,... của vật liệu tăng lên rất nhiều so với polime nguyên chất. Vật liệu mới đó được gọi là vật liệu compozit.
Vậy :	jompo/ ■	liệu hỗn gồm ít nhất hai thành phần phân
tán vào nhau mà không tan vào nhau.
Thành phần của vật liệu compozit gồm chất nền (polime) và chất độn, ngoài ra còn các chất phụ gia khác. Các chất nền có thể là nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn. Chất độn có thể là sợi (bông, đay, poliamit, amiăng,...), hoặc bột (silicat, bột nhẹ (CaCO3), bột tan (3MgO. 4SĨO2. 2HỌO)),...
Một số polime dùng làm chất dẻo
a) Polietilen (PE) : -TCH2-CH23^
PE là chất dẻo mềm, nóng chảy ở trên 110°C, có tính trơ tương đối của ankan mạch không nhánh, được dùng nhiều làm màng mỏng, vật liệu cách điện, bình chứa,...
c _
b) Poli(vinyl clorua) (PVC) : — CỊỈ2- CH
C1
PVC là chất rắn vô định hình, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu cách điện, ống dẫn nước, vải che mưa,...
c) Poli(inetyl metacrylat) :
CH3
f	I
ch2-c -
là chất rắn trong suốt, có khả
COOCH3'
năng cho ánh sáng truyền qua tốt (gần 90%) nên được dùng chế tạo thuỷ tinh hữu cơ plexiglas (xem tư liệu trang 74).
Poli(phenol-fomandehit) (PPF)
Poli(phenol-fomandehit) có ba dạng : nhựa novoỉac, nhựa rezol và nhựa rezit. Sơ đồ phản ứng đơn giản nhất điều chế nhựa novolac như sau :
OH	OH	OH
ancol o-hiđroxibenzylic	nhựa novolac
Nhựa novolac là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất bột ép, sơn.
Từ phenol và fomandehit có thề’ tổng hợp được nhựa rezol hoặc nhựa rezit có những đặc tính khác.
Khi lấy dư fomandehit và dùng xúc tác bazơ, thu được nhựa rezol. Đun nóng chảy nhựa rezol (> 140°C) sau đó để nguội, thu được nhựa rezit.
OH	OH	OH
CH2OH
■ OH	OH	OH
Một đoạn mạch phân tử nhựa rezit
Một đoạn mạch phân tử nhựa rezol
II-TO
Khái niệm
Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định.
Trong tơ, những phân tử polime có mạch không phân nhánh, sắp xếp song song với nhau. Polime này tương đối rắn ; tương đối bền với nhiệt và với các dung môi thông thường ; mềm, dai, không độc và có khả năng nhuộm màu.
Phân loại
Tơ được phân thành hai loại :
Tơ thiên nhiên (sẵn có trong thiên nhiên) như bông, len, tơ tằm.
Tơ hoá học (chế tạo bằng phương pháp hoá học).
Tơ hoá học lại được chia thành hai nhóm :
Tơ tổng hợp (chế tạo từ các polime tổng hợp) như các tơ poliamit (nilon, capron), tơ vinylic thế (vinilon, nitron,...).
Tơ bán tổng hợp hay tơ nhân tạo (xuất phát từ polime thiên nhiên nhưng được chế biến thêm bằng phương pháp hoá học) như tơ visco, tơ xenlulozơ axetat,...
Một số loại tơ tổng hợp thuòng gặp
Tơnilon-6,6
Tơ nilon - 6,6 thuộc loại tơ poliamit, được điều chế từ hexametylenđiamin NH2[CH2]6NH2 và axit adipic HOOC[CH2]4COOH : nH2N-[CH2]6-NH2 + nHOOC-[CH2]4-COOH —
-> -(-NH-[CH2]6-NHCO-[CH2]4-CO^ + 2nHoO
poli(hexametylen ađipamit) còn được gọi là 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 dùng để dệt vải may mặc, vải lót săm lốp xe, dệt bít tất, bện làm dây cáp, dây dù, đan lưới,...
b) Tơ nitron (hay olon)
Tơ nitron thuộc loại to vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (thường được gọi là acrilonitrin) :
f CH?-CH-ị- 1
CN
nCH2 = CH R0QR’’ t° I
CN
acrilonitrin
poliacrilonitrin
Tơ nitron dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt, nên thường được dùng để dệt vải may quần áo ấm hoặc bện thành sợi “len” đan áo rét.
Các loại tơ được cấu tạo từ các phân tử có liên kết amit thì không bền trong môi trường axit hoặc bazơ.
Ill	- CAO SU
Khái niệm
Cao su là loại vật liệu polime có tính đàn hồi.
Tính đàn hồi là tính bị biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng.
Hình 4.2. Lốp ô tô được chế tạo từ cao su
Phân loại
Có hai loại cao su: Cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp.
Cao su thiên nhiên
Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su. Cây cao su có tên khoa học là Hevea brasiliensis, có nguồn gốc từ Nam Mĩ, được trồng ở nhiều nơi trên thế giới và nhiều tỉnh ở nước ta.
Cấu tạo
300°C thu được isopren (CgHg). Vậy
với n ~ 1 500 - 15 000
Khi đun nóng cao su thiên nhiên tới 250 - cao su thiên nhiên là polime của isopren :
-^CH2-C = CH-CH24- I
CH,
Tính chất và ứng dụng
Cao su thiên nhiên có tính đàn hồi, không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol, axeton,... nhưng tan trong xăng, benzen.
Do có liên kết đôi trong phân tử, cao su thiên nhiên có thể tham gia các phản ứng cộng Họ, HC1, Clọ,... và đặc biệt khi tác dụng với lưu huỳnh cho cao su lưu hoá có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong các dung môi hơn cao su thường.
Bản chất của quá trình lưu hoá (đun nóng ở 150°C hỗn hợp cao su và lưu huỳnh với tỉ lệ khoảng 97 : 3 về khối lượng) là tạo ra cầu nối -S-S- giữa các mạch cao su thành mạng lưới (hình 4.3).
Hình 4.3. Sơ đồ lưu hoá cao su
Cao su tổng hợp
Cao su tổng hợp là loại vật liệu polime	'.su thiên nl thường được
điều chế từ cấc ankađien bằng phản ứng trùng hợp.
Có nhiều loại cao su tổng hợp, trong đó có một vài loại thông dụng sau đây :
Cao su buna
Cao su buna được sản xuất từ polibutađien thu được bằng phản ứng trùng hợp buta-l,3-đien có mặt Na :
nCH2 = CH-CH = CH2 — Đồng trùng hợp là sự trùng hợp của 2 hoặc nhiều loại monome khác nhau thành polime.
a—> -eCH2-CH = CH-CH2à;
t , p	n
buta-1,3-đien	polibuta-1,3-đien
Cao su buna có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên.
Cao su buna-S và buna-N
Khi đồng trùng hợp* buta-l,3-đien với stiren C6H5CH=CH2 có xúc tác Na được polime dùng để sản xuất cao su buna-S có tính đàn hồi cao. Tương tự như vậy, khi đồng trùng hợp buta-l,3-đien với acrilonitrin CH2=CH-CN có xúc tác Na được polime dùng sản xuất cao su buna-N có tính chống dầu khá cao.
- KEO DÁN TỔNG HỢP
Khái niệm
Keo dán là loại vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu rắn giống hoặc khác nhau mà không làm biêh đổi bản chất của các vật liệu được kết dính.
Bản chất của keo dán là có thể tạo ra màng hết sức mỏng, bền chắc giữa hai mánh vạt liệu. Lớp màng mỏng này phải bám chắc vào 2 mảnh vật liệu được dán.
Một số loại keo dán tổng họp thông dụng
Nhita vá săm
Nhựa vá săm là dung dịch đặc của cao su trong dung môi hữu cơ. Khi dùng phải làm sạch chỗ dán, bôi nhựa vào và để cho dung môi bay đi, sau đó dán lại.
Keo dán epoxi
Keo dán epoxi làm từ polime có chứa nhóm epoxi CH2 - CH -. Khi dùng cần
thêm chất đóng rắn để tạo polime mạng lưới, rắn lại và có độ bền, độ kết
dính cao. Vì vậy nó còn được gọi là keo dán hai thành phần. Keo dán epoxi dùng để dán các vật liệu kim loại, gỗ, thuỷ tinh, chất dẻo trong các ngành sản xuất ô tô, máy bay, xây dựng và trong đời sống hằng ngày.
Keo dán ure-fomanđehỉt
Keo dán ure-fomanđehit được sản xuất từ poli(ure-fomandehit). Poli(ure-fomandehit) được điều chế từ ure và fomandehit. nH2N-CO-NH2 +nCH2 = o xt,t° > -f HN-CO-NH-CH2^ + nH2O
Khi dùng keo ure-fomanđehit phải thêm chất đóng rắn loại axit để tạo polime mạng lưới, rắn lại, bền với dầu mỡ và một số dung môi thông dụng. Keo ure-fomanđehit dùng để dán các vật liệu bằng gỗ, chất dẻo.
BÀI TẬP
Kết luận nào sau đây không hoàn toàn đúng ?
Cao su là những polime có tính đàn hồi ;
Vật liệu compozit có thành phần chính là polime ; c. Nilon--6,6 thuộc loại tơ tổng hợp ;
D. Tơ tằm thuộc loại tơ thiên nhiên.
Tơ tằm và nilon-6,6 đều
có cùng phân tử khối.
thuộc loại tơ tổng hợp. c. thuộc loại tơ thiên nhiên.
D. chứa các loại nguyên tố giống nhau ở trong phân-tử.
a) Có những điểm gì giống nhau và khác nhau giữa các vật liệu polime : chất dẻo, tơ, cao su và keo dán ?
b) Phân biệt chất dẻo và vật liệu compozit.
Viết các phương trình hoá học của các phản ứng tổng hợp
PVC, poli(vinyl axetat) từetilen.
polibutađien và polime đồng trùng hợp giữa butađien và stiren từbutan và etylbenzen.
Phân tử khối trung bình của poli(hexametylen ađipamit) là 30 000, của cao su tự nhiên là 105 000.
Hãy tính số mắt xích (trị số n) gần đúng trong công thức phân tử của mỗi loại polime trên.
Cao su lưu hoá có 2% lưu huỳnh về khối lượng. Khoảng bao nhiêu mắt xích isopren có một cẩu đisuntua -S-S- ? Giả thiết rằng s đã thay thế cho H ở cẩu metylen trong mạch cao su.
Teflon có tên khoa học là polKtetrafloetilen) -fCF2 — CF2-)7f. Đó là loại polime nhiệt déo, có tính bền cao với các dung môi và hoá chất. Nó mềm dẻo trong khoảng nhiệt độ rộng từ -190°C đến +300°C, có độ bền kéo cao (245 - 315 kg/cm2), đặc biệt có hệ số ma sát rất nhỏ và độ bền nhiệt cao (tới 400°C mới bắt đầu thăng hoa), không nóng cháy, phân huỷ chậm. Teflon bền với môi trường hơn cả vàng và platin, không dẫn điện.
Do các đặc tính quý đó, teflon được dùng để chế tạo các chất dễ bị mài mòn mà không phái bôi mỡ (vì độ ma sát nhó), vó cách điện, tráng phủ lên chảo, nồi,... đế chống dính.
Teflon được sản xuất từ cloroíom qua các giai đoạn sau :
CHCI3 +-F/SbFs > CHF2CI 7ŨŨ°C > CF2=CF2 peoxit>4CF2-CF24n
Hình 4.4. Chảo không dính nhờ phủ một lớp teflon
THUỶTINH HỮU cơ - PLEXIGLAS
PolKmetyl metacrylat)
- ch2-c -
là loại chất nhiệt déo, rất bền,
CH3OOC
cứng, trong suốt, do đó được gọi là thuý tinh hữu cơ hay plexiglas. Plexiglas rất cứng và bền với nhiệt. Nó cũng bền với nước, axit, bazơ,'Xăng, ancol nhưng bị hoà tan trong benzen, đồng đẳng cúa benzen, este và xeton. Khi va chạm mạnh nó bị vỡ thành các hạt không có cạnh sắc. Plexiglas có độ truyền quang cao (gần 90%). Phân tứ khối cúa plexiglas có thế tới 5.1 o6. Plexiglas có khối lượng riêng nhó hơn thuỷ tinh silicat, dễ pha màu và dễ tạo dáng ở nhiệt độ cao.
Với những tính chất ưu việt như vậy, plexiglas được dùng làm kính máy bay, ô tô, kính trong các máy móc nghiên cứu, kính xây dựng, đồ dùng gia đình, trong y học dùng làm răng giả, xương giá, kính báo hiểm,... Nhiều cơ sớ vật liệu xây dựng coi thuý tinh hữu cơ là thuỷ tinh kim loại.
Nhiều nước sản xuất thuý tinh hữu cơ với những tên khác nhau : acripet (Nhật), điakon (Anh), implex (Mĩ), veđril (Ý), piacryl (Cộng hoà liên bang Đức).