Vật liệu polimer

Chất dẻo là gì?

Vật liệu polymer có tính dẻo

Tính dẻo là gì?

Tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ nguyên biến dạng khi thôi tác dụng

Thành phần của chất dẻo

Polymer + chất phụ gia (chất hóa dẻo, chất độn, chất tạo màu, chất ổn định…)

Polyethylene (PE): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH₂–)ₙ; trùng hợp ethylene CH₂=CH₂

Ứng dụng của PE

Túi nilon, màng bọc thực phẩm, chai lọ, vật liệu cách điện

Polypropylene (PP): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH(CH₃)–)ₙ; trùng hợp propylene CH₂=CH–CH₃

Ứng dụng của PP

Hộp đựng thực phẩm, chai lọ, sợi dệt bao bì

Poly(vinyl chloride) (PVC): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CHCl–)ₙ; trùng hợp vinyl chloride CH₂=CHCl

Ứng dụng của PVC

Ống dẫn nước, vật liệu cách điện, áo mưa, da giả

Polystyrene (PS): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH(C₆H₅)–)ₙ; trùng hợp styrene CH₂=CH–C₆H₅

Ứng dụng của PS

Hộp xốp, cốc dùng một lần, vật liệu cách nhiệt

Poly(methyl methacrylate) (PMMA): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–C(CH₃)(COOCH₃)–)ₙ; trùng hợp methyl methacrylate CH₂=C(CH₃)–COOCH₃

Tên gọi khác, tính chất và ứng dụng của PMMA

Thủy tinh hữu cơ (plexiglas); trong suốt, cho ánh sáng truyền qua tốt, bền; làm kính ô tô, kính máy bay, kính bảo hiểm, răng giả

Poly(phenol formaldehyde) (PPF): cấu tạo và cách điều chế

Các vòng phenol –C₆H₃(OH)– nối với nhau qua cầu –CH₂–; trùng ngưng phenol C₆H₅OH và formaldehyde HCHO

Ba dạng nhựa PPF

Novolac (mạch không phân nhánh), rezol (mạch phân nhánh), rezit (mạng không gian)

Nhựa rezit (bakelite)

Dạng PPF có cấu trúc mạng không gian, không nóng chảy, cách điện; dùng làm vỏ thiết bị điện

Teflon (PTFE): CTCT và cách điều chế

(–CF₂–CF₂–)ₙ; trùng hợp tetrafluoroethylene CF₂=CF₂

Tính chất và ứng dụng của teflon

Bền với nhiệt và hóa chất, không dính; làm lớp chống dính chảo, nồi

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu tổ hợp từ 2 thành phần trở lên: vật liệu nền và vật liệu cốt, có tính chất vượt trội so với từng thành phần

Vật liệu nền và vật liệu cốt trong composite

Nền: thường là polymer (nhựa); cốt: dạng sợi (sợi thủy tinh, sợi carbon) hoặc dạng hạt (bột đá, bột gỗ)

Ứng dụng của vật liệu composite

Vỏ máy bay, tàu thuyền, ô tô, dụng cụ thể thao, vật liệu xây dựng

Tơ là gì?

Vật liệu polymer hình sợi dài và mảnh, có độ bền nhất định

Phân loại tơ

Tơ thiên nhiên (bông, len, tơ tằm) và tơ hóa học (gồm tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp)

Ví dụ tơ tổng hợp

Nylon-6,6, capron, nitron (olon), lapsan

Ví dụ tơ bán tổng hợp (nhân tạo)

Tơ visco, tơ cellulose acetate

Tơ nylon-6,6: CTCT

(–NH–[CH₂]₆–NH–CO–[CH₂]₄–CO–)ₙ

Tơ nylon-6,6: cách điều chế

Trùng ngưng hexamethylenediamine H₂N–[CH₂]₆–NH₂ và adipic acid HOOC–[CH₂]₄–COOH

Tính chất của tơ nylon-6,6

Tơ polyamide; dai, bền, mềm mại, óng mượt, ít thấm nước

Vì sao tơ nylon-6,6 kém bền với acid và base?

Nhóm amide –CO–NH– trong mạch dễ bị thủy phân

Tơ capron (nylon-6): CTCT

(–NH–[CH₂]₅–CO–)ₙ

Tơ capron: cách điều chế và ứng dụng

Trùng hợp mở vòng caprolactam (hoặc trùng ngưng H₂N–[CH₂]₅–COOH); dệt vải, làm lưới đánh cá, dây dù

Tơ nitron (olon): CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH(CN)–)ₙ; trùng hợp acrylonitrile CH₂=CH–CN

Tính chất và ứng dụng của tơ nitron

Dai, bền với nhiệt, giữ nhiệt tốt; dệt vải may quần áo ấm, bện thành sợi len

Tơ lapsan (PET): CTCT

(–O–CH₂–CH₂–O–CO–C₆H₄–CO–)ₙ

Tơ lapsan: cách điều chế và ứng dụng

Tơ polyester; trùng ngưng ethylene glycol HO–CH₂–CH₂–OH và terephthalic acid HOOC–C₆H₄–COOH; dệt vải may mặc, làm chai nhựa

Tơ cellulose acetate: cách điều chế

Cellulose [C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ tác dụng với acetic anhydride (CH₃CO)₂O

Bản chất của tơ tằm và len

Protein, mạch chứa nhóm –CO–NH–; kém bền với acid, base và nhiệt độ cao

Bản chất của bông

Cellulose [C₆H₇O₂(OH)₃]ₙ

Tơ thuộc loại polyamide

Nylon-6,6, capron, tơ tằm, len (có nhóm –CO–NH– trong mạch)

Cao su là gì?

Vật liệu polymer có tính đàn hồi

Tính đàn hồi là gì?

Tính bị biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng

Cao su thiên nhiên: CTCT

(–CH₂–C(CH₃)=CH–CH₂–)ₙ: polyisoprene, cấu hình cis

Cao su thiên nhiên: nguồn gốc và monomer

Lấy từ mủ cây cao su; monomer là isoprene CH₂=C(CH₃)–CH=CH₂

Tính chất của cao su thiên nhiên

Đàn hồi, không dẫn điện và nhiệt, không thấm khí và nước; không tan trong nước, tan trong xăng, benzene

Lưu hóa cao su là gì?

Đun nóng cao su với lưu huỳnh, tạo cầu nối –S–S– giữa các mạch, thành cấu trúc mạng không gian

Ưu điểm của cao su lưu hóa

Đàn hồi tốt hơn, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong dung môi hơn cao su thường

Cao su buna: CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH=CH–CH₂–)ₙ; trùng hợp buta-1,3-diene CH₂=CH–CH=CH₂ (xúc tác Na)

Cao su buna-S: CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH=CH–CH₂–CH₂–CH(C₆H₅)–)ₙ; đồng trùng hợp buta-1,3-diene và styrene CH₂=CH–C₆H₅

Cao su buna-N: CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CH=CH–CH₂–CH₂–CH(CN)–)ₙ; đồng trùng hợp buta-1,3-diene và acrylonitrile CH₂=CH–CN

Ưu điểm của cao su buna-N

Bền với dầu mỡ

Cao su chloroprene: CTCT và cách điều chế

(–CH₂–CCl=CH–CH₂–)ₙ; trùng hợp chloroprene CH₂=CCl–CH=CH₂

Ưu điểm của cao su chloroprene

Bền với dầu mỡ, chịu nhiệt tốt

Keo dán là gì?

Vật liệu có khả năng kết dính hai bề mặt vật liệu rắn với nhau mà không làm biến đổi bản chất của chúng

Nhựa vá săm

Dung dịch cao su trong dung môi hữu cơ (như xăng, benzene)

Keo dán epoxy

Polymer có chứa nhóm epoxy (vòng 3 cạnh C–C–O); dán kim loại, gỗ, gốm, thủy tinh, chất dẻo

Keo dán poly(urea-formaldehyde): CTCT và cách điều chế

(–NH–CO–NH–CH₂–)ₙ; trùng ngưng urea H₂N–CO–NH₂ và formaldehyde HCHO

Ứng dụng của keo poly(urea-formaldehyde)

Dán gỗ, sản xuất gỗ ép

Keo dán tự nhiên

Hồ tinh bột (dán giấy), nhựa thông

Nhựa phân hủy sinh học PLA: CTCT và nguồn gốc

(–O–CH(CH₃)–CO–)ₙ: poly(lactic acid), điều chế từ lactic acid CH₃–CH(OH)–COOH

Tác hại của rác thải nhựa

Khó phân hủy, gây ô nhiễm đất, nước, đại dương; vi nhựa ảnh hưởng sức khỏe sinh vật và con người

Giải pháp giảm rác thải nhựa

Giảm sử dụng, tái sử dụng, tái chế (3R); dùng nhựa phân hủy sinh học như PLA

Polymer dùng làm chất dẻo

PE, PP, PVC, PS, PMMA, PPF, teflon

Polymer dùng làm cao su

Cao su thiên nhiên, cao su buna, buna-S, buna-N, chloroprene