Như chúng ta đã biết Polymer xuất hiện rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta. Chúng được dùng để chế tạo nhiều loại vật dụng xung quanh cuộc sống ví dụ như: Nhựa PVC, tiền, ghế, chai lọ,… Vậy polime là gì? Tính chất vật lý hóa học của polime? Ứng dụng của Polime là gì? Cách điều chế Polime?
1. Định nghĩa Khái niệm polime là gì?
polyme polyme tốt là hợp chất có phân tử khối rất lớn, được tạo thành từ nhiều mắt xích liên kết với nhau. Các chuỗi polyme được kết nối với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị – hai hay nhiều phân tử sẽ liên kết với nhau, tạo thành các cặp electron. Các hợp chất polymer được tạo thành từ các phân tử nhỏ hơn, được gọi là monome.
Danh pháp hoặc đặt tên:
Poli + tên monome.
Nếu tên monome gồm hai từ trở lên hoặc hai monome tạo nên polyme thì tên polyme được đặt trong ngoặc đơn.
Cái ví ví dụ về hợp chất polime:
Polyetylen (–CH2–CH2–)n thì –CH2–CH2– là liên kết; n là hệ số trùng hợp. Chỉ số n gọi là hệ số trùng hợp, mức độ trùng hợp càng cao thì phân tử khối của polime càng cao.
2. Tính chất vật lý:
Polyme chủ yếu tồn tại ở thể rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy xác định (khoảng nhiệt độ khá rộng). Khi nóng chảy, hầu hết các polyme tạo ra chất lỏng nhớt, đông đặc lại khi được làm lạnh và được gọi là nhựa nhiệt dẻo. Một số polime khác không nóng chảy khi đun nóng mà phân hủy ngay, gọi là chất rắn nhiệt.
Hầu hết các polyme không hòa tan trong nước hoặc dung môi thông thường. Một vài hợp chất polyme hòa tan trong dung môi phù hợp với dung dịch nhớt, ví dụ như polybutadien hòa tan trong benzen.
Ngoài ra polyme còn có một số tính chất vật lý như
– Tính dẻo: polyetylen, polypropylen,
– Độ đàn hồi: cao su,..
– Dai, có khả năng kéo sợi: nylon -6, nylon -7,..
– Màu trong suốt, không giòn: poly(metyl metacryit).
– Cách điện, cách nhiệt tốt: polyetylen, poly (vinyl clorua).
– Tính chất bán dẫn: polyetylen, polythiophene.
3. Cách phân loại polyme:
Thực tế hợp chất polime có rất nhiều trong đời sống, do tính chất phức tạp của hợp chất nên có nhiều tiêu chí để phân chia như:
3.1. Dựa vào nguồn gốc:
Polyme được chia thành ba loại chính:
đầu tiên, Polyme có nguồn gốc từ thiên nhiên. Ví dụ: xenlulozơ, tinh bột, cao su thiên nhiên,…
Thứ hai, Polyme tổng hợp nhân tạo. Ví dụ: Polyelen, Poli(vinyl clorua, polyetylen (nhựa PE)…
Thứ ba, Polyester bán tổng hợp (polyme nhân tạo). Đây là hợp chất được lấy từ tự nhiên, sau đó được con người chế tạo thành hợp chất cao phân tử mới. Ví dụ: tơ visco, tơ axetat,..
Polyme có nhiều trong tự nhiên, ví dụ điển hình là các chất hóa học cơ bản như DNA và RNA. Ngoài ra còn có các loại polymer tự nhiên quen thuộc khác xung quanh chúng ta như tơ tằm, tóc, móng tay, móng chân, xenlulozo, protein… Ngoài ra chúng còn có nguồn gốc từ khí thiên nhiên hay than đá, dầu mỏ. thô
3.2. Dựa vào phương pháp tổng hợp:
Polyme được tổng hợp theo hai cách:
đầu tiên, trùng hợp là quá trình nối nhiều phân tử nhỏ giống nhau hoặc tương tự nhau thành một phân tử rất lớn. Điều kiện cần để monome cấu tạo tham gia phản ứng trùng hợp là phân tử phải có nhiều liên kết hoặc nhiều vòng không bền có thể mở được.
+ Nhiều liên kết
Ví dụ: CH2=CH2, CH2=CH–C6H5
+ Vòng kém bền
Ví dụ: nCH2=CH-CH=CH2 → (–CH2-CH=CH-CH2–) n
Thứ hạng hai, Phản ứng trùng ngưng là quá trình nối nhiều phân tử nhỏ thành phân tử rất lớn, đồng thời giải phóng các phân tử nhỏ khác (H2O…). Nói cách khác, phản ứng trùng hợp là quá trình ngưng tụ nhiều phân tử nhỏ thành phân tử lớn. Để phản ứng này xảy ra thì monome tham gia phản ứng phải có ít nhất 2 nhóm chức có khả năng tạo liên kết.
Ví dụ:
– n H-NH – ( CH2 ) 5 – CO-OH → ( – NH – ( CH2 ) 5 – CO – ) n + nH2O
– n p-HO-CO-C6H4-CO-OH + n H-OCH2-CH2O-H → ( – CO-C6H4-CO-OCH2-CH2O – ) n + 2 nH2O
Thứ hạng bố, phản ứng trùng hợp là quá trình các monome kết hợp với nhau để tạo thành một monome chính bằng phản ứng cộng (điều kiện là ít nhất một trong hai chất phải có liên kết đôi). Sau đó các monome mới tạo ra sẽ tích hợp với nhau để tạo ra một polyme hoàn hảo
3.3. Dựa vào cấu tạo:
đầu tiên, Các loại cấu trúc chuỗi polymer
Mạch không phân nhánh. Ví dụ: amyloza, polyetylen, v.v.
Mạch phân nhánh. Ví dụ: glycogen…
Mạch mạng. Ví dụ: nhựa bakelite, cao su lưu hóa,…
Thứ haicấu trúc có điều hòa và không điều hòa
thi công điều hòa: các link được nối với nhau theo một thứ tự nhất định. Ví dụ:
Kết cấu không điều hòa: các liên kết không được kết nối theo một thứ tự nhất định. Ví dụ:
4. Tính chất hóa học:
Polime có thể tham gia ba phản ứng sau:
đầu tiên, phản ứng phân cắt. Các polyme có nhóm chức trong mạch dễ bị thủy phân. Polyme trùng hợp sẽ được nhiệt phân ở một nhiệt độ nhất định để tạo ra các phân đoạn ngắn, cuối cùng sẽ tạo thành monome ba đầu. Quá trình nhiệt phân polyme thành monome được gọi là quá trình khử polyme hoặc khử trùng hợp. Một số polyme bị oxi hóa cắt mạch chẳng hạn :((-NH[CH_{2}]_{5}CO-)_{n}+ nH_{2}O mũi tên phải nH_{2}N[CH_{2}]_{5}COOH)
Thứ hạng haiphản ứng giữ mạch. Các polyme có liên kết đôi trong chuỗi hoặc các nhóm chức ngoài chuỗi có thể tham gia trực tiếp vào các phản ứng liên kết đôi điển hình. Ví dụ: (C_{2n}H_{3}nCl_{n} + xCl_{2}mũi tên phải C_{2n}H_{3n-x}Cl_{n+x} + xHCl)
Thứ ba, đáp ứng xung. Ở điều kiện thích hợp (nhiệt độ, chất xúc tác..), các mạch polyme có thể liên kết với nhau tạo thành mạch dài hơn hoặc tạo thành mạng lưới, như phản ứng lưu hóa chuyển cao su thành cao su lưu hóa, phản ứng chuyển nhựa rezol thành nhựa resite… Trong công nghệ, phản ứng nối các mạch polime lại với nhau tạo thành mạng lưới không gian gọi là phản ứng nối ngang polime. Ví dụ: Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu được cao su lưu hoá. Trong cao su lưu hóa, các chuỗi polyme được nối với nhau bằng các cầu nối −S−S−. Đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu lại với nhau bằng các nhóm (-CH_{2}-)
5. Ứng dụng của polime trong đời sống và sản xuất:
Trong đời sống, polyme đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như dệt may, văn phòng phẩm, nhựa, vật liệu xây dựng,… Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy một số ứng dụng phổ biến. thích nhất:
5.1. nhựa:
Nhựa là một loại vật liệu dẻo, được làm từ polyme. Ngoài ra chúng còn được cấu tạo từ một số chất khác như: Chất hóa dẻo (tăng độ dẻo, thuận tiện cho quá trình gia công sản phẩm), chất độn (tăng độ bền cơ học, tăng khả năng chịu nước, chịu nhiệt), chất phụ gia (tạo màu, tạo mùi, tăng độ bền cho sản phẩm). môi trường). Chất dẻo có nhiều ưu điểm như nhẹ, bền, cách điện, cách nhiệt, dễ gia công, nhiều màu sắc… Hiện nay, chất dẻo đã thay thế kim loại, sành sứ, thủy tinh trong nhiều lĩnh vực.
5.2. Lụa:
Tơ là những polyme tự nhiên hoặc tổng hợp có cấu trúc mạch thẳng, có thể dễ dàng kéo thành sợi.
Dựa vào nguồn gốc và quy trình sản xuất, tơ tằm được phân thành tơ thiên nhiên (như tơ tằm, sợi bông, sợi đay) và tơ hóa học – được chế biến từ polime thiên nhiên hoặc các chất đơn giản. Tuy nhiên, lụa hóa học được ưa chuộng hơn lụa tự nhiên vì có nhiều ưu điểm như bền, đẹp, dễ giặt, nhanh khô…
5.3. Cao su:
Cao su là một loại polymer tự nhiên hoặc tổng hợp có đặc tính đàn hồi. Cao su được chia thành hai loại chính là cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Cao su được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế như sản xuất lốp xe, bọc dây điện, áo mưa, đồ lặn, v.v.
6. Lợi ích và tác hại của polime đối với môi trường và cách ứng phó của nhà nước ta:
Vật liệu polyme có mặt trong mọi lĩnh vực của đời sống. Theo số liệu năm 1996, mức tiêu thụ vật liệu polyme trung bình ở các nước công nghiệp phát triển là khoảng 100 kg/năm và ở các nước đang phát triển là từ 1 đến 10 kg/năm. Sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu polyme cũng đi kèm với các vấn đề về môi trường: Lượng chất thải từ vật liệu polyme ngày càng nhiều. Các dạng phế thải từ nhựa nhiệt dẻo như polyetylen, polypropylen, polystyren, polyvinyl clorua, polymetylmetacrylat và các sản phẩm từ cao su có tác động nặng nề đến môi trường do chúng tồn tại lâu trong đất và khó phân hủy. Nếu bị chôn vùi, nó tiêu tốn đất và gây ô nhiễm nước và đất. Nếu dùng phương pháp đốt thì vừa tốn kém, vừa gây ô nhiễm môi trường do khói, bụi, làm suy giảm tầng ozon và sinh ra các chất hữu cơ độc hại khó phân hủy (Persistent Organic Pollutant – POP). Nếu dùng phương pháp tái sinh cũng thu được sản phẩm có chất lượng không cao mà giá thành cũng không thấp. Có nhiều cách phân loại polyme bị phân hủy do môi trường nhưng cách phân loại phổ biến nhất hiện nay là chia polyme bị phân hủy do môi trường thành polyme bị phân hủy do vi sinh vật và do các tác dụng hóa lý như quang hóa. hoặc phản ứng hóa học. Mặt khác, do sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, con người có khả năng nghiên cứu cải biến, kết hợp để tạo ra những sản phẩm, vật liệu mới ưu việt hơn về tính năng phục vụ đời sống con người với công nghệ ít hơn hoặc thân thiện với môi trường.
Trong thời gian gần đây, ở một số nước châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ, việc nghiên cứu và sử dụng các loại polyme dễ phân hủy do môi trường phát triển rất mạnh. Tại Việt Nam, nhận thức được tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường, Chính phủ Việt Nam đã thực hiện hàng loạt các biện pháp nhằm bảo vệ môi trường. Tháng 6 năm 1991, Kế hoạch quốc gia về môi trường và phát triển bền vững giai đoạn 1991 – 2000 đã được Chính phủ phê duyệt. Tháng 6 năm 1998, Bộ Chính trị Đảng Cộng sản Việt Nam ban hành Chỉ thị 36-CT/TƯ nhằm bảo vệ môi trường Luật môi trường được ban hành năm 1994. Ngoài ra, Việt Nam đã tham gia hàng loạt các Công ước quốc tế về môi trường. Liên quan đến việc sử dụng vật liệu polyme, các cơ quan hữu quan đã phát động phong trào giảm sử dụng túi ni lông. Tuy nhiên, vấn đề nghiên cứu và sử dụng polyme dễ phân hủy do môi trường mới được đặt ra trong thời gian gần đây, hiện nay ở Việt Nam đã có một số cơ sở nghiên cứu như Viện Hóa học Công nghiệp. (Tập đoàn Hóa chất Việt Nam, Bộ Công nghiệp), Trung tâm Nghiên cứu Polyme (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đã tiến hành nghiên cứu về polyme bị phân hủy do môi trường và thu được một số kết quả bước đầu. .
