Luyện thi Đại học Kit 1 - Môn Hóa: Polime và vật liệu polime (Tài liệu bài giảng)

Khóa học LTðH KIT-1: Môn Hóa học ( Thầy Phạm Ngọc Sơn) Polime và vật liệu polime POLIME VÀ VẬT LIỆU POLIME (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: PHẠM NGỌC SƠN ðây là tài liệu tóm lược các kiến thức ñi kèm với bài giảng “Polime và vật liệu polime” thuộc Khóa học LTðH KIT–1: Môn Hóa học (Thầy Phạm Ngọc Sơn) tại website Hocmai.vn. ðể có thể nắm vững kiến thức phần “Polime và vật liệu polime”, Bạn cần kết hợp xem tài liệu cùng với bài giảng này. I. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP 1. Khái niệm Polime là những hợp chất có phân tử khối rất lớn do nhiều ñơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nên. Ví dụ : Nilon-6 ( NH[CH2]6CO)n do các mắt xích -NH[CH2]6CO- tạo nên, n ñược gọi là hệ số polime hoá hay ñộ polime hoá. 2. Phân loại Theo nguồn gốc: + polime thiên nhiên (có nguồn gốc từ thiên nhiên) như cao su, xenlulozơ,... ; + polime tổng hợp (do con người tổng hợp nên) như polietilen, nhựa phenol-fomanñehit,... + polime nhân tạo hay bán tổng hợp (do chế biến một phần polime trong thiên nhiên) như xenlulozơ trinitrat, tơ visco,... Theo cách tổng hợp, + polime trùng hợp (tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp). + polime trùng ngưng (tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng). 3. Danh pháp ( CH2-CHCl)n ; ( CH2CH CH2 CH2 CH)n | C6H5 poli(vinyl clorua) poli(butañien stiren) Từ vinyl clorua tổng hợp ñược poli(vinyl clorua), poli(metyl metacrylat),... Một số polime có tên riêng (tên thông thường). Thí dụ : Teflon: ( CF -CF )n ; nilon-6 : ( NH- [CH2]5-CO )n xenlulozơ: (C6H10O5)n;.. II. TÍNH CHẤT 1. Tính chất vật lí - Chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt ñộ nóng chảy xác ñịnh mà nóng chảy ở một khoảng nhiệt ñộ khá rộng. Khi nóng chảy, ña số polime cho chất lỏng nhớt, ñể nguội sẽ rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy mà bị phân huỷ khi ñun nóng, gọi là chất nhiệt rắn. - ða số polime không tan trong các dung môi thông thường, một số tan ñược trong dung môi thích hợp cho dung dịch nhớt, thí dụ : cao su tan trong benzen, toluen,... - Nhiều polime có tính dẻo (polietilen, polipropilen,...), một số khác có tính ñàn hồi (cao su), số khác nữa có thể kéo ñược thành sợi dai bền (nilon-6, nilon-6,6,...). Có polime trong suốt mà không giòn như poli(metyl metacrylat). Nhiều polime có tính cách ñiện, cách nhiệt (polietilen, poli(vinyl clorua),...) hoặc có tính bán dẫn (poliaxetilen, polithiophen). 2. Tính chất hoá học Polime có thể tham gia phản ứng phân cắt mạch, giữ nguyên mạch và phát triển mạch polime. a) Phản ứng giữ nguyên mạch polime Các nhóm thế ñính vào mạch polime có thể tham gia phản ứng mà không làm thay ñổi mạch polime. Thí dụ : Poli(vinyl axetat) bị thuỷ phân cho poli(vinyl ancol). ( CH2 CH)n | OCOCH3 nNaOH ( CH2 CH)n CH3COONa | OH Những polime có liên kết ñôi trong mạch có thể tham gia phản ứng cộng vào liên kết ñôi mà không làm thay ñổi mạch cacbon. Thí dụ : cao su tác dụng với HCl cho cao su hiñroclo hoá : Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - Khóa học LTðH KIT-1: Môn Hóa học ( Thầy Phạm Ngọc Sơn) Polime và vật liệu polime CH2 CH2 C=C + nHCl CH3 H CH2 Cl CH2 C C CH3 H H b) Phản ứng phân cắt mạch polime Tinh bột, xenlulozơ, protein, nilon,...bị thuỷ phân cắt mạch trong môi trường axit, polistiren bị nhiệt phân cho stiren, cao su bị nhiệt phân cho isopren,... Thí dụ: ( NH[CH2]5CO )n + nH2O n H2N[CH2]5COOH Polime trùng hợp bị nhiệt phân hay quang phân thành các ñoạn nhỏ và cuối cùng là monome ban ñầu, gọi là p.ứng giải trùng hợp hay ñepolime hoá. c) Phản ứng khâu mạch polime Khi hấp nóng cao su thô với lưu huỳnh thì thu ñược cao su lưu hoá. Ở cao su lưu hoá, các mạch polime ñược nối với nhau bởi các cầu –S-S-. Khi ñun nóng nhựa rezol thu ñược nhựa rezit, trong ñó các mạch polime ñược khâu với nhau bởi các nhóm –CH2– : III. ðIỀU CHẾ POLIME 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 rất lớn (polime). ðiều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp: Phân tử phải có liên kết bội (như CH2=CH2, CH2=CHC6H5 , CH2= CH-CH=CH2) hoặc vòng kém bền như : Thí dụ : nCH2 CH ( CH2 CH )n Cl Cl vinyl clorua (VC) poli(vinyl clorua) (PVC) caprolactam capron Người ta phân biệt phản ứng trùng hợp thường chỉ của một loại monome (như trên) và phản ứng ñồng trùng hợp của một hỗn hợp monome. Thí dụ : nCH2 CHCH CH2 nCH2 CH C6H5 ( CH2 CH CHCH2 CH CH)n C6H5 Poli(butañien-stiren) 2. Phản ứng trùng ngưng Khi ñun nóng, các phân tử axit -aminocaproic kết hợp với nhau tạo ra policaproamit và giải phóng những phân tử nước: nH2N[CH2]5COOH ( NH[CH2]5CO )nnH2O (1) axit -aminocaproic policaproamit (nilon-6) Khi ñun nóng hỗn hợp axit terephtalic và etylen glicol, ta thu ñược poli(etylen terephtalat) ñồng thời giải phóng những phân tử nước : nHOOCC6H4 COOHnHOCH2 CH2 OH ( COC6H4 COOCH2 CH2 O)n 2nH2O axit terephtalic etylen glicol poli(etylen terephtalat) Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) ñồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2O) Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Khóa học LTðH KIT-1: Môn Hóa học ( Thầy Phạm Ngọc Sơn) Polime và vật liệu polime ðiều kiện cần ñể có phản ứng trùng ngưng : Các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng ñể tạo ñược liên kết với nhau. Thí dụ : HOCH2CH2OH và HOOCC6H4COOH ; H2N[CH2]6NH2 và HOOC[CH2]5COOH ; H2N[CH2]COOH ;… IV. VẬT LIỆU POLIME 1. Một số polime dùng làm chất dẻo a) Polietilen (PE) nCH2 CH2 (CH2 CH2 )n b) Poli(vinyl clorua), (PVC) nCH2 CH CH2 CH n Cl Cl c) Poli(metyl metacrylat) CH3 | nCH2 CCOOCH3 ( CH2 C )n | | CH3 COOCH3 d) Poli(phenol-fomanñehit) (PPF) PPF có 3 dạng : nhựa novolac, nhựa rezol, nhựa rezit. Nhựa novolac : ðem ñun nóng hỗn hợp fomanñehit và phenol lấy dư, xúc tác axit ñược nhựa novolac (mạch không phân nhánh). Nhựa rezol : ðun nóng hỗn hợp phenol và fomanñehit theo tỉ lệ mol 1: 1,2 có xúc tác là kiềm ta ñược nhựa rezol (mạch không phân nhánh) Nhựa rezit : Khi ñun nóng nhựa rezol ở nhiệt ñộ 1500C thu ñược nhựa có cấu trúc mạng lưới không gian gọi là nhựa rezit hay còn gọi là bakelit. 2. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp a) Tơ nilon-6,6 nNH2[CH2]6NH2 + nHOOC[CH2]4COOH ( NH[CH2]6NHCO[CH2]4CO)n + 2nH2O poli(hexametylen añipamit) (nilon-6,6) b) Tơ nitron (hay olon) Tơ nitron thuộc loại tơ vinylic ñược tổng hợp từ vinyl xianua (hay acrilonitrin) nên ñược gọi là poliacrilonitrin : nCH2= CH CN acrilonitrin c) Tơ lapsan CH2 - CH n CN poliacrilonitrin nHOOC - - COOH + nHOCH2-CH2OH OC - - COO-CH2-CH2O ) n + 2nH2O Tơ lapsan thuộc loại tơ polieste ñược tổng hợp từ axit terephtalic và etylen glicol. Tơ lapsan rất bền về mặt cơ học, bền ñối với nhiệt hơn nilon, bền với axit, với kiềm, ñược dùng ñể dệt vải may mặc. 3. Cao su a) Cao su thiên nhiên CH2 - C =CH-CH2 n n = 1500 – 15000 CH3 b) Cao su tổng hợp - Cao su buna nCH2 CHCH CH2 ( CH2 CH CHCH2 ) Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - Khóa học LTðH KIT-1: Môn Hóa học ( Thầy Phạm Ngọc Sơn) Polime và vật liệu polime - Cao su isopren CH2 - C =CH-CH2 n CH3 + Policloropren ( CH2 - CCl = CH - CH2 )n + Polifloropren ( CH2 - CF = CH-CH2 )n 4. Keo dán Keo dán (keo dán tổng hợp hoặc keo dán tự nhiên) là loại vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu giống nhau hoặc khác nhau mà không làm biến ñổi bản chất các vật liệu ñược kết dính. a) Keo dán epoxi b) Keo dán ure-fomanñehit Keo dán ure-fomanñehit ñược sản xuất từ poli(ure-fomanñehit). Poli(ure-fomanñehit) ñược ñiều chế từ ure và fomanñehit trong môi trường axit : nNH2 - CO- NH2 + nCH2O nNH2 - CO - NH-CH2OH ure fomanñehit monometylolure c) Nhựa vá săm. d) Keo hồ tinh bột. (NHCONHCH2 )n nH2O poli(ure-fomanñehit) Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn Nguồn: Hocmai.vn Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng ñài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - ... - tailieumienphi.vn