Chương 8: Vật liệu polyme

Vật liệu polyme là loại vật liệu có tốc độ tăng trưởng rất nhanh trong những năm gần đây, được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt, kỹ thuật và chiếm một tỷ lệ ngày càng cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 8: Vật liệu polyme 304 vËt liÖu polymeCh¬ng 8 VËt liÖu polyme lµ lo¹i vËt liÖu cã tèc ®é ph¸t triÓn rÊt nhanh trong nh÷ngn¨m gÇn ®©y (sau ®¹i chiÕn II), ®îc sö dông réng r∙i trong sinh ho¹t còng nhtrong kü thuËt, chiÕm tû lÖ ngµy mét cao. Kh¸c víi c¸c vËt liÖu truyÒn thèng (kimlo¹i, ceramic), vËt liÖu polyme cã søc c¹nh tranh lín nhê c¸c ®Æc tÝnh nhÑ, rÎ, dÔt¹o h×nh, t¹o mµu s¾c... Râ rµng lµ vËt liÖu nµy ®ãng vai trß ngµy mét quan träng,nh mét sè nhµ khoa häc ®∙ cho r»ng hiÖn loµi ngêi b¾t ®Çu vµo thêi kú vËt liÖupolyme. Së dÜ cã tªn gäi nh vËy lµ do nã ®îc t¹o thµnh chñ yÕu tõ polyme (nhãmchÊt h÷u c¬ tæng hîp), do vËy cßn cã tªn lµ h÷u c¬. Mét tªn kh¸c còng kh¸ th«ngdông lµ chÊt dÎo (plastics) lµ gäi theo nhãm chiÕm tû lÖ chñ yÕu trong lo¹i nµy.Polyme ®Çu tiªn mµ loµi ngêi biÕt lµ lo¹i cã nguån gèc tù nhiªn, tõ thùc, ®éng vËt(gç, cao su, b«ng len, da, t¬ vµ ngay c¶ protein, enzim, tinh bét, xenlul«). TrongthÕ kû 20 loµi ngêi ®∙ tæng hîp ®îc polyme víi gi¸ rÎ vµ cã c¸c tÝnh chÊt u viÖth¬n polyme tù nhiªn, ®∙ më ra sù ph¸t triÓn nh¶y vät cho lo¹i vËt liÖu nµy. Cã thÓ ®Þnh nghÜa polyme nh sau: Polyme lµ mét hîp chÊt gåm c¸c ph©ntö ®îc h×nh thµnh do sù lÆp l¹i nhiÒu lÇn cña mét lo¹i hay nhiÒu lo¹i nguyªn töhay mét nhãm nguyªn tö (®¬n vÞ cÊu t¹o monome) liªn kÕt víi nhau víi sè lîngkh¸ lín ®Ó t¹o nªn mét lo¹t c¸c tÝnh chÊt mµ chóng thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ khi lÊy®i hoÆc thªm vµo mét vµi ®¬n vÞ cÊu t¹o. Còng gièng nh kim lo¹i vµ ceramic, c¸c tÝnh chÊt cña polyme còng phôthuéc vµo cÊu tróc. §Ó lµm râ mèi liªn quan nµy sÏ lÇn lît tr×nh bµy nh÷ng ®Æc®iÓm vÒ cÊu tróc ph©n tö (b¶n chÊt hãa häc, khèi lîng, h×nh d¹ng) polyme vµ cÊutróc tinh thÓ (sù s¾p xÕp c¸c m¹ch ph©n tö) polyme, trªn c¬ së ®ã gi¶i thÝch c¸ctÝnh chÊt, c«ng dông còng nh c¸ch chÕ t¹o vµ t¹o h×nh cho c¸c lo¹i vËt liÖupolyme.8.1. CÊu tróc ph©n tö polyme Kh¸c víi c¸c vËt liÖu ®∙ häc, c¸c ph©n tö polyme cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng.Tríc tiªn h∙y ®i tõ hy®r«cacbon lµ nguån gèc phÇn lín chÊt h÷u c¬ ®Ó tõ ®ã tænghîp nªn polyme.8.1.1. Ph©n tö hy®r«cacbon Nh ®∙ tr×nh bµy ë môc 1.1.2, trong ph©n tö hy®r«cacbon c¸c liªn kÕt gi÷ac¸c nguyªn tö lµ ®ång hãa trÞ. Mçi nguyªn tö cacbon cã bèn ®iÖn tö tham gia vµoliªn kÕt nµy (h×nh 1.1c), trong ®ã mçi nguyªn tö hy®r« chØ cã mét ®iÖn tö liªn kÕt.Liªn kÕt ®¬n tån t¹i khi mçi mét trong hai nguyªn tö liªn kÕt (lµ C vµ H) ®Òu gãpmét ®iÖn tö; cßn liªn kÕt gi÷a hai nguyªn tö cacbon lµ nhê mçi nguyªn tö trongchóng gãp chung hai ®iÖn tö, tøc cã liªn kÕt ®«i. VÝ dô ph©n tö ethylen C2H4 cã thÓ®îc tr×nh bµy díi d¹ng: 304 305 H H   C = C, trong ®ã: lµ liªn kÕt ®¬n  = lµ liªn kÕt ®«i (hay hai liªn kÕt ®¬n).   H H Cã trêng hîp tån t¹i liªn kÕt ba ≡ nh ë axªtylen C2H2: H  C ≡ C  H. C¸c hy®r«cacbon chøa liªn kÕt ®«i, ba ®îc coi lµ kh«ng no, tøc mçinguyªn tö cacbon cha liªn kÕt tèi ®a víi bèn nguyªn tö kh¸c, tøc chóng cßn cãthÓ biÕn ®æi khi chuyÓn thµnh liªn kÕt ®¬n. Sù chuyÓn dêi vÞ trÝ mét trong nh÷ngliªn kÕt ®¬n xung quanh nguyªn tö cacbon sÏ cho phÐp ®a thªm vµo ph©n tö ®Çutiªn mét hay mét nhãm nguyªn tö kh¸c. Xem thÕ hy®r«cacbon kh«ng no dÔ biÕn®æi thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt h¬n. Cßn ®èi víi hy®r«cacbon no chØ cã c¸c liªn kÕt®¬n nªn kh«ng thÓ cã nh÷ng nguyªn tö míi nµo cã thÓ x©m nhËp vµo ph©n tö mµkh«ng ph¶i lÊy ®i c¸c liªn kÕt ®¬n kh¸c ®∙ cã s½n do ®ã khã biÕn ®æi thµnh phÇnvµ tÝnh chÊt h¬n. Hy®r«cacbon ®¬n gi¶n nhÊt thuéc hä parafin CnH2n+2 gåm mªtan (CH4),ªtan (C2H6), pr«pan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), hexan (C6H14) c«ng thøcph©n tö nh sau: H H H H H H      H  C  H, H  C  C  H, H  C  C  C  H...       H H H H H H (CH4) (C2H6) (C3H8)(t¬ng tù víi C4H10, C5H12, C6H14 b»ng c¸ch thªm vµo tõng nhãm CH2 mét). Liªn kÕt trong néi bé ph©n tö lµ liªn kÕt ®ång hãa trÞ m¹nh, nhng gi÷a c¸cph©n tö lµ liªn kÕt yÕu Van der Waals, nªn c¸c hy®r«cacbon nãi chung cã nhiÖt ®énãng ch¶y vµ nhiÖt ®é s«i thÊp (tuy nhiªn c¸c nhiÖt ®é nµy t¨ng lªn theo sù t¨nglªn cña khèi lîng ph©n tö). Hy®r«cacbon cã cïng thµnh phÇn hãa häc cã thÓ cã nh÷ng c¸ch s¾p xÕpnguyªn tö kh¸c nhau ®îc gäi lµ ®ång ph©n hãa (isomerism) mµ mçi d¹ng cña nã®îc gäi lµ izome. VÝ dô, cã hai izome cho butan: butan n vµ butan i víi c«ngthøc ph© ...