Vật liệu Polymer
Chất dẻo, vật liệu composite, tơ, cao su và keo dán: khái niệm, thành phần, phương pháp tổng hợp, tính chất, ứng dụng và phương pháp giải bài tập
Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.
Thành phần của chất dẻo: thành phần chính là polymer; thành phần phụ gồm chất độn, chất hoá dẻo, chất tạo màu…
▸ a) Chất dẻo điều chế bằng trùng hợp
| Chất dẻo | Monomer | Công thức mắt xích |
|---|---|---|
| PE | $\text{CH}_2\text{=CH}_2$ | $(\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-})_n$ |
| PP | $\text{CH}_2\text{=CH-CH}_3$ | $(\text{-CH}_2\text{-CH(CH}_3)\text{-})_n$ |
| PVC | $\text{CH}_2\text{=CHCl}$ | $(\text{-CH}_2\text{-CHCl-})_n$ |
| PS | $\text{CH}_2\text{=CH-C}_6\text{H}_5$ | $(\text{-CH}_2\text{-CH(C}_6\text{H}_5)\text{-})_n$ |
| PMMA | $\text{CH}_2\text{=C(CH}_3)\text{COOCH}_3$ | $(\text{-CH}_2\text{-C(CH}_3)(\text{COOCH}_3)\text{-})_n$ |
▸ b) Chất dẻo điều chế bằng trùng ngưng
| Chất dẻo | Ứng dụng chính |
|---|---|
| PE | Túi nylon, màng bọc thực phẩm, chai lọ, đồ chơi |
| PP | Bao gói, hộp đựng, ống nước, chi tiết nhựa ô tô |
| PVC | Ống nước, vỏ cáp điện, khung cửa, sàn nhựa, vải giả da |
| PS | Bao gói thực phẩm, hộp xốp, vật liệu cách nhiệt |
| PMMA | Thuỷ tinh hữu cơ (kính máy bay, kính bảo hiểm, bể cá) |
| PPF | Vỏ thiết bị điện, ổ cắm điện, vật liệu cách điện |
▸ Biện pháp
- Hạn chế dùng đồ nhựa dùng một lần.
- Tăng cường tái chế, tái sử dụng.
- Dùng vật liệu thân thiện môi trường thay thế.
▸ Thành phần
| Thành phần | Vai trò | Ví dụ |
|---|---|---|
| Vật liệu cốt | Đảm bảo đặc tính cơ học cần thiết | Cốt sợi (sợi thuỷ tinh, sợi carbon, vải), cốt hạt |
| Vật liệu nền | Liên kết các thành phần cốt, tạo tính thống nhất | Nền hữu cơ (nhựa polymer), nền kim loại, nền gốm |
▸ Ứng dụng
- Composite cốt sợi: thân vỏ máy bay, tàu thuyền, thân xe đua, khung xe đạp, bồn chứa, ống dẫn.
- Composite cốt hạt: gỗ nhựa, bê tông nhựa, gốm chất lượng cao.
▸ Đặc điểm cấu tạo polymer làm tơ
- Mạch không phân nhánh, sắp xếp song song với nhau.
- Tương đối bền với dung môi thông thường; mềm, dai, không độc, nhuộm màu được.
▸ Phân loại tơ
| Loại | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Tơ tự nhiên | Có sẵn trong tự nhiên | Bông (cellulose), len (protein), tơ tằm (protein) |
| Tơ tổng hợp | Từ polymer tổng hợp (trùng hợp/trùng ngưng) | Nylon-6,6, capron, nitron |
| Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo) | Chế biến từ polymer thiên nhiên bằng phương pháp hoá học | Tơ visco, tơ cellulose acetate |
▸ Tơ tự nhiên
| Loại tơ | Thành phần | Tính chất |
|---|---|---|
| Sợi bông | Cellulose | Mềm, thấm hút mồ hôi, thoáng |
| Len | Protein (keratin) | Giữ nhiệt tốt |
| Tơ tằm | Protein (fibroin) | Bóng, mềm mại, thoáng khí, hút ẩm tốt |
▸ Tơ nylon-6,6 (trùng ngưng)
Điều chế từ hexamethylenediamine và adipic acid bằng phản ứng trùng ngưng:
Tính chất: dai, mềm, ít thấm nước. Ứng dụng: dệt vải, vải lót lốp xe, dây cáp, dây dù, đan lưới. Tên "nylon-6,6" do cả hai monomer đều chứa 6 nguyên tử carbon.
▸ Tơ capron (nylon-6) (trùng hợp mở vòng)
Điều chế từ caprolactam (vòng 7 cạnh chứa nhóm $\text{-CO-NH-}$) bằng trùng hợp mở vòng:
Tính chất: dai, bền, đàn hồi và bóng cao, ít nhăn, chống mài mòn. Ứng dụng: dệt vải, làm võng, chỉ khâu, lưới cá.
▸ Tơ nitron (olon) (trùng hợp)
Điều chế từ acrylonitrile bằng phản ứng trùng hợp:
Tính chất: dai, bền với nhiệt, giữ nhiệt tốt. Ứng dụng: vải may quần áo ấm, vải bạt, mái hiên, cánh buồm.
▸ Tơ bán tổng hợp
| Loại tơ | Thành phần | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Tơ visco | Cellulose đã qua xử lí hoá học | Vải may quần áo mùa hè |
| Tơ cellulose acetate | Cellulose diacetate hoặc triacetate | Vải sa tanh, dệt kim |
Nylon-6,6 → trùng ngưng · Nitron & Capron → trùng hợp
▸ Poly(ethylene terephthalate) — PET (trùng ngưng)
PET được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng giữa ethylene glycol ($\text{HO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-OH}$) và terephthalic acid ($p$-$\text{HOOC-C}_6\text{H}_4\text{-COOH}$), giải phóng $\text{H}_2\text{O}$:
PET vừa dùng làm chất dẻo (chai nước, hộp đựng) vừa dùng làm tơ sợi (vải may mặc, sợi lapsan).
▸ Cao su tự nhiên
Lấy từ mủ cây cao su; là polymer của isoprene, các liên kết đôi đều ở dạng cis:
Tính chất vật lí: đàn hồi, không dẫn nhiệt/điện, không thấm khí/nước, không tan trong nước – ethanol – acetone nhưng tan trong xăng, benzene. Vì còn liên kết đôi $\text{C=C}$ nên cao su tham gia phản ứng cộng ($\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$…) và phản ứng với lưu huỳnh.
▸ Lưu hoá cao su
▸ Cao su tổng hợp
Điều chế bằng phản ứng trùng hợp (hoặc đồng trùng hợp) các alkadiene:
| Loại | Monomer | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Buna | Buta-1,3-diene (xt Na) | Đàn hồi & độ bền kém cao su tự nhiên |
| Buna-S | Buta-1,3-diene + Styrene | Đàn hồi cao (lốp xe, đệm) |
| Buna-N | Buta-1,3-diene + Acrylonitrile | Chống dầu cao (chi tiết máy chịu dầu) |
| Isoprene | Isoprene | Tương tự cao su tự nhiên |
| Chloroprene | Chloroprene | Bền, chống lão hoá, giá rẻ |
Buna-S → Styrene → đàn hồi cao · Buna-N → Acrylonitrile → chống dầu
▸ Keo dán
Keo dán là vật liệu có khả năng kết dính bề mặt hai vật rắn với nhau mà không làm thay đổi bản chất các vật liệu được kết dính.
| Loại keo | Thành phần | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Nhựa vá săm | Cao su hoà tan trong xăng/toluene/xylene | Vá chỗ thủng săm xe |
| Keo epoxy | Hợp chất hữu cơ chứa 2 nhóm epoxy + chất đóng rắn (amine) | Dán kim loại, gỗ, thuỷ tinh, bê tông |
| Keo poly(urea-formaldehyde) | Polymer từ urea + formaldehyde | Kết dính ván ép, chất dẻo |
▸ Dạng 1: Nhận biết loại vật liệu từ công thức
| Vật liệu | Dấu hiệu nhận biết |
|---|---|
| Chất dẻo | Polymer có tính dẻo, mạch chính thường KHÔNG có liên kết đôi |
| Tơ | Polymer mạch thẳng, không phân nhánh, dạng sợi |
| Cao su | Polymer có tính đàn hồi, mạch chính CÓ liên kết đôi $\text{C=C}$ |
▸ Dạng 2: Bài toán hệ số trùng hợp
Trùng hợp: $m_{\text{polymer}} = m_{\text{monomer}} \times H\%$
| Vật liệu | Tính chất đặc trưng | Ví dụ tiêu biểu |
|---|---|---|
| Chất dẻo | Tính dẻo (giữ biến dạng) | PE, PP, PVC, PS, PMMA, PPF |
| Composite | Tổ hợp cốt + nền → tính vượt trội | Sợi thuỷ tinh + nhựa polyester |
| Tơ | Sợi mảnh, mạch thẳng không nhánh | Bông, len, tơ tằm; nylon-6,6, capron, nitron |
| Cao su | Tính đàn hồi (liên kết đôi $\text{C=C}$) | CS tự nhiên, buna, buna-S, buna-N |
| Keo dán | Kết dính bề mặt 2 vật rắn | Epoxy, nhựa vá săm |
Nylon-6,6 → trùng ngưng · Nitron, Capron → trùng hợp
Buna = Bu + Na · Buna-S (styrene) · Buna-N (acrylonitrile)
▸ Một số lỗi thường gặp
| Lỗi sai | Cần nhớ đúng |
|---|---|
| Cho nylon-6,6 điều chế bằng trùng hợp | Nylon-6,6 điều chế bằng trùng ngưng |
| Cho capron điều chế bằng trùng ngưng từ caprolactam | Từ caprolactam → trùng hợp mở vòng |
| Cho PE, PVC là cao su vì là polymer | PE, PVC không có $\text{C=C}$ trong mạch → là chất dẻo |
| Cho tơ tằm, len là tơ tổng hợp | Tơ tằm, len, bông là tơ tự nhiên |
| Cho visco, acetate là tơ tổng hợp | Visco, cellulose acetate là tơ bán tổng hợp |
| Trùng ngưng | Nylon-6,6, Nylon-7 (enang), PET, PPF (nhựa bakelit), Poly(hexamethylene adipamide) |
| Trùng hợp | PE, PP, PVC, PS, PMMA, Poly(vinyl acetate), Cao su buna, Nitron, Capron (nylon-6) |
Cùng luyện Bài 13 – Vật liệu Polymer!
27 câu: 21 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ