Polime là gì? Tổng hợp kiến thức về polyme chi tiết

Mọi người đã từng nghe qua khái niệm polime là gì chưa? Có rất nhiều vật dụng, thiết bị mà chúng ta sử dụng hằng ngày được sản xuất từ polime như đồ dùng bằng cao su, nhựa PVC… Hãy cùng chupmanhinh.net tìm hiểu cấu tạo, tính chất lý hóa và ứng dụng của polime trong đời sống.

Polime là gì

Polime là một phân tử lớn hoặc một đại phân tử về cơ bản là sự kết hợp của nhiều nguyên tố nhỏ hơn gọi là monome.  Polyme được tạo ra bằng quá trình trùng hợp trong đó các nguyên tố monome phản ứng với nhau để tạo thành chuỗi liên kết polyme có kích thước lớn.

Phân loại polime

Có nhiều loại polime khác nhau, tùy vào nguồn gốc hay cấu tạo có thể chia thành các dạng sau:

Phân loại polime theo nguồn gốc

Theo nguồn gốc, polymer có thể được chia thành 3 loại: polymer tự nhiên, polime bán tổng hợp và polymer tổng hợp.

Polyme tự nhiên

Chúng xuất hiện tự nhiên và được tìm thấy trong thực vật và động vật. Ví dụ: protein, tinh bột, xenlulozơ và cao su. Ngoài ra, còn có các polime phân hủy sinh học được gọi là polyme sinh học.

Polyme bán tổng hợp

Chúng có nguồn gốc từ các polyme tự nhiên và trải qua quá trình biến đổi hóa học. Ví dụ: xenlulozơ nitrat, xenlulozơ axetat.

Polyme tổng hợp

Đây là những polyme do con người tạo ra. Nhựa là loại polymer tổng hợp phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất. Nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp và các sản phẩm  khác nhau. Ví dụ, nylon-6, 6, polyether…

Phân loại polyme dựa trên cấu trúc của chuỗi monome

Dựa theo cấy trúc chuỗi monome, polime được phân loại thành 3 dạng sau:

Polyme tuyến tính( polime mạch thẳng)

Cấu trúc của các polyme có chứa các chuỗi dài và thẳng thuộc loại này. PVC, tức là poly-vinyl clorua phần lớn được sử dụng để làm ống nước và cáp điện là một ví dụ về polyme mạch thẳng.

Polyme mạch nhánh

Khi các mạch thẳng của polyme tạo thành các nhánh, thì các polyme như vậy được phân loại là polyme mạch nhánh. Ví dụ, polythene mật độ thấp.

Polyme liên kết chéo

Chúng được cấu tạo từ các monome đa chức và đơn chức ba chức. Chúng có liên kết cộng hóa trị mạnh hơn so với các polyme mạch thẳng khác. Bakelite và melamine là những ví dụ về dạng polime mạch nhánh này.

Phân loại polime dựa theo các yếu tố khác

Phân loại dựa trên sự trùng hợp

• Bổ sung Polymerization: Ví dụ, poly etan, Teflon, Polyvinyl clorua (PVC)
• Sự trùng hợp trùng ngưng: Ví dụ, Nylon -6, 6, perylene, polyeste.

Phân loại dựa trên đơn phân

• Đồng phân: Trong loại này, một loại đơn phân đơn chức có mặt. Ví dụ, Polyethene
• Dị trùng hợp hoặc đồng trùng hợp: Nó bao gồm các loại đơn vị monome khác nhau. Ví dụ, nylon -6, 6

Phân loại dựa trên lực phân tử

• Chất đàn hồi: Đây là những chất rắn giống như cao su có lực tương tác yếu. Ví dụ, Cao su.
• Chất Xơ: Có độ bền, dai, độ bền kéo cao và lực tương tác mạnh. Ví dụ, nylon -6, 6.
• Chất dẻo nhiệt: Chúng có lực hút trung gian. Ví dụ, polyvinyl clorua.
• Polyme nhiệt rắn: Những polyme này cải thiện đáng kể tính chất cơ học của vật liệu. Nó cung cấp khả năng chống hóa chất và nhiệt tăng cường. Ví dụ, phenolics, epoxit và silicon.

Những đặc điểm chính của polime

Từ góc độ khối lượng và thành phần phân tử tương đối, khối lượng phân tử tương đối của polymer rất lớn. Hầu hết các polyme được làm từ một hoặc một số monome.

Từ cấu trúc phân tử, về cơ bản có hai loại cấu trúc phân tử của polime, một loại là cấu trúc tuyến tính và cấu trúc khối.

Một cấu trúc tuyến tính được đặc trưng bởi thực tế là các nguyên tử trong phân tử được liên kết bởi các liên kết cộng hóa trị thành một “chuỗi” (gọi là chuỗi phân tử) ở trạng thái cuộn tròn dài.

Cấu trúc của cấu trúc cơ thể được đặc trưng bởi một số liên kết cộng hóa trị giữa chuỗi phân tử và chuỗi phân tử để tạo thành cấu trúc mạng ba chiều. Hai cấu trúc khác nhau có sự khác biệt lớn trong hiệu suất.

Từ quan điểm hiệu suất, do khối lượng phân tử tương đối lớn của nó, các polyme thường ở trạng thái rắn hoặc gel và có độ bền cơ học tốt. Bởi vì các phân tử của chúng bao gồm các liên kết cộng hóa trị, cách nhiệt và chống ăn mòn tốt, do chuỗi phân tử dài, tỷ lệ chiều dài so với đường kính của phân tử là hơn một nghìn, vì vậy nó có độ dẻo tốt và độ đàn hồi cao. Độ đàn hồi cao là một tính chất độc đáo của polymer. Ngoài ra, độ hòa tan, độ tan chảy, hành vi dung dịch và độ kết tinh cũng rất khác với các phân tử thấp.

Cấu trúc polime

Cấu trúc phân tử của polymer có thể được phân thành hai loại cơ bản:

• Cấu trúc tuyến tính: Các hợp chất polime có cấu trúc như vậy được gọi là hợp chất polymer tuyến tính.
• Cấu trúc khối: Các hợp chất polymer có cấu trúc như vậy được gọi là hợp chất polymer số lượng lớn.

Ngoài ra, một số polyme được phân nhánh, được gọi là polyme phân nhánh và thuộc về loại cấu trúc tuyến tính.

Một số polyme có liên kết ngang giữa các chuỗi phân tử, nhưng liên kết ngang thì ít hơn. Cấu trúc này được gọi là cấu trúc mạng và thuộc về loại cấu trúc cơ thể.

Các loại polime

Chúng được phân loại dựa theo nguồn gốc, cấu tạo và có 2 loại chính gồm:

Dựa theo nguồn gốc gồm 2 loại:

• Polime hữu cơ: Có cấu tạo từ nguyên tố cacbon.
• Polime vô cơ: Từ các nguyên tố hóa học khác.

Dựa theo quá trình tổng hợp:

• Polyme tự nhiên: Có nguồn gốc hoàn toàn từ thiên nhiên như mủ cao su.
• Polyme nhân tạo: Do tác động của con người như nhựa PVC

Phản ứng tạo polime

Có hai loại phản ứng cơ bản để tổng hợp các hợp chất polymer: một loại được gọi là phản ứng trùng hợp ngưng tụ (gọi là phản ứng polycondensation) và loại kia được gọi là phản ứng trùng hợp bổ sung (gọi là phản ứng polyaddition).

Phản ứng trùng hợp

Phản ứng polycondensation đề cập đến phản ứng trùng hợp trong đó một monome có hai hoặc nhiều nhóm chức được ngưng tụ với nhau để tạo ra một sản phẩm phụ phân tử nhỏ (nước, rượu, amoniac, hydro halogenua hoặc tương tự) để tạo thành hợp chất polymer.

Phản ứng trùng hợp bổ sung

Phản ứng polyaddition đề cập đến một phản ứng trong đó một hoặc hai monome được tổng hợp để tổng hợp một polime cao và không có chất phân tử thấp nào được tạo thành trong phản ứng và polymer thu được có thành phần hóa học tương tự như nguyên liệu thô và khối lượng phân tử tương đối của nó.

Đối với việc chỉnh lưu khối lượng phân tử tương đối của nguyên liệu thô nhiều lần, phản ứng đa hình chỉ xảy ra từ một monome được gọi là phản ứng đồng nhất hóa. Ví dụ, clo ethylene tổng hợp clorua

Các sản phẩm đồng trùng hợp được gọi là copolyme và tính chất của chúng có xu hướng vượt trội so với homopolyme. Do đó, hiệu suất sản phẩm có thể được cải thiện bằng phương pháp đồng trùng hợp.

Phản ứng polyaddition có hai đặc điểm sau:

• 1 Các monome được sử dụng trong phản ứng polyaddition là liên kết không bão hòa và hợp chất có liên kết đôi hoặc liên kết hydrazone. Ví dụ, ethylene, propylene, vinyl clorua, styren, acrylonitrile, methyl methacrylate, v.v., thường được sử dụng các monome quan trọng và phản ứng polyaddition xảy ra trên các liên kết không bão hòa.
• 2 Phản ứng đa pha được thực hiện bởi một loạt các phản ứng cộng giữa các phân tử monome:

Những tính chất lý hóa của Polyme

Tính chất vật lý

• Khi chiều dài chuỗi và liên kết ngang tăng độ bền kéo của polyme tăng lên.
• Polyme không nóng chảy, chúng thay đổi trạng thái từ tinh thể sang bán tinh thể.

Tính chất hóa học của polime

• So với các phân tử thông thường có các phân tử bên khác nhau, polyme được kích hoạt với liên kết hydro và liên kết ion dẫn đến độ bền liên kết ngang tốt hơn.
• Chuỗi bên liên kết lưỡng cực-lưỡng cực cho phép polyme có tính linh hoạt cao.
• Polyme có lực Van der Waals liên kết chuỗi được biết là yếu, nhưng tạo cho polyme có điểm nóng chảy thấp.

Tính chất quang học

• Do khả năng thay đổi chiết suất của chúng theo nhiệt độ như trong trường hợp PMMA và HEMA: MMA, chúng được sử dụng trong laser cho các ứng dụng trong quang phổ và các ứng dụng phân tích.

Ứng dụng của polime

• Polypropene được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt may, bao bì, văn phòng phẩm, nhựa, máy bay, xây dựng, đồ chơi…
• Polystyrene là một trong những loại nhựa phổ biến nhất, được sử dụng phổ biến trong ngành bao bì. Chai lọ, đồ chơi, hộp đựng, khay, kính và đĩa dùng một lần, tủ TV và nắp đậy là một số sản phẩm được sử dụng hàng ngày được tạo thành từ polystyrene. Nó cũng được sử dụng như một chất cách điện.
• Việc sử dụng polyvinyl clorua quan trọng nhất là sản xuất ống dẫn nước thải. Nó cũng được sử dụng như một chất cách điện cho dây cáp điện.
• Nhựa urê-fomanđehit được sử dụng để làm chất kết dính, khuôn, tấm nhiều lớp, thùng chứa không thể vỡ..
• Glyptal được sử dụng để sản xuất sơn, chất phủ và sơn mài.
• Bakelite được sử dụng để làm công tắc điện, sản phẩm nhà bếp, đồ chơi, đồ trang sức, súng cầm tay, chất cách điện, đĩa máy tính…