Nội dung chính Hoá học 12 kết nối Bài 13: Vật liệu polymer

BÀI 13. VẬT LIỆU POLYMER

I. CHẤT DẺO

1. Khái niệm

- Chất dẻo là các vật liệu polymer có tính dẻo.

- Tính dẻo: tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực lực bên ngoài, vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.

- Thành phần chính của chất dẻo là polymer.

2. Tổng hợp một số polymer dùng làm chất dẻo

- Một số polymer dùng làm chất dẻo thông dụng (PE, PP, PVC, PS, poly(methyl methacrylate),….) được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp từ các monomer tương ứng.

- Phương trình tổng quát:

- Điều chế PPF: formaldehyde phản ứng với phenol (xúc tác acid):

3. Ứng dụng của chất dẻo

- Một số ứng dụng của các chất dẻo thông dụng:

+ PE: Sản xuất túi nylon, bao gói, màng bọc thực phẩm, chai lọ, đồ chơi trẻ em,...  

+ PP: Sản xuất bao gói, hộp đựng, ống nước, chi tiết nhựa trong công nghiệp ô tô,…

+ PVC: Sản xuất giày ủng, rèm nhựa, khung cửa, sàn nhựa, ống nước, vỏ cáp điện, vải giả da,…

+ PS: Sản xuất bao gói thực phẩm, hộp xốp, vật liệu cách nhiệt,…

+ Poly(methyl methacrylate): Sản xuất thủy tinh hữu cơ dùng làm kính máy bay, kính xây dựng, kính bảo hiểm, bể cá,…

4. Ô nhiễm môi trường do chất dẻo và rác thải nhựa

- Rác thải nhựa mất nhiều thời gian phân hủy, xử lí không đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến môi trường sống của con người và động vật:

+ Đốt: tạo các khí độc hại, làm tăng lượng khí gây hiệu ứng nhà kính.

+ Chôn lấp: làm đất không giữ được nước, dinh dưỡng, làm chết vi sinh vật có lợi trong đất, tác động xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng.

+ Thải ra sông, hồ, đại dương,…: ô nhiễm nguồn nước, làm mất cân bằng hệ sinh thái.

- Một số biện pháp giảm thiểu rác thải nhựa:

+ Tái chế và tái sử dụng đồ nhựa đã dùng.

+ Hạn chế các loại bao bì nhựa, túi nylon.

+ Mang theo túi đựng khi đi mua sắm.

+ Sử dụng vật liệu phân hủy sinh học.

+ Phân loại rác thải tại nguồn.

II. VẬT LIỆU COMPOSITE

1. Khái niệm

- Vật liệu composite: vật liệu được tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau; vật liệu mới có tính chất vượt trội so với các vật liệu ban đầu.

- Vật liệu composite thường có hai thành phần chính:

2. Ứng dụng

- Do có nhiều tính chất vượt trội, vật liệu composite được dùng phổ biến để thay thế các vật liệu truyền thống:

+ Vật liệu composite cốt sợi: sản xuất thân, vỏ máy bay, tàu thuyền, thân xe đua, khung xe đạp, bồn chứa, ống dẫn,… 

+ Vật liệu composite cốt hạt: sản xuất gỗ nhựa, bê tông nhựa, gốm chất lượng cao,…

III. TƠ 

1. Khái niệm

- Tơ là những vật liệu polymer có dạng sợi mảnh và có độ bền nhất định.

- Phân tử polymer dùng làm tơ thường có mạch không phân nhánh, sắp xếp song song với nhau.

- Tính chất: tương đối bền với các dung môi thông thường, mềm, dai, không độc, có khả năng nhuộm màu.

2. Phân loại

- Dựa vào nguồn gốc và quy trình chế tạo, tơ được chia thành:

+ Tơ tự nhiên: có sẵn trong tự nhiên (bông, len, tơ tằm,…).

+ Tơ tổng hợp: chế tạo từ các polymer tổng hợp (tơ polyamide: capron, nylon-6,6,…; tơ nitron,…).

+ Tơ bán tổng hợp: chế biến từ các polymer tự nhiên bằng phương pháp hóa học (tơ visco, tơ cellulose acetate,…).

3. Một số loại tơ thường gặp

+ Tơ tự nhiên : sợi bông, len, tơ tằm…

+ Tơ tổng hợp : Nylon-6,6 ; capron, Nitron (olon)

+ Tơ bán tổng hợp : Visco, Cellulose acetate

IV. CAO SU

1. Khái niệm

- Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi.

- Tính đàn hồi: tính biến dạng khi chịu lực tác dụng bên ngoài và trở lại dạng ban đầu khi lực đó thôi tác dụng.

- Phân loại: cao su tự nhiên và cao su tổng hợp.

2. Cao su tự nhiên

a) Đặc điểm cấu tạo

- Chứa các mắt xích isoprene.

- Các liên kết đôi trong mạch cao su đều ở dạng cis.

b) Tính chất và ứng dụng

3. Cao su tổng hợp

- Có tính đàn hồi tương tự cao su tự nhiên.

- Điều chế bằng phản ứng trùng hợp.

a) Cao su buna

- Trùng hợp buta-1,3-diene (xúc tác sodium).

- Phương trình:

b) Cao su buna-S, buna-N

- Trùng hợp buta-1,3-diene với styrene được cao su buna-S.

- Trùng hợp buta-1,3-diene với acrylonitrile được cao su buna-N.

- Phương trình tổng quát:

c) Cao su isoprene

- Trùng hợp isoprene có mặt xúc tác.

- Phương trình:

d) Cao su chloroprene

- Trùng hợp chloroprene có mặt xúc tác.

- Phương trình:

- Đặc điểm của cao su tổng hợp: độ đàn hồi tốt, độ bền cao, khả năng chống lão hóa tốt, giá thành thấp.

- Ứng dụng của cao su tổng hợp: dùng trong lĩnh vực xây dựng, giao thông (lốp xe, đệm chống va đập, gối cầu, khe co giãn), máy móc công nghiệp (băng tải, dây truyền động,...), y tế (găng tay nitrile),... 

V. KEO DÁN TỔNG HỢP

1. Khái niệm

- Keo dán: loại vật liệu có khả năng kết dính bề mặt của hai vật liệu rắn với nhau, không làm biến đổi bản chất của vật liệu được kết dính.

- Bản chất kết dính của keo dán: tạo lớp màng bám chắc vào hai mảnh vật liệu giúp chúng kết dính lại được với nhau.

2. Một số loại keo dán thông dụng

a) Nhựa vá săm

- Khái niệm: dung dịch dạng keo của cao su được hòa tan trong các dung môi hữu cơ (xăng, toluene, xylene,…).

- Ứng dụng: vá chỗ thủng của săm hoặc lốp.

b) Keo dán epoxy

- Thành phần: 

+ Thành phần chính có cấu tạo là hợp chất hữu có chứa hai nhóm epoxy ở hai đầu.

+ Thành phần thứ hai là chất đóng rắn, thường là các amine.

- Cách sử dụng: trộn hai thành phần với nhau.

- Nguyên lí hoạt động: các nhóm amine sẽ phản ứng với nhóm epoxy tạo polymer mạng không gian gắn kết hai bề mặt vật cần dán lại.

- Ứng dụng: dán các vật liệu kim loại, gỗ, thủy tinh, chất dẻo, bê tông,… trong sản xuất ô tô, máy bay, xây dựng và đời sống hàng ngày.

c) Keo dán poly(urea-formaldehyde)

- Cách điều chế: từ phản ứng của urea và formaldehyde.

- Cách sử dụng: khi sử dụng cần bổ sung thêm chất đóng rắn như ammonium chloride, oxalic acid,… để tạo polymer mạng không gian.

- Ứng dụng: làm chất kết dính gỗ trong ván ép, chất dẻo,….