Buzz
Polime hay còn được gọi là Polymer, là một hợp chất hóa học phổ biến mà chúng ta thường gặp. Nhưng liệu mọi người có thực sự hiểu rõ về Polime là gì, cấu tạo và ứng dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày hay không? Bài viết dưới đây sẽ giải thích chi tiết hơn về hợp chất này.
Polime là gì?
Polime là một loại hợp chất hóa học có phân tử lớn được hình thành từ các liên kết mạch liên kết với nhau. Những mạch này được tạo thành thông qua các liên kết hóa học cộng hóa trị, kết nối các phân tử lại với nhau và chia sẻ các cặp electron chung. Các phân tử ban đầu tạo nên các mạch trong polime được gọi là monome.
Ví dụ như Polietilen có công thức cấu tạo (–CH2 – CH2–)n, trong đó:
- –CH2 – CH2– là các mắt xích chính.
- n là hệ số trùng hợp, biểu thị độ polime hóa. Hệ số này càng cao, phân tử polime càng lớn.
Ngày nay, polime xuất hiện phổ biến trong tự nhiên, có mặt trong các hợp chất hóa học như RNA, DNA. Ngoài ra, các loại polime tự nhiên gần gũi với cuộc sống như tóc, lụa, móng tay, móng chân, protein, xenlulozo,... hoặc từ dầu thô, than đá, khí tự nhiên,...
Polime có những loại nào phổ biến?
Polime hiện đang được phân loại dựa vào nhiều yếu tố khác nhau như phương pháp tổng hợp, nguồn gốc, và đặc điểm cấu trúc:
Phân loại theo nguồn gốc
Dựa vào nguồn gốc, Polime chia thành hai loại chính là Polime tổng hợp và Polime tự nhiên:
- Polime tự nhiên thường có trong xenlulozơ hoặc cao su,...
- Polime tổng hợp thường được sản xuất bởi con người như nhựa phenol-formaldehyde, polietilen,...
Phân loại theo phương pháp tổng hợp
Khi phân loại bằng phương pháp tổng hợp Polymer, chúng ta có hai loại chính là:
- Polime trùng hợp được tạo ra từ phản ứng trùng hợp. Công thức chung của loại Polime này là (–CH2–CHCl–)n và (–CH2–CH2–)n.
- Polime trùng ngưng được làm từ phản ứng trùng ngưng: Công thức chung của loại Polime này là (–HN–[CH2]6–NH–CO–[CH2]4–CO–)n.
Phân loại theo cấu trúc
Polime có thể được phân loại dựa vào cấu trúc như sau:
- Polime có cấu trúc mạch nhánh như Glicogen, Amilopectin.
- Polime không phân nhánh như PE, PVC, xenlulozơ, cao su, PS, tinh bột,…
- Polime với cấu trúc mạng lưới như cao su lưu hóa, rezit,…
Cấu trúc của Polime có những điểm nổi bật gì?
Các phân tử Polime được hình thành từ các mắt xích liên kết với nhau. Những mắt xích này sẽ kết nối với nhau và tạo ra mạch nhánh hoặc không phân nhánh. Mạch phân tử của Polime liên kết với nhau qua nhóm nguyên tử, từ đó tạo thành mạng lưới.
Ví dụ như:
- Mạch không phân nhánh: amilozo, polietilen,…
- Mạch nhánh: glicogen, amilopectin,…
- Mạch mạng lưới: nhựa bakelit, cao su lưu hóa,…
Hầu hết các loại Polime đều ở dạng rắn, không tan trong nước hoặc dung môi và đặc biệt là không bay hơi.
Tính chất vật lý - hóa học của Polime
Để hiểu sâu hơn về Polime, có thể tìm hiểu về tính chất vật lý và hóa học của chúng:
Tính chất vật lý
Tính chất vật lý quan trọng nhất của Polime là không bay hơi, tồn tại ở dạng rắn, có khoảng nhiệt độ nóng chảy rộng.
Khi nóng chảy, Polime tạo ra chất lỏng nhớt, khi nguội lại trở thành chất dẻo. Một số Polime không nóng chảy mà phân hủy ngay lập tức khi đun nóng, gọi là chất nhiệt rắn.
Hầu hết các loại Polime không tan trong dung môi và nước. Chỉ có vài loại nhất định có thể tan trong dung môi như benzen, ví dụ như polibutadien.
Hiện nay, có nhiều loại Polime có tính dẻo như polipropilen, polietilen,…, loại có tính đàn hồi như poliisopren, polibutadien,…, có thể kéo thành sợi dai và bền như xenlulozơ, nilon-6,…, trong suốt, cách điện và có tính bán dẫn…
Tính chất hóa học
Polime có khả năng tham gia vào ba loại phản ứng: tăng mạch cacbon, giữ nguyên mạch và phân cắt mạch. Ba loại phản ứng này ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hóa học của Polime.
Phản ứng phân cắt mạch
Polime có các nhóm chức dễ thủy phân trong mạch. Do đó, khi tham gia phản ứng trùng hợp, Polime tạo ra nhiệt phân ở nhiệt độ cụ thể để hình thành các đoạn ngắn và monome 3 đầu.
Phản ứng nhiệt phân Polime và tạo ra monome là phản ứng depolime hóa hoặc giải trùng hợp. Một số Polime sẽ bị oxi hóa và cắt mạch trong quá trình này.
Phản ứng giữ nguyên mạch
Các Polime có nhóm chức bên ngoài mạch hoặc liên kết cặp trong mạch sẽ tham gia vào các phản ứng đặc trưng của nhóm hoặc liên kết đó.
Phản ứng tăng mạch
Ở nhiệt độ lý tưởng hoặc với chất xúc tác phù hợp, các mạch Polime có thể liên kết với nhau để tạo thành mạng lưới hoặc mạch dài hơn. Ví dụ như phản ứng lưu hóa có thể chuyển đổi nhựa rezol thành nhựa rezit và biến cao su thành cao su lưu hóa… Phản ứng liên kết mạch Polime tạo ra mạng không gian, được gọi là phản ứng dùng để khâu mạch Polime.
Điều chế Polime bằng phản ứng nào?
Thường sử dụng phản ứng trùng ngưng hoặc phản ứng trùng hợp để điều chế Polime như sau:
Điều chế bằng phản ứng trùng hợp
Đây là phản ứng mà các phân tử monome giống hoặc tương tự nhau liên kết với nhau để tạo thành Polime lớn. Cấu trúc của monome trong phân tử cần có liên kết đôi (ví dụ như CH2 = CH–C6H5, CH2 = CH2,…) hoặc vòng không bền để mở rộng tham gia vào phản ứng trùng hợp. Dưới đây là hình minh họa về phản ứng trùng hợp được sử dụng để điều chế Polime:
Điều chế bằng phản ứng trùng ngưng
Đây là phản ứng mà các phân tử monome nhỏ liên kết với nhau để tạo thành Polime lớn. Đồng thời, phản ứng này giải phóng các phân tử như H2O… Nói một cách đơn giản, phản ứng trùng ngưng là quá trình tổng hợp các phân tử nhỏ thành các phân tử rất lớn.
Điều kiện để phản ứng trùng ngưng diễn ra là các phân tử monome phải có ít nhất 2 nhóm chức có thể phản ứng và tạo thành liên kết mới. Dưới đây là hình ảnh minh họa về phản ứng trùng ngưng được sử dụng để điều chế Polime:
Polime có ứng dụng như thế nào trong sản xuất và cuộc sống?
Trong lĩnh vực sản xuất và cuộc sống, Polime là một hợp chất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau. Polime được sử dụng rộng rãi trong ngành dệt may, văn phòng phẩm, bao bì, đồ chơi, xây dựng, hàng không vũ trụ, nhựa,… Đặc biệt, Polime có 4 ứng dụng chính làm cao su, sợi, chất dẻo và keo dán.
Sợi
Sợi là sản phẩm được chế tạo từ Polime và là vật liệu dẻo. Bên cạnh Polime, sợi còn chứa các thành phần như chất tạo cứng để tăng độ bền, chất làm mềm để gia công sản phẩm dễ dàng, chất hương liệu, phụ gia tạo màu sắc,…
Sợi có nhiều ưu điểm như cách điện tốt, bền, nhẹ, đa dạng màu sắc, dễ gia công, tính cách nhiệt,… làm thay thế các vật liệu dễ vỡ như thủy tinh, sành sứ, kim loại,… trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Sợi
Sợi chủ yếu được sản xuất từ các loại Polime tự nhiên hoặc tổng hợp có thể kéo ra thành sợi dài và có cấu trúc như mạch thẳng. Tùy vào nguồn gốc và quy trình sản xuất, sợi được phân thành sợi tự nhiên (như sợi bông, tơ tằm, sợi đay,...) và sợi hóa học là sản phẩm của Polime tự nhiên hoặc các hợp chất đơn giản.
Ngày nay, tơ hóa học được sử dụng rộng rãi hơn tơ tự nhiên vì mang lại nhiều lợi ích như đẹp, bền, nhanh khô và dễ giặt.
Cao su
Cao su chủ yếu được sản xuất từ Polime tổng hợp có tính đàn hồi tốt hoặc từ Polime tự nhiên. Cao su buna là một loại phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, bao gồm vỏ bọc dây điện, lốp xe, áo lặn, áo mưa,…
Điểm đặc biệt nhất của cao su là khả năng chống thấm nước, đàn hồi, chịu mài mòn, cách điện và không thấm khí.
Keo dán
Keo dán được sản xuất từ hợp chất Polime với khả năng kết dính vững chắc giữa hai vật liệu tương tự mà không làm biến dạng chúng. Nó tạo thành một lớp mỏng bám chắc lên cả hai vật liệu, phục vụ cho kết dính nội và kết dính ngoại.
Theo tính chất hóa học, keo dán được phân loại thành hai loại chính: keo dán hữu cơ như keo epoxi, hồ tinh bột,… và keo dán vô cơ như matit vô cơ, thủy tinh lỏng,… Hoặc người ta có thể phân loại keo dán theo dạng như keo dạng lỏng, keo dạng bột hoặc keo nhựa dẻo,…
Bài viết trước đã chia sẻ nhiều thông tin về hợp chất Polime đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ngày nay. Khi đã hiểu thêm về hợp chất này, mọi người có thể dễ dàng giải thích được sự bền bỉ và tính dẻo dai của các vật liệu làm từ Polime.
