Bài 14. Vật liệu polime

I. CHẤT DẺO

1. Khái niệm về chất dẻo và vật liệu compozit

- Chất dẻo là những vật liệu polime có tính dẻo. Tính dẻo của vật liệu là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, của áp lực bên ngoài và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng.

- Vật liệu compozit là vật liệu hỗn hợp gồm ít nhất hai thành phần phân tán vào nhau mà không tan vào nhau.

Thành phần của vật liệu compozit gồm chất nền (polime) và chất độn, ngoài ra còn các chất phụ gia khác.

2. Một số polime dùng làm chất dẻo

- Polietilen (PE):

Là chất dẻo mềm, nóng chảy ở trên 110^oC, có tính trơ tương đối của ankan mạch không nhánh, được dùng nhiều làm màng mỏng, vật liệu cách điện, bình chứa,...

- Poli (vinyl clorua) (PVC):

Là chất rắn vô định hình, cách điện tốt, bền với axit, được dùng làm vật liệu cách điện, ống dẫn nước, vải che mưa,...

- Poli (metyl metacrylat):

Là chất rắn trong suốt, có khả năng cho ánh sáng truyền qua tốt (gần 90%) nên được dùng chế tạo thủy tinh hữu cơ plexiglas.

- Poli (phenol-fomanđehit) (PPF)

Có ba dạng: nhựa novolac, nhựa rezol và nhựa rezit.

Nhựa novolac là chất rắn, dễ nóng chảy, dễ tan trong một số dung môi hữu cơ, dùng để sản xuất bột ép, sơn.

Từ phenol và fomanđehit có thể tổng hợp được nhựa rezol hoặc nhựa rezit có những đặc tính khác.

Khi lấy dư fomanđehit và dùng xúc tác bazơ, thu được nhựa rezol. Đun nóng chảy nhựa rezol (> 140^oC) sau đó để nguội, thu được nhựa rezit.

II. TƠ

1. Khái niệm

Tơ là những vật liệu polime hình sợi dài và mảnh với độ bền nhất định.

Trong tơ, những phân tử polime có mạch không phân nhánh, sắp xếp song song với nhau. Polime này tương đối rắn; tương đối bền với nhiệt và với các dung môi thông thường; mềm, dai, không độc và có khả năng nhuộm màu.

2. Phân loại

Tơ gồm hai loại:

- Tơ thiên nhiên như bông, len, tơ tằm.

- Tơ hóa học gồm 2 loại: tơ tổng hợp và tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo).

3. Một số loại tơ tổng hợp thường gặp

- Tơ nilon - 6,6

Thuộc loại tơ poliamit, được điều chế từ hexametylenđiamin NH₂[CH₂]₆NH₂ và axit ađipic HOOC[CH₂]₄COOH.

Có tính dai, bền, mềm mại, óng mượt, ít thấm nước, giặt mau khô, nhưng kém bền với nhiệt, với axit và kiềm.

- Tơ nitron (hay olon)

Thuộc loại tơ vinylic được tổng hợp từ vinyl xianua (thường được gọi là acrilonitrin).

Có tính dai, bền với nhiệt và giữ nhiệt tốt, nên thường được dùng để dệt vải may quần áo ấm hoặc bện thành sợi “len” đan áo rét.

Các loại tơ được cấu tạo từ các phân tử có liên kết amit thì không bền trong môi trường axit hoặc bazơ.

III. CAO SU

1. Khái niệm

Cao su là loại vật liệu polime có tính đàn hồi.

2. Phân loại

Có 2 loại:

- Cao su thiên nhiên

Lấy từ mủ cây cao su (Hevea brasiliensis), có nguồn gốc từ Nam Mĩ, được trồng ở nhiều nơi trên thế giới và nhiều tỉnh ở nước ta.

Là polime của isopren

Có tính đàn hồi, không dẫn nhiệt và điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, etanol, axeton,... nhưng tan trong xăng, benzen.

Có thể tham gia các phản ứng cộng H₂, HCl, Cl₂,... và đặc biệt khi tác dụng với lưu huỳnh cho cao su lưu hóa có tính đàn hồi, chịu nhiệt, lâu mòn, khó tan trong các dung môi hơn cao su thường.

Quá trình lưu hóa: đun nóng ở 150^oC hỗn hợp cao su và lưu huỳnh với tỉ lệ khoảng 97 : 3 về khối lượng là tạo ra cầu nối -S-S- giữa các mạch cao su thành mạng lưới.

- Cao su tổng hợp

Là loại vật liệu polime tương tự cao su thiên nhiên, thường được điều chế từ các ankađien bằng phản ứng trùng hợp.

Có nhiều loại cao su tổng hợp, loại thông dụng là cao su buna.

Cao su buna được sản xuất từ polibutađien thu được bằng phản ứng trùng hợp buta-1,3-đien có mặt Na.

Có tính đàn hồi và độ bền kém cao su thiên nhiên.

Cao su buna-S và buna-N: Khi đồng trùng hợp buta-1,3-đien với stiren C₆H₅CH=CH₂ có xúc tác Na được polime dùng để sản xuất cao su buna-S có tính đàn hồi cao. Tương tự như vậy, khi đồng trùng hợp buta-1,3-đien với acrilonitrin CH₂=CH-CN có xúc tác Na được polime dùng sản xuất cao su buna-N có tính chống dầu khá cao.

IV. KEO DÁN TỔNG HƠP

1.Khái niệm

Keo dán là loại vật liệu có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu rắn giống hoặc khác nhau mà không làm biến đổi bản chất của các vật liệu được kết dính.

Bản chất của keo dán là có thể tạo ra màng hết sức mỏng, bền chắc giữa hai mảnh vật liệu. Lớp màng mỏng này phải bám chắc vào 2 mảnh vật liệu được dán.

2. Một số loại keo dán tổng hợp thông dụng

- Nhựa vá săm

Là dung dịch đặc của cao su trong dung môi hữu cơ. Khi dùng phải làm sạch chỗ dán, bôi nhựa vào và để cho dung môi bay đi, sau đó dán lại.

- Keo dán epoxi (keo dán hai thành phần)

Làm từ polime có chứa nhóm epoxi CH₂ - CH -. Khi dùng cần thêm chất đóng rắn để tạo polime mạng lưới, rắn lại và có độ bền, độ kết dính cao dùng để dán các vật liệu kim loại, gỗ, thủy tinh, chất dẻo trong các ngành sản xuất ô tô, máy bay, xây dựng và trong đời sống hằng ngày.

- Keo dán ure-fomanđehit

Được sản xuất từ poli (ure-fomanđehit). Poli (ure-fomanđehit) được điều chế từ ure và fomanđehit.

Khi dùng keo ure-fomanđehit phải thêm chất đóng rắn loại axit để tạo polime mạng lưới, rắn lại, bền với dầu mỡ và một số dung môi thông dụng được dùng để dán các vật liệu bằng gỗ, chất dẻo.