Tabla de Contenidos
Polyme là một đại phân tử, nghĩa là một phân tử được tạo thành từ hàng trăm hoặc hàng nghìn nguyên tử, được hình thành từ sự kết hợp liên tiếp của cùng một phân tử nhỏ. Thuật ngữ “polyme” xuất phát từ sự kết hợp của tiền tố Hy Lạp poli , có nghĩa là “rất nhiều”, với hậu tố mer , có nghĩa là “một phần”. Từ này được đặt ra bởi nhà hóa học người Thụy Điển Jons Jacob Berzelius vào năm 1833.
Sự phát triển của polyme
Polyme tự nhiên đã được sử dụng từ thời xa xưa, nhưng khả năng tổng hợp polyme là một sự phát triển gần đây. Vật liệu đầu tiên được phát triển từ polymer là nitrocellulose . Quá trình này được phát triển vào năm 1862 bởi nhà hóa học người Anh Alexander Parkes: ông kết hợp xenlulozơ tự nhiên với axit nitric và dung môi, sau đó xử lý bằng long não tạo ra xenlulozơ , một loại polyme được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện ảnh. Sự hòa tan nitrocellulose trong ether và rượu tạo ra collodion ; polyme này đã được sử dụng làm băng phẫu thuật.
Quá trình lưu hóa cao su là một cột mốc quan trọng khác trong sự phát triển của polyme. Nhà hóa học người Đức Friedrich Ludersdorf và nhà phát minh người Mỹ Nathaniel Hayward nhận thấy rằng việc thêm lưu huỳnh vào cao su tự nhiên đã cải thiện đáng kể các đặc tính của nó. Quá trình lưu hóa cao su bằng cách thêm lưu huỳnh và sử dụng nhiệt được kỹ sư người Anh Thomas Hancock mô tả vào năm 1843 và nhà hóa học người Mỹ Charles Goodyear vào năm 1844.
Năm 1926, Hermann Staudinger đã giải thích cấu trúc hóa học của những vật liệu này và đề xuất cấu trúc của polystyrene và polyoxymethylene , vẫn còn giá trị cho đến ngày nay. Mô hình của ông đã xác định rằng các chuỗi nguyên tử dài được hình thành bởi sự liên kết lặp đi lặp lại thông qua các liên kết cộng hóa trị của một phân tử nhỏ đã được tạo ra. Hermann Staudinger đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1953 cho công trình của mình.
Polime được hình thành như thế nào?
Sự hình thành polyme, tức là phản ứng trùng hợp, là một phản ứng hóa học trong đó hai liên kết được tạo ra trong một phân tử nhỏ, thường là liên kết cộng hóa trị, trong đó các đơn vị khác của cùng một phân tử được nối với nhau. Quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần tạo thành một chuỗi dài các nguyên tử. Phân tử tạo nên polime được gọi là monome .
Hãy xem xét một ví dụ: polyetylen, một loại nhựa được sử dụng rộng rãi và là polyme đơn giản nhất.
Monome của polyetylen là etylen, một phân tử hữu cơ đơn giản có hai nguyên tử cacbon được liên kết bằng liên kết đôi cùng với hai nguyên tử hydro gắn với mỗi nguyên tử cacbon, như thể hiện trong hình trên. Các liên kết carbon là cộng hóa trị. Nếu liên kết đôi bị phá vỡ, mỗi nguyên tử carbon có sẵn một liên kết cộng hóa trị để nối với các nguyên tử khác tạo thành đơn vị cấu trúc, như thể hiện trong hình dưới đây.
Sự kết hợp lặp đi lặp lại của đơn vị cấu trúc này tạo ra một phân tử tuyến tính dài, không có sự phân nhánh: polyetylen (xem hình sau).
Một ví dụ khác là thu được polystyrene, một loại polyme có nhiều ứng dụng. Monome của polystyrene là styrene, một phân tử có vòng benzen gắn với hai nguyên tử carbon có liên kết đôi. Như trong trường hợp của polyetylen, sự phá vỡ liên kết đôi tạo ra đơn vị cấu trúc, khi được nối lại nhiều lần, tạo thành một chuỗi dài tạo thành polystyrene (xem hình sau).
polyme
Trong tự nhiên có nhiều vật liệu và phân tử được tạo ra bởi các sinh vật sống là polyme. Protein, axit nucleic, DNA, polysacarit như xenlulozơ, là những ví dụ về polyme tự nhiên. Như chúng ta đã thấy, các polyme khác như nitrocellulose và cao su lưu hóa là các polyme nhân tạo thu được từ các polyme tự nhiên. Và polyme nhân tạo thu được trong phòng thí nghiệm và công nghiệp thông qua các phản ứng hóa học; polyvinyl clorua (PVC), polyetylen, polystyren, cao su tổng hợp và nylon là một số ví dụ về phổ rộng của các polyme nhân tạo được sử dụng trong nhiều ứng dụng.
Polyme nhân tạo được nhóm thành hai loại: polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn . Polyme có thể thu được thông qua phản ứng hóa học hoặc từ hỗn hợp các chất rắn hoặc từ dung dịch trong đó phản ứng trùng hợp được tạo ra bằng nhiệt hoặc bằng cách sử dụng bức xạ gamma, trong một phản ứng không thể đảo ngược.
- Sau khi phản ứng hoàn tất, các polyme nhiệt rắn có xu hướng cứng lại và phân hủy hoặc phân hủy mà không làm mềm khi đun nóng trên một nhiệt độ nhất định. Nhựa epoxy, polyester, nhựa acrylic và polyurethane là các polyme nhiệt rắn, giống như Bakelite, Kevlar và cao su lưu hóa.
- Polyme nhiệt dẻo, không giống như nhựa nhiệt rắn, linh hoạt, mềm và nóng chảy ở một nhiệt độ nhất định, cho phép chúng được đúc. Một số ví dụ về polyme nhiệt dẻo là nylon, Teflon, polyetylen và polypropylen.
Một trong những ứng dụng của polyme nhân tạo là sản xuất sợi dùng để sản xuất vải. Các polyme này phải có độ đàn hồi cao để cho phép xử lý chúng trong quy trình sản xuất và trong quá trình sử dụng cuối cùng, đồng thời có khả năng giãn nở thấp để duy trì kích thước của chúng. Một ứng dụng khác của polyme là trong chất kết dính; Trong trường hợp này, quá trình polyme hóa cần xảy ra khi sử dụng sản phẩm, ví dụ như thông qua phản ứng hóa học với hơi nước trong không khí hoặc trên các bộ phận mà keo được sử dụng, như trường hợp với chất cyanoacrylate được sử dụng trong các ứng dụng gia dụng, công nghiệp và đóng vết thương . Chất đàn hồi là một ứng dụng rộng rãi khác của polyme; Đây là những vật liệu biến dạng khi có lực tác dụng.
Lớp phủ, sơn, các bộ phận và thành phần tạo nên cơ chế và cấu trúc, các vật liệu xây dựng khác nhau, chất cách điện và nhiệt, là một số ứng dụng vô cùng đa dạng của polyme.
nguồn
JR Wusch. Polystyrene-Tổng hợp, Sản xuất và Ứng dụng . Nhà xuất bản iSmithers Rapra, 2020.
Sổ tay công nghệ của Donald V. Rosato, Marlene G. Rosato, Nick R. Schott Plastics. sản xuất, vật liệu tổng hợp, dụng cụ, phụ trợ . Báo Động lực, 2012.
Polyme: Mô tả, Ví dụ và Loại . Bách khoa toàn thư Britannica , 2020.
William B. Jensen Nguồn gốc của Khái niệm Polyme . Tạp chí Giáo dục Hóa học 85 (5): 624, 2008.
