Vật liệu Polymer là gì? Những ứng dụng của Polime trong đời sống

Polymer là thuật ngữ không còn xa lạ với chúng ta, nhất là trong ngành công nghiệp nhựa và vật liệu tổng hợp. Nhưng bạn đã hiểu rõ về polymer là gì, tính chất và ứng dụng cũng như các loại polymer thường gặp chưa. Cùng đón đọc bài viết dưới đây của VietChem để tìm hiểu thêm về vật liệu Polymer và các vấn đề xoay quanh nó.

Polymer là gì?

Polymer (hay polime) là một khái niệm dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng sẽ có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản. Trong đó, các mắt xích này được nối với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị, hay hiểu một cách đơn giản là 2 phân tử hoặc nhiều hơn sẽ được nối với nhau và chúng có chung một cặp electron.

Polymer là gì?

Các khái niệm cơ bản và thuật ngữ về Polymer

1. Khái niệm cơ bản

- Khối lượng phân tử polymer:

M = n.m

Trong đó:

• M: Khối lượng phân tử polyme
• m: Khối lượng của một đơn vị monome (một đơn vị cấu tạo nên đa phân tử)
• n: Hệ số trùng hợp hay hệ số trùng ngưng

Trong khoa học nghiên cứu về polymer, người ta thường dùng hai khái niệm khác của khối lượng phân tử là khối lượng phân tử trung bình số và khối lượng phân tử trung bình khối.

- Độ trùng hợp được hiểu là số mắt xích cơ bản trong phân tử polymer

- Mắt xích cơ bản là đơn vị lặp đi lặp lại trong phân tử polymer. Mắt xích cơ bản có cấu tạo giống với monome trong phản ứng trùng hợp và tương đối giống với monome trong phản ứng trùng ngưng.

2. Một số thuật ngữ về Polymer

Mo-no-me được hiểu là một đơn vị phân tử có khả năng liên kết với ít nhất hai đơn phân tử khác. Quá trình mà chúng liên kết lại với nhau được gọi là quá trình polime hóa. Trong đó, hai phân tử riêng lẻ của hai loại giống nhau hoặc khác nhau sẽ kết hợp lại với nhau và có chung một cặp electron. Thể thống nhất này hình thành nên một liên kết, gọi là liên kết cộng hóa trị. Khi liên kết này diễn ra tạo thành các phân tử lớn hơn được gọi là polime.

☢️☢️☢️ Hồ quang điện là gì? Các biện pháp dập tắt hồ quang điện

Cấu trúc Polymer

- Trong thực tế, mạch polymer là đường gãy khúc, rích rắc mà trong đó các liên kết đơn có thể quay và uốn trong không gian và khi mạch rất dài có thể có hình dạng dây rối với rất nhiều chỗ uốn, lượn, gập vòng bởi sự quay của các liên kết.

- Về mặt cấu trúc mạch, có thể chia thành bốn loại: thẳng, nhánh, lưới và không gian. Thông thường, một loại polymer sẽ không chỉ có một loại cấu trúc. Ngày nay, với kỹ thuật tổng hợp polymer hiện đại, cho phép điều chỉnh cấu trúc của sản phẩm theo một hướng.

• Polymer thẳng: đây là loại polymer mà trong đó các me liên kết với nhau tạo thành một mạnh duy nhất. Liên kết giữa các mạch thẳng này là loại Van der Waals với vai trò quan trọng. Các polyme có mạch thẳng thường thấy có thể kể đến như PE, PVC, PS, PMMA.
• Polymer nhánh: là loại polymer gồm những mạch ngắn hơn (được gọi là mạch nhánh) nối với mạch chính.
• Polymer lưới: gồm các mạch cạnh nhau được nối với nhau bằng liên kết đồng hóa trị ở một số vị trí trên mạnh, tạo ra mạch có dạng lưới.
• Polymer mạch không gian: các me ba chức năng với ba liên kết đồng hóa trị hoạt tạo nên lưới không gian ba chiều thay thế cho khung mạch thẳng được hình thành bởi các me hai chức năng.

Polymer là gì? Polymer có cấu trúc như thế nào?

Tính chất vật lý của Polymer

• Đa số các polime tồn tại ở dạng chất rắn, không bay hơi và nhiệt độ nóng chảy không xác định
• Khi nóng chảy, đa số polymer cho chất lỏng nhớt, nếu để nguội, nó sẽ rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime khác không nóng chảy khi đun mà bị phân hủy, được gọi là chất nhiệt rắn.
• Hầu như các polime không tan trong nước hay dung môi thông thường, chỉ tan trong loại dung môi thích hợp.
• Các polime có sự khác nhau về các đặc tính như tính dẻo, tính đàn hồi, độ giai, độ giòn,…

Tính chất hóa học của Polymer

1. Phản ứng phân cách mạch polymer

• Đối với polime có nhóm chức sẽ dễ bị thủy phân như tinh bột, xenlulozo,…
• Polime trùng hợp sẽ tạo thành các đoạn ngắn và cuối cùng trở lại các monome ban đầu khi nhiệt phân ở nhiệt độ thích hợp.
• Ở một số loại polime khác khi bị oxi hóa sẽ cắt mạch thành những phân tử nhỏ hơn.

2. Phản ứng giữ nguyên mạch polymer

• Những polime có liên kết đôi, liên kết ba trong mạch hay nhóm chức ngoại mạch có khả năng tham gia các phản ứng đặc trưng của liên kết và nhóm chức đó.

3. Phản ứng tăng mạch polymer

• Ở trong một điều kiện thích hợp, các mạch polime có thể nối lại với nhau thành mạch dài hơn hoặc thành mạng lưới.

♻️♻️♻️ Ô nhiễm môi trường biển là gì? Nguyên nhân & biện pháp khắc phục

Điều chế Polymer bằng các phản ứng tổng hợp sau

1. Phản ứng trùng hợp

- Đây là phản ứng có sự kết hợp nhiều monome của cùng một chất tạo thành polymer.

- Phản ứng trùng hợp Buta-1,3-đien:

nCH₂= CH-CH=CH₂ → (-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

2. Phản ứng trùng ngưng và đồng trùng ngưng

- Phản ứng trùng ngưng là loại phản ứng với sự kết hợp của nhiều monome có hai nhóm chức có khả năng tách nước tạo thành polymer và một sản phẩm phụ (ở đây chủ yếu là nước)

n H-NH-(CH₂)₅-CO-OH → (-NH-(CH₂)₅-CO-)_n + nH₂O

n p-HO-CO-C₆H₄-CO-OH + n H-OCH₂-CH₂O-H → (-CO-C₆H₄-CO-OCH₂-CH₂O-)_n + 2nH₂O

3. Phản ứng trùng – cộng hợp

- Phản ứng trùng – cộng hợp là phản ứng kết hợp nhiều monome nhiều chất chứa liên kết đôi tạo thành polymer. Quá trình này bao gồm 2 bước:

• Các monome kết hợp lại với nhau thành một monome chính dựa trên phản ứng cộng (trong đó ít nhất cần có một trong hai chất phải có liên kết đôi)
• Monome vừa tạo ra sẽ kết hợp với nhau thành polymer hoàn chỉnh.

Polymer xuất hiện ở đâu?

1. Trong tự nhiên

- Cellusoe là loại polime tự nhiên phổ biến nhất trên Trái đất, đây là một hợp chất hữu có thể tìm thấy trong thành tế bào thực vật. Một số loại polymer khác như DNA, RNA, lụa, móng tay, tóc, protein, móng chân.

2. Trong cuộc sống hàng ngày

- Polymer nhân tạo hay tổng hợp bao gồm các vật liệu như polyetylen - một loại nhựa phổ biến ở trên thế giới được tìm thấy trong các mặt hàng như túi mua sắm, hộp đựng đồ hay polystyrene – vật liệu được dùng để gói đậu phộng và cốc sử dụng một lần. Các sản phẩm làm bằng nhựa hoặc cao su chúng ta bắt gặp hàng ngày cũng là một dạng của polymer.

Đặc điểm chung của Polymer

   Đa số các polymer sản xuất ra là nhựa nhiệt dẻo đồng nghĩa với việc, khi polymer được hình thành thì có thể được làm nóng và cải tiến nhiều lần. Nó cho phép có thể xử lý dễ dàng và tái chế lại. Mỗi polime lại có đặc điểm riêng biệt, nhưng hầu hết chúng vẫn mang một số thuộc tính chung sau:

• Kháng hóa chất tốt

- Đa số các chất lỏng hóa chất, gần gũi nhất có thể nhìn thấy là chất lỏng làm sạch trong gia đình đều được đóng gói trong đồ làm bằng nhựa và không gây ra tác dụng phụ nàò.

Các chất lỏng làm sạch trong gia đình thường được đựng trong vật liệu từ nhựa

• Cách nhiệt, cách điện

- Khả năng dẫn điện của polime có thể thấy được khi tất cả các thiết bị đồ điện như dây điện, ổ cắm điện,… đều được làm hoặc phủ bằng vật liệu polymer. Khả năng chịu nhiệt thể hiện với các đồ dùng nhà bếp như nồi, chảo được xử lý bằng polymer, lõi xốp của tủ lạnh hay tủ đá, ly cách nhiệt, làm mát,…

• Độ bền cao, trọng lượng nhẹ

- Một số polime trôi nổi trong nước trong khi một số khác bị chìm xuống, nhưng so với mật độ của các loại khác như bê tông, đá, thép, đồng, nhôm thì tất cả các loại nhựa đều là vật liệu nhẹ.

- Với độ bền cao, nó được ứng dụng từ làm đồ chơi đến cấu trúc khung của trạm không gian, sử dụng trong áo khoác chống đạn,…

• Màu sắc đa dạng

- Polymer có thể được chế tạo giúp thay thế sợi bông, lụa, len, sứ, đá cẩm thạch hay nhôm, kẽm. Nó có thể được tái tạo nhiều nhau với đa dạng các màu sắc, không cố định.

• Phần lớn có nguồn gốc từ dầu mỏ

- Nhiều polime được làm bằng những đơn vị lặp lại với nguồn gốc từ khí tự nhiên hoặc than đá, dầu thô. Đôi khi việc xây dựng các khối lặp lại có thể được làm từ các vật liệu tái tạo như axit polylactic (từ ngô) hay cellulose (từ bông xơ).

• Khả năng tái chế cao

- Polymer thường là nhựa dẻo nên khi nung nấu ở nhiệt độ cao sẽ bị chảy thành chất dẻo và chúng ta có thể tái chế làm thành các sản phẩm khác theo mục đích mong muốn.

⚠️⚠️⚠️ Rơ le nhiệt là gì? Cách chỉnh rơ le nhiệt 1 pha, 3 pha

Phân loại Polime

1. Dựa theo nguồn gốc

• Polymer thiên nhiên: là những loại có nguồn gốc từ tự nhiên như xenlulozơ, tơ tằm, cao su thiên nhiên,…
• Polymer tổng hợp: loại polymer do con người tổng hợp nên như Polypropylen (nhựa PP), polyvinyl clorua (nhựa PVC),…
• Polymer bán tổng hợp (nhân tạo): là loại polymer tự nhiên được con người chế tạo thành loại polymer mới.

2. Dựa theo cấu trúc

• Polymer mạch không phân nhánh: nhựa PVC, nhựa PE, cao su,…
• Polymer có nhánh: glicogen, amilopectin,…
• Polymer mạch không gian: cao su lưu hóa, nhựa rezi, nhựa bakelit,…

Ngoài ra, Polymer còn có thể chia làm polymer hữu cơ và polymer vô cơ.

Các loại polime thường gặp

• Celluloid

Celluloid được chế tạo từ nitrocellulose cùng cồn và long não. Nó được xem là một trong những loại nhựa tổng hợp nhân tạo đầu tiên và phổ biến rộng rãi trong thời gian đầu sản xuất. Tuy nhiên, hiện nay, celluloid không còn được sản xuất rộng rãi do quá trình sản xuất nên sản phẩm này không an toàn.

• Cao su

Có hai loại:

- Cao su tự nhiên: là loại lấy trực tiếp từ nhựa cây cao su

- Cao su tổng hợp: được chế tạo từ các chất đơn giản

• Tơ

Gồm hai loại:

- Tơ tự nhiên: loại tơ lấy từ kén của những con tằm như tơ tằm, bông

- Tơ hóa học: thường bền, đẹp và phơi mau khô,… Gồm:

 + Tơ nhân tạo (bán tổng hợp): được chế tạo từ polymer thiên nhiên thông qua một số phương trình hóa học như tơ visco, xenlulozơ axetat  

 + Tơ tổng hợp: được chế tạo từ polymer tổng hợp như loại poliamit, tơ vinylic,…

Polymer là gì? Tơ - một trong những polymer thường gặp

• Xenlulo

Xenlulo được chế tạo bằng cách: lấy bôn nhúng axit sunfuric đặc sau đó hòa vào cồn, rồi cho một viên long não vào và khuấy đều.

• Polientilen (P.E)

- Được điều chế bằng etilen được lấy từ khí dầu mỏ, khí thiên nhiên và than đá.

- Đây là một chất rắn, hơi trong, không cho nước và khí thấm qua, khả năng cách nhiệt và cách điện tốt.

- Sử dụng để bọc dây điện, bao gói, chế tạo bóng thám không, dùng làm thiết bj trong ngành sản xuất hóa học, sơn tàu thủy.

Các Polymer quan trọng

Một số polymer quan trọng được dùng làm chất dẻo như:

- Polietilen (PE): nCH₂=CH₂ → (-CH₂-CH₂-)_n

- Polipropilen (PP): nCH₂=CH-CH₃ → (-CH₂-CH(CH₃)-)_n

- Polimetylmetacrylat (PMM): nCH₂=C(CH₃)-COOCH₃ → (-CH₂-C(CH₃)(COOCH₃)-)_n

- Polivinyl clorua (PVC): nCH₂=CHCl → (-CH₂-CHCl-)_n

- Polistiren (PS): nC₆H₅-CH=CH₂ → (-CH₂-CH(C₆H₅)-)_n

- Nhựa phenolfomanđehit (nhựa bakelit) PPF: bao gồm ba loại:

• Nhựa novolac: được sản xuất bằng cách đun nóng hỗn hợp andehit fomic và phenol (dư) với sự có mặt của chất xúc tác là axit.
• Nhựa rezol: được tạo thành khi đun nóng hỗn hợp phenol cùng anđehit fomic theo tỷ lệ mol 1:1,2 có sự tham gia của chất xúc tác là kiềm.
• Nhựa rezil: được tạo ra khi đun nóng nhựa nhựa rezol ở nhiệt độ 150 ^oC

Ứng dụng của vật liệu Polymer

- Polymer cao su được dùng làm săm lốp xe, các sản phẩm chống mài mòn, sản phẩm đúc hay các sản phẩm kỹ thuật trong xe hơi, dây điện,…

- Dùng làm vật liệu bọc điện, bao đóng gói, chế tạo bóng thám không, thiết bị trong ngành sản xuất hóa học, sơn tàu thủy,…

- Với các đặc điểm bền, nhẹ, khó vỡ và còn đa dạng màu sắc, chất dẻo polymer được ứng dụng để thay thế một số sản phẩm làm bằng vải, gỗ, da, kim loại hay thủy tinh.

- Ứng dụng của một số polime cụ thể như:

• Polivinyl axetat được sử dụng trong chế sơn, keo dán, da nhân tạo,…
• Polimetyl acrilat cùng polymetyl metacrilat dùng để sản xuất các màng, tấm, keo dán, da nhân tạo,…
• Polimetyl metacrylat dùng trong sản xuất thủy tinh hữu cơ
• Polistiren sử dụng làm vật liệu cách điện và các đồ dần dụng như cúc áo, lược,…
• Nhựa bakelit dùng làm vật liệu cách đện, các chi tiết máy và một số đồ gia dụng.

Những mặt tiêu cực của Polymer

Bên cạnh những lợi ích thì polymer cũng có một số mặt tiêu cực cần lưu ý:

- Quá trình sản xuất nên polymer sẽ tạo ra một lượng khí CO₂ làm tăng hiệu ứng nhà kính, dẫn đến sự gia tăng các biến đổi khí hậu, kèm theo đó là các hệ lụy đến môi trường sống như nước biển dâng cao, hạn hán, lũ lụt,…

- Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người: các chất phụ gia được thêm vào sản phẩm để có thể tạo ra các polime nhân tạo có khả năng gây tổn thương và làm thoái hóa thần kinh ngoại biên hay làm tổn thương đến cơ quan sinh dục nam,…

- Sự có mặt của polymer trong đất và nước sẽ ngăn cản quá trình trao đổi oxy gây xói mòn, sạt lỡ đất, không giữ được các chất dinh dưỡng cho cây làm cây sinh trưởng không tốt, các sinh vật biển có thể bị chất khi ăn phải chất thải, đồ nhựa,…

- Các polymer tồn tại dưới dạng bao bì plastic gây nên hiện tượng tắc nghẽn cống, kênh rạch, ao hồ, gây ứ đọng nước, ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

- Khi đốt các sản phẩm polime sẽ gây độc cho sức khỏe con người cũng như có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường trầm trọng.

Đặc điểm của tiền Polymer tại Việt Nam

- Tiền polymer tại Việt Nam là loại tiền làm từ polymer đã được Ngân hàng Nhà nước Việt Nam phát hành từ năm 2003, có giá trị lưu hành song song với những đồng tiền cũ nhằm vừa đáp ứng nhu cầu lưu thông tiền tệ về cơ cấu mệnh giá, chũng loại, đồng thời giúp nâng cao chất lượng đặc biệt là khả năng chống làm giả các tờ tiền.

Tại Việt Nam đã sử dụng các đồng tiền bằng polymer

- Tiền được làm từ polymer có các đặc điểm:

• Chống làm giả: việc sử dụng chất liệu polymer để in tiền có khả năng nâng cao việc chống làm giả tiền.
• Có độ bền cao: giấy nền polymer có độ bền cơ học rất cao như khó có thể dùng tay không để xé rách và khả năng chống thấm nước của nó.
• Chi phí hợp lý: mặc dù chi phí để in được tiền polymer cao gấp đôi so với tiền cotton nhưng có khả năng chống thấm nước nên độ bền cơ học cao, tuổi thọ sử dụng được dài hơn.
• Đảm bảo sức khỏe: so với tiền giấy thì tiền polymer sạch hơn do bề mặt được phủ véc – ni nền loại tiền này không hút ẩm, giữ ẩm hay các chất bẩn khác, sẽ ít gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng.
• Phù hợp với hệ thống: giấy polymer có khả năng thích ứng với nhiều thiết bị xử lý tiền như ATM, máy đếm tiền,..
• Bảo vệ người dân: việc phát hành những loại tiền polymer giúp nâng cao chất lượng cũng như khả năng chống làm giả đồng tiền Việt Nam.

- Bên cạnh những yếu tố bảo an như trong in tiền cotton, tiền polymer con có những yếu tố bảo an đặc trưng, góp phần nâng cao hiệu quả trong việc chống làm giả.

- Hiện nay, đã có sáu mệnh giá tiền được phát hành: 10,000; 20,000; 50,000; 100,000; 200,000; 500,000.

Trên đây là những thông tin cơ bản về polymer mà VietChem đã tổng hợp, mong rằng có thể giúp bạn hiểu thêm được polymer là gì, tính chất cũng như ứng dụng của nó. Nếu bạn còn thắc mắc bất cứ vấn đề nào hay đang có nhu cầu mua các sản phẩm về hóa chất hãy truy cập ngay hoachat.com.vn để được giải đáp, tư vấn chi tiết nhất.