Dr. Nguyen Quang Khuyen nqkhuyen@yahoo.com Chương 7 DUNG DCH POLYMER 12/23/2010 1605002 Dung dịch polymer 7.1.1 Khái niệm Sự tác dụng tương hỗ của các polymer với các chất lỏng thấp phân tử dẫn đến sự trương và hòa tan của polymer trong nó, có ý nghóa thực tế rất lớn trong quá trình gia công polymer cũng như trong quá trình sử dụng vật liệu polymer. Chẳng hạn như sợi tổng hợp và màng mỏng thu được từ dung dòch. Quá trình hóa dẻo cũng dựa trên cơ sở của việc trương polymer trong các chất hóa dẻo. Sơn keo cũng là những dung dòch polymer. Trong quá trình sử dụng sản phẩm khi sản phẩm luôn phải tiếp xúc với dung môi, dung dòch thấp phân tử, nên việc tìm hiểu về dung dòch về polymer là rất cần thiết. 7.1 Khái niệm chung về dung dòch polymer 12/23/2010 2605002 Dung dịch polymer 7.1.2 khái niệm về sự hoà tan Sự hòa tan : Đó là trường hợp riêng về sự phân bố (phân tán) của một cấu tử này vào một cấu tử khác (hay một thành phần vào thành phần khác). Hệ thống nhiều cấu tử, mà trong đó các cấu tử ở trạng thái phân tán, được gọi là hệ phân tán. Mức độ chia nhỏ của các cấu tử gọi là mức độ phân tán. Tùy thuộc vào mức độ phân tán, các hệ thống phân tán được chia thành các loại sau : gel, hệ keo, dung dòch thật. Dung dòch thật là những hệ thống phân tán, mà trong đó các cấu tử phân tán cho đến tận phân tử, nguyên tử hoặc ion. 12/23/2010 3605002 Dung dịch polymer 7.2.1 Dung dòch thật Dung dòch thật là một hệ thống phân tán phân tử, nó được đặc trưng bằng những đặc điểm sau: •Tồn tại ái lực giữa các phân tử, những chất phân cực thì dễ phân tán vào nhau. •Quá trình tạo thành dung dòch thật là quá trình tự xảy ra, không cần ngoại lực tác dụng. •Nồng độ của dung dòch không thay đổi theo thời gian, khi điều kiện bên ngoài (t 0 C,p) không thay đổi. •Dung dòch thật là một hệ thống đồng thể (chỉ có một pha). •Bền nhiệt động học (các hệ keo không bền về nhiệt động). 7.2 Hệ polymer – chất lỏng thấp phân tử 12/23/2010 4605002 Dung dịch polymer 7.2.1 Dung dòch thật (TT) •Các thông số nhiệt động không đổi khi điều kiện bên ngoài không thay đổi. •Các dung dòch polymer là dung dòch thật khi tan hoàn toàn trong dung môi và đáp ứng các điều kiện trên. Hoặc ở trạng thái gel khi trương trong dung môi. 12/23/2010 5605002 Dung dịch polymer 7.2.2 Hòa tan và trương của của polymer Cũng như hợp chất thấp phân tử, polymer không hòa tan trong tất cả các chất lỏng, một số chất lỏng được gọi là ‘’dung môi tốt’’ cho polymer, thì polymer sẽ tan tự nhiên. Tuy nhiên polymer có thể không tan trong một số dung môi ‘’ dung môi xấu’’. Do nguyên nhân do polymer có thể tương tác với những dung môi nhất đònh và có thể không tương tác với các dung môi khác. Có thể ban đầu chúng tạo thành một dung dòch thật nhưng sau một thời gian thì có thể trở thành một hệ keo, không bền vững về mặt nhiệt động. 12/23/2010 6605002 Dung dịch polymer 7.2.2 Hòa tan và trương của của polymer (tt) Tuy tạo thành dung dòch thật nhưng dung dòch polymer có những đặc trưng riêng của nó như trương khi tan, độ nhớt cao. khuếch tán chậm và không thể đi qua màng bán thấm do kích thước mạch phân tử lớn hơn rất nhiều so với kích thước chất thấp phân tử. Sự trương không chỉ là việc dung môi chen vào các giữa thể tích polymer mà còn là hiên tượng lấp đầy các lỗ trống, các mao quản polymer bởi dung môi, hiện tượng hấp phụ chất lỏng của chất rắn xốp. 12/23/2010 7605002 Dung dịch polymer 7.2.3 Trương không giới hạn Khi sự trương chuyển qua trạng thái hòa tan hoàn toàn, giống như hiện tượng hòa tan hoàn toàn của chất thấp rượu – nước. Sự khác biệt là cần thời gian dài để dung môi đi vào polymer và làm thay đổi dần độ linh động của mạch phân tử, do đó các polymer không thể hòa tan ngay được mà qua một quá trình hấp thụ một lượng dung môi, đó là quá trình trương. Polymer trương có dung môi sẽ tồn tại tách biệt với dung môi trong hỗn hợp, sau một thời gian các mạch phân tử đủ linh động thì từ từ khuếch tán dấn dần vào pha dung môi hình thành hai lớp : lớp dung dòch polymer đậm đặc và lớp chủ yếu là dung môi và sau một thời gian thì hai lớp này mới khuếch tán vào nhau và tạo ra một pha đồng nhất, cùng nồng độ. 12/23/2010 8605002 Dung dịch polymer 7.2.4 Trương giới hạn Khi tương tác giữa dung môi và polymer không đủ mạnh, đưa đến sự hòa tan không hòan toàn, các mạch phân tử không thể tách rời nhau. Kết quả của sự trương giới hạn là tạo thành hai pha hỗn hợp : pha dung môi trong polymer và pha chỉ có dung môi ( polymer không hòa tan hoàn toàn ) hai pha này tách nhau một cách rõ ràng và ổn đònh. Phân biệt giữa trương giới hạn của polymer mạch thẳng và polymer mạch không gian. 12/23/2010 9605002 Dung dịch polymer 7.2.4 Trương giới hạn (tt) Polymer mạch thẳng Giống như trường hợp hòa tan có giới hạn của các hợp chất thấp phân tử khi thay các điều kiện như nhiệt độ, áp suất : thì có thể chuyển sang trường hợp trương không giới hạn. Nguồn gốc trương không giới hạn của polymer mạch thẳng là do lực liên kết giữa polymer và polymer lớn hơn lực liên kết giữa polymer và dung môi. Nên các mạch polymer không thể tách ra một cách hoàn toàn. Khi tăng nhiệt độ, taọ điều kiện cắt đứt các liên kết các phân tử thì sự trương chuyển sang không giới hạn. Polymer mạch không gian Các liên kết hóa học dễ bò phá vỡ khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy polymer, do đó chúng không tan trong dung môi, tuy nhiên tùy theo mật độ nối ngang thì chúng có thể tạo trương trong dung môi để taọ thành gel. 12/23/2010 10605002 Dung dịch polymer [...]... dịch polymer 11 7. 3 Độ trương Độ trương là một thông số quan trọng của polymer mạch trong không gian, cho chúng ta biết khả năng trương của polymer trong dung môi hay trong hơi dung môi Độ trương chỉ xác đònh khi polymer trương giới hạn trong dung môi m  m0  m0 hay V  V0  V0 m0 : Trọng lượng ban đầu của mẫu polymer m : Trọng lượng mẫu polymer sau khi trương V0: Thể tích ban đầu của mẫu polymer. .. trương âm khi sự trương trong dung môi làm thoát đi lượng tạp chất trong polymer 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 13 Trương chậm và trương nhanh α Trương chậm α2* α1* Trương nhanh t 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 14 7. 4 Hệ gel Khi polymer trong dung dòch có thể tạo hệ trương hoặc polymer không tan thì ta có cấu trúc gel Gel polymer là một hệ rất quan trọng được ứng dụng quan trọng trong công... 605002 Dung dịch polymer 17 7.4 Hệ phân tán keo  Sự tan sẽ không xảy ra nếu không có ái lực giữa polymer và dung môi, trong trường hợp này sẽ tạo ra hệ phân tán keo Nếu là polymer vô đònh hình thì ta có hệ huyền phù Hệ keo điển hình là hệ mủ cao su ( latex tự nhiên ), đó là hệ các hạt cao su phân tán trong nước Huyền phù tạo ra do trùng hợp huyền phù các polymer được gọi là latex tổng hợp, polymer phân... Gel loại 1 Là hệ polymer – dung môi trong đó mạng lưới được hình thành từ các liên kết hóa học bền giữa các phân tử Các liên kết này không bò phá hủy bởi nhiệt độ, không có hiện tượng thay đổi nhiệt độ, do đó gel không thể chảy ở bất kỳ ở một nhiệt độ nào, nếu tiếp tục nâng nhiệt độ thì polymer sẽ bò phá hủy, nhiệt độ đó là nhiệt độ không hồi phục 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 15 7. 4 Hệ gel (tt)... dịch polymer 18 7. 4 Hệ phân tán keo (tt)  Hệ latex là hệ keo có các tính chất điển hình : hệ không tự động tạo thành, tập hợp thành những hạt, không bền vững nhiệt động do tồn tại bề mặt phân chia pha rất rõ giữa polymer và dung môi Do đó trong hệ keo thì thì năng lượng bề mặt rất cao và thường đi kèm theo hiện tượng động tụ polymer nhằm giảm năng lượng bề mặt hệ và tách polymer ra Như thế là polymer. .. thành dung dòch thực, hiện tượng này gọi là hiện tượng chảy gel 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 16 7. 4 Hệ gel (tt) Gel loại 2 (tt) • Gel loại 2 được thành lập từ tương tác của polymer mạch thẳng hoặc nhánh với dung môi, trrong đó các polymer có chứa các nhóm phân cực và dung môi không là dung môi tốt của polymer hoặc dung môi tương tác tốt với nhóm phân cực này nhưng không tương tác với nhóm tương... polymer V : Thể tích mẫu polymer sau khi trương 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 12 7. 4 Độ trương Độ trương là một hàm theo thời gian và tăng dần theo thời gian, vận tốc trương xảy ra nhanh ở gian đoạn đầu và chậm dần đến khi đạt giá trò cân bằng, khi đó ta có độ trương cân bằng Tùy theo cấu trúc mạng lưới mà chúng ta có tốc độ trương và độ trương cân bằng khác nhau Khi polymer có thể trương trong... loại 1 (tt) Gel loại 1 được hình thành trong các trường hợp : • Polymer mạch thẳng không gian trương trong dung môi (trương giới hạn) • Trùng hợp hgay trùng ngưng 3 chiều trong dung môi • Quá trình đóng rắn, tạo mạng ngang trong dung môi Gel loại 2 • Khi liên kết giữa các phân tử là các lực liên kết phân tử có bản chất khác nhau (liên kết vật lý) , các liên kết này bền trong những điều kiện nhất đònh, khi... keo tụ thì chúng ta cần các chất ổn đònh  Dung dòch thật và hệ phân tán keo là hai trường hợp ở hai cực: liên kết bền và liên kết cực yéu giữa polymer và dung dòch thấp phân tử, giữa hai trường hợp này là các trường hợp trung gian 12/23/2010 605002 Dung dịch polymer 19 . Khuyen nqkhuyen@yahoo.com Chương 7 DUNG DCH POLYMER 12/23/2010 1605002 Dung dịch polymer 7. 1.1 Khái niệm Sự tác dụng tương hỗ của các polymer với các chất lỏng thấp phân tử dẫn đến sự trương và hòa tan của polymer trong. phân tử, nên việc tìm hiểu về dung dòch về polymer là rất cần thiết. 7. 1 Khái niệm chung về dung dòch polymer 12/23/2010 2605002 Dung dịch polymer 7. 1.2 khái niệm về sự hoà tan Sự hòa tan : Đó. thể (chỉ có một pha). •Bền nhiệt động học (các hệ keo không bền về nhiệt động). 7. 2 Hệ polymer – chất lỏng thấp phân tử 12/23/2010 4605002 Dung dịch polymer 7. 2.1 Dung dòch thật (TT) •Các thông