Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO BÀI TẬP, Môn học Polimer dệt, Đề tài Polimer tổng hợp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO BÀI TẬP Mơn học:Polimer dệt GVHD:Ts Hà Dương Xuân Bảo Nhóm:6 Đề tài:Polimer tổng hợp Danh sách thành viên nhóm: 1.Trần Thành Trung(nhóm trưởng) :1513749 2.Nguyễn Thế Hiển : 1511060 3.Bùi Viết Khôi : 1511612 MỤC LỤC Trang I.Phần mở đầu giới thiệu polime II.Xơ polyacrylonitrile III.Xơ acrylic 11 IV.Sơ đàn hồi 15 V XƠ POLYAMIDE VI 19 XƠ POLYESTER (PET) 29 Tài liệu tham khảo: Kỹ thuật chuẩn bị vật liệu in nhuộm (Đào Duy Thái);Công nghệ gia cơng sợi hóa học,và nguồn tài liệu từ internet I.Phần mở đầu giới thiệu polime *Lịch sử phát triển Polime Các hợp chất hữu có khối lượng phân tử lớn gọi hợp cao phân tử hay polymer, hình thành thiên nhiên từ ngày đầu tồn trái đất thí dụ : xenl ( thành phần chủ yếu thực vật), protit ( thành phần ch yếu tế bào sống)… Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ tầm, len để làm quần áo Người cập cổ xưa biết sử dụng giấy polymer để viết thư tìm phương pháp chế hợp chất cao phân tử khác giấy Năm 1833, Gay lussac tổng hợp polyester đun n acid lactic, Braconot điều chế Nitroxenlolozơ phương pháp chuyển hố đồng dạng Từ mở thời kỳ thời kỳ tổng hợp polymer phương pháp hoá học đ vào nghiên cứu cấu trúc polymer thiên nhiên Đến cuối kỹ 19 đầu kỷ 20 việc nghiên cứu hợp polymer phát triển mạnh mẻ Nhờ thành tựu khoa học kỹ thuật người ta dụng phương pháp vật lý nghiên cứu c trúc polymer đưa kết luận: -Hợp chất polymer tổ hợp phân tử có độ lớn kh cấu trúc thành phần đơn vị cấu trúc monomer mạch phân tử - Các nguyên tử hình thành mạch phân tử lớn c thể tồn dạng sợi dao động xung quanh liê hoá trị, làm thay đổi cấu dạng đại phân tử -Tính chất polymer phụ thuộc vào khối lượng phân cấu trúc thành phần hoá học phân tử, tư tác phân tử - Dung dịch polymer hệ bền nhiệt động học, khôn khác với dung dịch hợp chất thấp phân tử, lực hợp solvate hoá lớn dung dịch loãng Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học thú đẩy phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi chất polymer Thí dụ: cao su vật liệu thiếu ngành gia thông vận tải nhựa Polyethylene (PE) , polypropylene (PP) ABS… mà sản phẩm gia dụng khơng thể thiếu tron sinh hoạt hàng ngày Polyester không no, epoxy, PF, UF … nhựa cho vật liệu composite Hơn nửa tổng polymer tinh thể lỏng ứng dụng làm màng hình tinh lỏng… *Các khái niêm polime Polyme (tiếng Anh: "polymer") khái niệm dùng cho hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tử lớn cấu trúc chúng có lặp lặp lại nhiều lần mắt xích bản) Các phân tử tương tự có khối lượng thấp gọi oligome -Tên gọi polyme xuất phát từ tiếng Hy Lạp, πoλvς, polus, 'nhiều' μερος, meros, 'phần', nghĩa phân tử lớn tạo thành từ lặp lại nhiều phân tử Các đơn vị tạo polyme có nguồn gốc từ phân tử (thực ảo) có khối lượng phân tử tương đối thấp Thuật ngữ Jöns Jacob Berzelius đặt vào năm 1833, ơng có định nghĩa khác biệt với định nghĩa IUPAC đại Các khái niệm đại polyme cấu trúc phân tử đồng hóa trị ngoại quan Hermann Staudinger đề xuất vào năm 1920 Ông người trải qua thập kỷ tìm kiếm chứng thực nghiệm cho giả thuyết này.[5] -Polyme sử dụng phổ biến thực tế với tên gọi nhựa, polyme bao gồm lớp polyme thiên nhiên polyme nhân tạo Các polyme hữu protein (ví dụ tóc,da, phần xương) axít nucleic đóng vai trò chủ yếu q trình tổng hợp polyme hữu Có nhiều dạng polyme thiên nhiên tồn chẳng hạn xenlulo (thành phần gỗ giấy) -Khối lượng phân tử polyme: M = n.m M: khối lượng phân tử polyme m: khối lượng đơn vị monome n: hệ số trùng hợp hệ số trùng ngưng -Các tính chất Polyme có tính chất chính: Thường chất rắn, không bay Hầu hết Polyme không tan nước dung môi thông thường *Polime tổng hợp : -Polime tổng hợp: Là polime người tổng hợp từ chất đơn giản ban đầu -Các loại phản ứng điều chế polime tổng hợp thường dùng: +Phản ứng trùng hợp: Phản ứng trùng hợp (addition polymerization) hay gọi phản ứng trùng hợp chuỗi' phản ứng tạo thành polymer có mắt xích cấu tạo tương tự vớimonomer tham gia phản ứng Cao su buna-n > sản phảm đồng trùng hợp buta-1,3đien với acrilonitrin : CH2=CH-CH=CH2 + CH2=CH-CN -> (CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH(-CN)-)N Tơ nitron hay tơ olon sản phẩm trùng hợp vinyl xianual nCH2=CH-CN → (-CH2-CH(CN)-)n Cao su BuNa – S sản phẩm đồng trùng hợp buta 1-3 ddien stiren nCH2=CH-CH=CH2 + nC6H5-CH=CH2 → (-CH2-CH=CH-CH2-CH20 CH(C6H5)-)n (xt, t , p) + Phản ứng trùng ngưng (condensation polymerization) phản ứng tạo thành polymer với mắt xích có số ngun tử monomer tạo sản phẩm phụ như: nước, HCl Phản ứng trùng ngưng, hay phản ứng đồng trùng ngưng, trình nhiều phân tử nhỏ (monomer) liên kết với thành phân tử lớn (polymer cao phân tử) đồng thới giải phóng nhiều phần tử nhỏ H2O, HCl, CO2 .Nilon-6,6: nH2N-(CH2)6-NH2 + nHOOC-(CH2)4-COOH → (-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-)n + 2nH2O hexametylenđiamin axit ađipic Tơ lapsan nHO-CH2-CH2-OH + nHOOC-C6H4-COOH → -(-O-CH2-CH2-OOC-C6H4-CO-)-n + 2nH2O etilenglicol axit terephtalic I.POLIME TỔNG HỢP TRONG ỨNG DỤNG XƠ 1.Khái niệm:Xơ tổng hợp tạo từ polyme tổng hợp,đi từ monomer.Polimer nguyên liệu cho loại xơ dệt 2.Phân loại Có nhóm xơ tổng hợp chủ yếu sau: -Polimer đồng trùng hợp,như:Polyacrynitrile,polyethylence,polyviyl chlorua -Polimer trùng ngưng:Polyester,polyamit -Các polyme khác,như:Polyurethane 3.Cách thức tổng hợp cấu trúc polimer tổng hợp Vì lựa chọn ngun liệu thơ khác sử dụng trình khác để tạo xơ nên xơ tổng hợp có nhiều đặc tính khác nhau,thích hợp cho hầu hết mục đích ngành dệt may.Xơ tổng hợp xâm nhập thị trường thời trang đường pha xơ (len/xpw tổng hợp bơng/polyester),hoặc biến tính,ví dụ làm dún lõi kép.Có thể kết hợp xơ tổng hợp với với loại xơ khác nên phát triển xơ tổng hợp tiếp diễn.Về lâu dài,cơng nghiệp dệt may phải chuẩn bị cho gia tăng sản xuất xơ tổng hợp yêu cầu xơ dệt giới tăng nhanh chóng.Đối với khu vực hồn tất điều có nghĩa vấn đề quy trình xuất Xơ toornghowjp phát triển từ nửa sau kỉ XX.Vào đầu năm 1950 có poliester,polyamit polyacrylonitrile.tuy nhiên từ cuối 1960 xuất loại xơ với cấu trúc hóa học hình thái phức tạp ( hệ thứ hai có tính chất đặc biệt ).Xơ đồng hơn,trong nhiều loại poliemer khác kết hợp,tạo giai đoạn phát triển mới.Từ đó,một loại xơ,với 5000 thương hiệu polymer cổ điển polyurethane polypropylene,đã trở nên phổ biến.Một xu hướng quan trọng tạo “hiệu cao “ tăng cường liên kết ngang.Các loại polyme liên kết ngang cộng hóa trị như: -Polyme liên kết ngang chiều,như polyacrylonitrile oxy hóa, -Polymer liên kết ngang hai chiều,như xơ carbon -Polymer liên kết ngang ba chiều,như polyme phenol-formaldehyde poly(acryateco-acryamide) Tương tự liên kết cộng hóa trị,liên kết ion (liên kết muối) liên kết phối trí có liên kết ngang.Ví dụ tiêu biểu lĩnh vực sợi chuyên dụng,trong liên kết thứ cáp đặc biệt quan trọng,đó xơ dựa poly(acry co-acryamide) poly-phenylen terephthalamide Xơ tổng hợp với cấu trúc hóa chất vật lí phát triển năm 70 kỷ XX.Điều yêu cầu đặc biệt như:độ bền cao,ứng suất đàn hồi cao,ổn định nhiệt,khó bắt cháy kháng hóa chất tốt.Nhờ tính chất này,xơ “hiệu cao” đặc biệt thích hợp cho ứng dụng kỹ thuật cao II.Xơ polyacrylonitrile -Polyacrylonitrile polyme Acrylonitrile (polyacrylic axit nitrile,polyvinyl cyanide ),viết tắt PAN.Đây polime tổng hợp,mà mắt xích tạo thành từ 85% acrylonitrile -Thành phần PAN thay đổi bổ sung vào polyme chất ngoại lai ( vinyl acetate,vinyl chlorua,chlorua vynylidene,pyridin vinyl,methacrylate,methacrylamide, ).Xơ PAN chia thành: -Xơ PAN “thuần khiết” chứa polyacrylonitrile -Xơ biến tính (modacrylic),đến 15% chất ngoại lai (tính nhuộm tốt), -Xơ PAN copolyme,hàm lượng chất ngoại lai cao Xơ PAN sản xuất phương pháp khơ ướt có kéo dãn ( chập 8-12 filament ),cho tơ đơn 0,6 tex trở lên.Mặt cắt biến đổi,thường giống tạ (tạo xơ khô) hình thận (tạo xơ ướt ) Có vùng tinh thể xơ PAN hình thành mạng tinh thể cầu hydro chuỗi phân tử (các phiến).Hiện tượng làm giảm khả tiếp cận phản ứng vơi thuốc nhuộm,phải cân nhắc tới nhuộm Tính chất: -Mật độ thấp (200%), co tới 70% nước sôi Sợi tiếp tục co giãn nhằm tăng mức độ tinh thể, định hướng, giảm độ giãn độ co nhằm đạt mục đích xơ có thêt dệt vải Công nghệ kéo sợi polyester tương tự Polyamide, nhiên để sợi bền hơn, cần kéo giãn 400-500% động thời phải làm nóng c) Polyester biến tính Cải thiện độ bền: cách tăng mức độ polymer hóa tăng độ tinh thể Xơ staple có độ bền cao (5.87.0g/den) dùng làm quần áo bền; sợi filament độ bền cao (6.8-9.5g/den) ứng dụng loại dây thừng, đai Độ giãn polyester bền cao thấp so với 33 Polyester thông thường Xơ hai thành phần lõi Polyester vỏ Polyester có độ nóng chảy thấp, dung sản xuất vải không dệt phủ bọc nội thất, thảm, chiếu…Tên thương phẩm Colback nhãn hiệu BASF, Celbond Hoechst Celanese… Cải thiện tính tiện nghi: Các nghiên cứu gần tập trung đưa Polymer gần với thiên nhiên hơn, tăng cảm giác sờ tay, khả hấp thụ, khả dẫn điện, giảm tĩnh điện…bằng cách thay đổi tiết diện xơ, cho thêm chất chống tĩnh điện vào qua trính chế tạo sợi…Xơ cách điện dẫn mồ có tên Wellkey, sản xuất hạng Teijine (Nhật), sử dụng mặt hàng thể thao Xowizac hạng tạo cảm giác mặt ấm Xơ Dacron cao cấp chứa nhóm ưa nước hấp thụ gấp 12 lần Polyester thường Các tính chất Polyester biến tính trình xử lý vải Hãng Dupont đưa vải Coolmax với tiết diện xơ giống vỏ sò, diện tích lớn gấp 20% so với Polyester thường, nước giữ lại vải nhiều bay nhanh, áp dụng may trang phục thể thao Ở thời tiết lạnh, hãng đưa sản phẩm Thermax, với xơ rỗng có tính cách nhiệt (giảm tới 20% khả dẫn nhiệt) dung sản xuất gang ủng, áo T-shirt… Cải thiện tính thẩm mỹ: Xơ biến tính giống tơ tằm, lanh, vón hạt cách thay đổi tiết diện ngang, giảm độ Polymer hóa, đưa vòa copolymer Nỗ lực làm Polymer giống tơ tằm la thay đổi tiến diện khơng tròn, xơ Trevira có that diên tam giác, hình sao, hình ngũ giác cầu Sự điều chỉnh làm vẽ ngoại 34 quan giống tơ tằm dùng dệt vải Hầu hết xơ Polyester có vẽ giống tơ tằm sản xuất dạng vi mảnh, siêu vi mảnh, mang vẽ thời trang rũ nhẹ Mottj số sản phẩm cóa tên mattique, Maccromattique hãng Dupont; MicroSpun Fiber Industries Xơ Polyester tác dụng với kiềm sau hình thành tạo mọt số tính chất tơ tằm Để có vẽ ngoại quan giống lanh đương kính xơ phải biến đổi dày mõng, độ bóng xơ giảm Xơ Polyester vón hạt có mức độ Polymer thấp (khối lượng phân tử thấp) so với Polyster thường, nhiên xử lý làm xơ bền Tăng khả nhuộm cho Polyster cách cho thếm nhóm sulfonic vào polymer thay lượng nhỏ axit terephthalate axit isophthalate Do vậy, Polyester nhuộm thuốc nhuộm cation thuốc nhuộm phân tán Xơ Polyester trộn với xơ khác để tạo tính chất độ giãn độ đàn hồi tốt Biến tính tăng khả loại trư vết bẩn: biến tính nhằm giảm tính ưa dầu nhờ hồn tất vải Biến tính cải tiến tính bảo vệ, chủ yếu cac xử lý chông cháy cho vải Polyester Cấu trúc Xơ polyester trơn đều, tiết diện gần hình tròn với đường kính từ 12-25µm phụ thuộc mục đích sử dụng Xơ màu trắng, trắng mờ, hoặ gần suốt Nhóm hóa chất quan trọng Polyester nhóm Methylen (-CH2-), carbonyl (-CO-), ester (-OCO-), ben 35 zence Polyester mạch thẳng, hệ số trùng hợp 114140, 35% miền tinh thể, 65% miền vơ định hình Miền vơ định hình hướng theo trục, Polymer xếp chặt chẽ với nhau, liên kết hydrogen khơng hình thành nhóm phân cực, nhiên lực hút mạch cao phân bố đám mây điện tử, (cloud ò election) vòng benzene lực hút lượng cực a) Tính chất PET Độ bền Độ bền xơ Polyester phù hợp mục đích may măc Xơ Polyester có độ bền cao, mức độ tinh thể cao, lực hút đám mây điện tử vong benzene Các mạch Polymer định hướng tốt xơ Độ giãn xơ với ứng suất thấp thấp, lực hút vòng benzene khiến xơ khó trượt lên Độ phục hồi đàn hồi cao ứng lực thấp, phục hồi 97% kéo giãn 2%, vượt giới hạn xơ khơng khả phục hồi Dưới tác dụng lặp lại nhiều lần đám mây điện tủ liên kết Van der Waals dần cho phép xơ trượt lên Độ cứng cao kích thước vong benzene độ bền liên kết mạch ổn định Độ chống ma sát polyester cao, không tốt cho làm thảm chịu nén tốt b) Tính tiện nghi Polyester phân loại xơ kỵ nước, độ ẩm thấp chí mơi trường độ ẩm cao Lượng nước 36 xuất bề mặt xơ thiếu nhóm có cực thu hút nước Sự xuất vòng benzen (có tính kỹ nước) cấu trúc tính thể cao ngăn cản nước xâm nhập vào sâu xơ Xơ có độ mao dẫn thấp dạng trơn tròn Sự chuyền dịch chất lỏng nước qua vải dựa vào cấu trúc xốp vải Polyester không giữ nước bên vải, sau giặt (tiêu chuẩn) xơ giữ 4% nước (Nylon 15%,bơng 50%) Tính chất phù hợp với mơi trường ẩm, giặt khô nhanh nên mức độ giặt tiện nghi tốt Xơ Polyester có điện trở cao dẫn đến tích điện bề mặt, đặc biệt điều kiện môi trường thấp xơ có tính kỵ nước cao Xơ Polyester có trọng lượng trung bình c) Tính thẩm mỹ Một tính chất nỗi bật xơ Polyester tính chất đàn hồi Vải Polyester có trình sử dụng Nếu giặt theo khuyến cáo vải Polyester khơng cần phải ủi, độ tính thể cao nguyên nhân dẫn tới tính chất Do xơ nhiệt dẻo nên định hình nếp vải tốt; thẩm chí sau nhiều lần giặt, chạm nỗi vĩnh vĩnh viễn vải nhiệt độ cao Vải giữ hình dạng pha với thành phần xơ khác Polyester cứng, mức độ tính thể cao gây điều này, khiến khả chống uốn cong lớn Vải Polyester được chế tạo hoàn toàn tờ xơ Staple trộn 37 với xơ khác dễ gây tượng vón hạt tạo vẽ mỹ quan khơng đẹp c) Tính bảo quản Tính nhiễm bẩn: Polyester dầu phân tử dầu bề mặt khơng thấm sâu vào bên Các vòng Benzen có khả hút phân tử dầu, nhiên xơ có khả chống nhiễm bẩn nước bụi bẩn khơng khí dẽ bị xơ hấp thụ tính nhiệm điện cao Loại bỏ vết bẩn từ vải Polyester tương đối khó bề mặt kỹ nước, ngăn cản nước thấm sâu để mang vết bẩn khỏi vải Thực tế Polyester không tương nở nước, vậy, tính khơng biến đổi giặt hay điều kiện ẩm mức độ tính thể cao nguyên nhân khiến nước khơng thấm sâu vào xơ, vậy, sử dụng nước ấm để loại bỏ vết bẩn, nhiên cần thận trọng độ bền Polyester chông dung dịch tẩy rữa kiềm tốt, thể tẩy trắng hợp chất chlorine oxigen Thực chất polyester không cần tẩy trắng giặt kiềm đủ, nhiệt độ lớn 1950C, xơ bắt đầu co, ủi, nhiệt độ cần thấp để tránh nóng chảy biến đổi hình dạng vải Polyester chống acid, chống lại điều kiện không bị ô nhiễm (hàm lượng chất khí) Xơ giảm bền với kiềm đặc (giặt xà phòng lâu gây xù lơng) Xơ Polyester xơ chịu tia UV tốt xơ tổng hợp (chỉ thua Acrylic) Xơ chống nấm, mốc, trùng tốt d) Tính bảo vệ 38 Polyester dễ cháy, độ chống cháy không tốt Vải Polyester bắt lửa từ biên, sau khuynh hướng tự tắt, xuất hiện tượng cháy nhỏ giọt Vải có khuynh hướng co rút theo chiều dài tiếp cúc với lửa, khó cháy khơng trì lửa Xơ cháy có khói đen đặc Vải pha bông/polyester (Pe/Co) không tự tắt cháy rút lửa Xơ polyester xơ có độ chịu nhiệt tốt xơ tổng hợp Thuốc nhuộm sử dung polyester gây hiên tượng dị ứng số trường hợp xãy Vải có khả chống gây mùi vi khuẩn e) Khả nhuộm Hút ẩm (0.4-0.5%) Đa số dung mơi khơng hòa tan Polyester; đun nóng Phenol, Oclorphenol, Tricressol, rựu Benzilic, Triclobenzen… hòa tan polyester, Polyester khó nhuộm Bảng tính chất xơ Polyester Tính chất Tính chất lý (mechanical) Độ bền đứt (tenacity) Độ giãn (elongation) Độ đàn hồi (elastic recovery) Độ bền uốn (flexbilty) 39 Mức độ Cao Cao Cao - Độ chống ma sat (abrasion resistance) Độ cứng uốn (stiffness) Độ hồi phục (relience) Công đứt (toughness) Modulus ban đầu (initial modulus) Khả chịu nhiệt (thermal) Độ bền nhiệt (heat resistance) Chảy mềm (softtening and melting) Phân hủy (decomposition) Bùng cháy (combustibility) Hấp phụ (absorption) Độ hút ẩm (moisture regain) Trương nở (swelling) Sinh nhiệt ướt (heat of wetting) ảnh hưởng đến tính chất khác Hút dầu (oil absorption) Giải phóng dầu (oil release) Hóa chất (chemicals) Kiềm lỏng (dilute alkali) Kiềm đặc (concentrate alkali) Acid lỏng (dilute acid) Acid đặc (concentrate) Dung môi hữu (organtic solvent) Chất oxy hóa (oxidizing agent) Tính chất khác (miscellaneous) Tia UV (ultraviolet light) Vi sinh vật (microorganism) Nhaayk bọ cánh cứng (moth and beetle) 40 Cao Trung bình Cao Cao Cao Cao Trung bình Cao Trung bình Thấ Thấp Thấp Thấp Trung bình Thấp Cao Thấp Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Bọ bạc, mọt sách (silver-fish) Điện trở (electrical resistivity) Cao Cao (tịnh điện) Khối lượng riêng (specific gravity) Trung bình 4) Phạm vi sử dụng Xơ Polyester ứng dụng tương tụ polyamide, thường pha với len, lanh để kéo sợi dệt vải, vật liệu làm nén tổng hợp, bền chịu nhiệt tốt len 41 42 43 44 45 46 ... Chống acid Dung mơi hữu Chất oxy hóa Cao su Spandex Cao Cao Cao su Cao( cs), thấp Cao Cao su Spandex Spandex Trung bình Spandex(ozon Cao, e), cao thấp(cs) su(chlorin) Tính chất khác Tia uv Spandex... sánh tính chất cao su spandex Tính chất lí So sánh Độ bền đứt Mức độ chung Thấp Độ Độ Độ Cao Cao Cao Spandex gấp lần cao su giản Spandex đàn hồi kéo Cao su co rút Spandex gấp lần cao su bền uốn... khác Tia uv Spandex Vi sinh vật Nhậy- bọ cánh cứng Bọ bạc, mọt sách Điện trở Cao su Khối lượng riêng Cao Cao Cao Cao Cao Trung bình 19 V XƠ POLYAMIDE Nguồn gốc - Lịch sử phát triển Polyamide (