Polime là gì? Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của Polymer?

Polymer hay được còn được gọi là Polime, đây là hợp chất hóa học quen thuộc với chúng ta. Nhưng mọi người có thực sự hiểu polime là gì và cấu tạo, ứng dụng của nó như thế nào trong đời sống? Bài viết sau đây sẽ giải thích rõ hơn về hợp chất này cho mọi người tìm hiểu chi tiết.

Polymer là gì?

Polime là hợp chất hóa học có phân tử khối lớn và được thiết lập từ các liên kết mắt xích với nhau. Các mắt xích sẽ được liên kết với nhau qua những liên kết cộng hóa trị. Điều này có nghĩa là 2 phân tử hay nhiều hơn 2 phân tử sẽ liên kết với nhau và có chung cặp electron. Những phân tử lúc đầu tạo ra các mắt xích trong polime có tên là monome.

Chẳng hạn ta có hợp chất Polietilen là (-CH2 - CH2-)n, trong đó:

• -CH2 - CH2- chính là những mắt xích.
• n là hệ số trùng hợp. Hệ số này mà càng cao thì thể hiện độ polime hóa càng cao và phân tử khối của hợp chất polime càng lớn.

Hiện nay hợp chất Polime xuất hiện nhiều trong tự nhiên, nó có nhiều trong các chất hóa học như RNA, DNA. Ngoài ra, những loại polymer tự nhiên rất gần gũi với cuộc sống chúng ta như tóc, lụa, móng chân, móng tay, protein, xenlulozo,… hoặc có những loại polime có xuất xứ từ dầu thô, than đá, khí tự nhiên,…

Polymer có mấy loại phổ biến?

Polime hiện đang được phân loại dựa vào nhiều yếu tố khác nhau như cách tổng hợp, nguồn gốc, đặc điểm về cấu trúc:

Phân loại bằng nguồn gốc

Căn cứ vào nguồn gốc, Polime được phân làm 2 loại chính là Polime tổng hợp và Polime tự nhiên:

• Polime tự nhiên thường có trong xenlulozơ hoặc cao su,…
• Polime tổng hợp thường được con người tạo ra như nhựa phenol-fomanđehit, polietilen,… Bên cạnh đó còn có loại Polime nhân tạo được gọi là Polime bán tổng hợp được làm từ Polime tự nhiên và con người chế tạo thành loại Polime mới là tơ visco, xenlulozơ trinitrat,…

Phân loại bằng cách tổng hợp

Khi phân loại bằng cách tổng hợp Polymer, nó được chia làm 2 loại là:

• Polime trùng hợp được tạo ra từ phản ứng trùng hợp. Công thức chung của loại Polime này là (-CH2-CHCl-)n và (-CH2-CH2-)n.
• Polime trùng ngưng được làm từ phản ứng trùng ngưng: Công thức chung của loại Polime này là (-HN-[CH2]6-NH-CO-[CH2]4-CO-)n.

Phân loại bằng cấu trúc

Polime có thể được phân loại nhờ vào cấu trúc như sau:

• Loại Polime gồm mạch nhánh, chẳng hạn như Glicogen, Amilopectin.
• Loại Polime gồm mạch không phân nhánh, chẳng hạn như PE, PVC, xenlulozơ, cao su, PS, tinh bột,…
• Polime gồm cấu trúc kiểu mạng lưới (mạng không gian), chẳng hạn như cao su lưu hóa, rezit,…

Cấu tạo của Polymer có đặc điểm gì nổi bật?

Các phân tử Polime hiện được cấu thành từ các mắt xích có mối liên kết với nhau. Những mắt xích sẽ kết nối với nhau và thiết lập mạch nhánh hoặc mạch không phân nhánh. Mạch phân tử của Polime sẽ kết nối với nhau qua những nhóm nguyên tử và từ đó thiết lập ra mạng không gian.

Ví dụ ta có:

• Mạch không phân nhánh (mạch thẳng): amilozo, polietilen,…
• Mạch phân nhánh: glicogen, amilopectin,…
• Mạch không gian (mạch mạng lưới): nhựa bakelit, cao su lưu hóa,…

Hầu hết các loại Polime đều tồn tại ở dạng chất rắn, không tan khi bỏ vào nước hay các loại dung môi và đặc biệt là không bay hơi.

Tính chất vật lý - hóa học của Polime

Để hiểu hơn về hợp chất Polime, mọi người có thể tìm hiểu sâu hơn về tính chất vật lý và tính chất hóa học của nó:

Tính chất vật lý

Tính chất vật lý nổi bật nhất của Polime là nó không bay hơi, tồn tại ở thể rắn, không xác định được nhiệt độ nóng chảy (khoảng nhiệt độ để hợp chất này nóng chảy khá rộng).

Khi rơi vào trạng thái nóng chảy thì Polymer sẽ tạo ra những dạng chất lỏng khá nhớt, khi để nguội nó sẽ đông cứng lại và nhiều người gọi đây là chất nhiệt dẻo. Ngoài ra cũng có một vài loại Polime không bị nóng chảy lúc đun lên mà sẽ phân hủy ngay lập tức và được đặt tên là chất nhiệt rắn.

Đa số những loại Polime đều không tan trong dung môi và nước. Chỉ có một số ít loại Polime có thể tan trong chất dung môi phù hợp và đem lại dung dịch nhớt. Chẳng hạn như loại polibutadien sẽ hòa tan trong dung môi là benzen.

Bên cạnh đó, hiện nay có khá nhiều loại Polime có tính dẻo như polipropilen, polietilen,…, Polime có tính đàn hồi như poliisopren, polibutadien,…, Polime có thể kéo ra sợi khá dai và bền như xenlulozơ, nilon-6,…, Polime trong suốt, có tính cách nhiệt, cách điện và Polime có chất bán dẫn…

Tính chất hóa học

Polime có khả năng tham gia vào 3 phản ứng như phản ứng tăng mạch cacbon, phản ứng giữ nguyên mạch và phản ứng phân cắt mạch. 3 phản ứng này có tác động quan trọng đến tính chất hóa học của Polime.

Phản ứng phân cách mạch

Polymer có các nhóm chức rất dễ thủy phân trong mạch. Vì vậy khi Polime tham gia vào phản ứng trùng hợp sẽ tạo ra hiện tượng nhiệt phân ở nhiệt độ cụ thể để tạo thành những đoạn ngắn và monome 3 đầu.

Phản ứng làm nhiệt phân Polime và tạo ra các monome chính là phản ứng depolime hóa hay phản ứng giải trùng hợp. Trong đó có một vài Polime sẽ bị oxi hóa và bị cắt mạch.

Phản ứng giữ nguyên mạch

Những Polime có những nhóm chức bên ngoài mạch hoặc có liên kết cặp trong mạch thì được gia nhập vào phản ứng đặc trưng của nhóm nhức hoặc liên kết đó.

Phản ứng tăng mạch

Ở mức nhiệt độ lý tưởng hoặc chất xúc tác phù hợp thì những mạch Polime có khả năng liên kết với nhau và tạo ra mạng lưới hoặc các mạch dài hơn. Ví dụ như phản ứng lưu hóa có thể biến nhựa rezol thành loại nhựa rezit và biến cao su thành loại cao su lưu hóa… Còn phản ứng liên kết các mạch Polime sẽ tạo ra mạng không gian và được nhiều người gọi đây là phản ứng dùng để khâu mạch của Polime.

Điều chế Polymer bằng phản ứng nào?

Người ta thường dùng phản ứng trùng ngưng hoặc phản ứng trùng hợp để điều chế Polime như sau:

Điều chế bằng phản ứng trùng hợp

Đây là phản ứng có sự liên kết của các phân tử monome giống nhau hoặc tương tự nhau và tạo ra dạng phân tử lớn là Polime. Cấu trúc của monome trong phân tử cần có liên kết bội (ví dụ CH2 = CH-C6H5, CH2 = CH2,…) hoặc vòng kém bền để mở ra để tham gia vào phản ứng trùng hợp. Sau đây là hình minh họa về phản ứng trùng hợp dùng để điều chế Polime:

Điều chế bằng phản ứng trùng ngưng

Đây là phản ứng có sự liên kết của các phân tử monome nhỏ và tạo ra phân tử lớn là Polime. Đồng thời nó sẽ giải phóng các phân tử khác như H2O… Nói dễ hiểu hơn thì phản ứng trùng ngưng là tiến trình ngưng tụ các phân tử nhỏ và tạo ra những phân tử rất lớn.

Điều kiện để diễn ra phản ứng trùng ngưng chính là những phân tử monome phải có tối thiểu 2 nhóm chức có thể phản ứng và tạo ra các liên kết thì mới được tham gia phản ứng. Sau đây là hình ảnh minh họa về phản ứng trùng ngưng để điều chế Polime:

Polymer có ứng dụng gì trong sản xuất, đời sống?

Trong lĩnh vực sản xuất và đời sống thì Polime là hợp chất thiết yếu trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác nhau. Mọi người có thể thấy hợp chất này tồn tại trong ngành dệt may, văn phòng phẩm, bao bì, đồ chơi, xây dựng, máy bay, nhựa,… Đặc biệt, Polime đang có 4 ứng dụng nổi bật nhất trong sản xuất và đời sống đó là làm cao su, tơ, chất dẻo và keo dán.

Chất dẻo

Chất dẻo được chế tạo từ hợp chất Polime và là vật liệu dẻo. Ngoài Polime thì thành phần trong chất dẻo có chứa một vài hợp chất khác như chất độn để làm tăng độ bền, chất hóa dẻo để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công các sản phẩm, chất tạo mùi, chất phụ gia để tạo ra nhiều màu….

Chất dẻo thường có ưu điểm nổi bật là cách điện, bền, nhẹ, nhiều màu sắc, dễ gia công, cách nhiệt… nên nó đã dần thay thế những chất liệu dễ vỡ như thủy tinh, sành sứ, kim loại,… trong đa dạng lĩnh vực.

Tơ

Tơ chủ yếu được làm từ loại Polymer tự nhiên hoặc làm từ polime tổng hợp có thể kéo ra thành sợi dai và cấu tạo như mạch thẳng. Căn cứ vào xuất xứ và tiến trình sản xuất mà tơ cũng được chia thành tơ tự nhiên (tơ có trong thiên nhiên như sợi bông, tơ tằm, sợi đay,…) và tơ hóa học được làm từ loại Polime tự nhiên hay những chất đơn giản.

Hiện nay tơ hóa học sẽ được sử dụng phổ biến hơn loại tơ tự nhiên vì nó đem lại nhiều lợi ích hơn cho người dùng như đẹp, bền, phơi nhanh khô và dễ giặt.

Cao su

Cao su chủ yếu được làm từ loại Polime tổng hợp đàn hồi tốt hoặc làm từ Polime tự nhiên. Nhiều người đã phân loại cao su ra 2 loại đó là cao su tổng hợp và cao su tự nhiên dựa trên hợp chất chế tạo nên nó. Cao su buna thường được sử dụng phổ biến trong sản xuất và được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực như vỏ bọc của dây điện, lốp xe, áo lặn, áo mưa,…

Đặc điểm nổi bật nhất của cao su chính là tính chống thấm nước, đàn hồi, chịu mài mòn, cách điện và không thấm khí.

Keo dán

Keo dán được làm từ hợp chất Polymer vì nó có khả năng kết dính 2 mảnh chất liệu tương tự nhau mà không làm biến dạng các vật liệu kết dính. Keo dán có thể tạo ra một màng rất mỏng và bền vững, nó có thể bám rất chắc vào 2 mảnh chất liệu. Vì vậy nó có thể kết dính nội và kết dính ngoại rất chắc.

Dựa theo tính chất hóa học mà người ta phân loại keo dán thành keo dán hữu cơ như keo epoxi, hồ tinh bột,… hay keo dán vô cơ như matit vô cơ, thủy tinh lỏng,… Hoặc người ta có thể phân loại keo dán theo dạng keo đó là keo dạng lỏng, keo dạng bột hoặc keo nhựa dẻo,…

Bài viết trên đã chia sẻ khá nhiều thông tin về hợp chất Polymer đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực hiện nay. Khi mọi người đã hiểu hơn về hợp chất này thì bạn có thể giải thích được các đồ vật làm từ hợp chất Polime lại có độ bền và dẻo dai như vậy.

Tham khảo bài viết liên quan:

• Chất bán dẫn là gì? Tầm quan trọng trong lĩnh vực công nghệ
• Đá CZ là gì? Có bền không? So sánh đá CZ với kim cương, Moissanite