Polymer là gì? Tính chất và ứng dụng của polime trong đời sống như thế nào? Chắc hẳn là thắc mắc chung của nhiều người về hợp chất này. Trong bài viết sau, Thanh Phúc Plastic sẽ giải đáp chi tiết những thắc mắc của bạn đọc. Đừng bỏ qua bài viết hữu ích và thú vị này nhé!
Polymer là gì?
Polymer hay monome là tên gọi để chỉ các hợp chất có trọng lượng phân tử cao. Trong đó, một đơn phân tử duy nhất, có thể liên kết với tối thiểu hai phân tử đơn khác và có sự lặp đi lặp lại những liên kết cơ bản.
Các mắt xích kết nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, hai hoặc nhiều phân tử đơn sẽ nối với nhau và có chung một cặp electron. Quá trình liên kết này được gọi là quá trình polime hóa.
Trên thực tế, có thể bắt gặp khá nhiều ứng dụng của polime trong cuộc sống hàng ngày. Chúng được chia thành hai nhóm phổ biến là:
- Polymer tự nhiên: Protein, tinh bột, ARN, ADN, khí đốt, dầu thô,…
- Polymer nhân tạo: Sợi nilon, nhựa epoxy, polyetilen, silicone,…
Nguyên lý hình thành polymer
Polymer được hình thành từ các đơn phân tử monome. Các monome có khả năng liên kết với tối thiểu hai đơn phân tử khác. Quá trình liên kết này được gọi là polime hóa. Trong đó, hai phân tử riêng lẻ khác nhau kết hợp với nhau gọi là liên kết cộng hóa trị. Khi liên kết cộng hóa trị diễn ra, hình thành những phân tử lớn hơn và đó chính là polime.
Khái niệm cơ bản
Nhựa polymer thường có 2 cấu trúc liên kết: Nếu một monome liên kết với hai phân tử khác nhau thì có cấu trúc mắt xích. Nếu một monome liên kết từ ba phân tử trở lên sẽ có cấu trúc chữ thập. Để tính khối lượng polime, cần áp dụng công thức:
M = n.m
Trong đó:
- M là khối lượng phân tử polime.
- m là khối lượng của một đơn vị monome.
- n là hệ số trùng hợp hay hệ số trùng ngưng.
Tính chất vật lý và hóa học của polymer
Polymer được biết đến là hợp chất cao phân tử có ứng dụng rộng rãi bậc nhất trong các lĩnh vực của đời sống. Vậy tính chất vật lý và hóa học của hợp chất này như thế nào?
Tính chất vật lí
Hợp chất polymer có sự liên kết chặt chẽ các phân tử bằng liên kết hóa trị, do đó tính chất vật lý của vật liệu này vô cùng đa dạng và đặc biệt.
- Polime tồn tại ở thể rắn, không có nhiệt độ nóng chảy cố định và không bay hơi. Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất này nằm ở khoảng nhiệt khá rộng.
- Hầu hết polymer nóng chảy sẽ ở dạng chất lỏng hơi nhớt. Khi để nguội sẽ rắn lại và giữ nguyên hình dạng khi nóng chảy, đây là chất dẻo nhiệt. Ngược lại, một số khác không nóng chảy mà xuất hiện tình trạng thủy phân thì là chất nhiệt rắn.
- Đa số polime có liên kết bền vững nên không tan trong nước hoặc các loại dung môi.
Tính chất hóa học
Không chỉ có tính chất vật lý đặc biệt, tính chất hóa học của polime cũng vô cùng đa dạng khi có thể tham gia được 3 dạng phản ứng: Phản ứng cắt mạch, phản ứng giữ nguyên mạch và phản ứng tăng mạch cacbon.
- Phản ứng cắt mạch: Polymer có nhóm chức trong mạch nên dễ bị thủy phân hoặc oxy hóa cắt mạch. Khi nhiệt phân ở điều kiện nhiệt độ thích hợp sẽ hợp thành các đoạn ngắn, cuối cùng trở thành monome ban đầu.
- Phản ứng giữ nguyên mạch: Phản ứng xảy ra khi polyme có liên kết đôi trong nhóm chức ngoại mạch hoặc trong mạch. Lúc này, hợp chất sẽ tham gia vào phản ứng đặc trưng xuất hiện trong liên kết đôi hoặc của nhóm chức.
- Phản ứng tăng mạch: Phản ứng này xảy ra khi các polymer liên kết với nhau trong điều kiện nhiệt độ và chất xúc tác phù hợp. Nhờ đó, tạo ra mạch hoặc mạng lưới dài hơn.
Đặc điểm của polymer
Khi nhắc đến polime và những sản phẩm tạo ra từ hợp chất này, người ta thường ấn tượng ngay với những đặc điểm như:
- Khả năng tái chế cao: Nhựa dẻo polime khi nung nóng ở nhiệt độ cao nhất định sẽ nóng chảy thành chất dẻo. Lúc này, ta có thể tùy biến tái chế thành các vật dụng khác.
- An toàn với hóa chất: Các vật dụng bằng nhựa có thể đựng chất tẩy rửa, dung dịch làm sạch,… mà không làm biến đổi tính chất hay gây tác dụng phụ.
- Không dẫn điện, dẫn nhiệt: Vật liệu polymer không có khả năng dẫn điện hay dẫn nhiệt. Vì thế, vỏ dây điện hay lõi cách nhiệt của cáp điện thường sử dụng bằng vật liệu này.
- Trọng lượng nhẹ: Nhựa polymer có trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều so với đồng, nhôm, thép, đá, bê tông,… Cũng nhờ đặc điểm này nên được ứng dụng rộng rãi trong các ngành nghề.
- Màu sắc đa dạng: Vật liệu này có thể được chế tạo với nhiều màu sắc khác nhau. Hiện nay, polime đang dần thay thế cho sợi bông, sứ, đá cẩm thạch,…
Một số loại polymer thường gặp
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp một số loại polymer như:
- Celluloid: Celluloid là loại nhựa tổng hợp được chế tạo từ nitrocellulose, camphor (Long não) và cồn. Tuy là một trong những loại nhựa nhân tạo đầu tiên nhưng celluloid đã không còn được sản xuất rộng rãi do quá trình sản xuất không đảm bảo an toàn.
- Xenlulo: Xenlulo được điều chế bằng quá trình lấy bông nhúng vào axit sunfuric đặc. Sau đó, hòa vào trong cồn, rồi cho 1 viên long não vào khuấy đều.
- Cao su: Cao su hiện có hai loại là cao su tự nhiên và cao su chế tạo từ các hợp chất đơn giản.
- Polietilen: Điều chế từ etilen có trong khí dầu mỏ, khí than đá,… Thường được dùng làm dây bọc điện, bao bì đóng gói, sơn tàu,…
Điều chế polymer
Để điều chế polymer, các chuyên gia hiện đang ứng dụng ba phương pháp chính gồm: Phản ứng trùng hợp, phản ứng trùng ngưng và phản ứng trùng – cộng hợp:
Phản ứng trùng hợp
Phản ứng trùng hợp kết hợp nhiều monome của một chất để tạo thành polime. Phương trình phản ứng trùng hợp diễn ra như sau:
nCH2=CH-CH=CH2 → (-CH2-CH=CH-CH2-)n
Phản ứng trùng ngưng
Phản ứng trùng ngưng kết hợp nhiều monome để tạo thành polymer và các sản phẩm phụ khác nhưng chủ yếu là nước. Điều kiện để diễn ra phản ứng này là cần có hai nhóm chức với khả năng tách nước. Phản ứng trùng hợp kết hợp nhiều monome của một chất để tạo thành polime. Phương trình phản ứng trùng ngưng diễn ra như sau:
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
Phản ứng trùng – cộng hợp
Phản ứng trùng – cộng hợp xuất hiện khi các monome kết hợp với nhau để tạo thành monome mới. Điều kiện xảy ra phản ứng là cần có ít nhất một trong hai chất phải có liên kết đôi. Sau đó, monome mới hình thành sẽ kết hợp lại với nhau để tạo ra một polymer hoàn chỉnh.
Ứng dụng của polymer trong cuộc sống
Polymer là vật liệu không thể thiếu trong các ngành sản xuất công nghệ để ứng dụng vào cuộc sống của con người. Chúng ta có thể thấy polymer hiện diện ở khắp mọi nơi với những ứng dụng cụ thể như sau:
- Chất dẻo: Hợp chất này là thành phần chính tham gia vào quá trình sản xuất chất dẻo – Vật liệu đa dụng nhất hiện nay. Ngoài polymer, chất dẻo còn chứa một số hợp chất khác như chất độn, phụ gia, chất tạo mà,… Nhờ đó, cực kỳ bền bỉ, đa dạng màu sắc lại có khả năng cách điện, cách nhiệt cao.
- Tơ: Tơ hóa học sản xuất từ polime ngày càng được ưa chuộng sử dụng bởi có cấu trúc mạch thẳng, có thể kéo thành những sợi dai. Vì vậy, có độ bền bỉ hơn, khô nhanh hơn sau khi giặt lại có tính thẩm mỹ cao hơn.
- Cao su: Polime cũng là nguyên liệu hàng đầu để sản xuất cao su có đặc tính đàn hồi cao. Các loại cao su tổng hợp được ứng dụng rộng rãi từ vọc bọc dây điện, áo lặn, áo mưa, lốp xe,….
- Keo dán: Keo dán chế tạo từ polymer có khả năng kết dính mạnh mẽ, tạo ra lớp màng mỏng, bánh dính cực kỳ chắc chắn. Sử dụng các loại keo dán chế tạo từ hợp chất này có thể liên kết hai vật liệu mà không làm biến dạng.
Mặt trái của polymer đối với môi trường
Polime được sử dụng để chế tạo ra nhiều đồ dùng phục vụ cho cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, quá trình sản xuất đồ dùng từ vật liệu này lại gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường như:
- Khí CO2 tạo ra do quá trình sản xuất sẽ kích thích biến đổi khí hậu và làm hiệu ứng nhà kính nghiêm trọng hơn. Từ đó, tạo ra các hệ lụy như: Thiên tai, bão lũ, hạn hán, băng tan,…
- Các chất phụ gia được đưa vào sản xuất polime nhân tạo gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
- Polymer ngấm vào đất và nước sẽ gây cản trở quá trình trao đổi oxy gây ra tình trạng xói mòn, sạt lở,… Cây cối không phát triển tốt, không hấp thụ được chất dinh dưỡng, sinh vật biển chết khi nuốt phải chất thải.
- Khi được sử dụng ở dạng túi plastic sẽ khó xử lý, nếu bị vứt bừa bãi sẽ gây tắc nghẽn sông ngòi, kênh, ô nhiễm nguồn nước và không khí.
- Khi đốt sản phẩm làm từ polime sẽ gây hại cho sức khỏe con người, tạo ra mùi hôi khó chịu và làm ô nhiễm môi trường.
Thanh Phúc Plastic vừa chia sẻ những thông tin hữu ích về polymer cũng như nguy hiểm tiềm ẩn trong quá trình sản xuất vật liệu này. Hy vọng những chia sẻ của chúng tôi đã giúp bạn có thêm những kiến thức thú vị mới.
