Đề tài Polime tan trong nước trên cơ sở nhựa acrylic ứng dụng làm chất tạo đông, nhũ tương, tạo gel và tạo bông

c tính 3.2. Nguyên nhân sử dụng polime 4. Tổng hợp 4.1. Trùng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc 5. Ứng dụng Mục Lục 1. Giới thiệu chung 1.1. Polyme là gì? - Polyme là những hợp chất cao phân tử mà trong phân tử gồm nhiều phần tử nhỏ hơn gọi là mắc xích. - Polyme có thể được tạo thành từ phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng. 3 1. Giới thiệu chung 1.2. Polyme thiên nhiên Ưu điểm: sẵn có trong tự nhiên, không gây hại với môi trường, độ tinh khiết về mặt lập thể cao. - Nhược điểm: sản xuất có hạn, khai thác từ thiên nhiên làm mất cân bằng sinh thái 4 1. Giới thiệu chung 1.3. Polyme tổng hợp Ưu điểm: sản xuất được hàng loạt. - Nhược điểm: tính đồng đều về mặt lập thể không cao, điều kiện về máy móc cũng như trang thiết bị . 5 2. Nhựa arcrylic 2.1. Giới thiệu về nhựa acrylic - Nhựa acrylic hay poli(acrylic axit), ký hiệu PAA Có công thức chung là [-CH 2 CH(COOH)] n . Nó được coi như một poliaxit với các mắc xích là -CH 2 -CH(COOH)-. - Một số dẫn xuất polyme tan của nó bao gồm poli(acrylic amit), polimaleic, poli(2-aminoetyl acrylat), poli(2-hiđroxipropyl acrylat) 6 2. Nhựa arcrylic 2.2. Tính chất vật lý: Ở điều kiện thường, PAA là chất rắn hút ẩm mạnh, giòn và không màu. - PAA có thể được hòa tan trong nước. Độ tan của PAA khô trong nước tăng lên khi nhiệt độ của nước tăng. 7 2. Nhựa arcrylic 2.3. Tính chất hóa học: - Trong dung dịch với pH gần trung tính, PAA tồn tại dạng anion polyme. - PAA có khả năng liên kết với H 2 O, từ đó hấp thụ và giữ nước, đồng thời làm cho khối lượng phân tử PAA tăng lên so với nguyên chất. - Ở nhiệt độ trên 200 đến 250 o C, PAA mất nước và tạo thành anhiđric polyme không tan trong nước. 8 3. Đặc trưng của polyme 3.1. Thành phần và đặc tính - Cấu trúc phân tử gồm 2 phần ưa nước và kỵ nước + Phần kỵ nước này làm ổn định phân tử polyme và làm cho polyme có các đặc tính chung của polyme. + Phần ưa nước của các polyme (COOH) khiến cho các polyme này có các đặc tính khác hẳn các polyme thông thường. 9 3. Đặc trưng của polyme 3.1. Thành phần và đặc tính - Độ tan trong nước của các chất cao, đồng thời khả năng tạo màng cao. - Trong dung dịch, các polyme tồn tại ở dạng ion mang điện tích do sự phân ly H + , do đó tăng cường khả năng hấp phụ nước đồng thời hình thành nên một màng đối với các hợp chất trong môi trường nước. 10 3. Đặc trưng của polyme 3.2. Nguyên nhân sử dụng polime - Các polyme tan trên cơ sở nhựa acrylic tan được trong nước ở dạng axit hoặc muối tham gia như một chất hoạt động bề mặt. - Số lượng dẫn xuất lớn với các tính chất khác nhau về vật lý cũng như tính chất hóa học nên có thể lựa chọn được dẫn xuất phù hợp đáp ứng được yêu cầu về điều kiện tiến hành phản ứng hay đặc tính của sản phẩm tạo thành 11 4. Tổng hợp 4.1. Trùng hợp Trùng hợp là phản ứng kết hợp một số lớn các phân tử monome với nhau tạo thành hợp chất cao phân tử, không giải phóng sản phẩm phụ 12 4. Tổng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc Phương trình tổng quát có thể viết: nM → (- M- )n Dựa vào bản chất của trung tâm hoạt động, chia quá trình trùng hợp thành: trùng hợp gốc, trùng hợp ion. 13 4. Tổng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc Điều kiện để monome tham gia phản ứng: - Các monome có liên kết đôi - Các monome có cấu tạo vòng Nhựa acrylic chủ yếu được điều chế bằng phản ứng trùng hợp gốc với tác nhân xúc tác là peoxit. 14 4. Tổng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc Cơ chế phản ứng trong quá trình điều chế nhựa acrylic xảy ra qua 3 giai đoạn như sau: Giai đoạn khơi mào : Người ta dùng khơi mào hóa chất với tác nhân peoxit. R-O-O-R → 2RO ● RO ● + >C=CC(OR)-C ● < 15 4. Tổng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc Giai đoạn phát triển mạch: + Ở giai đoạn này xảy ra hàng loạt các bước cộng các monome vào các gốc tự do đang phát triển. + Hình thành nên nhiều gốc tự do mới có kích thước lớn hơn gốc tự do cũ. R 1 o + M -> R 2 o R 2 o + M -> R 3 o R 3 o + M -> R 4 o R n-1 o + M -> R n o 16 4. Tổng hợp 4.1.1 Trùng hợp gốc Giai đoạn ngắt mạch Sự ngắt mạch: quá trình bảo hòa các điện tử tự do của gốc đang phát triển, từ đó làm mất đi các gốc tự do trong hệ. - Các gốc đang phát triển tương tác với nhau theo hai hướng + Tái kết hợp + Tái phân bố - Gốc tự do khơi mào kết hợp với gốc tự do đang phát triển. - Các chất ức chế kết hợp với gốc tự do đang phát triển. 17 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc a)Trùng hợp khối - Trùng hợp khối là phương pháp tiến hành trùng hợp monome ở pha ngưng tụ, không dùng dung môi. - Chất khơi mào thường sử dụng là các peoxyt hữu cơ. 18 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc b) Trùng hợp huyền phù (trùng hợp giọt) - Cơ chế và động học của phản ứng trùng hợp huyền phù gần giống như trùng hợp khối (các "khối" ở đây là các giọt monomer khuếch tán trong nước). - Chất khơi mào được sử dụng: các peoxyt hữu cơ hoặc các hợp chất azo và diazo tan trong monome. - Kích thước các "khối" có thể điều chỉnh được bằng cách thay đổi tốc độ khuấy, hàm lượng chất ổn định. 19 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc c)Trùng hợp kết tủa - Phương pháp này sử dụng dung môi có thể hòa tan được các monome và nước nhưng không hòa tan được polime tạo thành. - Đầu tiên hòa tan các monome và nước trong dung môi, sau đó tiến hành phản ứng với sự có mặt của nước chất hoạt động bề mặt. Monome + H­ 2 O + HĐBM → polime - Polyme được tạo thành không tan trong dung môi nên lắng xuống. - Lọc lấy kết tủa ta thu được polyme cần. 20 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc d)Trùng hợp dung dịch - Sử dụng các monome tan trong dung môi, còn polyme có thể tan hoặc không tan. - Trường hợp nếu polyme tạo thành tan trong dung môi thì thuận lợi nhất là sử dụng ngay dung dịch polyme thu được - Nhược điểm: có thể xảy phản ứng chuyển mạch qua dung môi làm giảm khối lượng phân tử trung bình của polyme 21 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc e)Trùng hợp nhũ tương - Phương pháp này sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp. - Trùng hợp nhũ tương xảy ra với tốc độ lớn ở nhiệt độ tương đối thấp, thu được những polyme có phân tử lượng cao và ít đa phân tán. - Hệ nhũ tương thường không bền nên cho thêm vào hệ chất nhũ hóa để tăng cường sự tạo nhũ và tính bền vững của nhũ tương. 22 4. Tổng hợp 4.1.2 Các phương pháp tiến hành trùng hợp gốc Nghiên cứu động học trùng hợp nhũ tương cho thấy: - Vai trò của chất nhũ hoá là tăng cường và ổn định nhũ tương, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trùng hợp và ở một mức độ đáng kể, quyết định cơ chế của quá trình trùng hợp. - Khi tăng nồng độ chất nhũ hoá, tốc độ trùng hợp tăng lên. 23 5. Ứng dụng 5.1. Chất làm đặc - Chất làm đặc latex: rất nhiều ứng dụng cần đến quá trình làm đặc các hệ latex polime. - Polyme acrylic tan trong nước là chất làm đặc latex hiệu quả. - Khả năng thay đổi hoạt động làm đặc: điển hình và có thể do thành phần latex khác nhau đặc biệt là bản chất của chất nhũ hóa. 24 5. Ứng dụng 5.1. Chất làm đặc - Sơn latex là một lĩnh vực phát triển nhanh, điều chỉnh loại sơn này để thu được độ nhớt mong muốn là cần thiết cho ứng dụng phun, lăn và quét. Trong các dây chuyền làm sợi vải, làm đặc hồ in thường được thực hiện cùng với polyme acrylic tan trong nước để sử dụng làm thành phần chấp vá. - Kem đánh răng hay bọt cạo râu được làm đặc bằng các polyme này. Kem được làm bền bằng kim loại kiềm và muối natri của poly(acrylic axit). 25 5. Ứng dụng 5.2. Chất phân tán - Poly(acrylic axit) và một số dẫn xuất của nó hoạt động như chất phân tán hiệu quả, chủ yếu đối với chất màu hữu cơ. - Polyme khối lượng phân tử thấp được lựa chọn cho mục đích này. - Lĩnh vực ứng dụng bao gồm sơn trong đó có thể nâng cáo tính đồng nhất và độ bền của công thức, có thể là nhờ tương tác của polyme với các vị trí trên chất màu hay chất độn phân tán. - Poli(acrylic axit) và một số dẫn xuất còn được sử dụng làm phụ gia cho nước nồi hơi. 26 5. Ứng dụng 5.3. Chất keo tụ - Rất nhiều polyme tan trong nước hoạt động như chất keo tụ cho nhiều loại vật liệu phân tán. - Polyme được dùng cho ứng dụng này bao gồm các phân tử cationic, anionic, trung tính tương ứng thu được từ các monomer như đimetylaminoetyl metacrylat, acrylic axit, acrylamit. - Xử lý nước: các chất keo tụ được sử dụng để làm trong nhiều loại chất lỏng có các hạt mịn phân tán làm bẩn chúng. 27 5. Ứng dụng 5.3. Chất keo tụ - Luyện kim: các polyme acrylic tan trong nước được dùng để thu hồi quặng từ phân tán trong nước. Ngoài việc làm sạch nước, một mục đích nữa trong quá trình luyện kim là thu hồi các hạt quặng kết tập. - Kiểu kết tập nhằm tăng tốc độ sa lắng và tốc độ lọc này đã được phát triển ra các lĩnh vực khác ngoài luyện kim. Ví dụ, đối với quá trình lọc các kết tủa như canxi sunfat, có thể tăng tốc độ thấm bằng quá trình keo tụ trước với các polime như acrylic. 28 5. Ứng dụng 5.4. Chất kết dính - Trong một số ứng dụng, cần phải tạo ra độ bền màu cho các đồ vật đúc sao cho chúng vẫn giữ được độ bền kích thước sau khi tạo hình trong điều kiện ướt tới khi chúng được nung hay đóng rắn tới hình dạng cuối cùng. - Để thuận tiện, chất kết dính tạm thời được sử dụng cho mục đích này phải cháy hết trong quá trình nung. - Các công nghệ cần tới chất kết dính tạm thời kiểu này bao gồm sản xuất gốm, tổng hợp tấm amiăng, tạo bánh nghiền thủy tinh. 29 5. Ứng dụng 5.5. Lớp phủ - Hỗn hợp muối poli(acrylic axit) với tinh bột có thể ứng dụng trong lĩnh vực này và hồ bằng khả năng dẻo hóa của tinh bột. - Đối với nylon và các loại sợi tổng hợp khác như Dacron, dùng poli(acrylic axit) hoặc các polyme acrylic tan trong nước phù hợp khác thu được hiệu quả cao nhât. 30 5. Ứng dụng 5.5. Lớp phủ - Sơn: Ngoài ứng dụng làm chất liên kết và chất kết dính và phân tán tron công nghệ sơn, một số polyme acrylic có thể làm chất mang sơn. - Giấy: Việc sử dụng poli(acrylic axit) và một số dẫn xuất của nó làm phụ gia bôi trơn và nghiền đã được thực hiện nhằm phân tán trong nguyên liệu hay tính chất hiệu quả như độ bền khô của giấy tạo thành. - Mỹ phẩm, polyme acrylic tan trong nước được quan tâm trong công thức làm bóng tóc, nó phủ lên tóc và cho phép tạo kiểu tóc. - Tạo màng. Việc sử dụng của polyacrylic axit làm chất tạo màng đã được định hướng trong nhiều lĩnh vực. 31 32 The end. Thank you for your attention ^.^