Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM LOGO
Khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
GV: Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn HÓA HỌC POLYMER
CHƯƠNG 5: TRÙNG NGƯNG
Học kỳ 2, 2021 - 2022 1 1. Khái niệm
 Chưa có định nghĩa thống nhất  1.1 Định nghĩa
về phản ứng trùng ngưng.
 Phản ứng trùng ngưng theo cơ chế cộng và có loại
phân tử nhỏ. Tuy nhiên, đôi khi không loại phần tử
nhỏ (ví dụ tổng hợp PU).
 Cơ sở phát triển mạch là các phản ứng hóa học cổ
điển giữa các nhóm chức ở hai đầu mạch.
 Cơ chế tổng hợp: M + M → M i j i + j M + M  M i i + 1 2
1.2 Các phản ứng trùng ngưng cơ bản
(a) Trùng ngưng có sinh ra sản phẩm phụ
 Phản ứng làm thay đổi cấu trúc phân tử.
 Phản ứng tạo polyester
 Phản ứng tạo polyamide 3
1.2 Các phản ứng trùng ngưng cơ bản
(b) Trùng ngưng không sinh ra sản phẩm phụ
 Phản ứng không làm thay đổi cấu trúc phân tử.
 Phản ứng tạo polyurethane
Methylene diphenyl diisocyanate 4 A Short Video Clip 5 1.3 Phân loại
 Trùng ngưng hai chiều
 Trùng ngưng ba chiều
 Trùng ngưng đồng thể
 Trùng ngưng dị thể
 Đồng trùng ngưng 6
1.4 So sánh giữa trùng hợp và trùng ngưng 7
1.4 So sánh giữa trùng hợp và trùng ngưng 8
2. Đặc điểm của phản ứng trùng ngưng 9
2.1 Độ chức của monomer
 Độ chức của monomer là số nhóm chức được mang
bởi monomer có thể tham gia vào việc phát triển mạch polymer.
 Để có thể phát triển thành mạch polymer thì monomer
phải có ít nhất là 2 nhóm chức. ANHYDRIC ANHYDRIC SUCCINIC ACID ADIPIC ACID PHTHALIC MALEIC 10
2.1 Độ chức của monomer CH2 OH O H CH 2N H 2 OH NH 2N 2 OH Ethylene Hexamethylene diamine ε – glycol aminocaproic
 Các monomer có số chức lớn hơn 2 sẽ cho polymer
mạch nhánh hoặc mạch không gian (không tan và không chảy). OH GLYCEROL HOOC OH OC CO OH COOH O O CH2OH OC CO HOOC HOCH2 C CH2OH PYROMELLITIC CH TRIMESIC ACID DIANHYDRIDE 2OH PENTACRYTHIOL 11
Tính toán độ chức
 Độ chức trung bình (f) của một hệ phản ứng (gồm 1 hay nhiều loại
monomer) là số lượng trung bình các nhóm chức hoạt động trên
một đơn vị monomer.
 Ví dụ 1: Hỗn hợp phản ứng gồm 8 monomer 3 σ 𝒏 𝒇 = 𝒊𝒇𝒊
chức; 12 monomer 2 chức. Tính độ chức σ 𝒏𝒊
trung bình của hệ phản ứng lúc nhập liệu.
 Ví dụ 2: Polyester không no được tổng hợp từ GLYCEROL, AM và
AP với tỷ lệ mol tương ứng là 2/1/1. Hãy tính độ chức trung bình
của hệ phản ứng ban đầu.
 Ví dụ 3: Polyester không no được tổng hợp từ EG, AM và AP với tỷ
lệ mol tương ứng là 2.5/1/1. Hãy tính độ chức trung bình của hệ
phản ứng ban đầu. 12 Độ chuyển hóa p
 Độ chuyển hóa (p) là tỷ lệ lượng nhóm chức đã phản ứng trên
tổng số nhóm chức có trong hệ tại một thời điểm nhất định.
𝒔ố 𝒄𝒉ứ𝒄 𝒎ấ𝒕 đ𝒊
n : số monomer ban đầu 𝒑 = o
σ 𝒔ố 𝒄𝒉ứ𝒄 𝒃𝒂𝒏 đầ𝒖
n: số phân tử ở thời điểm t Lúc t = 0
Tổng số chức N = n .f o o Lúc t = t
Số chức đã phản ứng: 2(n – n) o
Đầu phản ứng 𝟐 𝒏 𝟐 𝒏 , p = 0 𝒑 = 𝒐 − 𝒏 = (𝟏 − ) 𝒏𝒐. 𝒇 𝒇 𝒏𝒐
Cuối phản ứng, p → 2/f 13 Độ chuyển hóa p 𝒏
 Nếu trùng ngưng mạch thẳng (f = 2). 𝒑 = (𝟏 − ) 𝒏𝒐 𝒕 = 𝟎 → 𝒑 = 𝟎 ቊ
 Độ trùng hợp trung bình 𝒕 → ∞ → 𝒑 ≈ 𝟏 𝒏 𝟐 𝟏 DPn 𝑫𝑷 = 𝒐 𝒑 = (𝟏 − ) 𝒏 𝒇 𝑫𝑷 f = 2 𝟏 𝑫𝑷 = p 𝟏 − 𝒑
 Để có độ trùng hợp cao thì độ chuyển hóa phải rất cao (hầu như
các nhóm chức đều phản ứng hết). 14
2.2 Quá trình phản ứng
Các phản ứng giữa các nhóm
Các phản ứng cơ sở định chức
Phản ứng đa tụ phát triển mạch
Quá trình phát triển mạch polymer Kết
1. Ngắt mạch vật lý thúc phản ứng
2. Ngắt mạch hóa học 15
Ngắt mạch hóa học 16
3. Trùng ngưng mạch thẳng 17
3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ 2 monomer
 Hệ số tỷ lượng r: là tỷ số của nồng độ mol ban đầu ([A ], [B ]) hay o o
tỷ số của nhóm chức ban đầu (No , No ) của hai loại monomer A và A B B. [𝑨 𝑵𝒐 𝑨𝒐 = [𝑩𝒐] 𝒓 = 𝒐] = 𝑨 [𝑩 𝒐 𝒐] 𝑵𝑩 𝑨𝒐 ≠ [𝑩𝒐]
 Độ trùng hợp trung bình trong trùng ngưng 2 chức
 Hỗn hợp đồng tỷ lượng 𝟏 𝑫𝑷 =
[A ] = [B ]  r = 1 o o 𝟏 − 𝒑 𝟏 + 𝒓 𝟏 + 𝒓 𝑫𝑷 = 𝑫𝑷 = 𝟏 + 𝒓 − 𝟐𝒑𝒓  r ≠ 1 và p ≠ 1 𝟏 + 𝒓 − 𝟐𝒑𝒓 𝟏 + 𝒓 𝑫𝑷 =  r ≠ 1 và p = 1 𝟏 − 𝒓 18
3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ 2 monomer
Dù phản ứng đã thực hiện  Ví dụ:
xong p = 1, nhưng với r ≠ 1
r = 0,9 → DP = 19 𝟏 + 𝒓 𝑫𝑷 =
r = 0,99 → DP = 200 𝟏 − 𝒓
r → 1 → DP → ∞
 Khối lượng phân tử polymer
lớn khi trùng ngưng đồng tỷ lượng.
 Sự hiện diện của tạp chất làm
thay đổi r và ảnh hưởng lớn
đến khối lượng phân tử. 19 Ví dụ
 Một polyester được trùng ngưng từ Anhydride Phthalic và Ethylene Glycol.
a. Hãy viết phương trình phản ứng tổng hợp
b. Hãy tính nguyên liệu cần thiết để tổng hợp được 100kg
sản phẩm. Biết nguyên liệu ban đầu được lấy là đồng tỷ lượng.
c. Hãy tính DP của polyester trong 3 trường hợp p = 0,9; p = 0,99 và p = 1. 20