Polymer là gì? Ứng dụng vật liệu Polymer trong ĐKT

Polymer được biết đến là một chất hóa học cấu tạo nên thành phần của nhiều loại vật liệu phổ biến được ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực. Đặc biệt là lĩnh vực địa kỹ thuật. Vậy cấu trúc phân tử của Polymer là gì? Nguồn gốc và phân loại của chúng ra sao? Chúng được ứng dụng như thế nào trong lĩnh vực địa kỹ thuật? Hãy cùng Phú Thành Phát tìm hiểu về nội dung này thông qua bài viết được chia sẻ bên dưới nhé!

Polymer là gì?

Polymer hay còn được gọi là Polime, là hợp chất hóa học có phân tử khối lớn và được liên kết với nhau bằng những liên kết mắt xích cộng hóa trị. Mỗi mắt xích bao gồm 2 hay nhiều phân tử được liên kết với nhau bằng một cặp electron. Những phân tử này có tên gọi là monome.

Công thức hóa học (Polietilen): (ーCH₂ーCH₂ー)_n. Trong đó:

ーCH₂ーCH₂ー : Chuỗi mắt xích monome.
n: Hệ số trùng hợp. (Hệ số càng cao thì độ polime hóa càng cao và phân tử khối hợp chất polime càng lớn).

Polymer xuất hiện rất nhiều trong tự nhiên và cấu tạo nên nhiều dạng vật liệu khác nhau. Chúng có tính linh hoạt và được ứng dụng trong đời sống hằng ngày. Được tìm thấy rất nhiều trong các chất hóa học hoặc các vật gần gũi như tóc, lụa, móng tay, móng chân, protein, xenlulozo,… Thậm chí là trong các khoáng vật từ mỏ khoáng như dầu thô, than đá, khí tự nhiên,…

Phân loại Polymer

Tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và được tìm thấy nhiều nhiều hợp chất khác nhau nên Polymer cũng rất đa dạng về mặt cấu trúc và nguồn gốc hình thành. Tuy nhiên, có thể phân loại hợp chất này dựa trên 3 tiêu chí:

Phân loại dựa trên nguồn gốc

Dựa vào nguồn gốc hình thành, Polime được chia làm 2 loại chính:

Polime tự nhiên: Là loại polime có nguồn gốc từ tự nhiên. Điển hình như xenlulozơ hoặc cao su tự nhiên,…
Polime nhân tạo: Là loại polime được điều chế trong quá trình sản xuất. Bào gồm: nhựa phenol-fomanđehit, polietilen, nilon, cao su buna…

Bên cạnh đó còn có loại Polime nhân tạo được gọi là Polime bán tổng hợp. Loại polime này có thành phần cấu tạo từ Polime tự nhiên và trải qua thêm một quá trình điều chế để hình thành nên cấu trúc phân tử Polime mới. Điển hình như là tơ visco, xenlulozơ trinitrat,…

Phân loại dựa trên cách tổng hợp

Hợp chất polime được điều chế bằng 2 phương pháp. Đó là phương pháp trùng hợp và trùng ngưng. Đây cũng là 2 phân loại khác của Polime dựa trên phương pháp điều chế tổng hợp:

Polime trùng hợp: Được tạo ra từ phản ứng trùng hợp. Phản ứng trùng hợp là quá trình các monome kết hợp với nhau thành một monome chính nhờ phản ứng cộng. Các monome này sẽ liên kết với nhau tạo thành polyme hoàn chỉnh. (Với điều kiện ít nhất một trong hai chất phải có liên kết đôi).
Công thức chung: (ーCH₂ーCHClー)_n và (ーCH₂ーCH₂ー)_n.
Polime trùng ngưng: Được làm từ phản ứng trùng ngưng. Phản ứng trùng ngưng là phản ứng kết hợp nhiều monome của cùng một chất tạo thành polime với điều kiện các monome phải có hai nhóm chức có khả năng tách nước
Công thức chung: (–HN–[CH₂]₆–NH–CO–[CH₂]₄–CO–)_n.

Phân loại dựa trên cấu trúc hợp chất

Dựa vào cấu trúc của hợp chất, polime được chia thành nhiều dạng như:

Loại Polime mạch nhánh: Glycogen, Amilopectin.
Loại Polime mạch không phân nhánh: PE, PVC, xenlulozơ, cao su, PS, tinh bột,…
Cấu trúc kiểu mạng lưới (mạng không gian): Cao su lưu hóa, rezit,…

Tính chất vật lý – hóa học của Polymer

Tính chất vật lý

Polymer tồn tại ở dạng chất rắn và không bay hơi. Khả năng nóng chảy của vật liệu không xác định (tùy cấu trúc liên kết).

Khi nóng chảy, đa số polime cho chất lỏng nhớt, để nguội sẽ rắn lại gọi là chất nhiệt dẻo. Một số polime không nóng chảy khi đun mà bị phân hủy, gọi là chất nhiệt rắn. Hầu hết Polyme không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường.

Tính chất hóa học

Polymer có thể tham gia được 3 phản ứng đó là phân cắt mạch, giữ nguyên mạch và tăng mạch cacbon.

Phản ứng phân cắt mạch polymer

Vì nhóm chức Polymer trong mạch dễ bị thủy phân hoặc bị oxi hóa cắt mạch. Nên khi tham gia phản ứng trùng hợp, Polymer sẽ bị nhiệt phân ở nhiệt độ thích hợp, tạo thành các đoạn ngắn. Cuối cùng sẽ trở lại thành monome ban đầu.

Đây được gọi là phản ứng depolime hóa hay còn gọi là phản ứng giải trùng hợp.

Phản ứng giữ nguyên mạch polymer

Polymer có liên kết đôi trong mạch hoặc nhóm chức ngoại mạch có thể tham gia các phản ứng đặc trưng của liên kết đôi và của nhóm chức đó.

Phản ứng tăng mạch polymer

Khi có điều kiện thích hợp (nhiệt độ, chất xúc tác,…), các mạch polime có khả năng liên kết với nhau thành mạng lưới hoặc các đoạn mạch dài hơn. Điển hình như các phản ứng lưu hóa chuyển cao su thành cao su lưu hóa, chuyển nhựa rezol thành nhựa rezit,… Các phản ứng liên kết các mạch Polime sẽ tạo ra mạng không gian. Còn được gọi là phản ứng khâu mạch của Polime.

Đặc điểm của Polymer

Polymer là những vật liệu nhựa dẻo, tuy mỗi polymer sẽ có tính chất riêng biệt nhưng chung quy lại chúng vẫn có những đặc điểm sau đây:

Thân thiện với môi trường

Polymer thường là nhựa nhẻo khi nung nấu ở nhiệt độ cao thì sẽ bị chảy thành chất dẻo và từ đó ta có thể tái chế sử dụng nhiều lần.

An toàn trong môi trường hóa chất

Đa số các chất lỏng hóa chất như chất tẩy rửa, dung dịch; làm sạch, … Đều được đựng trong các vật liệu bằng nhựa và không hề gây ra một tác dụng phụ nào.

Có chức năng cách điện, cách nhiệt

Polymer có khả năng cách điện. Được ứng dụng làm lớp vỏ bọc bên ngoài dây điện (nhựa PVC), làm phích cắm, ổ điện,… Hoặc một số vật dụng khác dùng để cách điện và an toàn với dòng điện.

Mặc dù có khả năng nhiệt phân, nhưng để phá vỡ liên kết của polime bằng nhiệt thì cũng cần điều kiện nhiệt độ đủ để phản ứng. Vì thế, vật liệu được ứng dụng có thành phần từ polime cũng rất khó biến dạng nếu ở nhiệt độ môi trường thông thường. Một số vật dụng trong nhà bếp được ứng dụng với vật liệu nhựa polime như tay cầm chảo, xoong, nồi, lõi xốp tủ lạnh, tủ đá, ly cách nhiệt,…

Trọng lượng nhẹ

So với mật độ trọng lượng phân tử của đá, bê tông, kim loại, polime chiếm trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều. Giúp cho các vật liệu được ứng dụng từ polime như bàn, ghế, tủ,… Dễ dàng xê dịch và vận chuyển. Với đặc điểm này mà ngày nay, polime được ứng dụng thay thế cho gạch men, sàn nhà,… Bằng các tấm nhựa PVC. Với trọng lượng nhẹ hơn, tiết kiệm chi phí và kinh tế nhưng hiệu suất sử dụng vẫn được xem là tương đương. Các ứng dụng này có thể thấy nhiều trong các căn hộ, nhà cao tầng,… Nhằm giảm thiểu trọng lực đáng kể cho công trình.

Màu sắc đa dạng

Polymer có thể được chế tạo để thay thế sợi bông, lụa, len, sứ, đá cẩm thạch hoặc kim loại như nhôm, kẽm… Polymer có thể được tái tạo nhiều lần với nhiều màu sắc khác nhau, không cố định. Đặc biệt, có thể tạo màu sắc polime đa dạng, phong phú như vân đá, vân cẩm thạch,… mà không bị giới hạn.

Ứng dụng Polymer

Ứng dụng Polymer trong sản xuất, đời sống

Polymer được xem là hợp chất thiết yếu trong nhiều ngành nghề. Nhất là ngành là công nghiệp sản xuất. Hợp chất này tồn tại trong nhiều ngành như: dệt may, văn phòng phẩm, bao bì, đồ chơi, xây dựng, máy bay, nhựa,… Đặc biệt,có 4 ứng dụng nổi bật nhất trong sản xuất và đời sống đó là ứng dụng làm cao su, xơ sợi, chất dẻo và keo dán.

Chất dẻo

Chất dẻo được chế tạo từ hợp chất Polime và được ứng dụng làm vật liệu dẻo. Ngoài Polime thì thành phần trong chất dẻo có chứa một vài hợp chất khác như chất độn (tăng độ bền), chất hóa dẻo, chất tạo mùi, chất phụ gia để tạo ra nhiều màu cho vật liệu….

Chất dẻo thường có ưu điểm nổi bật là cách điện, bền, nhẹ, nhiều màu sắc, dễ gia công,, có tính kinh tế… Nên có thể thấy, hiện nay, các vật liệu làm bằng nhựa Polymer dẻo như bàn ghế, vật dụng nhà bếp, đồ gia dụng,… dần được thay thế cho những chất liệu dễ vỡ như thủy tinh, sành sứ, kim loại,…

Xơ sợi

Căn cứ vào xuất xứ và tiến trình sản xuất mà xơ sợi mà chia thành 2 loại:

Xơ tự nhiên (có trong thiên nhiên): sợi bông, tơ tằm, sợi đay, amiang, sợi thủy tinh…
Xơ hóa học (liên kết hợp chất Polime): nylon, polyester, acrylic, rayon…

Xơ hóa học chủ yếu được làm từ Polyme tự nhiên hoặc từ polime tổng hợp, kéo ra thành sợi dai và cấu tạo như mạch thẳng. Hiện nay xơ sợi hóa học được sử dụng phổ biến hơn loại xơ tự nhiên vì nó đem lại nhiều lợi ích hơn như đẹp, bền, dễ bảo quản.

Cao su

Cao su được sản xuất từ polime phổ biến nhất chính là cao su buna. Loại cao su này có khả năng chống thấm nước, có tính đàn hồi, chịu mài mòn, cách điện và trơ bền với môi trường. Cao su buna được ứng dụng phổ biến trong sản xuất và được điều chế thành nhiều loại vật liệu vô cùng hữu ích như vỏ bọc của dây điện, lốp xe, áo mưa,…

Keo dán

Hợp chất Polymer có khả năng kết dính 2 mảnh chất liệu tương tự nhau mà không làm biến dạng các vật liệu kết dính nên được điều chế làm keo dán. Keo dán có cấu tạo từ hợp chất Polymer khi ứng dụng sẽ tạo ra một màng rất mỏng và bền vững. Bám rất chắc vào 2 mảnh chất liệu. Dựa theo tính chất hóa học mà người ta phân loại keo dán thành 2 loại:

Keo dán hữu cơ: Keo epoxy, hồ tinh bột,…
Keo dán vô cơ: matit vô cơ, thủy tinh lỏng,…

Ngoài ra, có thể phân loại keo dán theo cấu trúc liên kết của keo. Bao gồm: keo dạng lỏng, keo dạng bột hoặc keo nhựa dẻo,…

Ứng dụng Polymer trong lĩnh vực địa kỹ thuật

Tồn tại ở dạng chất rắn và có độ biến dạng cao. Polymer bền và trơ và hoạt động tốt trong mọi điều kiện thời tiết và môi trường. Đặc biệt là Polymer dưới dạng HDPE, Polyester và Polypropylene, 3 loại Polymer này được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp xây dựng và địa kỹ thuật. Chúng được ứng dụng dưới nhiều dạng vật liệu khác nhau. Một số dạng vật liệu tiêu biển có thể kể đến như:

Vải địa kỹ thuật (Geotextile)
Lưới địa kỹ thuật (Geogrid)
Ống địa kỹ thuật (Geotube)
Màng địa kỹ thuật (Geomembrane)
Ô địa kỹ thuật (Geocell),…
và một số vật liệu địa kỹ thuật khác,…

Vật liệu địa kỹ thuật được làm từ polymer không chỉ có độ bền cao mà còn có khả năng chịu lực, chịu nhiệt. Một số loại vật liệu còn được tăng cường khả năng hiệu suất nhờ vào cấu tạo có thêm một số thành phần phụ gia giúp vật liệu được gia cường thêm khả năng chống tia UV, hoạt động tốt trong môi trường nước mặn (nước biển), môi trường kiềm,…

Kết luận

Polymer là hợp chất được cấu tạo từ các phân tử liên kết mắt xích với nhau. Là thành phần quan trọng cấu tạo nên các vật liệu được ứng dụng rất nhiều trong đời sống. Trong lĩnh vực địa kỹ thuật, Polymer là thành phần quan trọng cấu tạo nên các vật liệu địa kỹ thuật cung ứng cho ngành công nghiệp xây dựng. Nắm giữ vai trò quan trọng và không thể thiếu.

Hy vọng rằng, qua bài viết trên, bạn sẽ biết được Polymer là gì, cũng như cấu tạo, phân loại và ứng dụng của chúng. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc yêu cầu tư vấn. Vui lòng để lại thông tin hoặc liên hệ trực tiếp với Phú Thành Phát. Chúng tôi sẽ hỗ trợ giải đáp thắc mắc cho bạn ngay khi nhận được thông tin!

THÔNG TIN LIÊN HỆ
Trụ sở chính: 15 Đường số 5, KDC Vĩnh Lộc, Bình Hưng Hòa B, Bình Tân, TP.HCM.
Hotline: 028.666.03482 – 0909.452.039 – 0903.877.809
Email:infor@vaidiakythuat.com