Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa
1. SƠ LƯỢC VỀ POLYMER
1.1 Khaùi nieäm Polyme
1.1.1 Định nghĩa
Polyme là những hợp chất cao phân tử gồm những nhóm nguyên tử được nối với
nhau bằng những liên kết hóa học tạo thành những mạch dài có khối lượng phân tử lớn.
Trong mạch chính của Polyme, những nhóm nguyên tử này được lặp đi lặp lại nhiều lần.
Cao phân tử l; à những chất có trọng lượng phân tử lớn: cellulose, chất dẻo tổng
hợp, sợi, keo dán, gốm sứ…
1.1.2 Phân loại
Polyme rất đa dạng và phong phú. Tùy theo từng tính chất và khả năng ứng dụng
ta có thể chia ra như sau:
1.1.2.1 Phân loại dựa vào thành phần hóa học mạch chính
Polyme mạch cacbon (Polyme đồng mạch) la các Polyme trong mạch chính chỉ
có các nguyên tử cacbon như PE, PS, PP.
Polyme dị mạch là các Polyme mà trong mạch chính có chứa các nguyên tử khác
khác cacbon như N, O…, polyester, polyamit…
1.1.2.2 Phân loại dựa vào cấu trúc
Polyme mạch thẳng: mạch phân tử dài, tính bất đẳng hướng rất cao.
Polyme mạch nhánh: có các mạch chính dài và có những mạch nhánh ở 2 bên
mạch chính.
Polyme mạch không gian (Polyme mạng lưới): cấu tạo từ các mạch đại phân tử
kết hỗp với nhau bằng liên kết hóa học ngang: nhựa rezolic, nhựa reformandehit…
Ba nhóm Polyme trên khác nhau về tính chất vật lý.
1.1.2.3 Phân loại dựa vào thành phần của monome (mắt xích cơ bản)
Polyme đồng đẳng: khi mạch phân tử chỉ chứa một mắt xích cơ sở:
…-A-A-A-A-A-…
Polyme đồng trùng hợp: trong thành phần mạch phân tử chứa trên hai loại mắt
xích cơ sở:
…-A-A-B-A-B-A-B-B-B-A-…
1.1.2.4 Phân loại dựa vào cách sắp xếp các nhóm chức không gian

π
linh động tạo nên sự
cộng hưởng che phủ bền:
–CH
2
–CH=CH–CH
2

↔
–CH
2
–CH–CH=CH
2
Nhóm thế như halogen, ete,… ít hoạt động hơn vì e
-
tự do của halogen hay
oxygen chỉ tác dụng đối vớùi gốc tự do.
1.2.2 Đồng trùng hợp
Đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp đồng thời hai hay nhiều monome với
nhau. Sản phẩm của phản ứng đồng trùng hợp là polyme đồng trùng hợp
(copolyme) có chứa trong mạch phân tử từ hai hay nhiều mắc xích cơ sở khác nhau.
2
Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa
Có hai loại phản ứng tổng hợp copolyme là: phản ứng đồng trùng hợp và
phản ứng đồng trùng ngưng:
 Đồng trùng hợp (đồng trùng ngưng) được ứng dụng nhiều trong thực tế vì
làm thay đổi, cải thiện tính chất của cao phân tử theo mục đích sử dụng.
 Các polyme thiên nhiên thông thường là các homopolyme, tuy nhiên
protein và nucleit axit là copolyme. Tương tự đa số polyme tổng hợp là
homopolyme, tuy nhiên ta cũng có các copolyme như SBR (tổng hợp từ Styren và

Phản ứng đồng trùng hợp được sử dụng nhiều trong cao su tổng hợp.
Cao su butadien-nitryl (NBR) có khả năng chòu được dung môi không phân
cực như xăng dầu:
–(CH
2
–CH=CH–CH
2
–CH
2
–CH–CN)
z
–
Cao su butyl được trùng hợp từ isobutylen và một lượng nhỏ isopren có khả
năng chống thấm khí cao.
Copolyme có thể là đều đặn phân bố (M
1
M
2
M
1
M
2
…), có thể là thống kê
(M
1
M
1
M
2
M

→
Mi + 1
• Mi, Mj – polyme đang phát triển; M – monome.
1.2.4 Kết tinh hóa và thủy tinh hóa
Chúng ta có hai con đường để chuyển từ trạng thái cân bằng lỏng sang trạng
thái cân bằng rắn: sự kết tinh hóa (chuyển kết tinh) và thủy tinh hóa (chuyển thủy
tinh):
 Kết tinh hóa: là sự chuyển hóa từ trạng thái có trật tự gần sang trạng thái
có trật tự xa. Quá trình tạo ra một pha mới và thuộc về chuyển pha bậc một.
 Thủy tinh hóa: là quá trình chuyển từ trạng thái lỏng chuyển động sang
trạng thái rắn nhưng không thay đổi trạng thái pha, vẫn cấu trúc trật tự gần. Như
vậy sự thủy tinh hóa là quá trình chuyển pha bậc hai.
Kết tinh hóa xảy ra ở nhiệt độ xác đònh (nhiệt độ chảy hay kết tinh hóa),
dưới nhiệt này trạng thái cân bằng của hệ là trạng thái kết tinh bởi vì thế nhiệt
động của hệ kết tinh nhỏ hơn của hệ lỏng.
Cùng một loại vật chất ta có thể hạ nhiệt độ xuống thấp hơn nhiệt độ thủy
tinh hóa nhưng vẫn ở “trạng thái pha lỏng” (thủy tinh hóa) ta gọi trạng thái này là
“trạng thái quá lạnh”. Trạng thái pha lỏng quá lạnh là trạng thái không cân bằng
và đôi khi thay đổi một vài điều kiện bên ngoài có thể đưa đến quá trình kết tinh.
Khi ở trạng thái quá lạnh, độ nhớt tăng (trong một vài trường hợp độ nhớt
tăng gần 10
3
poise, đó là độ nhớt của chất rắn) và năng lượng chuyển động cũng
4
Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa
tăng (E = kT), hệ quả này gây khó khăn cho việc sắp xếp lại mạng lưới theo hướng
kết tinh.
Nhiệt độ khi độ nhớt của hệ tăng đến khoảng 10
13
poise được gọi nhiệt độ

năng thay đổi.
 Khi biến dạng, entropi của hệ thay đổi. Thể hiện ở phương trình sau:
, ,P T L T
E f
f T
L T
∂ ∂
   
= +
 ÷  ÷
∂ ∂
   
Thành phần:
+
,P T
E
L
∂
 
 ÷
∂
 
: thể hiện sự thay đổi nội năng do biến dạng ở nhiệt độ và áp suất
không đổi (thay đổi góc hóa trò, đàn hồi tuyệt đối –có hệ số poison rất nhỏ)
+
, ,L T P T
f S
T
T L
∂ ∂

= −
với
ν
: hệ số poisson tỉ
lệ biến dạng ngang trên biến dạng dọc khi có lực tác động một chiều trên chiều
dọc .
1.2.7 Cấu trúc kết tinh
Polymer có cấu trúc mạch phân tử được sắp xếp đều đặn trong không gian
gọi là polymer kết tinh .
Polymer kết tinh là việc sắp xếp đều đặn các phân tử, không phải là sự cố
đònh nguyên tử như trong kim loại. Độ đều đặn theo chiều dài mạch và thẳng góc
với chiều dài mạch là rất khác nhau.
Khi ở trạng thái chảy nhão hay rắn, sự kết tinh có thể giảm hoặc thuận lợi
hơn dưới tác dụng của lực kéo dãn. Dưới tác dụng của ngoại lực, mạch phân tử sắp
xếp lại theo hướng tác dụng lực, thuận lợi cho kết tinh.
Cao phân tử không thể trật tự 100%, các đầu mạch có cấu trúc khác với
mạch phân tử. Do vậy không thể có Polymer kết tinh 100%.
1.2.8 Cấu trúc vô đònh hình .
Khi các mạch phân tử không thể sắp xếp trật tự, ta có cấu trúc vô đònh hình.
Cấu trúc vô đònh hình liên hệ trực tiếp đến độ mềm dẻo của mạch. Độ mềm
dẻo này liên hệ với độ dài mạch hay gốc hóa trò của liên kết hóa học - chủ yếu là
do sự quay chung quanh liên kết
σ
.
Các mô hình lý thuyết của polymer vô đònh hình :
• Mô hình các mạch cứng kiên kết.
• Mô hình quay tự do.
• Mô hình quay giới hạn.
6
Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa

giữa dung môi và polymer .
Các tính chất điển hình sau:
 Hệ không tự động tập hợp tạo thành những hạt, bầu polymer.
 Không bền vững nhiệt động do tồn tại bề mặt phân chia pha rất rõ giữa
pha polymer và pha dung môi.
 Hệ keo là hệ tồn tại hai pha.
1.2.10 Hóa dẻo polymer
Để một polymer có được một số tính chất yêu cầu, ngoài việc tổng hợp các
monomer có thành phần hóa học khác nhau, ta còn thay đổi cấu trúc của nó. Hóa
dẻo là một trong những phương pháp quan trọng để thay đổi cấu trúc polymer.
Hóa dẻo là đưa vào trong thể tích polymer một lượng chất lỏng hay rắn
nhằm làm dẻo polymer, tăng khả năng trượt tương đối giữa các mạch phân tử và dễ
gia công hơn.
Hóa dẻo làm thay đổi toàn bộ các tính chất cơ lý của hệ. Điển hình như
trong gia công nhựa nhiệt dẻo. Chất hóa dẻo sẽ làm giảm nhiệt độ chảy dẻo (T
f
).
Nhiệt độ này đôi khi gần sát nhiệt độ phân hủy của nhựa nên việc thêm chất hóa
dẻo tạo thuận lợi cho gia công.
1.2.11 Một số khái niệm khác
Quá trình hồi phục là quá trình thay đổi tính chất cơ học của polyme theo
thời gian. Nguyên do của quá trình hồi phục là do polyme có chiều dài phân tử lớn,
nên có sự đáp ứng trễ đối với tác động của ngoại lực và yếu tố thời gian trở thành
một thông số ảnh hưởng đến tính chất cơ học của polyme. Hiện tượng hồi phục có
thể xem như là sự phá huỷ cân bằng nhiệt động của vật thể polyme.
Có 3 hiện tượng liên quan đến vấn đề hồi phục của polime:
 Hiện tượng rảo: là hiện tượng polyme tiếp tục biến dạng khi ứng suất tác
dụng không thay đổi. Khi ta tác dụng một lực kéo mẫu polyme ban đầu, polyme sẽ
8
Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa

Độ hút ẩm thấp thì tốt vì nước hấp thụ làm giảm một số tính chất cơ lý và
ảnh hưởng đến độ ổn đònh kích thước sản phẩm.
d) Độ co rút của nhựa
Độ co rút của nhựa là % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau khi đã
lấy khỏi khuôn được đònh hình và ổn đònh kích thước so với kích thước của khuôn.
Độ co rút của nhựa kết tinh lớn hơn nhiều so với độ co rút của nhựa vđh.
e) Tính cách điện
Đa số các loại nhựa cách điện tốt nên được ứng dụng làm các thiết bò điện
gia dụng, thiết bò viễn thông, vô tuyến truyền hình, các thiết bò cao tần.
Xác đònh tính cách điện bằng thử nghiệm điện thế xuyên thủng qua một tấm
vật liệu nhựa có chiều dày tính bằng mm (KV/mm) ở nhiệt độ 20
o
C.
f) Tính truyền nhiệt
Đa số các loại nhựa có độ truyền nhiệt thấp nên cách nhiệt tốt.
1.3.2 Tính chất cơ học
Những tính năng cơ học của nhựa ảnh hưởng tới độ bền sản phẩm.
a) Độ bền kéo
Là sức chòu đựng của vật liệu khi bò kéo về một phía, biểu thò bằng đơn vò
lực trên một đơn vò diện tích (Đơn vò đo: Kg/cm
2
hoặc N/m
2
).
Chỉ số cường độ kéo càng lớn tức vật liệu có độ bền kéo càng cao.
b) Độ dãn dài :
Là tỉ lệ giữa độ dài khi lực kéo tăng đến điểm đứt trên độ dài ban đầu, biểu
thò bằng %.
Vật liệu có độ dãn dài lớn, độ bền kéo lớn thì có độ dẻo lớn hơn vật liệu có
độ bền kéo lớn mà độ dãn dài nhỏ.

0
C với PE thì làm tăng độ
bền cơ học, độ cứng, giảm độ thấm khí, nhưng đồng thời cũng làm giảm độ dãn
dài, hỗn hợp hai chất này có thể sản xuất bình đựng hóa chất.
Hỗn hợp PE với polybutylen (có trọng lượng phân tử 100000-200000) có
tính cách nhiệt tốt và bền hóa học cao. Nếu polyizobutylen thêm vào khoảng 50%
trọng lượng polyetylen thì làm tăng tính đàn hồi và chòu lạnh của màng.
1.4 Phân loại các phương pháp gia công
1.4.1 Phân loại theo chức năng.
11
Tài liệu Kỹ thuật Polymer - Nhựa
Nhóm tạo hình: nhiệm vụ là tạo hình sản phẩm. Nhóm này bao gồm gần hết
các phương pháp gia công, có thể kể: đúc ép, đùn, ép phun, tạo hình nhiệt,…
Nhóm biến tính: là các phương pháp làm thay đổi tính chất của vật liệu, sản
phẩm thí dụ trộn, kéo căng, xử lý bề mặt.
Nhóm tạo liên kết: là các phương pháp liên kết các chi tiết để tạo thành sản
phẩm. Các phương pháp thuộc nhóm này có thể kể đến phương pháp hàn và dán.
1.4.2 Phân loại theo điều kiện gia công và trạng thái vật liệu.
Nhóm 1: vật liệu được gia công ở nhiệt độ cao, áp suất cao và ở trạng thái
chảy nhớt. Thí dụ: đùn, đúc ép, ép phun …
Nhóm 2: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ trung bình, áp suất trung bình và
ở trạng thái cao su. Thí dụ: tạo hình nhiệt.
Nhóm 3: Vật liệu được gia công ở nhiệt độ thường, áp suất thường và ở trạng
thái rắn. Thí dụ: gia công cơ khí.
Nhóm 4: Vật liệu được đốt nóng chảy và rót vào khuôn đònh hình.
Nhóm 5: Vật liệu ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường được rót vào khuôn và
đóng rắn nguội. Thí dụ: gia công các loại nhựa epoxy, poliester, PMMA từ MMA.
1.5 Các dạng polymer trong công nghiệp
 Nhựa nhiệt dẻo
 Nhựa nhiệt rắn

2 LDPE (low density
polyethylene)
0.91 – 0.93 (độ kết tinh thấp) 0.1 – 60
3 LLDPE (linear low
density
polyethylene)
Có khối lượng riêng thấp,
mạch thẳng, có T
0
nc
thấp.
0.9 – 50
2.2.1.3 Các thông số cơ bản
Thông số HDPE LDPE
Tỉ trọng 0.95 – 0.96 0.92 – 0.93
Độ hút nước trong 24 giờ < 0.01% < 0.02%
Độ kết tinh (%) 85 – 95 60 – 70
Điểm hoá mềm (
0
C) 120 90
Nhiệt độ chảy (
0
C) 133 112
Chỉ số chảy g/10phút 0.1 – 20 0.1 – 60
Độ cứng Shore 60 – 65 30 – 35
Độ dãn dài (%) 200 – 400 400 – 600
Lực kéo đứt (kg/cm
2
) 220 – 300 114 – 150
2.2.1.4 Tính chất