Hóa polymer - Các trạng thái vật lý

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA POLYMER

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤTKHOA DẦU KHÍ

BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA POLYMER

1.Kim Thanh Hà2.Trần Thủy Giang3. Nguyễn Quốc Cường4. Nguyễn Minh Giang5. Nguyễn Ngọc Cương

Nhóm sinh viên thực hiện

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.BÙI THỊ LỆ THỦY

NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẶC BIỆT CỦA POLYME

Những trạng thái vật lý của polyme sẽ giúp ta hiểu rõ hơn về polyme

Ý nghĩa

Nội dung

1

2

SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1 SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

1#CÁC KHÁI NIỆM MỞ

ĐẦU

2#MỘT SỐ BIẾN

DẠNG CỦA POLYME

1 SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

1#CÁC KHÁI NIỆM MỞ

ĐẦU

2#MỘT SỐ BIẾN

DẠNG CỦA POLYME

11# ĐỘ BIẾN DẠNG

Là khả năng của vật thể chống lại biến dạng và phục hồi hình dạng ban đầu khi tác dụng

lực bên ngoài .

Phân loại

ĐÀN HỒIHình dạng được

phục hồi hoàn toàn.

ĐÀN HỒI DẺO *chỉ phục hồi một

phần .

*Đàn hồi dẻo hay còn gọi là đàn hồi nhớt

12# SỰ BIẾN DẠNG

BIẾN DẠNG THUẬN NGHỊCHPhân tử biến dang sẽ phục hồi lại hình dạng ban đầu

khi ngừng tác dụng lực bên ngoài .#biến dạng đàn hồi

BIẾN DẠNG KHÔNG THUẬN NGHỊCHPhân tử giữ nguyên được hình dạng biến dạng sau

khi ngừng tác dung lực bên ngoài.# chất dẻo

3# CHẤT ĐÀN HỒIChất kết tinh Thay đổi hình dạng và biến dạng thuận nghịch không lớn. Độ đàn hồi của tinh thể mang bản chất năng lượng.

#chất có cấu trúc vô định hình

Cao su Vật thể chỉ cần một lực nhỏ bên ngoài tác dụng có khả năng biến dạng vài trăm phần trăm.

#nhựa

Mô đun đàn hồi : Đặc trưng cho độ đàn hồi =

F : là lực tác dụng lên vật thể A: Tiết diện của mẫu .

1

4# ỨNG SUẤT

E : Gọi là mô đun đàn hồi : Biến dạng tương đối.

Vật liệu có bản chất năng lượng thì có mô đun đàn hồi lớn. Vật liệu có bản chất động học thì có mô đun nhỏ .

Sự khác nhau giữa hai bản chất là phụ thuộc vào nhiệt độ và hiêu ứng nhiệt khi biến dạng

1

1 SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

1#CÁC KHÁI NIỆM MỞ

ĐẦU

2#MỘT SỐ BIẾN

DẠNG CỦA POLYME

1

1

MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

2

3

4

Sự biến dạng dẻo và chảy nhớt

Biến dạng đàn hồi cao

Hiện tượng phục hồi

Hiện tượng trễ

1SỰ BIẾN DẠNG DẺO VÀ CHẢY NHỚT

Định nghĩalà trường hợp đặc biệt của sự biến dạng dư , tăng liên tục

khi tác dụng một ứng suất tiếp tuyến không thay đổi ở polymer.

Đặc điểm Tính chất của vật thể rắn và lỏng. Độ nhớt của dung dịch rất cao Khả năng polyme trương lên trong khi hòa tan Khả năng thể hiện rất mạnh tính bất đẳng hướng

Mô hình thể hiện tính dẻo của chuỗi polymer

1

1

MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

2

3

4

Sự biến dạng dẻo và chảy nhớt

Biến dạng đàn hồi cao

Hiện tượng phục hồi

Hiện tượng trễ

1BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CAO

Định nghĩalà sự duỗi thẳng của các mạch dài gấp khi có lực ngoài và

trở về trạng thái khi cất lực

Điều kiện xuất hiện Phân tử chuỗi polymer cần có độ uốn dẻo đủ lớn Tốc độ thay đổi cấu dạng cần phải cao

1

11

1

MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

2

3

4

Sự biến dạng dẻo và chảy nhớt

Biến dạng đàn hồi cao

Hiện tượng phục hồi

Hiện tượng trễ

HIỆN TƯỢNG PHỤC HỒIĐịnh nghĩaQuá trình chuyển từ trạng thái không cân bằng sang trạng thái cân bằng theo thời gian

Hiện tượng phục hồi

Thay đổi chớp nhoáng các góc hóa trị và khoảng cách giữa các nguyên tốVới lực và mô-đun đàn hồi lớn .

Sự duỗi thẳng của các phân tử gấp khúc

Đặc điểm

Phụ thuộc vào ứng suất lực đặt ,vào thời gian tác dụng của lực. Sự hồi phục này gọi là sự hồi phục biến dạng

11

1

MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

2

3

4

Sự biến dạng dẻo và chảy nhớt

Biến dạng đàn hồi cao

Hiện tượng phục hồi

Hiện tượng trễ

HIỆN TƯỢNG TRỄ

Định nghĩaNguồn gốc từ hiện tượng hồi phục đàn hồi cao khi có lực

tác dụng và khi cất lực tác dụng lên mẫu.

Bản chất của hiện tượng Sự lệch nhau về độ biến dạng thuận và nghịch là do sự biến

dạng phát triển chậm hơn là sự thay đổi ứng suất.

Hai đường biến dạng này không trùng nhau tạo nên vòng trễ.Độ lớn vòng trễ là sự khác nhau của hai diện tích OMC và CMD :

S = + σ₁ là ứng suất khi tăng σ₂ là ứng suất khi giảm

𝛆

𝛔

Nội dung

1

2

SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

TRẠNG THÁI TỔ HỢPTrạng thái khí Dao động, tiệm tiến và quay, mật độ tổ hợp nhỏ

Trạng thái rắn Mật độ tổ hợp cao, khoảng cách giữa các phân tử nhỏ, không có sự chuyển động tiệm tiến và quay.

Trạng thái lỏngCó tính chất chuyển động như thể khí và mật độ tổ hợp như thể rắn

*khác nhau về tính chất chuyển động và mật độ tổ hợp

TRẠNG THÁI TỔ HỢPTrạng thái khí Dao động, tiệm tiến và quay, mật độ tổ hợp nhỏ

Trạng thái rắn Mật độ tổ hợp cao, khoảng cách giữa các phân tử nhỏ, không có sự chuyển động tiệm tiến và quay.

Trạng thái lỏngCó tính chất chuyển động như thể khí và mật độ tổ hợp như thể rắn

*khác nhau về tính chất chuyển động và mật độ tổ hợp

TRẠNG THÁI PHA

Định nghĩaLà hệ khác nhau về bề mặt phân chia, về những tính chất nhiệt động học.Pha có thể dễ tách ra khỏi nhau.

Phân loại Pha tinh thể: đặc trưng bằng bậc xa ba chiều của sự phân

bố các nguyên tử hay phân tử. Pha lỏng : không có mạng lưới tinh thể, có mật độ tổ hợp

giống như là ở pha tinh thể.#pha vô định hình

Pha khí : chuyển động hoàn toàn hỗn độn của các phân tử, nghĩa là không có bậc nào cả.

TRẠNG THÁI PHA &TRẠNG THÁI TỔ HỢP

GIỐNG NHAUTrạng thái khí và pha khí

cùng nhau.Trạng thái rắn tương ứng

với hai pha: tinh thể và vô định hình.

Pha lỏng gồm hai tạng thái tổ hợp: rắn* và lỏng*.

KHÁC NHAUTrạng thái tổ hợp :năng

lượng tương và chuyển động nhiệt

Pha : tính chất nhiệt động học, như năng lượng tự do, tỷ khối…

rắn *ở dạng thủy tinh lỏng *ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy.

SỰ CHUYỂN PHA

Định nghĩa : Sự chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác có liên quan đến những thay đổi về hình thái sắp xếp của các

phân tử và thay đổi tính chất chất nhiệt động học

Phân loại

Chuyển pha loại 1: Thay đổi nhảy vọt tính chất nhiệt động học , đặc trưng là thay đổi entanpy của hệ. những chuyển pha loại này như là : nóng chảy, kết tinh, ngưng tụ, bay hơi .Chuyển pha loại 2: Không có sự thay đổi nhảy vọt mà thay đổi từ từ các tính chất nhiệt động. không có ẩn nhiệt của sự chuyển pha.

ĐƯỜNG CONG CƠ NHIỆTĐịnh nghĩa: Sự phụ thuộc độ biến dạng vào nhiệt độ được xác định trên máy Koncistometer.

Ba vùng biến dang đặc trưng cho ba trạng thái vật lý khác nhau

Vùng I : Thủy tinhSự biến dạng rất nhỏ với độ lớn tỷ lệ vào nhiêt độ ở giá trị ứng suất không lớn, polymer như là vật rắn chủ yếu tuân theo định luật Hook.

Vùng II :Đàn hồi caoCó sự biến dạng thuận nghịch.Ít thay đổi với nhiệt độ và có modun đàn hồi không lớn. Biến dạng có kèm theo biến dạng chảy tăng theo nhiệt độ.

Vùng III : Chảy nhớtNhiệt độ tăng làm tăng sự biến dạng không thuận nghịchNhiệt độ chuyển từ trạng thái đàn hồi cao sang chảy nhớt là nhiệt độ trung bình

Phụ thuộc vào cấu trúc của polyme, khối lượng phân tử, nhiệt độ…

Trong kỹ thuật, phương pháp cơ nhiệt có thể dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của các chất phụ gia khi đóng rắn polyme.

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

1.Đặc tính của polyme thủy tinh hóa

2.Sự biến dạng đàn hồi bắt buộc

Khả năng thủy tinh hóa Tỉ lệ năng lượng tương tác nội và giữa các phần tử với năng lượng

chuyển động nhiệt của các mắt xích polyme.

Đặc điểm 1.Khi làm lạnh một chất nóng chảy có thể tìm thấy tinh thể hay thủy tinh.

2. KKhi làm lạnh một chất nòng chảy có thể tìm thấy tinh thể hay thủy tinh.

3. Vật thể thủy tinh khác với thể lỏng : Độ linh động và trạng thái năng lượng.

Tính chất 1.Liên quan chặt chẽ với độ uốn dẻo2.Khác polyme thủy tinh thường là khả năng biến dạng giảm, tinh giòn và đàn hồi tăng .

1.Đặc tính của polyme thủy tinh hóa

2.Sự biến dạng đàn hồi bắt buộc

Định nghĩa“Sự biến dạng lớn được phát triển trong trong

polyme thủy tinh khi có ứng suất lớn”.Chỉ xuất hiện dưới ảnh hưởng của ứng suất lớn.Có tính chất thuận nghịch.

Ứng suất tới hạn σth là ứng suất đạt được độ lớn của năng lượng hoạt hóa hay là ứng suất mà tốc độ biến dạng bằng

tốc độ phục hồi.

Nhiệt độ giòn Td :nhiệt độ mà polyme thủy tinh mất đi khả năng biến dạng lớn và bị phá hủy ngay khi có biến dạng nhỏ.

Các yếu tố phụ thuộc1.Cấu trúc polyme.2.Độ phân cực : Không phân cực :Ttt thấp. Phân cực mạnh :Tttcao

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

Đặc trưng cho polyme có độ uốn dẻo cao của phân tử.Được xem là lỏng đối với các mắt xích và là thủy tinh đối với toàn

phân tử.Trạng thái đàn hồi cao là trạng thái không cân bằng.

Điều kiện xuất hiện1# Độ uốn dẻo phân tử polyme đủ lớn.2# Tốc độ thay đổi hinh dạng của polyme.

Yếu tố ảnh hưởng Sự thay đổi cấu dạng : dao động hỗn độn ở dạng

liên kết hóa học và chuyển chỗ của các đồng phân quay .

Thành phần hóa học và cấu trúc phân tử. Bản chất lực tương tác, bản chất phân bố trật tự

các phân tử và nhiệt độ.

Sự phụ thuộc độ biến dạng đàn hồi cao vào nhiệt độ khác nhau( t1>t2>t3 )

*Xác định bởi sự thay đổi nội năng và entropi đối với sự biến dạng.

*năng lượng tự do

Biến dạng đàn hồi cao & biến dạng thường

Nếu biến dạng chậmxác định chủ

yếu bằng thành phần entropi.

Nếu biến dạng nhanh bằng

thành phần nội năng.

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

Định nghĩaLà sự chuyển chỗ không thuận nghịch của các phân tử đối với nhau khi có tác dụng của lực ngoài và trong chất hình

thành lực ma sát nội chống lại sự chuyển chỗ của các phân tử.

Tính chất Sự biến dạng là không thuận nghịch.Tính chảy của polyme càng cao, mức độ trùng hợp càng

thấp, nhiệt độ càng cao và lượng chất thấp phân tử càng lớn.

Sự chuyển chỗ mạch polyme dựa trên năng lượng hoạt hóa .Nhiệt hoạt hóa tính theo sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số độ

nhớt:lglgA + ˗

CƠ CHẾ

Đặc điểm của sự chảyLà chuyển chỗ liên tụcCác mắc xích của mạch hay của những phần của mạch .Chứng tỏ nhiệt hoạt hóa không phụ thuộc vào chiều dài của mạch.

Luôn kèm theo biến dạng đàn hồi caoDo duỗi thăng hay gấp khúc mạch.

Phụ thuộc vào độ nhớtĐộ nhớt lại phụ thuộc nhiều vào chiều dài mạch.

Xảy ra với mạch uốn dẻoCó cấu dạng khác nhau ,mạch cứng xảy ra khó khăn.

Nhiệt độ chảy nhớtPhụ thuộc vào chế độ biến dạng và khối lượng phân tử.

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

Cơ chế quá trình kết tinhLà quá trình hình thành phôi (hay mầm) của pha kết tinh trong pha vô định hình và sự lớn dần của các phôi đó.

Quá trình kết tinh là sự chuyển pha.

Tốc độ kết tinhLà lượng chất kết tinh trong một đơn vị thời gian.

Phụ thuộc vào: 1. Tốc độ tạo thành trung tâm hay phôi kết tinh . 2.Tốc độ lớn của chúng.

Note: Sự kết tinh thường không bắt đầu ở nhiệt độ nóng chảy mà thấp hơn.

Sự kết tinh là sự chuyển từ bậc gần tới bậc xa của các mạch và các mắc xích, nghĩa là sự chuyển pha.Khác với thủy tinh

hóa.

Yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kết tinh

1 Có cấu trúc mạch điều hòa lớn có khả năng kết tinhCấu trúc mạch không điều hòa không có khả năng kết tinh.

2Nhóm phân cực trong phân tử, sự định hướng dễ thì sự kết tinh càng dễ dàng.Tương tác phân tử càng lớn, độ nhớt của hệ càng lớn tốc độ kết tinh lại giảm.

3 Chuyển động nhiệt của các mắt xích hay độ uốn dẻo mạch.Lực hút các phẩn tử và sự chuyển động nhiệt của phân tử.

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA

2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA

3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO

4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT

5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

HẾT RỒI

Cảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe và theo dõi.