Từ điển học thuật Khoa học tự nhiên

Copolymer là gì? Các nghiên cứu khoa học về Copolymer

Tiếng Anhcopolymer

Tên gọi khácđồng trùng hợppolyme đồng trùng hợpheteropolymer

Copolymer (đồng trùng hợp) là một polymer được tổng hợp từ hai hoặc nhiều loại monome khác nhau liên kết hóa học trong cùng một chuỗi đại phân tử.

979 lượt xem Cập nhật 30/8/2026

Copolymer (đồng trùng hợp) là một polymer được tổng hợp từ hai hoặc nhiều loại monome khác biệt về mặt hóa học liên kết đồng hóa trị trong cùng một chuỗi đại phân tử. Ngược lại với homopolymer (polymer đồng thể chỉ chứa một loại monome duy nhất), copolymer cho phép kết hợp các đặc tính cơ lý, nhiệt và hóa học bổ trợ lẫn nhau của các monome thành phần, mở ra khả năng thiết kế vật liệu với các tính năng tùy biến cao.

Phân loại kiến trúc chuỗi copolymer

Theo Odian (2004), dựa trên cách sắp xếp vị trí tương đối của các mắt xích monome dọc theo mạch chính và mạch nhánh, copolymer được phân thành bốn nhóm kiến trúc nền tảng:

Kiểu kiến trúc Sơ đồ biểu diễn cấu trúc Đặc điểm cấu tạo và tổng hợp
Copolymer ngẫu nhiên (Random/Statistical) -A-B-A-A-B-B-A-B-A- Các monome A và B phân bố ngẫu nhiên dọc theo mạch tuân theo tỷ số phản ứng
Copolymer xen kẽ (Alternating) -A-B-A-B-A-B-A-B-A- Các mắt xích A và B nối tiếp xen kẽ tuần hoàn đều đặn trong chuỗi
Copolymer khối (Block) -A-A-A-A-B-B-B-B-B- Bao gồm các đoạn chuỗi dài của homopolymer A nối tiếp với đoạn chuỗi dài của B
Copolymer ghép (Graft) Mạch chính gồm toàn A, các nhánh gắn bên là chuỗi B Chuỗi mạch bên của monome thứ hai được cấy ghép lên khung mạch chính

Động học đồng trùng hợp và Phương trình Mayo-Lewis

Theo công trình kinh điển của Mayo và Lewis (1944), thành phần tức thời của một copolymer nhị phân được tổng hợp bằng cơ chế trùng hợp gốc tự do phụ thuộc vào tỷ số phản ứng monome (monomer reactivity ratios r1r_1 và r2r_2):

Trong đó:

  • r1=k11/k12r_1 = k_{11} / k_{12}: Tỷ số giữa hằng số tốc độ gốc tận cùng M1∙M_1^\bullet cộng hợp với monome M1M_1 so với monome M2M_2.
  • r2=k22/k21r_2 = k_{22} / k_{21}: Tỷ số giữa hằng số tốc độ gốc tận cùng M2∙M_2^\bullet cộng hợp với monome M2M_2 so với monome M1M_1.

Khi tích số r1⋅r2=1r_1 \cdot r_2 = 1, phản ứng được gọi là đồng trùng hợp lý tưởng (tạo copolymer ngẫu nhiên). Khi r1=r2=0r_1 = r_2 = 0, phản ứng ưu tiên tuyệt đối việc gắn xen kẽ liên tục, tạo thành copolymer xen kẽ 1 : 1 hoàn hảo.

Nhiệt động học và Hiện tượng phân tách vi pha (Microphase Separation)

Theo Bates và Fredrickson (1990), copolymer khối (Block Copolymers) sở hữu hành vi nhiệt động học đặc biệt. Do lực đẩy nội phân tử giữa các khối polyme không tương đồng (thông số tương tác Flory-Huggins χ>0\chi > 0), các khối tự phân tách pha khỏi nhau:

  • Do các khối bị khóa chặt bởi liên kết đồng hóa trị, quá trình phân tách pha vĩ mô bị ngăn cản, dẫn đến hiện tượng phân tách vi pha ở quy mô nanomet (Microphase Separation).
  • Các cấu trúc siêu vi tự tập hợp (self-assembled nanostructures) trật tự cao bao gồm: dạng phiến mỏng (lamellae), dạng ống trụ xếp lục giác (hexagonal cylinders), mạng lưới gyro và dạng hình cầu (spheres) nằm trong nền ma trận.

Ứng dụng vật liệu copolymer trong công nghiệp

  • Nhựa kỹ thuật ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): Kết hợp độ cứng vững và kháng hóa chất của Acrylonitrile, độ bền uốn dẻo và chịu va đập của polybutadiene cao su, và độ bóng bề mặt dễ gia công của Styrene.
  • Chất đàn hồi nhiệt dẻo TPE (SBS, SEBS): Hoạt động như cao su lưu hóa ở nhiệt độ thường nhờ các pha polystyrene đóng vai trò điểm nút thắt cơ học, nhưng có thể nấu chảy và ép phun định hình lại như nhựa nhiệt dẻo.
  • Vật liệu y sinh và dẫn truyền thuốc thông minh: Các copolymer khối lưỡng ái (như PEG-b-PLA, Pluronics) tự tập hợp thành các hạt nano micelle mang thuốc trị ung thư, giúp hòa tan thuốc kỵ nước và giải phóng thuốc kéo dài trong cơ thể.

Câu hỏi thường gặp

Bốn cấu trúc mạch copolymer chính được phân loại như thế nào?

Bốn cấu trúc mạch cơ bản bao gồm: Copolymer ngẫu nhiên (Random/Statistical copolymer), Copolymer xen kẽ (Alternating copolymer), Copolymer khối (Block copolymer) và Copolymer ghép (Graft copolymer).

Phương trình Mayo-Lewis có ý nghĩa gì trong hóa học copolymer?

Phương trình Mayo-Lewis xác định tỷ lệ thành phần các mắt xích monome kết hợp vào chuỗi copolymer tức thời dựa trên nồng độ các monome và tỷ số phản ứng (reactivity ratios r1 và r2), giúp kiểm soát thành phần hóa học của vật liệu.

Copolymer khối (Block Copolymer) có hiện tượng tự tập hợp (self-assembly) như thế nào?

Do sự không tương thích nhiệt động học giữa các khối polymer khác nhau, các chuỗi copolymer khối có khả năng tự phân tách pha ở cấp độ nano (microphase separation), tạo nên các cấu trúc nano trật tự dạng phiến (lamellae), ống trụ (cylinders) hoặc hình cầu (spheres).

Những ứng dụng thực tế tiêu biểu nhất của vật liệu copolymer là gì?

Ứng dụng bao gồm nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) chịu lực cao, chất đàn hồi nhiệt dẻo TPE trong lốp xe và đế giày, màng lọc phân tách khí, và các hạt micelle nano vận chuyển thuốc hướng đích trong y sinh.

Các nghiên cứu khoa học về “copolymer”

Công bố nổi bật trên thế giới và tại Việt Nam, kèm tóm tắt theo hướng chủ đề.

Mới nhất

  • Đồng trùng hợp gốc "sống"/có kiểm soát của N-phenylmaleimide và styrene sử dụng chất khơi mào nhánh kiểu Fréchet

    Dịch bởi AI“Living”/controlled radical copolymerization of N- phenylmaleimide and styrene using Fréchet- type dendritic initiators

    Youliang Zhao và cộng sự2002Science in China Series B: Chemistry

    AI tóm tắt

    Tổng hợp kiểm soát trùng ngưng gốc tự do "sống" của N-phenylmaleimide và styrene sử dụng chất khơi mào phân nhánh dạng cây Fréchet để tạo vật liệu copolymer mới. Cấu trúc đại phân tử phân nhánh được đặc trưng chi tiết bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và sắc ký thấm gel (GPC). Kết quả cho thấy khả năng kiểm soát chặt chẽ trọng lượng phân tử và độ đa phân tán hẹp của chuỗi polymer nhiệt dẻo.

  • Các đơn lớp copolyme khối trên bề mặt

    Dịch bởi AIBlock Copolymer Monolayers at Surfaces

    R. S. Saunders và cộng sự1997

    AI tóm tắt

    Tổng quan cấu trúc và cơ chế hình thành đơn lớp copolymer khối (block copolymer) tại các bề mặt phân pha lỏng-rắn và khí-rắn. Báo cáo phân tích hiện tượng tự lắp ráp thành các vi cấu trúc nano dạng đảo, sọc và mạng lưới định hướng dưới ảnh hưởng của độ phân cực chất nền. Công trình làm rõ ứng dụng tiềm năng của màng đơn lớp trong kỹ thuật khắc quang học nano và biến tính bề mặt vật liệu sinh học.

  • Chế tạo, thủy phân và nuôi cấy tế bào của các vi cầu từ copolymer cellulose ghép poly(L-lactide)

    Dịch bởi AIFabrication, hydrolysis and cell cultivation of microspheres from cellulose-graft-poly(<scp>l</scp>-lactide) copolymers

    Lili Yang và cộng sựRSC Advances18 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Chế tạo vi cầu polyme sinh học từ copolymer ghép cellulose-graft-poly(L-lactide) bằng phương pháp bay hơi dung môi dùng trong nuôi cấy tế bào mô liên kết. Cấu trúc xốp vi mô và tốc độ thủy phân chậm tạo điều kiện thuận lợi cho tế bào bám dính, tăng sinh và biệt hóa trên bề mặt giá thể 3D. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy độ tương thích sinh học cao của vật liệu trong kỹ thuật y sinh tái tạo mô.

  • Copolymer MMA/MPEOMA làm vật liệu phủ để cải thiện tính tương thích máu: nghiên cứu hấp phụ protein

    Dịch bởi AIMMA/MPEOMA copolymers as coating materials for improved blood compatibility: protein adsorption study

    Dong Min Kim và cộng sự

    AI tóm tắt

    Đánh giá mức độ tương thích máu và hấp phụ protein bề mặt của màng phủ copolymer MMA/MPEOMA trên các thiết bị y tế tiếp xúc tuần hoàn máu. Dữ liệu thử nghiệm đo độ bám dính tiểu cầu và nồng độ fibrinogen hấp phụ cho thấy chuỗi poly(ethylene oxide) mạch nhánh ức chế mạnh hiện tượng hình thành huyết khối bề mặt. Nghiên cứu xác lập giải pháp phủ màng sinh học an toàn cho ống thông và van tim nhân tạo.

Trích dẫn nhiều nhất

  • Copolymer đa khối poly(diallylpiperidinium hydroxide) bền bazơ cho màng trao đổi anion

    Dịch bởi AIBase stable poly(diallylpiperidinium hydroxide) multiblock copolymers for anion exchange membranes

    Derek Strasser và cộng sựJournal of Materials Chemistry A82 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Tổng hợp thành công màng trao đổi anion đa khối từ copolymer chứa nhóm chức cation poly(diallylpiperidinium hydroxide) bền kiềm dùng cho pin nhiên liệu kiềm. Cấu trúc tách pha vi mô rõ nét tạo kênh dẫn ion hydroxit liên tục với độ dẫn ion vượt trội và độ bền hóa học cao ở 80°C. Phát hiện này giải quyết nút thắt về độ phân hủy của màng polymer trong điều kiện kiềm đậm đặc nhiệt độ cao.

  • Vật thể nano copolymer khối chức hóa salicylaldehyde: tổng hợp one-pot qua tự lắp ráp cảm ứng bởi trùng hợp, và khâu mạng đồng thời với biến tính huỳnh quang

    Dịch bởi AISalicylaldehyde-functionalized block copolymer nano-objects: one-pot synthesis <i>via</i> polymerization-induced self-assembly and their simultaneous cross-linking and fluorescence modification

    Jianbing Huang và cộng sựPolymer Chemistry49 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Tổng hợp một nồi các cấu trúc nano copolymer khối chức hóa salicylaldehyde qua phản ứng tự lắp ráp cảm ứng trùng hợp qua trung gian RAFT (PISA). Quá trình tự ổn định liên kết chéo đồng thời kết hợp gắn phân tử phát huỳnh quang được kiểm soát chặt chẽ trong môi trường nước. Hạt nano thu được thể hiện độ bền cấu trúc cao và tín hiệu huỳnh quang nhạy, ứng dụng trong chẩn đoán huỳnh quang sinh học.

  • Nâng cao tính chất quang vật lý của chấm nano/dây nano titania có hoa văn nano khi lai hóa với silica qua quá trình sol-gel dùng khuôn block copolymer

    Dịch bởi AIEnhanced Photophysical Properties of Nanopatterned Titania Nanodots/Nanowires upon Hybridization with Silica via Block Copolymer Templated Sol-Gel Process

    K. Dinakaran và cộng sựPolymers40 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Chế tạo cấu trúc nanocomposite màng mỏng TiO2-SiO2 có trật tự nano bằng quy trình sol-gel sử dụng chất tạo khuôn copolymer khối. Sự kết hợp giữa pha quang xúc tác titan oxit và khung silica xốp giúp tăng cường tính chất quang vật lý và độ bền nhiệt của chấm nano quang điện. Công trình cung cấp giải pháp thiết kế vật liệu bán dẫn tích hợp hiệu quả cho pin mặt trời màng mỏng.

  • Các copolymer fluor hóa lưỡng ái dạng khối, ngẫu nhiên và hình cây cọ: tổng hợp có kiểm soát, hoạt tính bề mặt và sử dụng làm chất ổn định trùng hợp phân tán

    Dịch bởi AIBlock, random and palm-tree amphiphilic fluorinated copolymers: controlled synthesis, surface activity and use as dispersion polymerization stabilizers

    David Alaimo và cộng sựPolymer Chemistry23 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Nghiên cứu tổng hợp các cấu trúc copolymer flo hóa lưỡng ái (amphiphilic fluorinated copolymers) dạng khối, ngẫu nhiên và hình cây cọ (palm-tree) làm chất ổn định trùng hợp phân tán. Kiến trúc không gian của chuỗi polymer ảnh hưởng sâu sắc đến độ căng bề mặt, kích thước giọt nhũ tương và khả năng định hình hạt nano polymer đồng nhất. Kết quả mở ra hướng điều chế chất hoạt động bề mặt hiệu năng cao cho công nghệ phủ polyme.

  • Các hạt nano Au có độ ổn định cao với khuôn block copolymer lưỡng ưa nước: mối tương quan giữa cấu trúc và độ ổn định

    Dịch bởi AIHighly stable Au nanoparticles with double hydrophilic block copolymer templates: correlation between structure and stability

    Eunyong Seo và cộng sựPolymer Chemistry21 trích dẫn

    AI tóm tắt

    Phát triển phương pháp chế tạo hạt nano vàng siêu bền hệ keo sử dụng chất tạo khuôn copolymer khối ưa nước kép (DHBC). Tương tác phối trí giữa chuỗi polymer và bề mặt kim loại giúp ngăn chặn hoàn toàn hiện tượng kết tụ hạt trong môi trường muối và dải pH rộng. Kết quả làm rõ mối tương quan chặt chẽ giữa kiến trúc chuỗi copolymer và độ bền quang nhiệt của hạt nano quý ứng dụng y học.

Tài liệu tham khảo

  1. Mayo, F. R., & Lewis, F. M. (1944). Copolymerization. I. A Basis for Comparing the Behavior of Monomers in Copolymerization; The Copolymerization of Styrene and Methyl Methacrylate. Journal of the American Chemical Society, 66(9), 1594-1601. DOI: 10.1021/ja01237a052
  2. Odian, G. (2004). Principles of Polymerization (4th ed.). John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/047147875x
  3. Bates, F. S., & Fredrickson, G. H. (1990). Block Copolymer Thermodynamics: Theory and Experiment. Annual Review of Physical Chemistry, 41(1), 525-557. DOI: 10.1146/annurev.pc.41.100190.002521