Polymer là gì? Các nghiên cứu khoa học về Polymer

Polymer là hợp chất có khối lượng phân tử lớn, được tạo thành từ nhiều đơn vị monomer lặp lại thông qua phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng. Chúng tồn tại ở cả dạng tự nhiên và tổng hợp, với vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp.

Polymer là gì?

Polymer là các hợp chất có cấu trúc phân tử rất lớn, được hình thành từ hàng trăm đến hàng triệu đơn vị lặp lại gọi là monomer. Từ “polymer” xuất phát từ tiếng Hy Lạp: “poly” nghĩa là “nhiều” và “meros” nghĩa là “phần”. Polymer có thể là tự nhiên (tồn tại trong sinh vật sống) hoặc nhân tạo (do con người tổng hợp trong phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp). Sự phổ biến và tính linh hoạt của polymer khiến chúng trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, từ túi nhựa, chai nước, đến sợi vải và các bộ phận y tế.

Cấu trúc và đặc điểm của polymer

Một polymer được hình thành khi các monomer kết nối với nhau thông qua các liên kết hóa học. Tùy vào cách sắp xếp và tính chất của monomer, các polymer có thể có cấu trúc và tính chất vật lý rất khác nhau. Một số đặc điểm cơ bản bao gồm:

  • Khối lượng phân tử rất lớn
  • Tính đàn hồi hoặc độ bền cơ học cao
  • Không dễ hòa tan trong dung môi thông thường
  • Phản ứng hóa học khác biệt so với các hợp chất nhỏ

Phân loại polymer

Polymer có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau để phù hợp với mục đích nghiên cứu hoặc ứng dụng:

Theo nguồn gốc

  • Polymer tự nhiên: Có sẵn trong tự nhiên và do sinh vật tạo ra, ví dụ:
  • Polymer tổng hợp: Do con người chế tạo thông qua phản ứng hóa học, ví dụ như polystyrene, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET), v.v.

Theo cấu trúc phân tử

  • Mạch thẳng: Các monomer liên kết thành chuỗi dài không phân nhánh.
  • Mạch nhánh: Có các nhánh phụ gắn vào chuỗi chính, làm thay đổi tính chất vật lý của polymer.
  • Mạng lưới không gian ba chiều: Các chuỗi polymer liên kết với nhau thành cấu trúc dạng mạng lưới, tạo độ cứng và bền cao.

Theo số loại monomer

  • Homopolymer: Chỉ gồm một loại monomer duy nhất, ví dụ: polyethylene.
  • Copolymer: Gồm hai hoặc nhiều loại monomer khác nhau, ví dụ: styrene-butadiene rubber (SBR).

Các loại phản ứng tạo polymer

Có hai loại phản ứng chính dùng để tạo ra polymer: phản ứng trùng hợp và phản ứng trùng ngưng.

Phản ứng trùng hợp (polymerization)

Đây là phản ứng mà các monomer không mất đi nguyên tử nào khi liên kết thành chuỗi dài. Phổ biến trong công nghiệp sản xuất nhựa. Ví dụ, quá trình trùng hợp ethylene thành polyethylene:

nCH2=CH2[CH2CH2]nnCH_2=CH_2 \rightarrow [-CH_2-CH_2-]_n

Phản ứng trùng ngưng (condensation polymerization)

Xảy ra giữa các monomer có nhóm chức năng khác nhau. Trong phản ứng này, một phân tử nhỏ như nước hoặc methanol sẽ bị loại bỏ. Ví dụ phản ứng tạo Nylon-6,6:

Tính chất của polymer

Polymer có thể được điều chỉnh tính chất theo nhu cầu sử dụng:

  • Cơ học: Độ bền kéo, độ giãn dài, khả năng chịu lực nén
  • Nhiệt: Điểm nóng chảy, tính chịu nhiệt
  • Hóa học: Khả năng kháng hóa chất, kháng axit/bazơ
  • Điện: Tính cách điện, dẫn điện (polymer dẫn điện như polyaniline)

Ví dụ, Teflon (PTFE) có tính kháng hóa chất rất tốt và được dùng để phủ chống dính trong chảo nấu ăn.

Ứng dụng của polymer trong đời sống và công nghiệp

Polymer hiện diện trong hầu hết các sản phẩm xung quanh chúng ta. Một số ứng dụng chính bao gồm:

Trong sinh hoạt

  • Túi nilon, hộp nhựa, bao bì thực phẩm (PE, PP, PET)
  • Sợi vải tổng hợp (polyester, nylon, acrylic)
  • Dụng cụ gia dụng, đồ chơi, đồ dùng y tế

Trong xây dựng và công nghiệp

  • Ống nước, ống dẫn khí (PVC, HDPE)
  • Sơn, keo dán, vật liệu cách nhiệt
  • Lốp xe, thảm cách âm, vật liệu phủ bảo vệ

Trong y học

  • Chỉ khâu phẫu thuật tự tiêu (polyglactin)
  • Ống dẫn, ống thông, thiết bị cấy ghép
  • Vật liệu cho y học tái tạo (hydrogel, polymer sinh học)

Trong công nghệ cao

  • Linh kiện điện tử, chip bán dẫn (polyimide, polycarbonate)
  • Pin polymer (Li-Polymer battery)
  • Vật liệu nhẹ cho hàng không, xe điện

Những polymer phổ biến và vai trò

Tên polymerCông thứcỨng dụng
Polyethylene (PE)[CH2CH2]n[-CH_2-CH_2-]_nTúi nhựa, chai lọ, màng bọc thực phẩm
Polyvinyl chloride (PVC)[CH2CHCl]n[-CH_2-CHCl-]_nỐng dẫn nước, dây điện, cửa nhựa
Polystyrene (PS)[CH2CH(C6H5)]n[-CH_2-CH(C_6H_5)-]_nHộp xốp, bao bì, đĩa CD
Polypropylene (PP)[CH2CH(CH3)]n[-CH_2-CH(CH_3)-]_nHộp thực phẩm, ống tiêm, vải không dệt
Nylon-6,6[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]n[-NH-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-]_nDây cáp, sợi dệt, bánh răng máy

Kết luận

Polymer là một nhóm vật liệu cực kỳ linh hoạt, đóng vai trò không thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện đại và đời sống hằng ngày. Từ những vật liệu đơn giản như túi nilon đến các ứng dụng cao cấp trong y học và hàng không vũ trụ, polymer đang thúc đẩy sự đổi mới và phát triển. Hiểu rõ cấu trúc, cách tổng hợp và ứng dụng của polymer là chìa khóa để khai thác tiềm năng của chúng trong tương lai.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề polymer:

Mở Rộng DNA Dựa Trên Mồi Bằng Enzyme DNA Polymerase Kháng Nhiệt Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 239 Số 4839 - Trang 487-491 - 1988
Một enzyme DNA polymerase kháng nhiệt đã được sử dụng trong quy trình khuếch đại DNA in vitro, phản ứng chuỗi polymerase. Enzyme này, được tách chiết từ Thermus aquaticus , đã đơn giản hóa quy trình và, bằng cách cho phép phản ứng khuếch đại diễn ra ở nhiệt độ cao hơn, đã cải thiện đáng kể độ đặc hiệu, sản lượng, độ nhạy và ch...... hiện toàn bộ
Accurate transcription initiation by RNA polymerase II in a soluble extract from isolated mammalian nuclei
Nucleic Acids Research - Tập 11 Số 5 - Trang 1475-1489 - 1983
Phân tích các quần thể vi sinh vật phức tạp bằng phân tích điện di gel gradient biến tính của các gen được khuếch đại bởi phản ứng chuỗi polymerase mã hóa cho 16S rRNA Dịch bởi AI
Applied and Environmental Microbiology - Tập 59 Số 3 - Trang 695-700 - 1993
Chúng tôi mô tả một phương pháp phân tử mới để phân tích đa dạng di truyền của các quần thể vi sinh vật phức tạp. Kỹ thuật này dựa trên việc tách biệt các đoạn gene mã hóa cho 16S rRNA, có cùng chiều dài, được khuếch đại bằng phản ứng chuỗi polymerase (PCR) thông qua điện di gel gradient biến tính (DGGE). Phân tích DGGE của các cộng đồng vi sinh vật khác nhau cho thấy sự hiện diện của tối ...... hiện toàn bộ
Triblock Copolymer Syntheses of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 279 Số 5350 - Trang 548-552 - 1998
Use of amphiphilic triblock copolymers to direct the organization of polymerizing silica species has resulted in the preparation of well-ordered hexagonal mesoporous silica structures (SBA-15) with uniform pore sizes up to approximately 300 angstroms. The SBA-15 materials are synthesized in acidic media to produce highly ordered, two-dimensional hexagonal (space group ...... hiện toàn bộ
Light-emitting diodes based on conjugated polymers
Nature - Tập 347 Số 6293 - Trang 539-541 - 1990
A metal-free polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under visible light
Nature Materials - Tập 8 Số 1 - Trang 76-80 - 2009
Functional Porous Coordination Polymers
Angewandte Chemie - International Edition - Tập 43 Số 18 - Trang 2334-2375 - 2004
AbstractThe chemistry of the coordination polymers has in recent years advanced extensively, affording various architectures, which are constructed from a variety of molecular building blocks with different interactions between them. The next challenge is the chemical and physical functionalization of these architectures, through the porous properties of the framew...... hiện toàn bộ
Polymer Photovoltaic Cells: Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 270 Số 5243 - Trang 1789-1791 - 1995
The carrier collection efficiency (η c ) and energy conversion efficiency (η e ) of polymer photovoltaic cells were improved by blending of the semiconducting polymer with C 60 or its functionalized derivatives. Composite films of poly(2-methox...... hiện toàn bộ
Fuzzy Nanoassemblies: Toward Layered Polymeric Multicomposites
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 277 Số 5330 - Trang 1232-1237 - 1997
Multilayer films of organic compounds on solid surfaces have been studied for more than 60 years because they allow fabrication of multicomposite molecular assemblies of tailored architecture. However, both the Langmuir-Blodgett technique and chemisorption from solution can be used only with certain classes of molecules. An alternative approach—fabrication of multilayers by consecutive ads...... hiện toàn bộ
Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment: RNA Ligands to Bacteriophage T4 DNA Polymerase
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 249 Số 4968 - Trang 505-510 - 1990
High-affinity nucleic acid ligands for a protein were isolated by a procedure that depends on alternate cycles of ligand selection from pools of variant sequences and amplification of the bound species. Multiple rounds exponentially enrich the population for the highest affinity species that can be clonally isolated and characterized. In particular one eight-base region of an RNA that inte...... hiện toàn bộ
Tổng số: 140,276   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10