Cao su và keo dán: cao su thiên nhiên, lưu hóa, cao su buna, buna-S, keo epoxy và bài tập có đáp án Hóa 12
Cao su là vật liệu polymer có tính đàn hồi. Bài viết nêu cấu tạo cao su thiên nhiên (polyisoprene), quá trình lưu hóa với sulfur, cao su tổng hợp buna, buna-S, buna-N, keo dán epoxy, urea - formaldehyde, ví dụ tính toán và bài tập có đáp án Hóa 12.
Cao su là gì?
Cao su là loại vật liệu polymer có tính đàn hồi, nghĩa là biến dạng khi chịu lực kéo hay nén và trở lại hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực. Cao su gồm cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp; keo dán là vật liệu polymer có khả năng kết dính hai mảnh vật liệu mà không làm biến đổi bản chất của chúng.
Cao su thiên nhiên và lưu hóa
- Cao su thiên nhiên lấy từ mủ cây cao su (Hevea), là polymer của isoprene (2-methylbuta-1,3-diene): $\ce{nCH2=C(CH3)-CH=CH2 -> (-CH2-C(CH3)=CH-CH2-)_n}$, các mắt xích có cấu hình cis, $n$ khoảng $1500$ đến $15000$.
- Có tính đàn hồi, không dẫn điện, không thấm khí và nước, không tan trong nước, tan trong xăng, benzene.
- Lưu hóa: đun nóng cao su thô với sulfur (khoảng $2$ đến $3\%$) tạo cầu nối disulfide $-\ce{S-S-}$ giữa các mạch, thành mạng không gian, giúp cao su bền hơn, đàn hồi hơn, ít tan và chịu nhiệt tốt hơn.
Ví dụ 1
Một mẫu cao su thiên nhiên có phân tử khối $136\,000$. Tính hệ số trùng hợp $n$ (mắt xích $\ce{C5H8}$, $M = 68$).
$n = 136000 : 68 = 2000$.
Cao su tổng hợp
| Cao su | Monomer | Phản ứng |
|---|---|---|
| Cao su buna (polybutadiene) | Buta-1,3-diene $\ce{CH2=CH-CH=CH2}$ | $\ce{nCH2=CH-CH=CH2 ->[Na, t] (-CH2-CH=CH-CH2-)_n}$ |
| Cao su buna-S | Buta-1,3-diene và styrene | Đồng trùng hợp |
| Cao su buna-N | Buta-1,3-diene và acrylonitrile | Đồng trùng hợp; bền với dầu mỡ |
| Cao su chloroprene | $\ce{CH2=CCl-CH=CH2}$ | Trùng hợp; chịu dầu, thời tiết |
Ví dụ 2
Trùng hợp $54$ kg buta-1,3-diene ($M = 54$) với hiệu suất $75\%$. Tính khối lượng cao su buna.
$m = 54 \cdot 0{,}75 = 40{,}5$ kg.
Xem bài: Tơ tự nhiên và tơ tổng hợp
Keo dán
- Keo epoxy: dùng dán kim loại, gốm, gỗ; gồm nhựa epoxy và chất đóng rắn, rất bền.
- Keo urea - formaldehyde: dán gỗ, ván ép.
- Keo dán tự nhiên: hồ tinh bột, keo da trâu bò. Keo dán hoạt động nhờ lực bám dính giữa polymer và bề mặt vật liệu.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Cao su thiên nhiên là polymer của chất nào?
- Lưu hóa cao su là gì? Mục đích?
- Viết phương trình điều chế cao su buna.
- Trùng hợp $27$ kg buta-1,3-diene (hiệu suất $80\%$). Tính khối lượng cao su buna.
- Nêu hai loại keo dán và ứng dụng.
Đáp án
- Isoprene.
- Đun nóng cao su với sulfur để tạo cầu nối $-\ce{S-S-}$; làm cao su bền, đàn hồi, chịu nhiệt tốt hơn.
- $\ce{nCH2=CH-CH=CH2 ->[Na, t] (-CH2-CH=CH-CH2-)_n}$.
- $m = 27 \cdot 0{,}8 = 21{,}6$ kg.
- Keo epoxy dán kim loại, gốm; keo urea - formaldehyde dán gỗ, ván ép.
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Polymer
Câu hỏi thường gặp
Cao su thiên nhiên là gì?
Polymer của isoprene lấy từ mủ cây cao su.
Lưu hóa cao su là gì?
Đun cao su với sulfur để tạo cầu nối disulfide giữa các mạch.
Cao su buna-S điều chế từ gì?
Đồng trùng hợp buta-1,3-diene và styrene.
Keo dán dùng để làm gì?
Kết dính hai vật liệu mà không làm biến đổi bản chất của chúng.