Tơ Kevlar (poly(p-phenylene terephthalamide)) là một loại vật liệu polymer siêu bền, nhẹ, chịu nhiệt tốt, cứng gấp 5 lần thép (cùng khối lượng) nên được ứng dụng làm áo giáp chống đạn, mũ bảo hiểm quân đội, vật liệu hàng không… Kevlar được tổng hợp từ phản ứng giữa p-phenylenediamine (p-C6H4(NH2)2) và terephthaloyl chloride (p-C6H4(COCl)2) theo phương trình:
nC6H4(NH2)2) + nC6H4(COCl)2) → (-NH-C6H4-NH-CO-C6H4-CO-)n + 2nHCl
a) Phản ứng điều chế tơ Kevlar từ p-phenylenediamine và terephthaloyl chloride thuộc loại phản ứng trùng ngưng.
b) Trong điều kiện thích hợp, tơ Kevlar có thể bị thủy phân khi đun nóng trong dung dịch acid hoặc dung dịch kiềm.
c) Để sản xuất 1000 tấm áo giáp chống đạn (biết mỗi tấm chứa 1,19 kg tơ Kevlar) với hiệu suất của quá trình tổng hợp đạt 80%, khối lượng nguyên liệu -phenylenediamine thương mại (có độ tinh khiết 90%) cần sử dụng là 675 kg.
d) Trong cấu trúc mạch polymer của Kevlar có chứa các liên kết amide -CONH-.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, phản ứng giữa p-phenylenediamine và terephthaloyl chloride là quá trình các monomer kết hợp với nhau đồng thời giải phóng các phân tử nhỏ (HCl) nên đây là phản ứng trùng ngưng..
(b) Đúng, kevlar có cấu trúc polyamide (liên kết -NH-CO-). Tương tự như tơ nylon hay protein, liên kết amide này kém bền trong môi trường acid hoặc kiềm mạnh, đặc biệt là khi đun nóng. Tuy nhiên, trong điều kiện thường, Kevlar cực kỳ bền với hóa chất nhờ cấu trúc các sợi polymer xếp khít nhau, ngăn cản các tác nhân thủy phân tấn công vào liên kết bên trong.
(c) Sai, mKevlar = 1000.1,19 = 1190 kg
—> m p-phenylenediamine thương mại = 1190.108/(238.80%.90%) = 750 kg
(d) Đúng, kevlar thuộc loại polyamide. Các nhóm chức -NH- của monomer này kết hợp với nhóm -CO- của monomer kia tạo thành liên kết amide. Các liên kết amide này tạo ra mạng lưới liên kết hydrogen giữa các mạch polymer song song, mang lại độ bền cơ học cao cho áo giáp.
