Polyme trên cơ sở dẫn xuất của axit acrylic và metacrylic, polyacrylonitrile và các copolyme của nitrile 2

download by : skknchat@gmail.com DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA LÀM BÀI BÀI BÁO CÁO HỌC KỲ II NĂM 2021 – 2022 Môn: Công nghệ Sản xuất Chất dẻo No download by : skknchat@gmail.com BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Đề tài số 4: Polyme sở dẫn xuất axit acrylic metacrylic, Polyacrylonitrile Thời gian thực Tuần thứ nhẩt: 19/02/2022 16/02/2022 - download by : skknchat@gmail.com Tuần thứ hai: 20/02/2022 22/02/2022 Tuần thứ hai: 23/02/2022 Tuần thứ hai: 24/02/2022 26/02/2022 Tuần thứ hai: 27/02/2022 01/03/2022 download by : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Thực tế ln cho thấy, khơng có thành công không gắn liền với cố gắng, hỗ trợ giúp đỡ người xung quanh giúp đỡ hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt thời gian làm báo cáo đến nay, chúng em nhận quan tâm bảo, giúp đỡ cô Nguyễn Thị Lê Thanh nhiều Với tình cảm chân thành, nhóm em xin gửi lời cảm ơn từ tận đáy lòng đến người giảng viên - người dùng tri thức tâm huyết để truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu Chúng em cảm ơn cô giúp đỡ hướng dẫn chúng em tận tình suốt thời gian qua, cho chúng em kiến thức để hoàn thành tốt báo cáo Nhờ mà chúng em hồn thiện thân Bài báo cáo nhóm em thực sau cô giao Với vốn kiến thức cịn hạn chế chúng em nên khơng tránh khỏi vài sai sót báo cáo Do vậy, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q bạn lớp để báo cáo hoàn thiện Những kiến thức tảng cho chúng em sau này, giúp cho trình làm việc chúng em sau tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn download by : skknchat@gmail.com NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Điểm: Ngày tháng năm 2022 Giảng viên chấm điểm TS Nguyễn Thị Lê Thanh download by : skknchat@gmail.com Mục lục LỜI MỞ ĐẦU Chương POLYME TRÊN CƠ SỞ DẪN XUẤT CỦA AXIT ACRYLIC VÀ METACRYLIC 1.Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện dẫn xuất (Copolyme) 1.1 Nguyên liệu 1.2 Phương trình phản ứng , ph 2.Cấu tạo, cấu trúc Polyme 3.Tính chất Polyme, kết hợp với phụ gia phổ biến 3.1 Tính chất 3.2 Sự kết hợp với phụ gia 4.Ứng dụng Polyme Chương POLYME TRÊN CƠ SỞ DẪN XUẤT CỦA ACRYLONITRILE 1.Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương dẫn xuất (Copolyme) 1.1 Sơ lược P 1.2 Nguyên liệu 1.3 Phương trìn 2.Cấu tạo, cấu trúc Polyme 3.Tính chất Polyme, kết hợp với phụ 3.1 Tính chất 3.2 Sự kết hợp v 4.Ứng dụng vật liệu: Chương CÁC COPOLYME CỦA NITRILE 1.Nguyên liệu 1.1 download by : skknchat@gmail.com Butadien 1.2.Acrylonitr 1.3.Phương trì dẫn xuất (Copolyme): 2.Cấu tạo, cấu trúc NBR 3.Tính chất Polyme NBR, kết hợp với cá 3.1.Tính chất 3.2.Sự kết hợp 4.Cơng dụng KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục hình ảnh Hình 1: Các cấu trúc MMA PMMA 18 Hình 2: Cấu trúc syndiotactic PMMA 19 Hình 3: Cấu trúc isotactic PMMA 19 Hình 4: Cấu trúc atactic PMMA 19 Hình 5: Cấu trúc Acrylonitrile PAN 28 Hình 6: Cấu trúc phân tử Butadien 33 Hình 7: Cấu trúc hóa học NBR 36 download by : skknchat@gmail.com Chương CÁC COPOLYME CỦA NITRILE Cao su nitrile (NBR) hay gọi cao su nitrile-butadien, phát triển lần Konrad, Tschunkur Kleiner I.G Farbenindustrie, Ludwigshafen, sau phát triển kết hợp Oppau Hoechst năm 1930, thương mại vào năm 1934 Cao su nitrile sử dụng rộng rãi lĩnh vực cao su kỹ thuật, cao su dùng cho tơ tính kháng dầu, nhiên liệu nhiệt vừa phải đặc trưng Nguyên liệu NBR tổng hợp phương pháp đồng trùng hợp monomer acrylonitrile (ACN) butadien với 1.1 Butadien Butadien (C4H6) hay buta-1,3-dien ankadien liên hợp Butadien chất khí khơng màu điều kiện thường, dễ dàng ngưng tụ thành chất lỏng Butadien hòa tan nước, hòa tan metanol etanol tan nhiều dung môi phân cực điểm sôi cao Hầu hết butadien thực phản ứng trùng hợp để sản xuất cao su tổng hợp sản phẩm mang đặc điểm bật cao su thiên nhiên, đồng thời có khả chống mịn cao, chịu uốn gấp tốt, biến dạng download by : skknchat@gmail.com Hình 6: Cấu trúc phân tử Butadien Monome có công thức phân tử C4H6 hay CH2=CH-CH=CH2 Để điều chế butadien, ta có cách sau: Phương pháp phịng thí nghiệm: - Từ điclobutan - Nhiệt phân xyclohecxan - Đehdrat hóa butylglycol-1,3 - Hỗn hợp 15,5g glycol, 67g anhydrite phtalic benzosulfonic acid đun hồi lưu đến sôi, butadiene tạo thành thu qua bình kín, hiệu suất khoảng 29% Phương pháp công nghiệp: Ở nước Đông Âu, Trung Quốc Ấn Độ butadiene dược sản xuất từ rượu etanol qua lên men phát sinh từ loại men đặc biệt có nước đường Bằng phương pháp Sergei Lebedev cho etanol qua xúc tác gồm Magie oxit Kaolin với lượng nhỏ oxit sắt, titan kẽm đóng vai trò chất khơi mào tiêns hành nhiệt độ 400-450 0C Hiệu suất thu tới 50-60% butadiene có chứa khoảng 10% buten Xúc tác vừa có tác dụng dehydrat hóa vừa dehydro hóa download by : skknchat@gmail.com Một tiến trình khác tạo nên butadiene nhà hóa học người Nga Ivan Ostromislensky phát minh Sự lên men rượu thông thường từ nước đường gốc thực vật củ cải đường… dẫn đến ancol etylic, etanol bị oxi tạo nên axetaldehid với tham gia chất xúc tác tantali-silicon dioxide (SiO 2) tiến hành 3253500C, axetaldehid tiếp tục tác dụng với etanol tạo butadien [19] CH3CH2OH + CH3CHO → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O 1.2 Acrylonitrile (ACN) Acrylonitrile (CH2=CHCN) chất lỏng dễ cháy, có độc tính cao ăn phải chất gây ung thư Các monome acrylonitrile (phân tử đơn chức) trạng thái lơ lửng, kết hợp với monome khác, giọt nhỏ nước cảm ứng để polyme hóa thành PAN thơng qua hoạt động chất khơi mào gốc tự [12] Có nhiều phương pháp để tổng hợp acrylonitrile công nghiệp dùng số phương pháp sau : Đi từ axetylen axit xianhydric: CH=CH + HCN → CH2 = CHCN Có thể thay axetylen oxitetylen Hiệu axetaldehyte: CH2CHO + HCN → CH2C(OH)CHCN → CH2 = CHCN download by : skknchat@gmail.com Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm lớn phải dùng axit xianhydric (HCN) hóa chất nguy hiểm nên phải luôn bảo đảm công tác an tồn lao động Phương pháp oxy hố propylen amoniac Phương pháp tìm vào năm 1960 thay cho phương pháp thử tính an tồn kinh tế Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao (400-5000C) dùng chất xúc tác khác nhau: 2CH3CHCH2 + 3O2 + 2NH3 → 2CH2CHCN + 6H2O 1.3 Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme dẫn xuất (Copolyme): 1.3.1 Phương trình phản ứng: NBR thuộc loại cao su tổng hợp tạo cách đồng trùng hợp monomer acrylonitrile (ACN) butadien với 1.3.2 Phương pháp, điều kiện tổng hợp Polyme - Cao su NBR thông thường: Cao su NBR tạo phương pháp Polyme hóa nhũ tương, với giai đoạn gồm Polyme hóa NBR dạng nhũ tương, đông tụ nhũ tương làm khô để thành sản phẩm cuối Trùng hợp nhũ tương loại trùng hợp gốc thường bắt đầu nhũ tương kết hợp nước, monome chất hoạt động bề mặt Loại trùng hợp nhũ tương phổ biến nhũ tương dầu nước, giọt monome (dầu) nhũ hóa (với chất hoạt động bề mặt) pha liên tục nước Copolyme Polyme hóa nóng hóa lạnh Loại Copolyme hóa nóng thường có độ cứng độ bền so với loại Copolyme hóa lạnh download by : skknchat@gmail.com - Polyme hóa lạnh: Thế hệ cao su NBR trùng hợp lạnh trải dài nhiều hợp chất khác Hàm lượng acrylonitrile dao động từ 15% đến 51% Các giá trị Mooney nằm khoảng từ 110 cứng, đến thể lỏng rót được, với 20-25 giới hạn thực tế thấp vật liệu rắn Chúng tổng hợp với loạt hệ thống chất nhũ hóa, chất đông tụ, chất ổn định, chất điều chỉnh trọng lượng phân tử chế phẩm hóa học Các monome thứ ba thêm vào xương sống polyme để mang lại hiệu suất nâng cao Mỗi biến thể cung cấp chức cụ thể Các polyme lạnh polyme hóa khoảng nhiệt độ từ đến 15°C [20], tùy thuộc vào cân cấu hình tuyến tính đến phân nhánh mong muốn Nhiệt độ trùng hợp thấp tạo chuỗi polyme tuyến tính Các phản ứng thực trình phổ biến gọi trùng hợp liên tục, bán liên tục theo đợt Hình sau cho thấy cấu trúc hóa học NBR, ba cấu trúc đồng phân có cho phân đoạn butadien Hình 7: Cấu trúc hóa học NBR - Polyme hóa nóng: Các polyme NBR nóng polyme hóa khoảng nhiệt độ từ 30 đến 40°C [20] Quá trình tạo polyme phân nhánh cao Sự phân nhánh hỗ trợ bám dính tốt liên kết chặt chẽ ứng dụng kết dính Cấu trúc vật lý mắc vào loại polyme cung cấp cải thiện đáng kể độ bền xé nóng so với loại polyme hóa lạnh Khả chống chảy tự nhiên polyme nóng khiến cho loại polyme trở thành ứng cử viên tuyệt vời cho việc đúc nén bọt biển Các ứng dụng khác ép đùn có vách mỏng phức tạp việc trì hình dạng quan trọng download by : skknchat@gmail.com - Polyme hóa NBR nóng liên kết chéo (Crosslinked Hot NBR): Polyme hóa NBR nóng liên kết chéo polyme phân nhánh tiếp tục liên kết chéo cách bổ sung monome di động Các sản phẩm thường sử dụng phận đúc để cung cấp đủ lực ép, áp suất ngược, để loại bỏ khơng khí bị mắc kẹt Một công dụng khác tăng cường độ ổn định kích thước khả trì hình dạng cho sản phẩm ép đùn sản phẩm gia công Điều dẫn đến việc đùn lưu hóa hiệu cho phận có hình dạng phức tạp cải thiện việc cho việc sản xuất dạng cuộn Các NBR bổ sung tính ổn định kích thước, khả chống va đập tính linh hoạt để sửa đổi PVC Các dẫn xuất Copolyme: - Nitrile cacboxyl hóa (XNBR): Việc bổ sung nhóm axit cacboxylic vào xương sống polyme NBR làm thay đổi đáng kể đặc tính xử lý đóng rắn [20] Kết tạo chất polyme có độ bền tăng lên đáng kể, đo khả chịu kéo, xé, mơ đun mài mịn cải thiện Các tác động tiêu cực bao gồm giảm nén, khả chống nước, khả phục hồi số đặc tính nhiệt độ thấp - NBR tăng khả chống oxy hóa Cao su nitrile có sẵn chất chống oxy hóa polyme hóa thành chuỗi polyme [20] Khi kết hợp với cacbon đen lị có cường độ cao, phản ứng hóa học polyme chất màu hạn chế khả lão hóa khơng khí nóng Khả chống mài mịn cải thiện so sánh với NBR thông thường, đặc biệt nhiệt độ cao Polyme tìm thấy thể đặc tính linh động tuyệt vời [20] Cấu tạo, cấu trúc NBR Cao su tổng hợp NBR loại cao su kết hợp đặc điểm cao su Buna khả chống dung mơi, hóa chất PAN download by : skknchat@gmail.com Cao su tổng hợp NBR Copolyme butadiene acrylonitrile tạo theo phương pháp Polyme hóa nhũ tương gồm giai đoạn sau: Polyme hóa NBR dạng mủ cao su, sau q trình đơng tụ mủ cao su làm khô sản phẩm cuối Q trình Copolyme hóa Polyme hóa nóng lạnh Đối với loại Copolyme hóa nóng thường có độ cứng độ dày với loại Copolyme lạnh NBR phân loại dựa vào tỷ lệ acrylonitrile (ACN) chuỗi Polyme độ nhớt chung Copolyme Trùng hợp nhũ tương loại trùng hợp gốc thường bắt đầu nhũ tương kết hợp nước, monome chất hoạt động bề mặt Loại trùng hợp nhũ tương phổ biến nhũ tương dầu nước, giọt monome (dầu) nhũ hóa (với chất hoạt động bề mặt) pha liên tục nước [20] Tính chất Polyme NBR, kết hợp với phụ gia phổ biến: Tính chất Tính chất vật lý: Nhiệt độ chuyển thủy tinh: -38oC (cao su hàm lượng ACN 18%) -2oC (cao su hàm lượng ACN 50%) Độ bền kéo: 6,89 - 24,1 MPa Khối lượng riêng 25°C: 1,15 - 1,35 g/cm3 Độ giãn tới hạn 25°C: 400-600% Cao su NBR thường phân loại dựa vào tỷ lệ acrylonitrile (ACN) chuỗi Polyme độ nhớt chung Copolyme Tính chất hóa học: download by : skknchat@gmail.com So với vật liệu đàn hồi cao su nitrile có ưu điểm tính kháng dầu kháng mài mòn Cao su NBR thể tính kháng dầu, nước lưu chất thủy lực tốt Ngoài khả kháng dầu, dầu mỏ hydrocarbon thơm dầu thực vật tốt, lại dễ bị công dung môi phân cực keton, ester, dung môi toluen… Lượng ACN Copolyme nhiều tính kháng dầu cao su cao Ngoai ra, có tính kéo dãn tốt khả đàn hồi lực căng lực nén Về mặt hạn chế: cao su nitril có chi phí cao Và khơng thường sử dụng cho ứng dụng khơng địi hỏi vật liệu phải có tính kháng dầu Khi mà tính chịu dầu cần thiết chi phí cho vật liệu hợp lý Cao su nitrile thường bị hủy xút, axit đậm, ozone, este xeton, clo khử trùng, andehit nitro hydrocarbon Cao su NBR thường phân loại dựa vào tỷ lệ acrylonitrile (ACN) chuỗi polyme độ nhớt chung Copolyme Bảng 2: Tính chất cao su tổng hợp Nitrile theo hàm lượng ACN tăng dần download by : skknchat@gmail.com Bảng 3: Thông số kỹ thuật cao su NBR thông thường [21] Bảng 4: Thông số kỹ thuật cao su chịu dầu NBR 3.2 Sự kết hợp với phụ gia phổ biến: Polyme tổng hợp NBR/PVC: Việc bao gồm nhựa PVC chất đàn hồi NBR cung cấp cho cao su cơng cụ có giá trị khơng có cao su nitril Một số lợi việc sử dụng hỗn hợp NBR/PVC là: download by : skknchat@gmail.com - Cải thiện nhiều khả chống ôzôn hợp chất màu đen màu sáng - Khả chống tia cực tím tốt - Khả lên màu tốt - Hệ số ma sát thấp chống mài mòn tốt - Cải thiện khả chống lại nhiên liệu = rượu pha trộn với phiên ACN cao - Cải thiện khả chống dung môi, nhiên liệu dầu - Mang lại khả chống lửa tốt - Cung cấp độ bền xanh tốt hỗn hợp có độ dẻo cao - Thời gian trộn giảm đáng kể độ phân tán cải thiện nhiều với hỗn hợp có độ dẻo cao Một số nhược điểm hỗn hợp NBR/PVC - Tính linh hoạt nhiệt độ thấp - Bộ kháng nén - Khả chịu nhiệt Công dụng Một số ứng dụng NBR thực tế: - Đây loại vật liệu dùng phổ biến chi tiết máy móc ngành cơng nghiệp thương mại, sản phẩm từ NBR sử dụng nhà máy chống nước Nó giúp chèn khe hở nhằm chống rỉ chống thất dịng vật chất bên - NBR chịu dầu sử dụng chủ yếu nơi có độ bền cao dấu tô, miếng đệm, vật tiếp xúc với dầu nóng download by : skknchat@gmail.com - Các thiết bị nối với thường không kín mơi trường xăng dầu Vậy nên người ta thường sử dụng gioăng cao su (O-Ring) chịu dầu nhằm để làm kín thiết bị kỹ thuật, máy móc có chứa chất dầu qua Nhằm mục đích giúp cho dịng vật chất khơng bị thất thiết bị, vật liệu tiêu chuẩn cho khí nén thủy lực Nó chống lại chất lỏng, chất béo dầu động vật, thực vật - Gioăng cao su làm từ NBR chịu dầu sử dụng dệt Nơi ứng dụng vào vải dệt vải khơng dệt cải thiện tính chống thấm - NBR chống mài mòn tốt làm vỏ xe download by : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN Qua báo cáo trên, ta hiểu thêm phần việc vật liệu polyme lại trở nên phổ biến đến tại; giúp ta có nhìn tổng quan polyme mà cần thay đổi nhỏ cấu trúc, cấu tạo thêm bớt nhóm chức hay thêm loại phụ gia, ta vật liệu có tính chất khác nhiều so với vật liệu gốc ban đầu Từ đó, ta thấy tiềm lớn vật liệu polyme tương lai Khi mà Việt Nam giới, ngành cơng nghiệp polyme dù cịn non trẻ so với ngành cơng nghiệp lâu đời khác khí, điện – điện tử, dệt may,… có phát triển mạnh mẽ năm gần Với tốc độ phát triển nhanh tại, ngành polyme coi ngành động có nhiều tiềm không phát huy mạnh lĩnh vực đời sống ngày với khả sản xuất số lượng lớn giá thành rẻ mà cịn sử dụng lĩnh vực đòi hỏi có độ kỹ thuật cao hàng khơng, vũ trụ, download by : skknchat@gmail.com Tài liệu tham khảo [ “Kosago,” 2021 [Trưc tuyên] Available: https://kosago.vn/nhua-pmma-la-gi/ [ “Wikipedia,” [Trưc tuyên] Available: 1] 2] https://vi.wikide2.com/wiki/Methyl_methacrylate [ Kine, B.B; Novak, R.W., “Acrylic and Methacrylic Ester Polymes” in 3] Encyclopedia of Polyme Science and Engineering, New York: Wiley, 1985 [ 4] https://blog.makevale.com/Polymethyl-Methacrylate-Beads [ 5] “Makevale,” 2020 [Trưc tuyên] Available: “Delphipages,” 2020 [Trưc tuyên] Available: https://delphipages.live/vi/khoa-h%E1%BB%8Dc/hoa-h%E1%BB%8Dc/polymethylmethacrylate [ Ali, U., Karim, K J B A., & Buang, N A , “A Review of the Properties and 6] Applications of Poly (Methyl Methacrylate) (PMMA),” Polyme Reviews, tâp 55, sô 4, pp 678-705, 2015 [ 7] “TaiLieu.vn,” 2011 [Trc tuyờn] Available: https://tailieu.vn/doc/polymetyl- metaacrylat-pmma 865983.html [ Gil Gonỗalves, Paula A A P Marques, Ana Barros-Timmons, Igor Bdkin, 8] Manoj K Singh, Nazanin Emamic and José Grácio, “Graphene oxide modified with PMMA viaATRP as a reinforcement filler,” Journal of Materials Chemistry, tâp 20, sô 44, p 9927–9934, 2010 [ 9] “CÔNG TY TNHH TM DV SX TỐP BA,” 2020 [Trưc tuyên] Available: https://alu-mica.com/tin-tuc/nhua-pmma-la-gi.html [ “CT TNHH SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP PHÁT THÀNH,” 2021 [Trưc 10] tuyên] Available: https://nhuaphatthanh.com/pmma-la-gi.html [ “Britannica,” [Trưc tuyên] Available: 11] https://www.britannica.com/science/polyacrylonitrile download by : skknchat@gmail.com [ NicoScharnagl, HeinzBuschatz, “Polyacrylonitrile (PAN) membranes for 12] ultra- and microfiltration,” Desalination, tâp 139, sô 1-3, pp 191-198, 2001 [ “Delphipages,” 2020 [Trưc tuyên] Available: 13] https://delphipages.live/vi/khoa-h%E1%BB%8Dc/hoa-h%E1%BB%8Dc/polyacryloni trile [ Jung-Min Lee, Shin-Jae Kang, Soo-Jin Park, “Synthesis of Polyacrylonitrile 14] Based Nanoparticles via Aqueous Dispersion Polymeization,” Macromolecular Research, tâp 17, pp 817-820, 2009 [ “Legatechnics,” [Trưc tuyên] Available: 15] https://vie.legatechnics.com/nanoscale-heterogeneous-structure-polyacrylonitrile-cobutadiene-with-different-molecular-mobilities-12373556 [ W R Krigbaum, Noboru Tokita, Journal of Polyme Science, tâp 43, p 467, 16] 1960 [ A K Gupta, D K Paliwal, P Bajaj, “Melting behavior of acrylonitrile 17] polymes,” Journal of Applied Polyme Science, tâp 70, sô 13, pp 2703-2709, 1998 [ N P Alves, “Thermoplastic polyacrylonitrile production process” Đôc quyên 18] nhan hiêu United States, 28 07 2009 [ “123doc,” [Trưc tuyên] Available: 19] https://text.123docz.net/document/2585952-tim-hieu-ve-butadien-1-3-va-2metylbutadien-1-3.htm [ “Surplussales,” [Trưc tuyên] Available: 20] https://www.surplussales.com/Rubber-Plastic/pdf/rps-footrub-33_properties.pdf [ “Cao su Việt,” [Trưc tuyên] Available: 21] http://www.caosuviet.com/NewsDetail/Cao-su-nitrile-12040923.aspx download by : skknchat@gmail.com ... 19/ 02/ 2 022 16/ 02/ 2 022 - download by : skknchat@gmail.com Tuần thứ hai: 20 / 02/ 2 022 22 / 02/ 2 022 Tuần thứ hai: 23 / 02/ 2 022 Tuần thứ hai: 24 / 02/ 2 022 26 / 02/ 2 022 Tuần thứ hai: 27 / 02/ 2 022 01/03 /20 22 download... Chương POLYME TRÊN CƠ SỞ DẪN XUẤT CỦA ACRYLONITRILE Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme dẫn xuất (Copolyme) 1.1 Sơ lược Polyacrylonitrile Polyacrylonitrile... KỲ II NĂM 20 21 – 20 22 Môn: Công nghệ Sản xuất Chất dẻo No download by : skknchat@gmail.com BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Đề tài số 4: Polyme sở dẫn xuất axit acrylic metacrylic, Polyacrylonitrile Thời