sản xuất vải tráng phủ pvc

Nhiều ngành công nghiệp áp dụng: công nghệ phủ như côngnghệ cơ khí, điện tử, phim dùng trong y học, công nghệ dêt may,… Vải trángphủ trong công nghệ dệt may là một ứng dụng mới và đang đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

    

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

GIA CÔNG POLYMER

CHUYÊN NGÀNH HÓA HỮU CƠ

Đề tài:

SẢN XUẤT VẢI TRÁNG PHỦ PVC

Thành phố Hồ Chí Minh 5 – 2011

LỜI MỞ ĐẦU.

Công nghệ phủ chất dẻo được áp dụng rộng rãi vì chỉ một vài loại vậtliệu là có thể sử dụng mà không cần xử lý bề mặt Biến tính bề mặt vật liệuthực hiện bằng phủ lên đó một hay nhiều lớp vật liệu khác, tính chất của sảnphẩm được cải thiện, có những tính chất đặc biệt

Các lớp phủ để bảo vệ chống ăn mòn vật liệu, chống phân huỷ, chốngthấm, trang trí Nhiều ngành công nghiệp áp dụng: công nghệ phủ như côngnghệ cơ khí, điện tử, phim dùng trong y học, công nghệ dêt may,… Vải trángphủ trong công nghệ dệt may là một ứng dụng mới và đang được các công tydệt may sản xuất phổ biến.Vải tráng phủ cải thiện được một số tính chất màvải thường không có như: làm cho vải mềm mịn hơn, tăng vẻ đẹp ngoại quan,bảo vệ các tính chất vốn có của vải Ngoài ra còn có thêm một số tính chấtđặc biệt như: chống thấm, chống phân hủy,…

Chính vì những ứng dụng rộng rãi như vây, công nghệ tráng phủ ngàycàng phát triển, em đã chọn đề tài: “ Sản xuất vải tráng phủ PVC” để tìm hiểu

về công nghệ sản xuất, kỹ thuật gia công cũng như tính chất của vải sau khitráng phủ

Do sự hiểu biết còn hạn hẹp nên bài tiểu luận này khó tránh khỏi nhữngthiếu sót Mong Cô và các bạn cùng góp ý

1.2.2.1Ảnh hưởng của acid 7

1.2.2.2Ảnh hưởng của bazơ 7

1.2.2.3Ảnh hưởng của chất khử và oxi hoá 7

1.2.2.4Ảnh hưởng của dung môi 7

1.2.2.5Khả năng nhuộm màu của polyester 7

2.1.3.1Tính hòa tan của PVC 11

2.1.3.2Phân tử lượng và độ phân tán 11

H2C O

n

O O

O

O O

O

H2C

H 2

C O

n

Poly ethylene terephthalate

Poly 1-4 butyllene terephthalate

Poly 1-4 bis methylene cyclohecxan terephythalate

Xơ polyester có độ bền cơ học cao, ở trạng thái ướt xơ không bị giảm độbền cơ học Độ bền đứt ướt so với độ bền đứt khô: 90 – 95% (độ bền đứt khô:

30 – 40g/tex)

Xơ polyester có khả năng chống biến dạng và giữ nếp, song do kém bềnvới ma sát nên ít được sử dụng trong dệt kim, găng tay và bít tất Sau khi vònhàu nhiều lần xơ polyester có khả năng phục hồi lại trạng thái ban đầu Vìvậy người ta thường pha trộn nó với các loại xơ khác dễ nhàu như xơ bông vàviscose để tạo loại vải pha như : PE/CO, PE/VISCOSE…

Polyester có khối lượng riêng d=1.38g/cm3, xơ khó trương nở trongnước, khó thoát mồ hôi, khó nhuộm Người ta chỉ nhuộm polyester với phẩmphân tán ở nhiệt độ cao 1300C hoặc 1000C có chất tải

Polyester là loại xơ nhiệt dẻo, độ bền nhiệt vượt xa các loại xơ thiênnhiên và đa số các loại xơ hoá học khác Ở 2650C xơ mới bắt đầu bị mềm và ở

2800C xơ bị nóng chảy và phân huỷ

Có hàm ẩm thấp nên xơ polyester có khả năng cách điện cao Nhưngđồng thời cũng dễ tích điện nên gây khó khăn trong quá trình dệt

Các thông số vật lý khác:

- Độ mảnh: 1,3 den

- Độ hồi ẩm: 0,3%

- Độ hút ẩm kém: 0,4 – 0,5% (điều kiện tiêu chuẩn)

Bảng 1.1: Thông số cơ lý các dạng sợi polyester

Cách nhận biết sợi polyester:

- Khi đưa vào ngọn lửa và gần lửa: phần chưa cháy co lại

- Khi ở trong ngọn lửa: cháy chậm và chảy, khói màu đen, muội than

- Khi lấy ra ngọn lửa: cháy chậm và tự tắt

- Phần tro còn lại: hạt tròn, cứng, rắn, không bóp vỡ, khói màu đen

- Mùi: thơm

1.2.2 Tính chất hóa học

1.2.2.1 Ảnh hưởng của acid

Polyester tương đối bền với tác dụng của axit Hầu hết các axit hữu cơ và

vô cơ với nồng độ không cao lắm ở nhiệt độ thường đều không gây ảnhhưởng gì đến độ bền của sợi, chỉ ở nhiệt độ trên 70oC với nồng độ axit cao(H2SO4 > 70%, HNO3 >60%) thì sợi polyester mới bị phá huỷ từng bộ phận

1.2.2.2 Ảnh hưởng của bazơ

Sợi Polyester kém bền với tác dụng của kiềm Khi đun sôi lâu trong dungdịch xút 1%, sợi polyester đã bị thuỷ phân Nó hoàn toàn bị phá huỷ khi giacông bằng dung dịch xút 5% ở 180oC trong 1 giờ Trong dung dịch NaOH40% và KOH 50% ở nhiệt độ thường cũng bị phá huỷ mạnh, còn ở nhiệt độsôi nó sẽ hoàn toàn bị phá huỷ Sở dĩ sợi polyester kém bền với kiềm là vìtrong mạch phân tử của chúng có chứa các nhóm estes dễ bị thuỷ phân

1.2.2.3 Ảnh hưởng của chất khử và oxi hoá

Sợi polyester tương đối bền với chất khử và oxi hoá (Hidro peroxit,natrihypocloit và natri hidrosunfit chỉ gây hư hại nhẹ cho polyester)

Ví Dụ : Khi gia công bằng dung dịch NaClO có nồng độ ClO hoạtđộng 5g/l với PH= 7-10 Ở nhiệt độ thường trong vòng 1 tuần lễ độ bền củasợi giảm không đáng kể, hoặc khi chịu tác dụng của dung dịch chất khử củadung dịch Na2SiO4 trong vòng 3 ngày độ bền của sợi vẫn không thay đổi

1.2.2.4 Ảnh hưởng của dung môi

Polyester rất bền với các dung môi thường trong giặt và tẩy mỡ (chứaHidrocacbon và Clo như Benzen, toluene, acetone, cloetan, rượu tetracloruacacbon) Tuy nhiên không bền với các dung môi chứa oxi

1.2.2.5 Khả năng nhuộm màu của polyester

Do polyester chứa ít nhóm ưa nước, lại có cấu trúc chặt chẽ do đó xơpolyester có hàm ẩm thấp, làm cho polyester có khả năng cách điện cao, dễtích điện gây khó khăn trong quá trình dệt

Mạch đại phân tử của polyester thể hiện tính bất đối xứng cao giữa chiềungang và chiều dọc, các nhóm (– CO – C6H4 – CO –) kém linh động, khóquay tự do, các nhóm ester còn liên hợp với nhân thơm nên có độ phân cựclớn Những đặc điểm trên làm cho polyester rất đều đặn, ít gấp khúc, khôngphân nhánh và có độ định hướng cao, làm cho xơ khó nhuộm hoặc những loạithuốc nhuộm có tính chất tương tự ở nhiệt độ cao hay khi có mặt chất tải

Xơ polyester không chứa nhóm base cũng chẳng chứa nhóm acid mạnh,bởi vậy không thể dùng các loại thuốc nhuộm cation hay anion để nhuộm

chúng Để nhuộm polyester thường dùng thuốc nhuộm phân tán hoặc nhữngloại thuốc nhuộm có tính chất tương tự ở nhiệt độ cao hay khi có mặt chất tải,trong một vài trường hợp có thể dùng thuốc nhuộm hoàn nguyên hoặc azoic.

2 Nguyên liệu

2.1 Nguyên liệu chính : PVC

2.1.1 Lịch sử của PVC

Polyvinyl clorua (PVC) có lịch sử phát triển hơn 100 năm qua Năm

1835 lần đầu tiên Henri Regnault đã tổng hợp được vinylclorua, nguyên liệuchính để tạo nên PVC Polyvinyl clorua được quan sát thấy lần đầu tiên 1872bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời,sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hóa học của nó chưa đượcxác định Các nghiên cứu về sự tạo thành PVC đầy đủ hơn đã được công bốvào năm 1912 do Iwan Ostromislensky (Nga) và Fritz Klatte (Đức) nghiêncứu độc lập Tuy nhiên polyme mới này vẫn không được ứng dụng và khôngđược chú ý quan tâm nhiều, bởi tính kém ổn định, cứng và rất khó gia công.Cuối thế kỷ 19, các sản phẩm như axetylen và clo đang trong tình trạng khủnghoảng thừa, việc có thể sản xuất được PVC từ các nguyên liệu này là một giảipháp rất hữu hiệu Năm 1926, khi tiến sỹ Waldo Semon vô tình phát hiện rachất hoá dẻo cho PVC, đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phụcnhược điểm khi gia công cho PVC, sau đó là các nghiên cứu về chất ổn địnhcho PVC Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đứcnhưng phải đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệphoàn chỉnh tại Đức và sau đó là ở Mỹ

2.1.2 Giới thiệu

Hình 2.1 cấu trúc mạch PVC

PVC có dạng bột màu trắng hoặc màu vàng nhạt, được trùng hợp từ cácđơn phân tử là vinylclorit (VC) PVC tồn tại ở ba dạng là huyền phù (PVC.S -PVC Suspension), nhũ tương (PVC.E - PVC Emulsion) và PVC trùng hợpkhối (PVC.M) PVC.S có kích thước hạt lớn từ 20 - 150 micron còn PVC.E

có độ mịn cao

Các đại phân tử trong PVC có độ phân nhánh không cao, cho nên vớicác cách chế tạo khác nhau, phân tử lượng trung bình của chúng cũng gân nhưnhau, PVC là nhựa vô định hình nên trong suốt

PVC không độc, nó chỉ độc bởi phụ gia, monome VC còn dư, và khigia công chế tạo sản phẩm do sự thoát khí HCl

PVC chịu va đập kém Để tăng cường tính va đập cho PVC thườngdùng chủ yếu các chất sau: MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ 5 - 15% PVC

là loại vật liệu cách điện tốt, các vật liệu cách điện từ PVC thường sử dụngthêm các chất hóa dẻo tạo cho PVC này có tính mềm dẻo cao hơn, dai và dễgia công hơn

nước), cao hơn so với một số loại nhựa khác như PE, PP, EVA (nhựa nổitrong nước) Một trong những tính chất quan trọng của PVC là độ đa phântán về khối lượng phân tử và đại lượng này tăng theo sự tăng mức độ biến đổi.Khối lượng phân tử trung bình được tính toán theo sự phụ thuộc của độ nhớtđặc trưng và khối lượng phân tử :

η = 2,4.105.M0,77 (dung môi xyclohecxanon, 25 oC)

η = 0,03.M0,67 (dung môi dicloetan, 25 oC)Trong thực tế, khối lượng phân tử của PVC thường được đặc trưng bởihằng số Phicken KΦ = 1000.k, trong đó k được xác định từ phương trình:

2.1.3.1 Tính hòa tan của PVC

Đối với PVC có n ≤ 500 dễ hòa tan trong aceton, ester, cacbuahydrođược clo hóa Nếu n cao hơn thì mức độ hòa tan bị hạn chế, ở nhiệt độ bìnhthường thì PVC gần như không tan trong các chất hóa dẻo Khi nhiệt độ tăngthì một số chất hóa dẻo có thể làm tan PVC, một số làm trương nở Tuy nhiên,

độ hòa tan không những phụ thuộc vào phân tử lượng mà còn phụ thuộc vàophương pháp trùng hợp

2.1.3.2 Phân tử lượng và độ phân tán.

PVC có độ khuếch tán cao Mức độ trùng hợp của PVC ở vào khoảng n

= 1000 – 2500 mắt xích Nếu trong một mẻ nhựa PVC có trữ lượng của phầnphân tử lượng cao hay phần polymer có mức độ trùng hợp n > 1000 chiếm

70% thì vật liệu sẽ có tính cơ lý hoàn hảo, chất lượng sản phẩm tốt Ngược lạinếu phần polymer có mức độ trùng hợp n ≤ 1000 chiếm ≥ 30% thì sản phẩm

có tính cơ lý kém, chất lượng sản phẩm kém

Người ta xác định phân tử lượng của PVC thông qua độ nhớt của nótrong dung môi Độ nhớt càng cao thì trữ lượng phần polymer có độ trùnghợp >1000 càng nhiều Người ta xác định trữ lượng phần polymer có phân tửlượng thấp nhờ vào hệ số trương nở của PVC trong aceton

2.1.3.3 Tính ổn định nhiệt.

PVC là vật liệu nhạy nhiệt vì t0 ≥ 1400C thì bắt đầu phân hủy, đến

1700C thì quá trình phân hủy nhanh giải phóng HCl và độ sẫm màu tăng dần

từ trắng → vàng → da cam → đỏ nâu → đen

Sự phân hủy PVC khi nung được giải thích như phản ứng mạch (phảnứng dây chuyền) vùng trung tâm nơi bắt đầu là vùng mạch có mối liên kết (Cl– C – H) là mối liên kết yếu Những vùng như thế thường là nhóm cuối củađại mạch phân tử

Quá trình phân hủy nhiệt xảy ra trong không khí nhanh hơn trong nitơ.PVC thường được gia công ở nhiệt độ từ 140 – 1700C, tùy thuộc và thànhphần và công dụng của chất dẻo Vùng nhiệt độ đó cũng là vùng xảy ra hiệntượng phân hủy, chế độ gia công PVC các sản phẩm khác nhau (tấm, màng,ống,…) sẽ là bình thường trong trường hợp nhiệt độ phân hủy không nhỏ hơn

Chất ổn định vô cơ gồm có Pb(CO3)2, Na2CO3, Pb2HPO3, Na2SiO3,PbO,…

Các hợp chất hữu cơ kim loại : xà phòng kim loại còn gọi là các stearatcủa các kim loại Mg, Zn, Cd, Sn, Ca, Pb,…

Khi chọn chất ổn định cần chú ý đến điểu kiện sử dụng chất ổn địnhcủa sản phẩm

2.1.3.4 Tính phối hợp với loại nhựa và chất hóa dẻo.

PVC có thể phối hợp với một loạt các polyester mạch sợi và dạngankid, các chất hóa dẻo

Việc phối hợp này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc gia côngchúng Khi trộn chất hóa dẻo với PVC sẽ truyền cho PVC độ hóa dẻo và giảm

độ giòn ở nhiệt độ thấp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công, Tăng thờigian sử dụng của PVC

2.1.4 Trùng hợp polyvynylclorua(PVC)

Trùng hợp PVC được tồng hợp từ chất khí clorua vynin không mầu ,hóa lỏng ờ nhiệt độ -14oC dứơi áp lực 4bar CH2=CHCl Người ta sử dụng 3phương pháp tổng hợp PVC:

+ Phương pháp Êmunxin

+ Phương pháp huyền phù

+ Phương pháp bột nhão

PVC ở dạng bột trắng , thương phẩm ở dạng hạt gồm PVC với các chất

ổn định, chất bôi trơn, chất tăng dẻo

Trong thực tế việc sản xuất PVC có thể sinh ra một số polymer tương

tự như PVC nhưng có tỷ lệ clo PVC thông thừơng hoặc hổn hợp PVC với cácchất khác gọi là đồng PVC Thí dụ như:

PVC bão hòa clo: tỷ lệ clo vượt quá 57-72 % trọng lượng, ký hiệuPVCC Phạm nhiệt độ sử dụng <1000C, thường để làm các ống nước và cáctấm chắn

PVDC polyvynilidenclorua có tính chịu hóa học rất tốt nên dùng để làmcác bình đựng hóa chất VC/P là PVC có chứa 2-10% propylen, loại polymernày ất dễ tạo hình, nên dùng đúc các chi tiết trò chơi…

Các hỗn hợp PVC với ethylene cho tính chịu va đập ở nhiệt độ thấp,hỗn hợp PVC với ABS có cơ tính tốt

+ Chúng có độ tương hợp giới hạn với PVC

+ Giá thành cao nên chỉ dùng khi cần đạt được một tính chất nào đó

Ví dụ:

 DOA tăng khả năng chịu lạnh

 BBP tăng khả năng nhựa hóa

Các yếu tố cần quan tâm khi sử dụng chất hóa dẻo:

- Hiệu quả hóa dẻo và có độ tương hợp với PVC: với một độ mềm dẻonhất định, lượng hóa dẻo sử dụng càng ít thì chất hóa dẻo đó càng hiệu quảmạnh và ngược lại

- Các tính chất gia công như:

+ Độ bay hơi phải đạt ở nhiệt độ gia công

+ Khả năng ảnh hưởng đến nhựa hóa của hỗn hợp

+ Sự ảnh hưởng đến tính ổn định nhiệt của PVC hay không

- Các tính chất sử dụng của sản phẩm: như độ chịu lạnh, tính khôngcháy Khả năng bị trích ly bởi các dung dịch hóa chất và nước tính độc hại.

Phân loại: theo bản chất hóa học có các loại sau:

- Hydro carbon: paraffin, PE

- Các xà phòng kim loại: Cd_, Ca_, Zn_,

- Acid béo : acid stearic

- Ester : butyl stearate, glycerin stearate

- Alcohol: polyol, polyglycol,…

2.2.3 Chất ổn định.

Là chất ngăn chặn sự phân hủy của PVC bằng phản ứng hóa học Bằngtác dụng bôi trơn, giảm ma sát hay ngăn chặn sự dính vào bề mặt kim loại.Ngoài ra cỏn có tác dụng chống oxy hóa và hấp thụ tia UV (ổn định ánhsáng)

2.2.4 Chất độn.

Mục đích chính là làm giảm giá thành sản phẩm Có nhiều loại nhưngthường sử dụng nhất CaCO3

Các yếu tố cần quan tâm khi sử dụng chất độn:

- Cỡ hạt: hạt càng mịn tính cơ lý sản phẩm càng cao

- Khả năng phân tán: chất độn dễ phân tán vào PVC, nếu khó phân tánthì giới hạn lượng dùng vì ảnh hưởng đến hàm lượng gia công và sản phẩm

- Khối lượng riêng: sẽ ảnh hưởng đến thể tích máy, đến khối lượng riêngcủa cả hỗn hợp

- Tạp chất: ảnh hưởng đến ngoại quan và cơ lý sản phẩm

- Giá thành

- Độ hấp thụ dầu DOP: càng thấp càng tốt

Hàm lượng chất độn sử dụng phụ thuộc vào

+ Loại chất độn được chọn

+ Tính chất cơ lý và ngoại quan sản phẩm

+ Tính chất gia công trên máy

2.2.5 Chất màu:

Phân loại: thường có hai loại:

- Pigment: là loại màu không hòa tan trong dung môi, nhựa mà chỉ phântán dưới các hạt màu có kích thước nhỏ

- Phẩm màu: là loại màu có khả năng hòa tan trong dung môi, nhựa Loạinày ít sử dụng vì có độ chịu nhiệt kém, do tính hòa tan cao nên hay xảy rahiện tượng di hành

Phân loại theo bản chất hóa học: có hai loại:

+ Màu vô cơ: thường là các oxyt kim loại

+ Màu hữu cơ: thường đựơc tồng hợp từ các dẫn xuất của dầu mỏ :monoazo, diazo, quinacridone,…

Các yêu cầu chất màu cho PVC

 Không gây bụi, dễ cân đo

 Không bị di hành

 Chịu được nhiệt độ cao khi gia công

 Chịu được thời tiết

 Không độc hại ( phụ thuộc yêu tố sử dụng của sản phẩm)

2.2.6 Chất trợ gia công.

Là một loại nhựa khi thêm vào hỗn hợp PVC thì cho ra các kết quả sau:

- Cải thiện sự nhựa hóa, do đó các tính chất cơ lý của hỗn hợp PVC đượcphát triển đầy đủ sau khi gia công và trong công thức có thể đưa vào hàmlượng độn cao hơn Có thể tạo ra sản phẩm có hình dạng phức tạp hơn

- Tính ổn định của quá trình sản xuất được nâng cao vì năng suất sẽ tăng

- Các sự cố bề mặt và sự cố năng suất không ổn định giảm đi nhiều

- Tăng đựơc chiều rộng của sản phẩm khi cán

- Khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, độ bền màu được cải thiện

Khe ép được hình thành nhờ vào một trục thép được tôi có vỏ bọc crôm ởngoài Trục này có tác dụng làm mát cho sản phẩm Ngoài ra còn có một trụcbọc cao su ở ngoài quay ngược lại còn gọi là trục cán Trục này dùng để điềuchỉnh độ dày của lớp tráng phủ Trục làm mát có chứa nước ở bên trong