Nhựa PE nhóm 2

POLIME 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÀI TIỂU LUẬN MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT POLIME Đề tài 02 Nguyên liệu, sản phẩm, cơ chế phản ứng quá trình sản xuất nhựa polyetylen (PE) Giảng viên hướn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÀI TIỂU LUẬN MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT POLIME Đề tài 02: Nguyên liệu, sản phẩm, chế phản ứng trình sản xuất nhựa polyetylen (PE) Giảng viên hướng dẫn: TS Đinh Quốc Việt Sinh viên thực : Đinh Hoàng Thanh Trúc Hà Thị Trúc Ly Lê Võ Bảo Trân Lớp : Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học K42 Khóa : 2019 – 2024 Bình Định – Năm 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN VỀ POLYETYLEN (PE): LỊCH SỬ: TÍNH CHẤT CỦA NHỰA POLYETYLEN: 2.1 TÍNH CHẤT VẬT LÍ: .5 2.2 TÍNH CHẤT HỐ HỌC: 2.3 PHÂN LOẠI: II NGUYÊN LIỆU: .8 III SẢN PHẨM: .8 HAI LOẠI NHỰA PE THÔNG DỤNG LÀ HDPE VÀ LDPE IV CƠ CHẾ PHẢN ỨNG: 10 TRÙNG HỢP GỐC: 10 TRÙNG HỢP ION: 11 LỜI MỞ ĐẦU Nhựa, chất dẻo lĩnh vực mà ngành cơng nghệ hóa học quan tâm Một chất dẻo nhựa tổng hợp đời phát triển, nhu cầu sản xuất ứng dụng trở nên cần thiết Từ chất dẻo nhựa người chế tạo nhiều loại vật liệu hữu ích, bền đẹp mà có vật liệu trước sánh nhẹ bền, cách ẩm, khơng dẫn nhiệt, bền nhiệt, bền với dung môi hữu mơi trường xâm thực, chúng thoả mãn yêu cầu thiết kế Cũng điều mà việc nghiên cứu chế tạo loại vật liệu nhựa chất dẻo thời đại yêu cầu không nhỏ Nhóm tiểu luận chọn trình bày báo cáo loại vật liệu PE, loại chất dẻo polymer có nhiều ưu điểm ứng dụng nhiều đời sống I Tổng quan polyetylen (PE): Lịch sử: - Polyethylene tổng hợp lần nhà hóa học người Đức Hans von Pechmann vào năm 1898, cách tình cờ trình ơng nghiên cứu diazomethan - Khi đồng nghiệp ông khảo sát hợp chất màu trắng, nhờn mỡ sáp mà ông tổng hợp, họ nhận thấy chứa mạch dài –CH2- đặt tên polymetylen Trong thời gian đầu polyetylen chưa thể sản xuất dạng rắn, cịn dạng mỡ sáp khơng có ứng dụng - Cho đến năm 1933, nhà hóa học E W Fawcett R O Gibson, làm việc Imperial Chemical Company (ICI), tìm phương pháp tổng hợp polyetylen dạng rắn thí nghiệm với etylen áp suất nhiệt độ cực cao (khoảng vài trăm atm) Ngay sau ICI xin sáng chế cho vật liệu bắt đầu thương mại hóa - Ứng dụng PE dùng làm vật liệu màng Với tính chất thất thoát lượng thấp tần số dẫn truyền cao, ICI cho sản xuất PE làm chất phủ cách điện cho sợi cáp dẫn điện cáp radar Khi nhận tính ưu việt PE, quân đội Anh dùng PE để phủ toàn sợi cáp sợi dẫn cao tần họ Chính nhờ điều đưa nước Anh tiến công nghệ vượt bậc lĩnh vực radar Lịch sử ghi nhận nhờ vào PE mà nước Anh sở hữu hệ thống radar tối ưu giới vào Chiến Tranh Thế Giới thứ - Sự tiến quân Anh quốc nhận quan tâm nhiều lực lượng khác giới vào giờ, có nước Mỹ Chính quyền Mỹ sau tạo hội, khuyến khích cơng ty vốn Mỹ (Dupont Corp Union Carbide Corp) thỏa thuận chuyển nhượng quyền với ICI để sản xuất polyethylene nước Trước chiến tranh Thế Giới thứ kết thức, sản lượng polyetylen Mỹ vượt xa nước Anh Cho đến CTTG thứ kết thúc, nghiên cứu tiến hành, sử dụng dân dụng rộng rãi tính chất hóa học polyetylen phát Đi kèm theo phương pháp gia cơng polyetylen phát trình nghiên cứu tính chất vật lý Kéo phim ép phun phương pháp gia công phát sau CTTG thứ Một phát quan trọng khác PE xảy năm 1940, công nghệ phổ IR bắt đầu phát triển Lúc chụp phổ IR PE, kết cho thấy có nhiều nhóm metyl mạch PE Điều dẫn tới kết luận PE khơng phải mạch thẳng hồn tồn, mà có nhánh dọc theo mạch carbon - Đó thời gian nghiên cứu tập trung vào cách làm giảm điều kiện phản ứng trình sản xuất PE Một chế tổng hợp PE điều kiện thấp phát minh năm 1951 Karl Ziegler Ziegler tổng hợp PE rắn áp suất nhiệt độ thấp cách sử dụng chất xúc tác Thử nghiệm PE Ziegler cho thấy có độ đa phân tán thấp, độ đậm đặc cao nhiều so với PE áp suất cao truyền thống Kể từ đó, khái niệm phân biệt tính chất PE dựa vào độ đậm đặc đời PE tổng hợp theo phương pháp Ziegler HDPE ( High Density Polyethylene), với lượng mạch nhánh thấp mạch dài LDPE ( Low Density Polyethylene) tổng hợp áp suất cao - Vào năm 1977, Union Carbide Corp phát phương pháp để tổng hợp PE Phương pháp sử dụng monomer thay cho khí etylen, dẫn đến mạch có nhiều nhánh nhỏ.PE gọi LLDPE ( Linear Low Density Polyethylene) Tính chất nhựa polyetylen: - Là nhựa nhiệt dẻo dạng ngun sinh có hình dạng hạt nhỏ hạt gạo (thermoplastic) sử dụng phổ biến giới (hàng năm tiêu thụ 60 triệu tấn) - Polyetylen hợp chất hữu (poly) cơng thức hóa học gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với liên kết hydro no Polyetylen điều chế phản ứng trùng hợp monomer etylen (C2H4), triết xuất chủ yếu từ dầu mỏ 2.1 Tính chất vật lí: - Polyetylen màu trắng, có ánh mờ, mặt bóng láng, mềm dẻo, không dẫn điện không dẫn nhiệt, không cho nước khí thẩm qua, chống thấm khí O2, CO2, N2 dầu mỡ kém, dạng nguyên liệu có hình dạng hạt nhỏ hạt gạo Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg = -100 °C nhiệt độ nóng chảy Tm = 120 °C 2.2 Tính chất hố học: - Polyethylene có tính chất hóa học hydrocacbon no khơng tác dụng với dung dịch axít, kiềm, thuốc tím nước brom Ở nhiệt độ cao 70°C PE hịa tan dung mơi toluen, xylen, amilacetat, tricloethylene, dầu thơng, dầu khống,… - Dù nhiệt độ cao, PE khơng thể hịa tan nước, loại rượu béo, acetone, diethyl ether, glycerine loại dầu thảo mộc chất tẩy alcol, acetone, H2O2,… Có thể cho khí, hương thẩm thấu xuyên qua, PE hấp thu giữ mùi thân bao bì, mùi hấp thu thực phẩm chứa đựng, gây giá trị cảm quan sản phẩm 2.3 Phân loại: Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh mức độ khâu mạch mà PE chia thành loại: + VLDPE (PE tỷ trọng thấp): • Là polymer chủ yếu mạch thẳng, mạch nhánh ngắn • Tỷ trọng: 0,880 – 0,915 g/cm3 • Được chế tạo nhờ trình trùng hợp triệt để áp suất cao Là chất vơ định hình có độ mềm dẻo tuyệt đối, độ dai tốt, căng tăng khả bảo vệ môi trường, mở rộng khả hỗn hợp với nguyên liệu chất dẻo mềm khác PVC, EVA để thay đổi tính • Dùng để sản xuất màng co PE, màng căng PE, găng tay bảo hộ, tham gia trình biến đổi loại chất dẻo khác, màng PE công nghiệp, màng PE nhiều lớp + LDPE (PE tỷ trọng thấp): • Tỷ trọng: 0,910 – 0,925 g/cm3 • Nhiệt độ hóa thủy tinh Tg = -110 °C + LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng): Tỷ trọng:0,915 0,925 g/cm³ + MDPE (PE tỷ trọng trung bình): Tỷ trọng: 0,926 – 0,940 g/cm3 + HDPE (PE tỷ trọng cao): • Ngược với LDPE, HDPE sản xuất đưới áp suất thấp với hệ xúc tác crom/silic, Ziegler-Natta hay metanloxen (metallocene) • Tỷ trọng: 0.941 – 0,965 g/cm3 • + UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao): • Là loại PE có khối lượng phân tử trung bình số cỡ hàng triệu (từ 3,1 đến 5,67 triệu) • UHMWPE cứng nên ứng dụng làm sợi lớp lót thùng đạn Tỷ trọng: 0,935 – 0,930 g/cm3 • Nhiệt độ nóng chảy Tm = 130 °C + PEX hay XLPE (PE khâu mạch): Được chế tạo cách cho thêm peroxide hữu (ví dụ: dicumyl peroxide, ) vào PE trình gia công Các phương pháp khâu mạch PE tốt phương pháp đúc quay (rotational molding) xạ hồng ngoại (irradiation) + HDXPEX (PE khâu mạch tỷ trọng cao): Được ứng dụng làm màng nhựa, ống, dây cáp điện II Nguyên liệu: - Nguyên liệu để sản xuất polyetylen (PE) etylen (C2H4) Etylen chủ yếu thu từ q trình cracking dầu mỏ Ngồi ra, etylen cịn sản xuất từ nguồn khí tự nhiên qua q trình dehydro hóa etan - Etylen có nhiệt độ nóng chảy t°nc = -169°C , nhiệt độ sơi t°s = -103, °C khối lượng riêng t°sôi: d(ts) = 0,57 g/cm3 Etylen khơng phân cực (µo = 0) nên khó trùng hợp, lượng nhiệt toả trùng hợp cao Bảng 1.1 Thành phần nguyên liệu nhiệt lượng nguyên liệu Monome C2H4 (khí) Styren (lỏng) MMA (nhũ tương) Lượng nhiệt toả (cal/g) 800 164 129 - Etylen dùng để sản xuất yêu cầu: C2H4 ³ 98%, C2H6 £ ÷ 2%, N2 £ 0,5 ÷ 1%, C2H2 £ 0,1÷ 0,3% III Sản phẩm: Hai loại nhựa PE thông dụng HDPE LDPE Bảng 1.4 Bảng so sánh tính chất HDPE LDPE HDPE + Tỷ trọng d = 0,95 ÷ 0,96 + Không hút ẩm, mức hấp thụ nước 24h < 0,01% + Độ kết tinh 85 ÷ 95% + Sản phẩm mờ đục + Chịu hoá chất tốt + Cách điện tốt + Lực kéo đứt 220 ÷ 300 kg/cm2, có loại tốt cường độ kéo đứt đạt 600 kg/cm2 + Độ dãn dài 200 ÷ 400% + Nhiệt độ giòn, gãy: -80% LDPE + d = 0,92 0,93 (g/cm2) + Không hút ẩm + Mức hấp thụ nước