TỔNG HỢP PVC TIỂU LUẬN MÔN HÓA HỌC POLYMER Chuyên ngành Hóa Hữu Cơ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC TỔNG HỢP PVC TIỂU LUẬN MƠN HĨA HỌC POLYMER Chun ngành: Hóa Hữu Cơ Mã lớp học phần: 420300155001 GVHD: LÊ NHẤT THỐNG NHĨM SV THỰC HIỆN: NHĨM TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Thành viên Mssv Nhiệm vụ Nguyễn Hồ Mỹ Linh 20018121 Hỗ trợ tìm nội dung Làm tiểu luận Võ Lê Trọng Phúc 20020861 Tìm kiếm nội dung Bùi Thị Hồng Phúc 20026641 Phan Thị Như Quỳnh 20021691 Lý Thu Thảo 20012641 Hỗ trợ tìm nội dung Làm tiểu luận Làm ppt Thuyết trình Tìm kiếm nội dung Nguyễn Thị Phương Trinh 20025831 Tìm nội dung Vẽ sơ đồ cơng nghệ MỤC LỤC Phần GIỚI THIỆU VỀ VINYL CLORUA I Công thức cấu tạo II Phản ứng nối đôi III Phản ứng nguyên tử Clo .2 Phần POLY VINYL CLORUA I Khái niệm II Lịch sử hình thành III Tính chất PVC Tính chất lý học Phản ứng phân hủy 2.1 Phản ứng nguyên tử Clo .5 Phần QUY TRÌNH SẢN XUẤT PVC I Phản ứng trùng hợp II Công nghệ sản xuất PVC Các phương pháp sản xuất Các yếu tố ảnh hưởng 10 Phần ỨNG DỤNG 11 Phần GIỚI THIỆU VỀ VINYL CLORUA I Công thức cấu tạo CH2 CH Cl - Do có chứa liên kết đơi ngun tử Clo linh động nên phản ứng hoá học VC phản ứng nguyên tử Clo linh động VC không tan nước, tan dung môi hữu axeton, rượu etylic, cacbon hydro thơm, cacbon hydro mạch thẳng - Trong phân tử VC có liên kết nối đôi nguyên tử Clo linh động, phản ứng hố học chủ yếu phản ứng kết hợp phản ứng nguyên tử Clo phân tử VC II Phản ứng nối đôi - Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan điều kiện mơi trường khơ 140÷1500C 800C có chiếu sáng xúc tác SbCl3 + Khi có xúc tác AlCl3, FeCl3 VC phản ứng với HCl CH + HCl CH2 CH2 Cl Cl Cl CH2 + Với H2 CH2 CH + H2 CH3 Cl Cl - Trong phản ứng oxi hóa VC nhiệt độ 50 ÷ 1500C có mặt HCl dễ dàng tạo monome axetat dehit CH2 - CH2 CH + 1/2 O2 CH2 Cl Cl CHO Do phân tử có chứa nối đơi, VC tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC CH2 CH2 CH2 CH Cl Cl n III Phản ứng nguyên tử Clo - Thủy phân Khi đun nóng với kiềm, HCl bị tách khỏi VC cho ta axetylen CH2 CH CH + NaOH CH + NaCl + HCl Cl _Tạo hợp chất kim CH2 CH2 CH + Mg CH MgCl Cl +VC điều kiện khơng có khơng khí 450 0C bị phân huỷ tạo thành axetylen HCl phản ứng polyme hóa axetylen phản ứng tiếp tục tạo lượng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien Cịn điều kiện có khơng khí VC bị oxi hóa hồn tồn CH2 CH Cl CH CH + HCl Phần POLY VINYL CLORUA I Khái niệm PVC polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản ứng trùng hợp nCH2 CH xt, to, p CH CH2 Cl Cl n Số mắt xích phân tử PVC khoảng 700-1500 monome Các monome liên kết tạo thành mạch Những mạch mềm dẻo Ngày nay, PVC sử dụng rộng rãi có nhiều cơng dụng PVC sử dụng làm màng, chất dẻo, chất dẻo đúc áp lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC có số điểm hạn chế bền nhiệt, sử dụng tốt phạm vi nhiệt độ khoảng 60-700C, khả hoà tan dung mơi kém, gia cơng có khí HCl gây ăn mịn thiết bị nhiễm mơi trường II Lịch sử hình thành - Năm 1835 lần Henri Regnault tổng hợp vinylclorua (VC), nguyên liệu để tạo nên PVC - Polyvinyl clorua quan sát thấy lần vào năm 1872 Baumann phơi ống nghiệm chứa vinylclorua ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo có dạng bột màu trắng chất hóa học chưa xác định - Năm 1912 năm PVC cơng nhận Iwan Ostromislensky (Nga) tìm ra, thực tế năm Fritz Klatte (Đức) cơng bố quy trình sản xuất PVC Tuy nhiên, polyme không ứng dụng không ý quan tâm nhiều, tính ổn định, cứng khó gia cơng - Năm 1926, tiến sĩ Waldo Semon làm việc cho Công ty B.F Goodrich tìm phương pháp dẻo hóa PVC, Waldo Semon cố gắng khử hydrat polyvinyl clorua dung môi sôi cao để thu loại polymer khơng bão hịa liên kết cao su với kim loại Đây bước đột phá để khắc phục nhược điểm gia cơng cho PVC Sau nghiên cứu sáng chế chất ổn định cho PVC công bố - Đến năm 1933, nhiều dạng PVC tổng hợp Mỹ Đức phải đến năm 1937, PVC sản xuất quy mơ cơng nghiệp hồn chỉnh Đức sau Mỹ III Tính chất PVC Tính chất lý học - PVC polyme vơ định hình dạng bột trắng hay vàng nhạt - PVC loại nhựa dẻo chịu nhiệt khoảng 80÷1600C - Trọng lượng phân tử khơng đồng đều, độ trùng hợp từ 100÷2000 Để có vật liệu bền co giãn 70% phần polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên - PVC lão hóa nhanh, dẫn đến giảm tính co giãn tính chất học Tính chất điện sản phẩm PVC phụ thuộc vào trình hình thành: - Hằng số điện mơi 60 Hz 300C 3,54 - Hằng số điện môi 1000 Hz 300C 3,41 - Hệ số công suất thời điểm 3,51% 2,51% - Cường độ điện môi: 1080 V/ml - Điện trở suất 1015W Từ số liệu cho ta thấy tính chất cách điện PVC tốt, nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ áp suất Phản ứng phân hủy Khi gia nhiệt, PVC không chảy mà bị phân hủy tạo liên kết đôi tác dụng nhiệt liên kết Cl-C bị gãy phân cực mạnh, đồng thời tách với H bên cạnh tạo HCl ( tạo Clo) CH2 CH CH2 CH - HCl CH2 CH Cl Cl Cl CH CH Các nối đôi C=C, với HCl đóng vai trị xúc tác phân hủy nhiệt nhanh Chính liên kết đơi làm sản phẩm có màu vàng CH CH2 CH2 CH CH2 - HCl CH CH CH CH CH CH Cl Cl Cl CH Để lâu ngày liên kết phản ứng khâu mạch tạo polymer có khối lượng phân tử lớn, cứng tính tan dung mơi Cl CH2 CH CH2 Cl CH CH2 CH2 CH2 Cl CH -2HCl CH2 C CH CH CH2 CH CH2 CH Cl Cl Cl 2.1 Phản ứng nguyên tử Clo + Thế nguyên tử Clo CH2 CH CH2 CH nCH3COOAg CH2 Cl Cl CH CH2 OCOCH3 CH + nAgCl OCOCH3 + Thế Clo nhóm amin CH2 CH Cl CH2 CH nNH3 CH2 Cl CH NH2 CH2 CH Cl + nHCl + Thế Clo nhân thơm + CH2 CH Cl CH2 CH Cl CH2 CH Cl AlCl3 CH2 CH CH2 CH Cl CH2 CH Phần QUY TRÌNH SẢN XUẤT PVC I Phản ứng trùng hợp Quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC qua giai đoạn chính: + Giai đoạn khơi mào: gốc hoạt động R chất khởi đầu kích thích VC thành gốc CH2 R CH R + CH2 CH+ Cl Cl + Giai đoạn phát triển mạch: gốc tiếp tục tác dụng với monome khác tiếp tục kéo dài mạch CH2 R CH2+ + CH2 CH Cl Cl R CH2 CH Cl CH2 CH+ Cl + Giai đoạn chuyển mạch: - Chuyển mạch lên monome: CH2 CH + CH2 CH2 CH Cl Cl CH CH2 Cl Cl CH2 CH CH + CH2 CH Cl Cl - Chuyển mạch lên chất khơi mào: CH2 CH + C6H5 Cl C O O O C O C6H5 CH2 CH Cl O C C6H5 O + Giai đoạn đứt mạch: Tạo thành cao phân tử có chế đứt mạch phân ly kết hợp - Đứt mạch phân ly 10 CH2 CH + CH2 CH2 CH + CH CH Cl Cl Cl Cl CH2 - Đứt mạch kết hợp CH2 CH + Cl CH2 CH2 CH CH CH2 Cl Cl CH Cl II Công nghệ sản xuất PVC Các phương pháp sản xuất PVC sản suất bốn phương pháp:     Phương pháp trùng hợp khối Phương pháp trùng hợp dung dịch Phương pháp trùng hợp nhũ tương Phương pháp trùng hợp huyền phù Quá trình sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù nước: Phương pháp huyền phù phương pháp sử dụng rộng rãi cơng nghiệp sản xuất PVC chiếm 80% tổng sản lượng PVC sản xuấty toàn giới Phương pháp có ưu điểm sau: + Chúng tạo hạt PVC lớn hơn, dễ tách sản phẩm + Sử dụng nồng độ phụ gia thấp + Nước tách phương pháp lọc 11 Quá trình trùng hợp huyền phù theo mẻ tiến hành thiết bị phản ứng có áp lực (autoclave) Nước nạp vào trước, tác nhân tạo huyền phù, muối đệm dạng dung dịch Sau khơng khí đuổi khỏi thiết bị phản ứng khí trơ, MVC chất khơi mào nạp vào áp lực.Chế độ khuấy trì cho phá vỡ pha lỏng MVC để tạo hạt nhỏ li ti với kích cỡ mong muốn Q trình gia nhiệt làm lạnh điều chỉnh xác theo nhiệt độ yêu cầu để sản xuất loại sản phẩm (từ 50 – 70 độ C) Trùng hợp huyền phù chuỗi trùng hợp khối nhỏ pha nước Cơ chế động học phản ứng giống trùng hợp khối.Ngoài ra, hạt nhỏ li ti tạo ban đầu không thiết phải tồn suốt thời gian phản ứng.Phụ thuộc vào chất nồng độ chất tạo huyền phù chế độ khuấy, hạt nhỏ li ti liên kết lại với sau lại bị phân tán.Những hạt polyme 12 tạo thành từ giọt từ số giọt liên kết với thời điểm định phản ứng Phản ứng xem kết thúc áp suất thiết bị giảm đến trị số cho trước Hỗn hợp sau phản ứng, gọi vữa, không ổn định chứa hạt polyme pha nước monome chưa phản ứng Ngừng khuấy dẫn đến việc lắng tụ hạt polyme Chính vậy, vữa PVC phải tiếp tục khuấy tháo hết sang bình khác có máy khuấy Lượng MVC lại sau phản ứng chiếm 10-20% khối lượng ban đầu Phần lớn lượng MVC tách bay thu hồi thiết bị ngưng tụ bồn chứa Do tính độc hại cao MVC nên lượng MVC dư cần phải tiếp tục tách triệt để Vì thế, vữa PVC chuyển sang bồn chứa 3, gia nhiệt chưng cất tháp lượng MVC lại thu vào bồn chứa Vữa PVC sau tách MVC dư đưa đến bồn chứa 5, tách nước máy ly tâm 7, làm khô máy sấy Những chất bay dẫn qua thiết bị xử lý khí thải 9, phần cịn lại khơng độc hại thải ngồi khơng khí Bột PVC khơ sau qua máy sàng 10 để loại hạt cỡ, khí nén đẩy qua silo chứa 11 đóng bao với trọng lượng bao 25 kg máy đóng bao 12 Các yếu tố ảnh hưởng Vai trò nước Vai trò khuấy trộn Nước pha liên tục thiết bị phản ứng, chúng có vai trị: + Có khả chia khối VCM lỏng thành giọt nhỏ, giảm độ nhớt + Truyền nhiệt + Làm chất mang keo bảo vệ Khuấy trộn có vai trị sau: + Tạo kích thước hạt cần thiết + Duy trì hạt huyền phù hạt PVC + Đảm bảo trình tryền nhiệt 13 Phần ỨNG DỤNG Nhựa PVC “bắt màu” nhanh nên thường ứng dụng vào việc sản xuất đồ trang trí nội thất Nhựa PVC sử dụng để làm dây cáp điên có khả cấp điện siêu hiệu Ống nước nhựa ví dụ điển hình nhắc đến ứng dụng nhựa PVC 14 Đặc tính chống cháy hạt nhựa PVC tận dụng cách chế tạo vách ngăn giả gỗ, đem đến sang trọng đẳng cấp Các trải sàn giả gỗ dùng việc decor tạo thành từ hạt nhựa PVC 15 ... phục nhược điểm gia cơng cho PVC Sau nghiên cứu sáng chế chất ổn định cho PVC công bố - Đến năm 1933, nhiều dạng PVC tổng hợp Mỹ Đức phải đến năm 1937, PVC sản xuất quy mơ cơng nghiệp hồn chỉnh... dạng bột màu trắng chất hóa học chưa xác định - Năm 1912 năm PVC công nhận Iwan Ostromislensky (Nga) tìm ra, thực tế năm Fritz Klatte (Đức) cơng bố quy trình sản xuất PVC Tuy nhiên, polyme không... kiện có khơng khí VC bị oxi hóa hồn toàn CH2 CH Cl CH CH + HCl Phần POLY VINYL CLORUA I Khái niệm PVC polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản ứng trùng hợp nCH2 CH xt, to, p CH CH2