Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất và ứng dụng của một số loại tơ tổng hợp” pptx

Ở thời kì đầu, những nghiên cứu về hóa học các hợp chất cao phân tử phần lớn lànghiên cứu cấu tạo, tính chất và khả năng ứng dụng của các polime thiên nhiên.. Nhờ những tính chất cơ lí r

Phần 1 MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Khi nghiên cứu về thành phần hóa học, cấu tạo phân tử người ta nhận thấy một

số nhóm chất được tạo nên bởi các nhóm giống nhau, liên kết với nhau bằng liên kếthóa học tạo thành phân tử lớn, gọi là hợp chất đại phân tử hay hợp chất cao phân tử

Ở thời kì đầu, những nghiên cứu về hóa học các hợp chất cao phân tử phần lớn lànghiên cứu cấu tạo, tính chất và khả năng ứng dụng của các polime thiên nhiên Bướctiếp theo là nghiên cứu tổng hợp những polime thay thế polime thiên nhiên trên cơ sởcác nguồn nguyên liệu dễ kiếm Từ đó, hàng loạt các ngành công nghiệp sản xuất cao

su, tơ sợi tổng hợp, chất dẻo, sơn phủ các loại,… ra đời

Nhờ những tính chất cơ lí rất đặc trưng các hợp chất cao phân tử đã trở thành nhữngvật liệu kết cấu không thể thay thế và đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác củacông nghệ cũng như hoạt động con người

Tuy nhiên, không cũng ai cũng có thể hiểu rõ được cấu tạo và quy trình sản

xuất các hợp chất trên Chính vì vậy tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất và ứng dụng của một số loại tơ tổng hợp” để làm rõ hơn về quy trình sản xuất

cũng như ứng dụng trong thực tiễn khi sản xuất tơ tổng hợp

II Đối tượng nghiên cứu

- Quy trình sản xuất và ứng dụng của tơ tổng hợp

III Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu

- Làm rõ quy trình sản xuất và ứng dụng của tơ tổng hợp trong cuộc sống

IV Phương pháp và phạm vi nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu: sưu tầm và nghiên cứu lí thuyết

- Phạm vi nghiên cứu: Tơ tổng hợp

Phần 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT1.1 Giới thiệu về tơ tổng hợp

Tơ tổng hợp (poliamit)

- Poliamit là mạch cacbon dị nguyên tố có nhóm chức –CO-NH- trong phân tử

- Khối lượng phân tử của poliamit khoảng 8000-25000

- Poliamint khó tan, nóng chảy ở nhiệt độ cao 180-250˚C.Nhiêt độ nóng chảycòn phụ thuộc vào cấu trúc của mạch và hiđro liên kết trong mạch đó

1.2 Phân loại

Tùy theo phương pháp điều chế, người ta chia tơ tổng hợp thành hai nhóm chính:

-Tơ từ các polime trùng ngưng: Tơ do các polime trùng ngưng tạo nên xuất phát

từ các poliamit, polieste…

-Tơ từ các polime trùng hợp: Đó là các tơ vinylic được chế tạo từ các polimesinh ra khi trùng hợp các dẫn xuất vinyl

1.3 Tính chất và đặc điểm của tơ tổng hợp

Tơ hóa học, nói chung, so với tơ thiên nhiên có nhiều ưu điểm hơn Trước hết,

tơ tổng hợp hóa học dai, bền hơn (tơ capron, nilon -6,6 không thua dây thép, tơxenlulozo axetat còn bền hơn cả sợi dây thép) Có tơ còn có tính chất vô cùng quý giá

là không cháy như tơ clorin Nhiều tơ sợi hóa học còn bền vững về mặt hóa học, ngay

cả với axit, kiềm, chất oxi hóa như tơ lapsan, tơ clorin Tơ sợi hóa học bền với nước,không bị nước và các vi khuẩn làm mục nát như tơ thiên nhiên Nhiều tơ hóa học bềnvới nước, không bị nước và các vi khuẩn làm mục nát như tơ thiên nhiên nên có thểthường xuyên sử dụng trong nước mà không sợ hư hỏng (lưới đánh cá chẳng hạn).Một ưu điểm đặc biệt nữa của sợi tơ hóa học là: nguyên liệu rẻ và phong phú (khí thiênnhiên, dầu mỏ, than đá, đá vôi, muối biển,…) làm cho giá thành sản phẩm hạ, không lệthuộc vào khí hậu hay các nguồn cung cấp từ động vật như tơ tằm, lông cừu,…

1.3.1 Tính chất chung của sợi poliamit

Nhựa poliamit được dùng để sản xuất sợi phải có khối lượng phân tử trong khoảng15.000 đến 22.000 đvC

1.3.1.1 Tính chất cơ lý

Sợi poliamit có độ bền cơ học cao, so với sợi vitxco thì cao hơn 2- 2,5 lần ởtrạng thái ướt độ bền của nó chỉ giảm 10% Đặc biệt là độ bền với ma sát thì nó caohơn hẳn tất cả các sợi hoá học khác Khối lượng riêng của sợi poliamit thấp hơn nhiều

so với tất cả các sợi khác bằng 1,14 g/cm3

Sợi poliamit sau khi kéo dãn các dây phân tử có liên kết bó chặt chẽ nên lực tác dụngtương hỗ giữa các phân tử tăng do đó sợi có độ bền cơ học cao Tuy nhiên lại làm chosợi khó nhuộm màu

Sợi poliamit là loại sợi có tính co giãn cao hơn cả và có khả năng giữ nếp caonên nó được sử dụng để dệt tất, găng tay, vải dệt kim và các loại vải may khác nhau

Vì trong phân tử poliamit có chứa nhóm amin và nhóm cacboxyl ở hai đầu mạch nênpoliamit có hàm ẩm thấp (khoảng 4%), tuy nó khó bắt bụi, bắt ẩm nhưng vải dệt từ sợipoliamit ít thoáng khí, không hút mồ hôi do đó làm tính chất sử dụng giảm Vì hàm ẩmthấp nên xơ poliamit có khả năng sinh tĩnh điện gây khó khăn cho quá trình dệt, để hạnchế hiện tượng này người ta dùng chất bôi trơn

1.3.1.2 Khả năng chịu nhiệt

Poliamit là nhựa nhiệt dẻo, nên sợi poliamit bị biến dạng ở nhiệt cao: nilon-6 bịmềm ở 1700 C và chảy ở 2150C, nilon 6-6 bị mềm ở 2350C và chảy ở 2650C Vì vậy khi

là quần áo bằng loại sợi này nên chú ý tránh quá nhiệt

Do khi kéo căng sợi còn nhiều phân tử chưa triệt tiêu nội năng nên khi có điềukiện nó sẽ có xu hướng giải phóng nội năng đó và làm cho sợi bị co lại Vì vậy để hạnchế hiện tượng này cần tiến hành quá trình ổn định nhiệt sau khi kéo căng và nhiệt độ

ổn định nhiệt phải cao hơn nhiệt độ mà sản phẩm phải chịu trong các quá trình giacông, sử dụng sau này

1.3.1.3 Độ bền với các tác nhân hóa học

Sợi poliamit tương đối bền với kiềm, thí dụ khi ngâm nilon-6 trong xút 40%trong thời gian là 1 giờ thì tính chất cơ lý vẫn chưa thay đổi bao nhiêu Sợi poliamitkém bền với axit nhất là axit khoáng và ở nhiệt độ cao

Ví dụ: Sợi poliamit có độ bền không thay đổi khi ngâm trong dungdịch axitfocmic 3% hoặc axit axetic 3% ở 1000C trong 3 giờ, nhưng sẽ bị hoà tan trong axitfocmic 80%, bị trương nở mạnh trong dung dịch axit focmic 20%

Sợi poliamit rất nhạy cảm với tác dụng của các chất oxy hoá vì thế những chấtoxy hoá mạnh vẫn thường dùng trong công nghiệp dệt như natrihipoclorit (NaClO),hiđroperoxit (H2O2) không được sử dụng để tẩy trắng vải poliamit Các chất khử, dungdịch đồng - amoniac và các muối trung tính thực tế không ảnh hưởng gì đến tính chấtcủa sợi Dung dịch trên 60% của phenol và m-crezol là các dung môi tốt của nilon-6 vànilon 6-6.

Khi tiếp xúc với ngọn lửa thoạt tiên sợi poliamit bị chảy mềm thành hạt trắng,sau dó cháy chậm, khi lấy ra khỏi ngọn lửa thì sợi không tiếp tục cháy nữa

Tính chất hoá học của sợi poliamit do các nhóm chức amin và cacboxyl ở haiđầu và nhóm imin ở giữa mạch quyết định

Như vậy sợi poliamit có tính chất lưỡng tính, nghĩa là dưới tác dụng của axit và bazơnosex tạo thành muối như sau:

H2N-R-COOH + HCl  Cl- H3N+ -R-COOH

H2N-R-COOH + NaOH  H2N-R-COONa +H2O

Sợi poliamit có miền đẳng điện trong khoảng pH = 4 - 5 Các nhóm imin củamạch chính ở điều kiện thường không thể hiện tính bazơ và không kết hợp với các axityếu hay thuốc nhuộm axit Sợi poliamit kém đồng nhất về thành phần hoá học (mạchphân tử không đều) do đó sẽ ảnh hưởng không tốt đến độ đều màu của sợi khi nhuộm

Để hạn chế hiện tượng này người ta thường tiến hành ổn định nhiệt trướckhi nhuộm

1.3.2 Tính chất của sợi polieste

1.3.2.1 Độ bền cơ lý và ngoại quan

Sợi polieste là loại sợi có độ bền cơ học cao Độ bền đứt tương đương với sợipoliamit cũng như đối với các loại sợi tổng hợp khác phụ thuộc nhiều vào trọng lượngphân tử của polime, điều kiện tạo sợi và kéo căng

Do cấu tạo của polime có hình ziczac giống như của cao su nên sợi polieste cókhả năng đàn hồi lớn và môđun đàn hồi cao Do tính chất đàn hồi cao nên các sảnphẩm dệt từ sợi polieste giữ được hình dạng bề mặt, ít bị nhàu khi giặt, giữ nếp khi là

Vì đặc điểm này nên người ta thường hay pha sợi polieste với các loại sợi dễ bị nhàunhư sợi bông, sợi vitxco để tăng khả năng chống biến dạng của sản phẩm

Về vẻ ngoài của sợi polieste rất giống len, vải đi từ polieste rất bền,đẹp, không bịnhàu So với poliamit thì sợi polieste có cấu trúc chặt chẽ hơn tỷ lệ phần vi kết tinh caonên nó kém bền với ma sát hơn, tuy nhiên chỉ sau rấtít và lớn hơn nhiều so với các loại sợikhác Cần chú ý rằng khi sợi polieste có độ bền đứt càng cao thì độ mài mòn càng thấp.Loại sợi có độ bền đứt trung bình chịu mài mòn tốt hơn loại có độ bền cao tới 20-25 lần.

1.3.2.2 Độ bền với tác dụng của nhiệt và ánh sáng

Do trong phân tử của polieste có chứa nhân thơm nên khả năng bền nhiệt vượt

xa các loại sợi khác Khi gia nhiệt ở 1500C trong 1000 giờ liền độ bền sợi chỉ giảm50%, trong khi đó ở nhiệt độ này chỉ trong 200 - 300 giờ đối với các loại sợi hoá họckhác đã bị phá hủy hoàn toàn Đến nhiệt độ 2350C sợi polieste mất độ định hướng cácđại phân tử, đến nhiệt độ 2650C sợi bị nóng chảy và đến 2750C sợi bắt đầu bị phá hủy,

vì các vải từ sợi polieste chỉ được phép là ở nhiệt độ < 2350C

Dưới tác dụng của ánh sáng sợi polieste cũng bị suy giảm độ bền nhất là khichịu tia sáng có bước sóng ngắn 300 - 330 micromet Tuy nhiên trừ sợipoliacrylonitryl, sợi polieste có độ bền ánh sáng lớn hơn cả

1.3.2.3 Độ bền hóa học và vi sinh vật

Tương đối bền với tác dụng của axit, hầu hết các axit vô cơ và hữu cơ ở nồng

độ không cao lắm ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến độ bền của sợi polieste

Với các chất oxy hoá sợi polieste tương đối bền

Bền với tác dụng của dung môi hữu cơ như: axeton, benzen, tetraclorua cacbon,toluen, rượu , bị hòa tan trong dung môi m-crezol, o-clophenol khi đun sôi Kém bềnvới tác dụng của kiềm, khi đun sôi lâu trong dung dịch xút 1% sợi bị thủy phân Còntrong dung dịch xút 40% ở nhiệt độ thường sợi bị phá hủy mạnh, vì trong mạch củapolieste có chứa nhóm este dễ bị thủy phân đặc biệt trong môi trường kiềm

1.3.2.4 Các tính chất khác

Sợi polieste có khối lượng riêng bằng 1,33g/cm3 (lớn hơn sợi poliamit) Dochứa ít nhóm ưa nước, lại có cấu trúc chặt chẽ nên sợi polieste có hàm ẩm thấp, ở điềukiện tiêu chuẩn hàm ẩm của nó là 0,4% Vì vậy sợi polieste có khả năng cách điện cao

và dễ gây hiện tượng tích điện nên khó khăn cho quá trình dệt Cũng vì vậy mà sợipolieste khó nhuộm màu, chỉ nhuộm được bằng thuốc nhuộm thích hợp (thuốc nhuộmphân tán, thuốc nhuộm có tính chất tương tự ở nhiệt độ cao hay khi có mặt chất tải(chất gây trương) )

Để biến tính sợi polieste người ta đã tìm cách thay đổi thành phần hóa học củapolieste ví dụ có thể thay thế một phần nguyên liệu ban đầu là terrrephtalic axit bằngaxit izophtalic, nhằm phá vỡ sự sắp xếp trật tự, đều đặn các mắt xích trong mạch đạiphân tử, từ đó phá vỡ tính chặt chẽ về cấu trúc phân tử, giảm khả năng định hướng vàkết tinh của chúng Do đó làm cho sợi mềm mại hơn, dễ gập uốn hơn, khả năng nhuộmmàu tăng hơn, độ xốp tăng và độ co cao hơn làm cho vải trở nên dày, xốp, ấm và có vẻđẹp độc đáo.

1.3.3 Tính chất sợi acrylic

Ngày nay người ta thường biến tính PAN bằng cách tiến hành đồng trùng hợp

AN với một số monome như vinylclorua, vinylacetat, vinylpiridin để thay đổi một sốtính chất của polime như tăng khả năng hòa tan trong các dung môi thông thưòng nhưaxeton, ete và khả năng nhuộm màu Thường tỷ lệ acrylonitril là 85 % Tính chấtcủa sợi phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử của nó Với cùng một bản chất hoáhọc nhưng bằng cách thay đổi các điều kiện khi tạo sợi, kéo căng, ổn định nhiệt thì cáctính chất cơ lý của sợi PAN có thể thay đổi trong một khoảng rất rộng

độ bền cơ học vẫn không thay đổi mấy Nó chỉ bị nung nóng đỏ lên trong ngọn lửa củađèn khí Khi đung nóng trên 220 0C sợi mới bắt đầu bị mềm và phân hủy

1.3.3.3 Độ bền ánh sáng

Sợi PAN có độ bền cao với ánh sáng và khí quyển về chỉ tiêu này thì nó vượttất cả các loại sợi hoá học và sợi thiên nhiên Ngoài ra nó còn bền với vi sinh vật vànấm mốc

1.3.3.4 Độ bền bức xạ

Đây là một tính chất đặc trưng của sợi PAN đó là khả năng chịu được nhữngbức xạ hạt nhân Đặt trong lò phản ứng hạt nhân trong 26 giờ độ bền của nó giảmkhông quá 25%

1.3.3.5 Độ bền hoá học

Sợi PAN có độ bền hoá học cao, bền với axit, chất ôxy hoá và các dung môihữu cơ, bền với rượu, axit hữu cơ trừ axit formic, bền với dầu béo, axeto và ête Kémbền với kiềm: bị phân hủy trong dung dịch kiềm đậm đặc, bị vàng trong dung dịchkiềm loãng

Khả năng thấm ướt kém nên nó là loại sợi rất khó nhuộm Để sản xuất sợi vớinhiều màu sắc khác nhau thì thường cho thêm chất màu vào dung dịch kéo sợi hoặctiến hành nhuộm sợi trước khi sấy khô Bó sợi sau khi rửa được đưa vào bể chứa thuốcnhuộm, rồi phơi sơ bộ trong không khí, rửa và nếu cần phối hợp màu, lại cho qua bểnhuộm thứ hai, thứ ba và sau cùng đem sấy ở nhiệt độ cao Thuốc nhuộm tốt nhấtcho sợi này là thuốc nhuộm cation

Nilon -6,6 có công thức polime (-CO-[CH2]4- CO-NH-[NH2]6-NH-)n

Nilon -6 (hay capron, peclon) (-NH-[CH2]5-CO-)n

Enan (hay nilon -7) (-NH-[CH2]6-CO-)n

Tơ rinsan (poliamit-11) (-NH-[CH2]10-CO-)n

Tơ politerephtalamit như kepla (aramit) (-CO-p-C6H4-CO-NH-p-C6H4-NH-)n

Tơ polieste: polieste được dùng để chế tạo tơ polieste Tiêu biểu cho loại tơ này

là đacron hay lapsan, là sản phẩm trùng ngưng giữa etylen glicol với axit terephtalic:

-(CO-C6H4-CO-OCH2CH2-O-)n

-Tơ từ các polime trùng hợp: Đó là các tơ vinylic được chế tạo từ các polimesinh ra khi trùng hợp các dẫn xuất vinyl, như tơ clorin là sản phẩm khi clo hóa mộtphần poli (vinyl clorua) làm cho polime mới có hàm lượng clo tới 62-65% Đó cũng là

tơ nitron (hay tơ olon) đi từ poliacrilonitrin [-CH2-CH(CN)-]n, hay tơ sợi đi từpolipropilen [-CH2-CH(CH3)-]n

Ngoài các loại kể trên, còn nhiều loại tơ tổng hợp khác cũng được chế tạo từmột số polime như tơ polieste, tơ vinilon (đi từ poli (vinylancol))…

-CO-NH-Trường hợp 1: tên gọi đặc trưng bởi 2 chữ số.

Trường hợp 2: tên gọi dặc trưng bởi 1chữ số

Ví dụ: Poliamit 6-6 được đa tụ từ hexametylendamin và axit adipic

Poliamit 6 được tạo ra từ caprolactam

2.1.2 Nguyên liệu tạo sợi

2.1.2.1 Lý thuyết tạo sợi

Phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu mà nhóm amit trong poliamit có thể địnhhướng theo các chiều khác nhau:

Loại (1) là đối với poliamit là aminoaxit hoặc lactam của nó

Loại (2) tạo ra khi điamin tác dụng với axit hữu cơ hai gốc

Điều chế poiamit bằng phương pháp ngưng tụ các cấu tử hai chức: nhóm chứcamin (-NH2) và nhóm cacboxyl (-COOH) Phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu mà thuđược sản phẩm mạch vòng hay mạch thẳng Trong các aminoaxit thì α và β-aminoaxittạo ra vòng 5 và 6 cạnh lactam bền, do đóloại lactam này không tạo ra polyme được

mà chỉ có loại ε -aminoaxit và ω -aminoaxit mới tạo ra polime được Trong côngnghiệp sử dụng ε -amino capronic axit (hoặc lactam của nó)

Quá trình tạo ra poliamit từ các aminoaxit có thể biểu diễn:

Khi dùng điaxit và điamin để điều chế poliamit, phụ thuộc vào cấu tạo của nó

2.1.2.2 Điều kiện đa tụ

Quá trình tạo poliamit từ các aminoaxit cũng như từ các axit hai gốc và điaminđều có nước tách ra Các phản ứng đa tụ có đặc tính thuận nghịch và cân bằng chuyển

về phía tạo polime Do đó để phản ứng dịch chuyển về phía tạo polyme thì cần táchnước ra khỏi môi trường phản ứng, còn nếu không phản ứng trở nên cân bằng và quátrình đa tụ ngừng

Trong điều kiện thường, mức độ đa tụ trước hết phụ thuộc vào tính chất hoá họccủa các cấu tử phản ứng Poliamit phân tử cao được tạo ra dễ hơn, ví dụ như đối vớipoliete vì phản ứng không đòi hỏi tách các sản phẩm phụ

Poliamit phân tử cao được tạo ra không phải do phản ứng đồng thời của tất cả cácphân tử mà xảy ra theo từng bậc, do đó tốc độ phản ứng chậm và nhiệt phản ứng toả

ra rất ít Tốc độ phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ Nhiệt độ tăng thì tốc độphản ứng tăng

Hàm lượng phần phân tử thấp phụ thuộc vào nhiệt độ mà ở đấy cân bằng đượcthiết lập Một yếu tố cũng ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng và trọng lượngphân tử polime là tỷ lệ các cấu tử: Nếu thừa một trong các tác nhân phản ứng thì cókhả năng tạo ra mạch polime mà ở đầu mạch có chứa nhóm của tác nhân thừa đó và do

Phụ thuộc vào lượng chất một chức cho vào gọi là chất ổn định hay là chất điều chỉnh

mà có thể thu được poliamit có mức độ đa tụ xác định do làm ngừng phát triển mạch.Mức độ đa tụ xác định theo phương trình:

Ta thấy chất ổn định cho vào hỗn hợp phản ứng càng nhiều thì mức độ đa tụpoliamit càng thấp và càng nhanh đến trạng thái ngừng phát triển mạch Chất ổn địnhkhông những hạn chế trọng lượng phân tử của polime mà còn giúp cho nhận được cácsản phẩm có độ nhớt xác định và không đổi ngay cả khi làm nóng chảy lại lần thứ hai.

2.1.2.4 Đa tụ nhựa poliamit

Ngoài poliamit thu được do đa tụ các aminoaxit hoặc hai hợp chất hai chức cókhả năng phản ứng: điamin và điaxit ra, còn có thể nhận được do đồng đa tụ

Ví dụ: poliamit từ hỗn hợp caprolactam, axit ađipic và hexametylenđiamin hoặc từ hỗnhợp axit ađipic và xebaxic và hexametylenđiamin

Khi đa tụ hỗn hợp polime chứa nhiều mắt xích hỗn hợp, do đó độ đồng đều củacấu tạo poliamit bị phá vỡ Điều đó liên quan đến các tính chất cơ lý của polime, giảmmức độ kết tinh, nhiệt độ nóng chảy giảm, độ hòa tan trong các dung môi có cực tăng

Nếu chọn các chất phản ứng và tỷ lệ các tác nhân thích hợp thì có thể thay đổirất nhiều tính chất của poliamit Trong công nghiệp thường dùng phương pháp này đểbiến tính capron và nilon

Phương pháp thông thường để tổng hợp poliamit là đa tụ ở nhiệt độ và áp suấtcao trong hỗn hợp nóng chảy hoặc trong dung dịch

Phương pháp đa tụ giữa hai pha có nhiều ưu điểm cơ bản sau:

- Đương lượng phân tử của các cấu tử không cần thật chính xác

- Nguyên liệu không cần tinh khiết

- Có thể đa tụ với tốc độ cao ở nhiệt độ thường

- Sản phẩm có trọng lượng phân tử lớn hơn rất nhiều so với polime thu được ởtrong dung dịch hoặc trong hỗn hợp nóng chảy

Phản ứng tạo poliamit xảy ra như sau:

nH2N-R-NH2 + nCl-O-R’-CO-Cl → [-HN-R-NH-CO-R’-CO-]n+ 2nHCl

đicloanhyđric của axit 2 gốc

Nếu thừa một trong các cấu tử thì phản ứng sẽ xảy ra như sau:

H2N-R-NH2 + Cl-CO-R’-CO-Cl → HN-R-NH-CO-R’-COCl + HCl

HN-R-NH-CO-R’-COCl + H2N- R-NH2 → H2N-R-NHCO-R’-CONH-NH + HClKết quả tạo ra polime phân tử lượng cao, ở giới hạn phân chia pha polime đượctạo ra theo dạng màng hoặc sợi Nếu màng và sợi đó không tách ra được thì nó sẽ ngăncản mạch polime phát triển Để giải phóng giới hạn phân chia pha ta dùng phươngpháp lấy polime ra liên tục hoặc trộn thành hỗn hợp đồng nhất Chú ý không trộn

mạnh quá vì như vậy thì không những tăng quá trình thủy phân đicloanhyđric mà cònlàm tăng quá trình đứt mạch polime.

Có thể thêm vào pha nước một vài loại muối có khả năng làm giảm tốc độ thủyphân đicloanhyđric và đẩy điamin vào pha hữu cơ hoặc thêm 0,1 -0,5% chất hoạt động bềmặt Để điều chế poliamit ví dụ nilon thì rót đicloanhyđric của axit ađipic hòa tan trongbenzen vào dung dịch nước hexametylenđiamin Tốc độ phản ứng sẽ xảy ra rất nhanh

Phương pháp điều chế poliamit ở giới hạn phân chia pha được dùng trong côngnghiệp do dễ chế tạo và tách polime ra vì vậy có khả năng làm cho polime có nhiềutính chất cơ lý khác nhau, phụ thuộc vào cấu tạo của các cấu tử phản ứng Có thể kéosợi poliamit từ giới hạn phân chia pha

2.1.2.5 Trùng hợp lactam để tạo policaprolactam

Quá trình tổng hợp poliamit từ lactam theo phương pháp trùng hợp anion.Monome trùng hợp là ε-caprolactam, quá trình trùng hợp khi đun nóng với sự có mặt

2

O xt

   

2

H xt

Như vậy theo sơ đồ phản ứng trên thì nhóm cuối không đóng vai trò quyết địnhtrong việc phát triển mạch Điểm đặc biệt của poli ε-caprolactam tạo ra là ở cuối mạchkhông phải nhóm cacbonyl mà là nhóm amin.

Trùng hợp ε-caprolactam có xúc tác kiềm và đồng trùng hợp xúc tác có thể tiếnhành trực tiếp trong khuôn ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của polime ở ápsuất thường Phương pháp này thu được sản phẩm có khối lượng phân tử rất lớn và cótính chất cơ lý tốt hơn policaproamit thường

2.1.2.6 Dây chuyền sản xuất poliamit 6-6

Nguyên liệu bao gồm axit ađipic rắn và dung dịch hexametylenđiamin 60 - 80%được cho vào nồi phản ứng chịu áp suất Quá trình sản xuát poliamit 6-6 cũng như cácpoliamit khác thực hiện theo phương pháp gián đoạn

Ngoài dung dịch muối ta còn cho thêm chất ổn định vào nồi để ổn định độ nhớt là axitaxetic (1/150 mol trên 1 mol muối)

Đun nóng dần dần dung dịch trong ôtôclavơ lúc đầu đến 2200C, lúc đó áp suấttăng lên đến 17,6 at trong 1 - 2 giờ thì nhiệt độ sẽ đạt đến 270 – 2800C Duy trì nhiệt

độ này trong 1-1,5 giờ đồng thời liên tục xả hơi ra Sau đó giảm áp suất xuống đến ápsuất thường Dùng khí nitơ nén poliamit nóng cháy xuống nồi hấp và cho thêm TiO2vào để tạo màu cho poliamit Sau đó cũng dùng khí nén đẩy poliamit chảy xuốngthành dải cuộn trên thiết bị hình trống Ở đây có tưới nước vào đồng thời thổi khôngkhí để tách nước thừa ở băng ra

Sau đó cho dải polime qua bộ nghiền (5) cắt polime thành thanh hoặc hạt nhỏrồi đưa sang bộ sàng (6) cuối cùng đưa vào thùng chứa

2.1.3 Công nghệ sản xuất sợi poliamit 6-6

Polime tổng hợp được cho vào thùng chứa có hệ thống gia nhiệt Tại đâypolime được gia nhiệt bằng điện trở cho nóng chảy sau đó bơm nén khí để thổi khí trơvào (thường là khí nitơ hay CO2) để tăng áp lực đưa nhựa nóng chảy sang ống địnhhình rồi đến đầu phun (mũ philie) Trước khí sang ống định hình nhựa nóng chảy đượccho qua một lưới lọc nhằm tách các tạp chất và phần nhựa chưa nóng chảy Trước đầuphun người ta có đặt một bơm răng khía để chuẩn độ, bơm này có tác dụng điều chỉnhsợi khi ra khỏi đầu phun

 2 5 n

- NH CH CO -

CH2HN

CH2C

O

H2C

NOH O

Các philamămg tạo ra nhanh chóng hoá cứng nhờ phương pháp làm nguội bằng

bộ điều hoà Kéo sợi ở trạng thái lỏng cho phép đạt vận tốc rất cao trên 1000 m/phút

Tiếp theo là giai đoạn kéo giãn: Các philamăng được kéo giãn để đạt nhữngtính chất tốt nhất Kéo giãn được thực hiện ở trạng thái nguội hoặc nóng, đồng thờiphilamăng được tẩm chất chống tĩnh điện

Sau khi kéo giãn các bó xơ được tạo quăn và cắt ngắn

Caprolactam có thể xem như lactam của acid aminocaproic HN-(CH2)5-CO lànhững tinh thể trắng nóng chảy ở 68-700C, không bền nhiệt ở nhiệt độ có khả năngtrùng hợp thành nhựa policaprolactam

Quá trình trùng hợp caprolactam thành policaprolactam được tiến hành ở nhiệt

độ 256 ± 30C trong 10-12 giờ, khi có mặt nước làm chất hoạt hoá Tỷ lệ nước lấy từ3,5 - 4 % so với khối lượng caprolactam

Cơ chế của phản ứng này có thể như sau:

Thoạt tiên caprolactam tác dụng với một phân tử nước để thành axit aminocaproic:

CO

OHO

Hoặc là:

Hoặc:

Policaprolactam muốn được sử dụng để kéo sợi cần có hệ số trùng hợp trongkhoảng 150-200, tương ứng với khối lượng phân tử trong khoảng 16.000- 22.000 đvC.Sản phẩm như vậy có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng 250 – 2600C Nhựa cần phảiđồng nhất, không chứa các đơn phân tử (monome, đi và trime).

2.2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất poliamit -6

Trong công nghiệp quá trình sản xuất policaprolactam theo 2 phương pháp:gián đoạn ở áp suất cao và liên tục ở áp suất thường

2.2.1.2.1 Phương pháp gián đoạn

Caprolactam dùng để trùng hợp được làm nóng chảy sơ bộ trong những thiết bịphản ứng đặc biệt với sự có mặt của chất hoạt hoá là H2O Ngoài ra còn cho thêm chất

ổn định là acid axetic hay các acid hữu cơ khác nhằm điều chỉnh độ pH của môitrường phản ứng

Khối monome nóng chảy được lọc cẩn thận rồi đưa lên nhiệt độ khoảng 250

-2600C dưới bầu khí trơ là nitơ hay CO2 Khi phản ứng trùng hợp kết thúc, polime đượcđùn ra khỏi thiết bị phản ứng thành một băng dải Dùng nước lạnh để làm lạnh sảnphẩm Dùng khí nitơ để đuổi oxy ra khỏi môi trường phản ứng tránh hiện tượng oxyhoá mạch đại phân tử polime tạo ra và các tạp chất khác trong môi trường phản ứngcũng được loại ra Đồng thời còn có tác dụng tạo áp lực để đẩy polime tạo ra qua van(4) đã được đốt nóng tạo thành băng dải Polime tạo ra được cuộn trên thiết bị hìnhtrống (5), ở đây trống được cấp nước vào (6) đồng thời dùng luồng không khí (7) đểtách nước thừa ở băng dải polime ra

Sau đó dải polime được cho qua máy dập cắt polime thành thanh hay dạng cụcnhỏ Tiếp theo cho qua thiết bị sàng và sấy bằng không khí nóng hay thùng sấy chânkhông cho tới khi hàm ẩm đạt dưới 0,1%

Thông thường policaprolactam tạo ra vẫn còn một lượng monome khá lớn làmgiảm chất lượng của sợi kéo ra, do đó trước khi đem sấy người ta thường rửa polymebằng nước nóng để hoà tan monome có trong nhựa

* Ưu nhược điểm:

- Polime tạo ra không nhất thiết phải được kéo sợi ngay mà có thể được dự trữ

và kéo sợi vào thời điểm nào cần thiết

- Mặc dù qua nhiều thiết bị nhưng dễ điều chỉnh quá trình Thiết bị rời nhau nên

dễ lắp ráp, sữa chữa, thay thế