tổng hợp polyvinylclorua (pvc) - tiểu luận các hợp chất trung gian

Giơí thiệu chungCùng với việc phát triển công nghiệp dầu mỏ và khí thiên nhiên, các sản phẩm hóa chất hữu cơ cũng đạt được sự phát triển nhảy vọt nhờ sự kết hợp danh từ thông dụng hiện n

Trang 1

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 3

1.1 Giơí thiệu chung 3

1.2 Tình hình phát triển 4

1.2.1 Trên thế giới 4

1.2.2 PVC ở Việt Nam 6

1.3 Nhu cầu sử dụng PVC 8

2 CHẤT TỔNG HỢP PVC 15

2.1 Tính chất vật lý, hóa học, cấu trúc 15

2.1.1 Cấu trúc 15

2.1.2 Tính chất vật lý 16

2.1.3 Tính chất hóa học 16

2.1.4 Các thành phần khác 18

2.2 Ứng dụng 22

3. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 27

3.1 Trùng hợp nhũ tương 27

3.2 Trùng hợp trong dung dịch 28

3.3 Trùng hợp khối 29

3.4 Trùng hợp huyền phù 30

4 TỔNG HỢP PVC 33

4.1 Hóa học quá trình 33

4.1.1 Phản ứng trùng hợp 33

4.2 Nguyên liệu sử dụng 35

4.2.1 Nguyên liệu 35

4.2.1 Tính chất của nguyên liệu 35

4.2.2 Phương pháp sản xuất 36

4.3 Công nghệ sản xuất PVC bằng trùng hợp huyền phù 45

4.3.1 Giới thiệu 45

4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng 50

5 Xử lý Vinyl chloride 57

Trang 2

5.1 Vấn đề an toàn trong quá trình sản xuất nhựa PVC 57 5.2 Bảo vệ môi trường 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

H và tên : Tr nh Quang Thanh ọ và tên : Trịnh Quang Thanh ịnh Quang Thanh

Trang 3

1 MỞ ĐẦU 1.1 Giơí thiệu chung

Cùng với việc phát triển công nghiệp dầu mỏ và khí thiên nhiên, các sản phẩm hóa chất hữu cơ cũng đạt được sự phát triển nhảy vọt nhờ sự kết hợp (danh từ thông dụng hiện nay

là sự tích hợp – intergration) nhanh chóng với công nghệ lọc dầu Sản phẩm hóa học từ dầu mỏ mở ra một ngành mới: ngành hóa dầu Trong đó, Nhựa tổng hợp là sản phẩm có sản lượng lớn và giá trị nhất Polyvinylclorua (PVC) là một loại nhưạ tổng hợp được bằng cách trùng hợp vinylclorua monomer (MVC):

Ưu điểm thứ hai là do clo đem lại cho PVC Đó là tính kìm hãm sự cháy Cũng chính vì đặc điểm này mà PVC gần như chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng

Về mặt ứng dụng, PVC là loại nhựa đa năng nhất.Giá thành rẻ, đa dạng trong ứng dụng, nhiều tính năng vượt trội là những yếu tố giúp cho PVC trở thành vật liệu lý tưởng cho hàng loạt ngành công nghiệp khác nhau: Xây dựng dân dụng, kỹ thuật điện, vô tuyến viễnthông, dệt may, nông nghiệp, sản xuất ôtô, xe máy, giao thông vận tải, hàng không, y tế Ở bất kỳ đâu chúng ta đều bắt gặp sự hiện diện của PVC

Trang 4

1.2 Tình hình phát triển

1.2.1 Trên thế giới

PVC có quá trình phát triển hơn 100 năm nay Năm 1835 lần đầu tiên nhà hóa học Liebig

đã tổng hợp được vinylclorua Vào năm 1872 Baumann lần đầu tiên tổng hợp ra PVC Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức Tuy nhiên, đến năm

1937 PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức.Việc tiến sĩ hóa học người Đức Waldo Simon vô tình phát hiện ra những đặc tính quý báu của PVC

có thể thay thế cao su trong hàng loạt ứng dụng và nhất là nhu cầu to lớn về nguyên vật liệu phục vụ cho cuộc chiến tranh thế giới thứ hai cũng như sau đó là phục vụ cho việc khắc phục hậu quả chiến tranh, phát triển đất nước đã thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất PVC phát triển nhanh chóng ở nhiều nước như Mỹ, Đức,Anh và Nhật Bản

Có thể lấy nước Anh để minh họa cho nhân xét trên Nếu như năm 1947 lượng PVC tiêu thụ ở Anh là khoảng 6.600 tấn, thì 10 năm sau đã là 66.000 tấn, tức là cứ sau mỗi 3 năm lượng tiêu thụ PVC gần như tăng gấp đôi Năm 1979 Anh tiêu thụ hơn 440.000 tấn PVC, còn năm 1990 là 615.000 tấn

Sự tăng trưởng và phát triển kinh tế là yếu tố quyết định đến nhu cầu tiêu thụ PVC

Bước sang thế kỷ 21, các điều kiện kinh tế trên toàn cầu đã được cải thiện và vì thế nhu cầu PVC rất lớn, lớn hơn nhiều so với dự báo Sản lượng PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăng trưởng trong giai đoạn 2001-2006 là hơn 5%/năm.Dự kiến đến năm 2012, công suất PVC của thế giới sẽ đạt 50 triệu tấn/năm Khu vực châu Á được dự báo dẫn đầu thế giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm là

khoảng 7%/năm trong giai đoạn từ nay đến những năm 2010 và đến năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công suất của thế giới, trong đó cao nhất là Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt Nam và tiểu lục địa Ấn độ

Bảng 1 là sản lượng PVC của thế giới trong các năm1991, 2001, 2006 và dự báo cho

2011 Bảng 2 là công suất PVC của Châu Á – Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007,

trong đó Trung Quốc với sự nhảy vọt đột biến đã vươn lên vị trí dẫn đầu thế giới

Trang 5

Bảng 1: Sản lượng PVC của thế giới

Theo TPC Vina,CMAI và Vinolit

Bảng 2: Sản lượng PVC của Châu Á- Thái Bình Dương

Trang 6

Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam lúc ấy được hiểu là công nghiệp gia công chế biếnnhựa Tất cả các loại nhựa (trong đó có PVC) đều phải nhập khẩu Những sản phẩm nhựathời kỳ này vừa đơn điệu về mẫu mã lại thiếu chủng loại và số lượng Chính vì vậy, trongnhững năm đầu của thập kỷ 80, hàng nhựa của nước ngoài tràn ngập thị trường ViệtNam.Chỉ bắt đầu từ những năm 1990, tức là từ khi đất nước bước vào thời kỳ đổi mới,ngành công nghiệp này mới thực sự có sự bứt phá và hơn mười năm trở lại đây đã dànhlại được thị trường trong nước Không những thế hàng nhựa Việt Nam đang từng bướcvươn ra thị trường quốc tế và khu vực Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu các sản phẩmnhựa đã vượt 500 triệu USD và dự kiến sẽ đạt ngưỡng 1 tỉ USD vào năm 2010.Tuy nhiênvới việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập thì khả năng cạnh tranh củasản phẩm nhựa Việt Nam là rất yếu, nhất là trong giai đoạn toàn cầu hóa hiện nay.

Năm 1981 là năm mở đầu cho sự phát triển ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam vớiviệc khai thác mỏ khí ở huyện Tiền Hải tỉnh Thái Bình và sự ra đời của Xí nghiệp Liêndoanh dầu khí Việt Xô Theo số liệu của Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam, đến hếttháng 12 năm 2006, trên 235 triệu tấn dầu quy đổi đã được khai thác trong đó dầu thô đạttrên 205 triệu tấn và cung cấp 30 tỉ m3 khí cho sản xuất điện và các nhu cầu dân sinh

Trang 7

khác Hiện nay, tổng lượng dầu khí khai thác hằng năm đạt trung bình khoảng 20 triệutấn quy đổi Dầu khí đã có nhưng việc sử dụng tài nguyên quý báu này như hiện nay (bán100% dầu thô và làm nhiên liệu 100% lượng khí) thì chưa thực sự hiệu quả Chính vìvậy, ngành Dầu khí và Hóa chất đã lập các chiến lược phát triển lâu dài cho bước chếbiến và đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại các quyết định 343/2005/QĐ-TTgngày 26/12/2005 và 386/2006/QĐ-TTg ngày 09/3/2006 Các quyết định trên là việc cụthể hóa đường lối phát triển ngành hóa dầu Việt Nam.

Ở Việt Nam, cũng như tất cả các nước Đông Nam Á khác (kể cả Đài Loan), công ngiệpsản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC Sơ đồ sau cho ta khái quátcác bước phát triển của quá trình sản xuất PVC từ dầu mỏ và sự phát triển của ngành hóadầu:

Hình 1: Sơ đồ phát triển ngành hóa dầu ở Việt Nam

Trang 8

Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina) Đây là liên doanh giữa Công ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast) Nhờ liên doanh này lượng PVC nhập khẩu giảm từ 74.000 tấn năm 1997 xuống còn 61.000 tấn vào năm 1999 và chỉ còn trên dưới 50.000 tấn vào những năm sau này.Công suất của TPC Vina là 100.000 tấn/năm Cuối năm

2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai (Liên doanh giữa Petronas Malaysia với Bà Rịa –

Vũng Tàu) có công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào thị trường Bảng 4 là

lượng tiêu thụ nhựa nói chung và PVC nói riêng ở Việt Nam trong những năm qua và dự đoán đến năm 2011 (tính cả sản lượng của dây chuyền sản xuất PVC thứ hai của Công ty TPC Vina với công suất là 90.000 tấn/năm dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào giữa qúy 4 năm 2008)

1.3 Nhu cầu sử dụng PVC

Trang 9

Hình 2 cho ta bức tranh tổng thể về nhu cầu các loại chất dẻo của thế giới năm 2007

Tiêu thụ chất dẻo năm 2007

ABS PC HDPE LLDPE LDPE PP PVC PET PS

Theo CMAI

Hình 2: Nhu cầu các loại chất dẻo của thế giới năm 2007

Trong thời đại hiện nay,chúng ta hầu như sống trong một môi trường bị bao quanh bởi các loại nhựa tổng hợp Điều đó làm cho nhiều người lầm tưởng là chúng ta đã tiêu thụ quá nhiều dầu mỏ để sản xuất chất dẻo Ngoài ra, mỗi khi bàn luận vấn đề liên quan đến chất thải có nguồn gốc từ dầu mỏ, người ta hay đổ lỗi cho các loại chất dẻo

Thực tế không phải như vậy Theo số liệu năm 1989 của Bộ Công Thương quốc tế Nhật Bản, có tới 85% lượng dầu được dùng cho các phương tiện vận tải cho các xí nghiệp, nhà

Trang 10

máy nhiệt điện để sưởi ấm Còn Naphta, nguyên liệu chính cho công nghiệp hóa dầu,

chỉ chiếm 14% tổng sản lượng dầu mỏ tiêu thụ (xem Hình 2 và 3).

Dầu cho động cơ phản lực Dầu hỏa Naptha

Hình 3: Tỉ lệ sản phẩm dầu mỏ tiêu thụ năm 2007

Trang 11

Hình 4: Lĩnh vực ứng dụng của sản phẩm dầu mỏ

Nhu cầu tiêu thụ PVC ở Việt Nam và Thế giới được thể hiện qua đồ thị hình 5 và 6

Hình 5: Nhu cầu tiêu thụ PVC trên thế giới

Trang 12

Hình1 cho thấy một xu hướng của nhu cầu thế giới PVC từ 1990 đến 1997 và dự báo đếnnăm 2003 Hàng năm tốc độ tăng trưởng của nhu cầu thế giới PVC từ 1990 đến 1997 là4,4% Tỷ lệ tăng trưởng trung bình sau năm 1997 là dự đoán là 3,8% mỗi năm Tại Bắc

Mỹ, Mỹ và Canada, nhu cầu đang phát triển liên tục ở một tỷ lệ khoảng 3% mỗi năm.Các nước công nghiệp ở châu Âu, như Đức, PVC các ngành công nghiệp đang trong giaiđoạn trưởng thành Tốc độ tăng trưởng của Tây Âu được dự đoán là 1,7% mỗi năm Ởchâu Á, tốc độ tăng trưởng lớn như 4,5% Tỷ lệ này cao dựa trên sự tăng trưởng nhanhchóng của ngành công nghiệp PVC Trung Quốc, Ấn Độ và các nước khác của ASEAN

Trang 13

Hình 6: Nhu cầu tiêu thụ PVC ở Việt Nam

Ở nước ta theo tính toán trong vòng 1 năm nữa, thì nhu cầu nguyên liệu cần tới 1,2– 1,5 triệu tấn năm trị giá hơn 1 tỷ đô la

Hiện nay đã có một vài dự án của các công ty Nhật, Nam Triều Tiên, Pháp, TháiLan, trao đổi với ngành chất dẻo Việt Nam về việc xây dựng Nhà máy PVC với công suất100.000 tấn/năm

Nền công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc đổi mới vàphát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát triển của đất nước

Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được PVC, với năngsuất 150 tấn/năm Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏ nên quá trình sản xuấtsớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ Trong thời gian gầnđây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bìnhquân 28%/năm Để minh hoạ điều đó ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90

Lượng PVC nhập vào mỗi năm vào khoảng 72000 tấn và theo kế hoạch dự kiếncủa Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá dẻo trong thời gian tới được

mô tả ở bảng sau

Nhu cầu PVC ngày càng nhiều, do đó phải tính đến xây dựng ngành sản xuất PVC

để tiết kiệm được chi phí và để đáp ứng nhu cầu của thị trường Cho đến nay đã có 6 dự

án sản xuất PVC, chiếm trong số 7 dự án về sản xuất nguyên liệu và 30 dự án cả ngànhnhựa

- Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90 triệu USD,nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất 80000 tân/năm

- Công ty Elfatoche Việt Nam tại Đồng Nai, vốn đầu tư 3,55 triệu USD côngsuất 30000 tấn/năm

Trang 14

- Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minh có vốnđầu tư 2,99 triệu USD Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC hạt và đang hoạt động, sảnphẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị trường hiện nay.

- Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu VCMtrùng hợp thành PVC

- Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất DOPcông suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập

- Dự án LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất 30000tấn/năm

Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so với giámặt bằng chung trên thế giới Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩm PVC trong nướcđang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất Nguyên nhân của tìnhtrạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nước cung cấp nguyên liệu cho ngành nhựaViệt Nam Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn manggiá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành vẫn cao hơn mức bình thường Do vậy các dự ántrên trở thành hiện thực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lượng PVCtrong nước sẽ đáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạ xuống dẫn đếnkhông còn phải nhập khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa

Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đivào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công nghiệp chất dẻo nói chung vàPVC nói riêng

Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng ta có quyền hyvọng vào một tương lai tốt đẹp

Trang 15

2 CHẤT TỔNG HỢP PVC 2.1 Tính chất vật lý, hóa học, cấu trúc

2.1.1 Cấu trúc

Polyvinylclorua được trùng hợp theo cơ chế gốc tự do là sự kết hợp của các phân tử theo

"đầu nối đuôi" thành mạch phát triển Trong mạch phân tử, các nguyên tử clo ở vị trí 1;3

……– CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH –……

Cl Cl Cl

Người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau như: hóa học, vật lý, quang học …

để chứng minh điều này

Ví dụ: Khử Cl trong Polyvinylclorua bằng cách đun nóng dung dịch

Polyvinylclorua trong dioxan với bột kẻm thì thấy có nhóm cyclo propan được tạo ra

Trang 16

Tùy theo điều kiện khử Cl mà trong Polyme còn lại 13  16% Cl ở dạng nguyên

PVC bị lão hoá nhanh chóng, do đó làm giảm tính co giãn và tính chất cơ học

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình tổng hợp

Trang 17

+ Hằng số điện môi tại 100Hz và 30độ C là 3,41.

+ Hằng số điện môi tại 60Hz và 30độ C là 3,54

+ Hệ số công suất tại hai thời điểm trên là 3,51% và 2,5%

+ Cường độ điện môi 1080 V/mil

- Nhiệt phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự donên trong các mạch sẽ xuất hiện nối đôi (1), sẽ có các liên kết lối các mạch caophân tử (2), và nếu co ôxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa ôxy(3)

CH2 CH

Cl

CH2 CH CH2 CH

Cl Cl

Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nối các mạch làmgiảm tính chất hoà tan của polymer Ánh sáng mặt trời cũng có tác dụng đẩy HCl ra vàlàm ôxy hoá polymer PVC ở trong dung môi và ở ngay nhiệt độ thường cũng có HCl

Trang 18

thoát ra và ở đây chủ yếu xảy ra quá trình ôxy hoá Ngược lai, PVC trong khí N2, khi đunnóng không bị ôxy hoá mà sẽ có cấu tạo lưới

- Khử HCl: Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khái PVC người ta cho tác dụngdung dịch polymer trong têtrahydrôfuran một thời gian lâu với dung dịch kiềmtrong rượu và sẽ tạo thành polyen có cấu tạo như sau:

Thay clo bằng nhóm axêtát: khi đun nóng lâu ở nhiệt độ 65độ C dung dịch

-PVC với hỗn hợp axít axêtic và axít axêtát bạc:

Thay clo bằng nhóm amin: khi tác dụng dung dịch PVC với NH3 trong bình có áp suất

và ở nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết imin nối các mạch (mức

độ thay thế không quá 15 - 20% ):

Thay clo bằng các nhóm thơm: khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtrahydrôfuranhay diclorêtan với benzen ( hay alkylbenzen ), ở 00 C hay ở nhiệt độ thường với xúc tácFriêden Craphpơtơ ( clorua nhôm ) sẽ tạo thành một số nhóm aryl

Trang 19

2.1.4 Các thành phần khác

2.1.4.1 Chất ổn định

Dưới tác dụng của nhiệt đô và ánh sáng :

- Polyme thường bị phân huỷ giải phóng HCl, HCl sinh ra do quá trình phân huỷ là chất xúc tác cho quá trình đề hydroclorua do đó quá trình phân huỷ xảy ra càng mạnh hơn

- Quá trình phân huỷ hình thành nên các liến kết đôi trong mạch polyme và các liên kết đôi này tăng khi sự phân huỷ nhiệt tăng, số lượng liên kết đôi trong mạch polyme tăng làm màu của PVC tối đi

- Sự phân huỷ của PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt đầu phân huỷ là ở những phần mạch mà ở đó có liên kết C-H và C - Cl yếu Đó là những vị trínguyên tử clo đính với nguyên tử cácbon bậc ba và nhóm nằm ở cuối mạch

Do đó nó đã làm chất lượng của nhựa PVC xấu đI, màu của chúng trở nên tối hơn, làm giảm tính chất hoá học và lý học của nhựa đồng thời sinh ra HCl gây độc hại và ô nhiễm môi trường Vì vậy chúng ta phải thêm chất ổn định vào nhựa PVC

Để làm tăng tính ổn định nhiệt của nhựa PVC các chất ổn định cần thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hấp thu HCl không cho chúng tồn tại tự do trong nhựa xúc tác cho quá trình phân huỷ

- Có khả năng trôn tốt trong nhựa PVC

- Thay thế các nguyên tử clo ở vị trí các bon bậc ba

- Phá vỡ liên kết đôi

- Chống oxy hoá

Trang 20

ổn định nhiệt, cần phải biết điều kiện sử dụng sản phẩm, và nó cũng có một nhược điểm

là tạo ra các muối clorua kim loại Muối clorua kim loại làm ảnh hưởng đến độ trong suốtcủa pôlime, tính điện môi giảm Chính điều đó mà trong thực tế người ta không bao giờ dùng một chất ổn định mà đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật do đó người ta dùng hỗn hợp các chất ổn định khác nhau ( có ổn định nhiệt, ổn định ánh sáng )

Chất hóa dẻo

Trang 21

PVC là nguyên liệu cứng, chỉ ở nhiệt độ cao ( lớn hơn nhiệt độ thuỷ tinh tức là trên

70 đến 80độ C ) mới có đàn hồì Do đó không thể gia công nhựa PVC ở nhiệt độ thường, khi gia công phải nâng nhiệt độ của nhựa PVC nên trên nhiệt độ hoá thuỷ tình như vậy quá trình gia công rất phức tạp và tốn kém Do đó để khắc phục nhược điểm trên ta đem trộn thêm chất hóa dẻo vào nhựa PVC trong quá trình gia công

Mục đích của chất hoá dẻo khi trộn với nhựa PVC làm giảm nhiệt độ hoá thuỷ tinh, nhiệt

độ dòn của nhựa tạo cho polyme có khả năng đàn hồi Nghĩa là tăng khả năng gia công Polyme ở nhiệt độ thấp Quá trình hoá dẻo làm tăng độ mềm dẻo của mạch, do đó có thể làm tăng độ bền va đập cũng như tăng độ giãn dài khi kéo đứt Tuy nhiên việc thêm chất hoá dẻo vào bên cạnh những ưu điểm trên nó cũng có nhược điểm là làm giảm độ bền kéo, độ bền xén

Cơ chế hoá dẻo đối với nhựa PVC được giải thích như sau:

Trong phân tử PVC có hai dạng nhóm: có cực H - C - Cl và không có cực H - C - H Do

đó ở nhiệt độ thường lực tương giữa các phân tử polyme còng nh lực tương tác nội tại là rất lớn do đó ở nhiệt độ thường nhựa PVC cứng Khi tăng nhiệt độ của khối PVC làm các phân tử Polyme chuyển động nhiệt dẫn đến khoảng cách giứa các phân tử cũng như các phần của phân tử xa nhau làm tăng khả năng quay nội tại của các phận tử, độ mềm dẻo của phân tử polyme tăng Khi ta thêm chất hoả dẻo vào khối PVC do ái lực của chúng với polyme chóng sẽ khuếch tán vào giữa các phân tử polyme cũng như các phần

+

Trang 22

của polyme làm giảm lực tương tác giữa chúng cũng như độ nhớt của khối PVC làm tăng tính mềm dẻo của phân tử polyme.

Khả năng hoà tan các chất hoả dẻo vào PVC phụ thuộc vảo nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp khả năng hoà tan kém khi nhiệt độ tăng khả năng hoà tan tăng Hiện nay lý thuyết và thựcnghiệm đã chỉ ra rằng bản chất hoá học của các chất hoá dẻo, kích thước và hình dạng của phân tử có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng hoá dẻo

Các loại chât hoá dẻo:

+ Ete của axít hữu cơ ( ftalát, adipát và xêbanxinát )

+ Ete của axít vô cơ ( arilfôtfát, alkilfôtfát và aril alkil fôt fát )

+ Ete pôliêtilen glicôl và của dẫn xuất dầu không no

+ Chất hoá dẻo loại pôlime ( cao su nitril và pôliête )

+ Các chất hoá dẻo khác ( nitril, amít, cacbua hit )

Việc lựa chọn chất hoá dẻo dựa trên các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ sôi của chất hoá dẻo tương đối cao đế quá trình trộn lẫn không bị bay hơi

- Chất hoá dẻo không độc không cháy điều này ảnh hưởng đến quá trình sử dụng sản phẩm

- Chất hoá dẻo có khả nằng trộn tốt với Polyme

- Chất hoá dẻo có nhiệt độ hoá thuỷ tinh thấp nếu chất hoá dẻo là Polyme

- Phù hợp với quan điểm kinh tế nghĩa là giá thành thấp Thực tế đây là một yếu tố quan trọng

2.2 Ứng dụng

Trang 23

Thành phần của PVC có đặc thù mà các loại nhựa khác không có: trong phân tử monomeVCM có tới gần 60% khối lượng là từ clo, clo được hình thành qua quá trình điện phânmuối ăn (NaCl) Do đó PVC ít phụ thuộc vào sựbiến đổi giá của dầu mỏ hơn so vớinhững loại polyme được tổng hợp từ 100% dầu mỏ Tại mọi thời điểm, giá của PVC baogiờ cũng thấp hơn khoảng từ 20 - 30% so với các loại chất dẻo cùng được ứng dụng rộngrãi khác như PE, PP và PS.

Ưu điểm thứ hai là do clo đem lại cho PVC Đó là tính kìm hãm sự cháy Cũng chính vìđặc điểm này mà PVC gần như chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng

Về mặt ứng dụng, PVC là loại nhựa đa năng nhất Giá thành rẻ, đa dạng trong ứng dụng,nhiều tính năng vượt trội là những yếu tố giúp cho PVC trở thành vật liệu lý tưởng chohàng loạt ngành công nghiệp khác nhau: xây dựng dân dụng, kỹ thuật điện, vô tuyến viễnthông, dệt may, nông nghiệp, sản xuất ôtô, xe máy, giao thông vận tải, hàng không, y

tế Ở bất kỳ đâu chúng ta đều bắt gặp sự hiện diện của PVC

 PVC cứng (không có chất hoá dẻo): làm tấm, ống dẫn, vật liệu cách điện …

 PVC mềm: ống dẫn mềm, bọc dây điện, màng mỏng, thuộc da …

 PVC không độc: thùng chứa thực phẩm, màng bao bì thực phẩm, chai lọ chất dẻo

…

2.2.1 Trong lĩnh vực xây dựng:

Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất Trong đó, cácloại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần ba tổng sản lượng PVC trên toàn thếgiới Năm 2007, con số này là 39% trong tổng số 33,5 triệu tấn nhu cầu PVC trên thế

giới Ở Việt Nam, các số liệu tương ứng là 47% của 240000 tấn (Hình 2.2 và 2.3).

Trang 24

Hình 7 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC trên thế giới

Hình 8 Các lĩnh vực ứng dụng của PVC tại Việt Nam

Ống PVC được sử dụng trong những điều kiện kỹ thuật cũng như môi trường khắt khe đãchứng tỏ là một loại vật liệu có độ bền và độ tin cậy cao Chúng được dùng rộng rãi đểcấp thoát nước sinh hoạt, thuỷ lợi, lưu chuyển hóa chất, bảo vệ cáp điện và các loại cáptrong ngành bưu chính viễn thông

Trang 25

Ống PVC không bị gỉ, bị oxi hóa hay ăn mòn Do đó chi phí bảo trì thấp, nước trong ốngkhông bị nhiễm bẩn Ống PVC cũng không ảnh hưởng đến mùi vị của nước, không cóphản ứng hóa học ngay cả với những chất lỏng có hoạt tính mạnh.

Ống PVC dễ uốn, chịu được sự va chạm và các chấn động Khi được lắp đặt, tuổi thọ củaống có thể lên tới hơn 100 năm

Ống PVC cũng là sự lựa chọn tối ưu trên phương diện giá thành Ống PVC nhẹ nên chiphí vận chuyển thấp và công lắp đặt thấp (chỉ bằng 60 - 70% so với các loại ống khác).Ngoài ống dẫn, PVC được sử dụng cho xây dựng nhà cửa và trang trí nội ngoại thất Vậtliệu PVC dùng trong lắp đặt và trang trí nhà cửa hiện nay chưa phổ biến ở Việt Nam (chỉchiếm khoảng 24% tổng nhu cầu) Nhưng trên thế giới, ở nhiều nước tỷ lệ này rất cao, ví

dụ như ở Mỹ 60% Điều đó là do độ bền lâu, khả năng lắp đặt dễ dàng, dễ bảo trì và tínhhấp dẫn người tiêu thụ của các sản phẩm PVC Trong nhiều khâu, các sản phẩm PVC đãthay thế những vật liệu truyền thống như gỗ, đồng và nhôm Ở Mỹ đã có cả một hiệp hộigồm hơn 100 nhà sản xuất và nhà kinh doanh ván nhân tạo từ PVC và các chất dẻo khác

Họ chuyên nghiên cứu, sản xuất và cấp chứng chỉ kỹ thuật cho các loại ván sàn, váchngăn, tấm trang trí Theo Hiệp hội này, trang trí ngoại thất cho nhà ở bằng tấm PVC là

rẻ nhất

Ngoài những ứng dụng trên, PVC còn dùng để làm mương máng thuỷ lợi, màng mỏngphục vụ nông nghiệp, hàng rào, mái che …

2.2.2 Trong lĩnh vực điện và điện tử:

Đây chính là lĩnh vực mà nhờ nó PVC đã phát triển một cách nhanh chóng và độtphá Như trên đã nói, cách đây hơn 50 năm, người ta đã phát hiện ra PVC có những tínhchất không những giống mà còn vượt trội cao su trong việc bọc dây cáp điện Ngày nay,PVC chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồ điện và điện tử Một số lĩnh vực sảnxuất phổ biến cần dùng PVC:

Trang 26

 Máy điều hoà không khí, máy lạnh, máy giặt …

 Dụng cụ gia đình

 Máy tính, đĩa mềm cho máy tính, bàn phím …

 Cáp quang

 Dụng cụ đồ điện

2.2.3 Trong lĩnh vực ôtô, xe máy:

PVC đóng một vai trò to lớn trong chế tạo ô tô, mô tô hiện đại Nó được sử dụngthay thế kim loại và vật liệu khác để chế tạo các bộ phận sườn xe, tấm chắn gió, tấm lótsàn, tấm chắn bùn và nhiều chi tiết khác Theo tài liệu của Hiệp hội các nhà sản xuất PVCchâu Âu (ECVM), hiện nay một chiếc ôtô mới sản xuất cần 16 kg PVC Nhờ dùng PVCthay thế một phần kim loại trong chế tạo ôtô mà hàng năm Tây Âu tiết kiệm được khoảng

800 triệu Euro, còn cả thế giới tiết kiệm được tới 2,5 tỷ Euro Việc sử dụng PVC sẽ làmcho:

 Tuổi thọ của xe dài hơn: do độ bền của PVC, tuổi thọ của xe tăng từ 11,5 nămtrong những năm 1970 lên 17 năm như hiện nay

 Khách hàng có nhiều lựa chọn hơn: do PVC rẻ, nên tùy thuộc vào yêu cầu của thịtrường, nhà sản xuất có nhiều phương án sử dụng nguyên vật liệu để tạo ra nhiềumẫu mã hấp dẫn khách hàng với giá cả hợp lý

 Các chi tiết từ PVC có tính mềm dẻo nên người sử dụng xe sẽ an toàn hơn trongtrường hợp xảy ra tai nạn giao thông

Với những bộ phận và chi tiết bằng nhựa, xe sẽ nhẹ hơn và nhờ đó sẽ tiêu thụ ítnhiện liệu hơn, góp phần tiết kiệm và bảo tồn nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giớiđang ngày càng cạn kiệt trên thế giới

2.2.4 Trong các lĩnh vực khác:

Trang 27

Bao bì cho thực phẩm và hàng hóa tiêu dùng, đồ chơi trẻ em, giày dép, áo mưa, túixách, và rất nhiều các mặt hàng tiêu dùng khác Những sản phẩm này được dùng phổbiến vì ngoài những tính ưu việt nêu trên chúng còn dễ cho nhiều màu sắc hấp dẫn, dễ lắpđặt và lau chùi khi làm vệ sinh.

Trang 28

tố kỹ thuật không cho phép dùng những phương pháp khác hoặc vì những yêu cầu đặcbiệt, ví dụ như sản xuất các lọai polyme làm chất sơn phủ bề mặt.

3.1 Trùng hợp nhũ tương

Chất khởi đầu ở đây tan trong nước vì thế phản ứng trùng hợp xảy ra ở khu vực tiếpxúc giữa Vinyl clorua và nước, polyme tạo thành vì ở trạng thái nhũ tương trong nước,cần phải keo tô hay cho nước bốc hơi để tách polyme ra sản phẩm thường ở dạng latex vàkích thước hạt polyme tạo thành rất bé, từ 0.01 đến 1 micron

Chất khởi đầu thường dùng là peroxyt hydro H2O2, persulfat loại kiềm Chất nhùhóa là các loại xà phòng, axit béo, necal (muối natri của axit)

Ngoài ra cần phủ thêm muối đệm để giữ nguyên độ PH thường từ 4 đến 9 Muốiđệm hay dùng là acetat kim loại nặng, phốt phát, carbonat kim loại kiềm

Trang 29

Có khi còn dùng thêm cả chất điều chỉnh để điều chỉnh tính chất và trọng lượng phân

tử của polyme Ví dụ nếu ta thêm vào hỗn hợp phản ứng 0.2 -5 % iodofome sẽ có polymephân tử thấp có tính hòa tan rất tốt

Phẩm chất của polyme phụ thuộc chủ yếu vào độ nguyên chất của monome, mức độchính xác khi điều chỉnh nhiệt độ và cả pH của môi trường phản ứng

Vinyl clorua nên cho qua than hoạt tính ở 30 đến 50C để tinh chế cho sạch trước khitrùng hợp đảm bảo sản phẩm đồng nhất và có trọng lượng phân tử cao Hoặc là muốnnâng cao trọng lượng phân tử cho Vinyl clorua sục qua dung dịch NaOH hay KOH vớinồng độ 25-60%

Muốn ngừng ngay phản ứng trùng hợp ở một lúc nào đó có thể thêm vào hỗn hợpphản ứng các hợp chất sau: các diene có nối đôi cách một, các loại terpene, stiron

Ưu điểm đặc điểm của phương pháp này là khả năng tiến hành trùng hợp liên tục.Nhờ quấy đều vào polyme tách ra liên tục nên sản phẩm đồng nhất rất tốt

3.2 Trùng hợp trong dung dịch

Trùng hợp trong dung môi gồm có hai phương pháp:

Dung môi không hòa tan polymer (rượu), trong trường hợp này polymer sẽ dần dần tách

ra ở dạng bột mịn

Dung môi hòa tan cả monomer và polymer (diclortan, axeton ) ở đây polymer vẫn ở dạng dung dịch Trong trường hợp này cũng tách polymer ra được bằng cách dùng nước

để kết tủa hoặc chưng cất tách hết dung môi đi

Trùng hợp trong dung môi cũng tiến hành ở nhiệt độ thấp nh các phương pháp khác, 34 – 45độ C Dung môi cho vào trước rồi đến Vinyl clorua lỏng Chất khởi đầu thường dùng

là peroxyt benctoin Tốc độ trùng hợp phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ chất khởi đầu, tính chất và nồng độ dung môi Còn độ trùng hợp quyết định chủ yếu bởi tính chất và

Trang 30

nồng độ dung môi Quá trình trùng hợp trong dung môi kéo dài tương đối lâu và tốn nhiều kinh phí

3.3 Trùng hợp khối

Phương pháp trùng hợp khối MVC với chất khơi mào được biết từ năm 1930 nhưngkhông được áp dụng phổ biến Trùng hợp khối chỉ dùng cho những trường hợp công suấtnhỏ và để sản xuất ra những sản phẩm có tỉ khối thấp, ít hấp thụ chất hóa dẻo Do phảnứng tỏa nhiệt mạnh nên trong trường hợp này chỉ nên giới hạn mức độ chuyển hóa MVCkhoảng 50-60% Lượng MVC dư được thu hồi và tái sử dụng

Phản ứng xảy ra trong thiết bị dạng ống chùm có đường kính nhỏ đặt song song MVCđược đẩy qua ống chùm bằng bơm áp lực Tốc độ đẩy MVC được điều chỉnh sao cho khiđến đoạn cuối của thiết bị thì 50-60% MVC được chuyển hóa thành PVC.Sau khi quakhỏi thiết bị phản ứng hỗn hợp được giảm áp,MVC dư được bốc hơi, làm sạch và quaytrở lại trạm bơm cao áp để tiếp tục sử dụng

Ngày nay, người ta tiến hành quá trình trùng hợp khối qua hai giai đoạn để có thể thuđược những sản phẩm có kích thước hạt khác nhau, kể cả loại xốp dùng cho các sảnphẩm hóa dẻo cũng như loại có tỉ trọng cao cho sản phẩm không hóa dẻo

- Ở bước một, gọi là “tiền trùng hợp”, khoảng 50% khối lượng monome và chất khơi màođược nạp vào thiết bị phản ứng có cánh khuấy mỏ neo.Hỗn hợp phản ứng được khuấymạnh để tạo thành những hạt có tỉ trọng cao.Mức độ chuyển hóa ở bước này là khoảng 7-10%

- Bán thành phẩm “tiền polyme” trên được chuyển sang thiết bị phản ứng thứ hai cùngvới lượng còn lại của monome và chất khơi mào.Phản ứng được tiếp tục cho đến khi mức

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	2,35 MB

tổng hợp polyvinylclorua (pvc) - tiểu luận các hợp chất trung gian

So sánh giữa các phương pháp

Các yếu tố ảnh hưởng