Báo cáo thí nghiệm môn thí nghiệm sản xuất các chất cao phân tử tổng hợp nhựa upe

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU POLYME

Báo cáo thí nghiệm môn Thí nghiệm sản xuất các chất cao phân tử

TỔNG HỢP NHỰA UPE

Thứ bảy, ngày 25 tháng 11 năm 2023

Giảng viên: TS Phan Quốc Phú Lớp: P01 Nhóm: 2

1 Dương Gia Yến – 2015136 2 Nguyễn Hoà Hiệp – 2053001

Trang 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Poly etylen maleat 5

Hình 1.2: Linear polyester 6

Hình 1.3: Công thức cấu tạo của EG 8

Hình 1.4: Công thức cấu tạo lần lược của Alhydric acid, Fumaric acid, Maleic Acid 9

Hình 1.5: Công thức cấu tạo của SM 12

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của MMA 12

Hình 1.7: Công thức cấu tạo của HQ 14

Hình 1.8: Công thức cấu tạo của Benzoyl peroxide 17

Hinh 1.9 :Giai đoạn Monoester 20

Hình 1.10 :Trùng ngưng – đa tụ 20

Hinh 1.11: Cơ chế phản ứng của HQ 21

Hình 2.1: Khối lượng các chất cần cho quy trình tổng hợp UPE 26

Hình 2.2: Hệ thống tổng hợp dạng hoàn lưu 3

Hình 2.3: Giải nhiệt cho hệ quá nhiệt (trái) và thành bình cầu không bám AP (phải) Error! Bookmark not defined Hình 2.45: Hệ thống tách nước trước và sau khi cho xylene lôi cuốn nước (từ trái sang phải) 5

Hình 2.5: Bọt khí sinh ra nhiều khi tăng nhiệt độ phản ứng (trái) và lượng dung dịch thu được từ quá trình lôi cuốn hơi nước (phải) 5

Hình 2.6: Chiết tách nước từ hỗn hợp thu được 6

Hình 2.7: Sản phẩm nhựa UPE thu được tách pha 1 phầnError! Bookmark not defined

Trang 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thông tin an toàn hoá chất của Etylene glycol 8

Bảng 1.2: Thông tin an toàn hoá chất của AM 10

Bangr1.3: Thông tin an toàn hóa chất của Styrene monomer 13

Bảng 1.4: Thông tin an toàn hoá chất của HQ 15

Bảng 1.5: Thông tin an toàn hoá chất của Xylen 17

Bảng 2.1: Bảng kê dụng cụ 23

Bảng 2.2: Bảng kê hóa chất 23

Trang 5

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan

Nhựa UPE là một hợp chất cao phân tử và là một sản phẩm trùng ngưng phân tử tương đối thấp giữa polyol hoặc polyacid mà trong đó có polyol hoặc polyacid hoặc cả hai đều chứa nối đôi, thường thì polyacid mang nối đôi Chính nối đôi này làm cho UPE có khả năng tạo ra mạng lưới không gian khi phản ứng trùng hợp với các monomer có khả năng khâu mạch như Styren, Vinyltoluen, Vinylacetate, Methylmethacrylate, tert-butylstyren đê chế tạo sản phẩm nhựa nhiệt rắn không nóng chảy không hòa tan, bền cơ học và môi trường Ngoài ra UPE còn là một trong những sản phẩm nhựa cao cấp và có tính bền nhiệt và đàn hồi

*Phân loại

UPE có nhiều các để phân loại nhưng thông thường người ta phân loại theo 2 cách:

a) Phân loại theo cấu trúc

Dựa vào vị trí nối đôi có trong mạch phân tử UPE, nhựa UPE chia làm 2 loại:

- UPE maleat: là loại nhựa UPE tổng hợp từ diol và diacide Ví dụ như polyester etylen maleat đi từ polyethylen glycol và anhydric maleic:

Hình 1.1: Poly etylen maleat

- PE acrylate: ngoài diol và diacid còn có một acid không no một chức UPE dạng acrylate là loại mạch thẳng, cuối mạch có một nối đôi

Ví dụ: Anhyddric phtalic + Ethylenglycol + acid methacrylic

Trang 6

Hình 1.2: Linear polyester

b) Phân loại theo mục đích sử dụng và đặc tính của Nhựa UPE

UPE thông thường

-Loại UPE được tổng hợp từ Ethylen glycol (EG), Anhydric phtalic (AP), Propylenglycol (PG), Anhydric maleic (AM) Trong đó PG có tác dụng tăng cường khả năng tương hợp với Styren Nhựa tổng hợp từ PG có độ nhớt không cao lắm, dùng để gia công chế tạo các sản phẩm như: ca nô, bồn tắm,

UPE mềm dẻo

-Loại này được tổng hợp bằng cách thay một phần AP bằng một acid hai chức mạch thẳng như acid adipic hoặc một acid đơn chức hoặc một glycol mạch dài như diethyleneglycol, dipropylen glycol Nhựa này dùng để đúc các chi tiết nhỏ, trang trí sản phẩm gỗ, đồ mỹ nghệ

UPE có độ nhớt cao và bền môi trường

-Để UPE bền trong môi trường người ta thay một phần AP bằng acid isophatlic Nhờ khả năng ổn định nhiệt, bền cơ học, bền hóa chất hơn acid phtalic nên UPE tổng hợp từ loại này được ứng dụng làm lớp phủ bề mặt Tuy nhiên, giá thành sản xuất tương đối cao

UPE có độ co thót thấp

-Để giảm độ co ngót của nhựa, người ta tạo thành những lỗ xốp bên trong nhựa khi đóng rắn sẽ bù trừ cho sự co ngót của nhựa, bằng cách bổ sung một lượng nhựa nhiệt

Trang 7

dẻo như Oligomer styren hay Oligomer methylmethacrylat hoà tan trong polyme Khi đó ta thu được UPE có độ co ngót thấp (xốp)

UPE bền ánh sáng bà bức xạ mặt trời

-Đây là loại nhựa có khả năng tránh đổi màu hoặc phân hủy bởi ánh sáng mặt trời hay bức xạ tử ngoại Người ta thêm vào nhựa chất ổn định quang như Benzophenol hoặc thay một phần Styren bằng Methylmethacrylat

UPE đàn hồi

-Thay một phần acid không no AM bằng acid no như acid phtalic, acid adipic, acid isophtalic Nhờ sự phân bố tốt của các đoạn chứa nối đôi nằm ở giữa hay ở hai đầu mạch polymer, độ bền đàn hồi tăng lên do khoảng cách trung bình của các nối đôi tăng, mật độ liên kết ngang giảm đi Dựa vào đặc trưng này, người ta ứng dụng UPE để chế tạo các chi tiết chịu được va đập, chịu tải trọng cao

UPE bền hóa chất

-Các vòng thơm được đưa vào bằng cách thay EG bằng phenol A và Bis-glycol (oxyt propylen) sẽ làm tăng độ bền hóa và độ bền cơ lý của nhựa Dùng loại nhựa này để chế tạo ống dẫn, thùng chứa hóa chất

1.2 Nguyên liệu chính

1.2.1 Polyol

Các polyol được sử dụng chủ yếu là diol như: ethylen glycol (EG), diethylen glycol

(DEG), propylen glycol (PG), dipropylen glycol (DPG), neopenthaglycol (NPG) Các diol có mạch ngắn sẽ tạo được mạch polymer có độ cứng, dòn cao, khả năng phân tán trong dung môi tương hợp kém

Các diol có mạch dài, nhánh, có liên kết ether sẽ tạo được sản phẩm mềm dẻo, khả năng tương hợp với dung môi cao

Etylene glycol (EG)

Trang 8

Etylen glycol có các tính chất giống như một ancol thông thường nhưng do ảnh hưởng của hai nhóm –OH nên có tính axit mạnh hơn

Etylen glycol có giá thành rẻ Nhựa UPE tổng hợp từ EG cho nhựa giòn, độ kết tinh cao, cấu trúc chặt chẽ

Hình 1.3: Công thức cấu tạo của EG

Bảng 1.1: Thông tin an toàn hoá chất của Etylene glycol

TÍNH CHẤT 

- Trạng thái vật lý: Chất lỏng.  - Màu sắc: không màu

- Mùi đặc trưng: không mùi

- Ở 20 °C có thể pha trộn hoàn toàn trong nước - Nhiệt độ nóng chảy (0 °C): -130 °C ở 1,013 hPa - Nhiệt độ sôi ( °C): 1970 °C ở 1,013 hPa thể sau phơi nhiễm lặp lại,

2 Cảnh báo nguy hiểm 

- Có hại nếu nuốt phải

- Có thể gây tổn thương cho các cơ quan (Thận) do phơi nhiễm kéo dài hoặc lặp đi lặp lại nếu nuốt phải

3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng

- Không có dữ liệu

Trang 9

Đường miệng (Cấp 2), Thận

BIỆN PHÁP SƠ CỨU 

1 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường mắt (bị văng, dây vào mắt) 

- Kiểm tra và loại bỏ kính sát tròng Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Có thể sử dụng nước lạnh Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa

2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc trên da (bị dây vào da)

- Rửa sạch với xà phòng và nước Xoa vùng da bị nhiễm với kem làm mềm Gặp bác sĩ nếu có những kích ứng phát triển Có thể sử dụng nước lạnh

2 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường hô hấp (hít thở phải hóa chất nguy hiểm dạng hơi, khí)

- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát Nếu thở khó khăn, cần cung cấp oxy cho nạn nhân Nếu ngừng thở, thực hiện hô hấp nhân tạo cho nạn nhân, nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt… Gọi cấp cứu nếu vấn đề hô hấp không được cải thiện.

3 Trường hợp tai nạn theo đường tiêu hóa (ăn, uống nuốt nhầm hóa chất) 

- Tránh để nạn nhân nôn mửa trừ khi có sự trợ giúp của y tế, không bao giờ sử dụng miệng để hô hấp nạn nhân Nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt…Gọi cấp cứu nếu có những triệu chứng xuất hiện.

1.2.2 Polyacid

Ngoài các acid no đã giới thiệu ở bài alkyd, chúng ta còn sử dụng polyacid không no, hay alhydrid của chúng như:

Hình 1.4: Công thức cấu tạo lần lược của Alhydric acid, Fumaric acid, Maleic acid

Trang 10

Các acid không no có tác dụng đưa nối đôi vào mạch polymer, còn các acid no có tác dụng điều chỉnh mật độ nối đôi trong UPE

Alhydrid maleic (AM)

AM là chất ở dạng tinh thể màu trắng hút ẩm mạnh, tan được trong các dung môi như: nước, rượu, cloroform, benzen AM có thể tổng hợp từ butadien hoặc oxy hóa từ Furfurol có khả năng đông trùng hợp cao và khả năng tương hợp tốt với styren Khi ở dạng kết tinh AM là tinh thể hình thoi, dễ thăng hoa AM là nguyên liệu dễ tìm, tương đối rẻ và tổng hợp được UPE có tính chất cơ lý tốt

Bảng 1.1: Thông tin an toàn hoá chất của AM

- Độ PH: 2 (trong dung dịch nước: 6 g /l , 20 °C)  

- Có hại nếu nuốt phải hoặc tiếp xúc với da

3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng 

- Tiếp xúc với mắt: Tạo ra tổn thương mô trong mắt Gây kích ứng, khó chịu ở mắt

- Tiếp xúc với da: kích ứng, ngứa

Trang 11

- Nuốt phải: không có dữ liệu

- Kiểm tra và loại bỏ kính sát tròng Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa

- Rửa sạch da bằng nước/tắm Sau khi tiếp xúc với da, rửa ngay với nhiều nước Trong trường hợp phản ứng trên da, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ Trong trường hợp kích ứng da, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ

3 Trường hợp tai nạn tiếp xúc theo đường hô hấp (hít thở phải hóa chất nguy hiểm dạng hơi, khí) 

- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát Nếu thở khó khăn, cần cung cấp oxy cho nạn nhân Nếu ngừng thở, thực hiện hô hấp nhân tạo cho nạn nhân, nới lỏng quần áo, cổ áo, thắt lưng, cà vạt… Gọi cấp cứu nếu vấn đề hô hấp không được cải thiện.

- Súc miệng bằng nước (chỉ khi người đó còn tỉnh) Gọi bác sĩ.

1.2.3 Monomer tương hợp

Monomer tương hợp với UPE vừa có tác dụng là dung môi, vừa có tác dụng trùng hợp với nối đội có trong UPE để tạo mạch không gian Monomer này phải có những yêu cầu sau:

- Khả năng tương hợp với UPE cao

- Khả năng tự trùng hợp thấp và đồng trùng hợp với nối đôi của UPE cao

Trang 12

- Phổ biến, ít độc hại, mùi nhẹ và độ bay hơi thấp, khả năng bắt cháy thấp - Giá thành phù hợp

Các loại monomer phổ biến là:

Hình 1.5: công thức cấu tạo của SM

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của MMA

Styrene monomer

Monomer đùng để đóng rắn UPE là monomer có khả năng tạo liên kết ngang khâu mạch polymer Thường sử dụng nhất là Styren vì nó có những đặc điểm sau:

- Dễ dàng phản ứng đồng trùng hợp với polyester không no, tăng độ cứng, độ bền cơ học, giảm độ co ngót của nhựa, chịu thời tiết và cách điện tốt

- Chỉ số khúc xạ của styren sau khi đóng rắn cao

- Styren là chất lỏng không tan trong nước nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ

- Styren không bền dưới tác dụng của ánh sáng, dễ tự trùng hợp, do đó cần phải bảo quản tốt trong môi trường khí trơ, nhiệt độ thấp và có sử dụng chất ức chế

Hydroquinon

Trang 13

Bangr1.2: Thông tin an toàn hóa chất của Styrene monomer

TÍNH CHẤT 

- Trạng thái vật lý: Chất lỏng.  - Màu sắc: không màu

- Mùi đặc trưng: có mùi ngọt đặc trưng

- Độ hòa tan: Không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữa cơ - Khối lượng riêng: 980,9 kg/m3 - Độc tính cơ quan mục tiêu cụ thể phơi nhiễm đơn lẻ (Loại 3), Hệ hô hấp

- Độc tính cơ quan mục tiêu cụ thể hơi nhiễm nhiều lần (Loại 1), cơ quan thính giác

- Nguy cơ hít phải (Loại 1)

2 Cảnh báo nguy hiểm 

- Chất lỏng và hơi dễ cháy - Có thể gây tử vong nếu nuốt phải và đi vào đường hô hấp

- Nghi ngờ gây tổn hại đến khả năng sinh sản hoặc thai nhi - Gây tổn thương các cơ quan (cơ quan thính giác) khi tiếp

3 Các đường tiếp xúc và triệu chứng 

- Không có dữ liệu

Trang 14

- Nguy hại lâu dài (mãn tính) đối với môi trường thủy sinh (Loại 3).

xúc kéo dài hoặc lặp đi lặp lại - Có hại cho đời sống thủy sinh với ảnh hư ởng lâu dài

- Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa

- Sau khi tiếp xúc với da, rửa ngay với nhiều nước Cởi bỏ ngay lập tức tất cả quần áo bị

nhiễm bẩn Tham khảo ý kiến bác sĩ

- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát

- Thận trọng nếu nạn nhân nôn Giữ cho đường thở được thông thoáng Suy phổi có thể xảy ra sau khi hít chất nôn Hãy gọi bác sĩ ngay lập tức.

1.2.4 Hydroquunone (HQ)

Hình 1.7: Công thức cấu tạo của HQ

Có thể dùng dập tất gốc tự do, được sử dụng để bảo quản nối đội của AM trong quá trình tổng hợp UPE và bảo quản sản phẩm tránh gel hóa trong quá trình lưu trữ

Hydoquinon là tác nhân được dùng làm chất ổn định trong quá trình tổng hợp UPE Hỗn hợp polyester không no với monomer không thể bảo quản trong một thời gian dài do chúng có khả năng trùng hợp chậm ngay cả ở nhiệt độ phòng Để ngăn chặn quá trình đồng trùng hợp có thể dùng các phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu là cho chất

Trang 15

làm chậm vào phản ứng để kìm hãm quá trình đóng rắn khi cần thiết Chất ổn định có thể ngăn ngừa việc tạo ra các gốc tự do, do đó ngăn chặn được phản ứng trùng hợp

Bảng 1.3: Thông tin an toàn hoá chất của HQ

TÍNH CHẤT 

- Trạng thái vật lý: Dạng chất rắn kết tinh

- Màu sắc: Không màu đến trắng Khi tiếp xúc với ánh sáng: mất màu - Mùi đặc trưng: không có dữ liệu

- Độ tan: tan tốt trong nước nóng, rượu etylic và ete - Khối lượng riêng: 1358 kg/m3

- Tính gây ung thư (cấp 2) - Nguy hiểm cho thủy sinh

- Hít phải: Nghi ngờ gây ra các khiếm khuyết di truyền

- Nuốt phải: Nuốt một lượng nhỏ chất này sẽ gây nguy hiểm

nghiêm trọng cho sức khỏe

Trang 16

- Rất độc đối với đời

sống thủy sinh

- Kiểm tra và loại bỏ kính sát tròng Khi bị tiếp xúc với mắt, phải rửa mắt ngay với nhiều nước ít nhất trong 15 phút Chớp mắt thường xuyên trong vài phút Nếu có những kích ứng, gặp bác sĩ chuyên khoa

- Rửa sạch da bằng nước/tắm Cởi bỏ bất kỳ quần áo bị ô nhiễm Hãy tham khảo ý kiến bác sĩ

- Cần đưa nạn nhân tới phòng thoáng mát Nếu nạn nhân khó thở, hãy hô hấp nhân tạo Trong mọi trường hợp nghi ngờ hoặc khi các triệu chứng vẫn tồn tại, hãy tìm tư vấn y tế

- Súc miệng Không gây ói mửa Nhận được sự chăm sóc y tế khẩn cấp Gọi cho TRUNG TÂM CHỐNG ĐỘC hoặc bác sĩ/thầy thuốc nếu bạn cảm thấy không khỏe

1.2.5 Chất khơi mào

Chất khơi mào có tác dụng phân hủy tạo ra gốc tự do, khơi mào cho phản ứng đồng trùng hợp giữa nối đôi của monomer và nối đôi của UPE Tùy vào cấu tạo của chất khơi mào mà chúng ta có thể gây ra phản ứng đồng trùng hợp UPE ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau Các chất khơi mào thường được sử dụng là:

MEKP (methyl ethyl keton peroxyd) là hỗn hợp gồm 5 đồng phân của nhau Có thể khơi mào nhanh cho phản ứng đồng trùng hợp UPE ở nhiệt độ thường Công thức chung: (C2H5)2(CH3)2O4H2

Trang 17

Benzoyl peroxyd: là chất có khả năng khơi mào nhanh cho phản ứng đồng trùng hợp UPE ở điều kiện trên 80°C

Hình 1.8: Công thức cấu tạo của Benzoyl peroxide

1.2.6 Dung môi

Xylene là một loại chất lỏng không màu trong suốt, có mùi thơm dễ chịu Đây là hỗn hợp dung môi có ba đồng phân: ortho, meta và para xylene và được xem là một loại

dung môi có vai trò vô cùng quan trọng trong các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất

Công thức phân tử: C6H4(CH3)2 Trong quá trình tổng hợp nhựa Alkyd, Xylen có nhiệm vụ lôi cuốn hơi nước, tăng hiệu suất sản phẩm

Bảng 1.5: Thông tin an toàn hoá chất của Xylen

TÍNH CHẤT 

- Trạng thái vật lý: chất lỏng - Màu sắc: không màu, trong suốt - Mùi đặc trưng: không có dữ liệu

- Độ hòa tan trong nước: tan hoàn toàn ở 20°C - Khối lượng riêng (kg/m3): 870 kg/m3 ở 15 °C - Điểm nóng chảy: -47,4°C

- Điểm sôi: 138,5°C

MỨC ĐỘ NGUY HIỂM 