báo cáo chuyên đề giữa kỳ báo cóa công nghệ sản xuất nhựa poly pp

I, TI, T ng quanng quanng quan v v v công ngh công ngh công ngh s ảảả s s n xuảản xun xu t nhấấấấất nht nh a polypựa polypropylene PP a polypropylene PP 1, Đặc tính và chủng loại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ N I Ộ

VIỆN KỸ THU T HÓA HẬ ỌC -***** -

Môn h c: Nh p môn K thu t H a h     c – CH2000 Tên đ ti: Bo co công ngh sn xut nhựa polypropylene (PP)

MỤC LỤC

I, T ng quan v công ngh s n xu   ả ất nh a polypropylene (PP)ự 3

1, Đặc tính và chủng lo i c a polypropylene (PP)ạ ủ 3

2, Nguyên liệu 8

3, S n phả ẩm 8

4, Cc phương php khc nhau đ ả s n xu t ra nh a polypropylene (PP)ự 9

5, Th ị trường, xu t-  nhậ p của nh a polypropylene (PP) 10 ự a, Thị trường 10

b, Xu t-  nhậ p kh ẩu 11

6, Ngu n nguyên li u phân bồ ệ ố ở Việ t Nam, khu v c và thự ế giới 12

II, Sơ đồ dây chuy n công ngh s n xu  ả ất nhựa polypropylene (PP) 13

III, ng d ng polypropylene (PP)Ứ ụ 16

1, S i và vợ ải 16

2, Buộc 19

3, Phim 19

4, T m / Thermoforming 19

5, Ép phun 20

6, Thổi đúc 20

7, Ô tô 21

IV, Tài li u tham kh ảo 23

I, T

I, T ng quanng quanng quan v v v công ngh công ngh công ngh s ảảả s s n xuảản xun xu t nhấấấấất nht nh a polypựa polypropylene (PP) a polypropylene (PP)

1, Đặc tính và chủng loại của polypropylene (PP)

Để hiểu các loại polypropylenekhác nhau, ngưi ta cần đo sâu v các loại nhựa nhiệt dẻo vi một quan điểm khác Nhựa nhiệt dẻo được phân loại thnh hai nhóm: nhựa nhiệt dẻo hàng hóa, nhóm ny bao gồm các loại nhựa chính như

polyethylene, polypropylene, polystyrene và polyvinyl clorua Chúng cócác phân khu urther như PP-homo-polymer và Co-polymer, PVC-Rigid and Plasticized, mật

độ PE High, mật độ thấp v mật độ thấp tuyến tính - Nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật là nhóm nhựa nhiệt dẻo thứ hai v các sản phẩm trong lp ny có liên quan đến các ứng dụng kỹ thuật điệnvcơ khí Sử dụng các loại nhựa ny có thể thay thế các vật liệu khác như kim loại v các thnh phần chịu lực Chúng bao gồm polysulfone, nylon, polycarbonates, acetal và ABS terpolymers

Tuy nhiên, nhựa nhiệt dẻo được đặc trưngbằng cách lm mềm khi sưởi ấm v lm cứng bằng cách lm mát, đó l một lợi thế trong các quy trình xử lý như ép đùn hoặc ép phun nơi vật liệu bỏ đi có thể được tái chế Polypropylene được tìm

thấy trong ba cấu hình cụ thể của âm thanh nổi: isotactic,các nhóm methyl ở một

bên xương sng polymer, syndiotactic,các nhóm methyl xen kẽ ở cả hai bên và không hiệu quả,sắp xếp không đều của nhóm methyl Điểm nóng chảy của PP isotactic hon hảo l 171 ° C , nhưng PP syndiotactic (30% tinh thể) có điểmlting

me là 130 ° C Polypropylene hấp dn các công ty hóa dầu vì tính chất tuyệt vi của nó Ví dụ, polypropylene l bán cứng, m, kháng hóa chất tt, cứng, khả năng chng mệt mỏi tt vchịu nhiệttt Hơn nữa, PP có độ mềm cao hoặc điểm chuyển tiếp bằng thủy tinh, khả năng chng chịu cao vi căng thẳng un cong, hấp thụ nưc thấp, điện trở tt, độ nhẹ, ổn định chiều, độ bền tác động cao v tính chất không độc hại PP cứng hơn HDPE và biaxial định hưng kết quả PP trong phim v thùng chứa có tính chất quang hc v ro cản vượt trội Bảng 1 hiển thị các tính chất của isotactic homo-polypropylene lm ví dụ

Bng 1 Tính ch t cấ ủa Isotactic Homo-polypropylene

Có ba loại polypropylene khác nhau Đầu tiên, polypropylene chỉ chứa propylene monome ở dạng rắn bán tinh thể; được gi l PP homo-polymer (HPP) Thứ hai, polypropylene có chứa ethylene như một đồng monome trong chuỗi PP một mức

trong khoảng1-8% v điều ny được gi l copolymer ngẫu nhiên (RCP) Thứ ba, HPP có chứa pha RCP hỗn hợp có hm lượng ethylene từ 45-65% được gi l copolymer tác động (ICP) Nói chung, polyme bao gồm các chất inomer m ging hệt nhauđược gi lhomo polymer, nơi các hợp chất polymer vi nhiều hơn một -loại monome trong chuỗi của chúng được gi l co-polymer

Homo-polymer PP (HPP) l vật liệu polypropylene được sử dụng rộng ri nhất

trong công nghiệp HPP l một hệ thng hai pha chứa cả vùng tinh thể v không tinh thể Các vùng không tinh thể (vô định hình) có cả PP isotactic v PP không hiệu quả PP isotactic ở các vùng vô định hình có thể kết tinh v kết tinh từ từ theo thi gian Nói cách khác, HPP chỉ bao gồm một đơn vị propylene dc theo chuỗi vi các đơn vị propylene chủ yếu l isotactic v cung cấp cho chúng ta một cấu trúc tinh thể cho polymer Do đó, HPP thể hiện độ cứng cao ở nhiệt độ phòng v điểm nóng chảy cao nhưng độ trong sut thấp hơn cng như giảm sức mạnh tác động Copolymer ngẫu nhiên (RCP) là ethylene /propylene copolymers được sản xuất trong một lò phản ứng duy nhất bằng propylene copolymerizing v một lượng nhỏ ethylene (thưng l 7% hoặc thấp hơn) Ethylene phá vỡ cấu trúc thưng xuyên của polypropylene v dn đến giảm độ đồng nhất tinh thể trong polymer Mi quan hệ giữa độ dy ethylene v tinh thể tỷ lệ nghịch nghịch có nghĩa l khi hm lượng ethylene lm tăng độ dy tinh thể dần dần decdecases v dn đến đạt đến điểm nóng chảy thấp hơn Co-polyme thưng có tính chất tác động tt hơn một chút, giảm điểm nóng chảy v tăng cưng tính linh hoạt Copolymers tác động (ICP) l hỗn hợp vật lý của HPP v RCP vi tổng thể ethylene contents trng lượng khoảng 6-15% Polyme tác động l ti ưu ở nhiệt độ thấp vi khả năng chng va đập cao hơn Phần RCP của hỗn hợp l được thiết kế để có hm lượng ethylene theo thứ tự 40à -65% ethylene v nó được gi l pha cao su Gia c ging như cao su cải thiện đáng tồi tệ sức mạnh tác độngmột cách ấu trùng ở nhiệt độ thấp (dưi - 20 ° C) Tuy nhiên, độ cứng được giữ lại dn đến độ cứng / cân bằng tác động tuyệt vi Sản phẩm ICP cng như khả năng chng va đập khác nhau tùy thuộc vo kích thưc, hình dạng v phân phi của các hạt cao su Một so sánh giữa homo-polymers và copolymers trong lợi thế v nhược điểm của PP, nói chung, được minh ha trong Bảng 2

Bng 2 Ưu điểm v nhược điểm của Polypropylene

Homo-polymer Copolymer Bị suy thoái bởi tia CỰC TÍM (Tia

cực tím) Khả năng xử lý, Tt Khả năng xử lý, Cao Điểm d cháy, nhưng chậm phát

triển có sẵn Khả năng chng

Tiếp xúc vi thực

phẩm, Chấp nhận

được

Tiếp xúc vi thực phẩm, Không thích hợp hơn

trình oxy hóa phân hủy Cưng độ tác động nhiệt độ thấp

là kém

Sau đây l thị phần gần đúng cho các loại PP: homo-polymer (HPP) 65-75%,

copolymer tác động (ICP) 20-30% và copolymer ngẫu nhiên (RCP) 5-10% Nói chung, các lp PP khác nhau có sẵn phụ thuộc vo ứng dụng cần thiết Các lp

thương mại l available trong một loạt các phân phi trng lượng phân tử, v các loại đồng monomer cng như nội dung v phụ gia Tính chất vật lý nâng cao cho phép polypropylene l vật liệu ct lõi trong hầu hết các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như phim, sợi, băng, tấm,ermoforming, tiêm v thổi đúc Một s tính chất cơ hc v nhiệt của polypropylene thương mại cộng vi so sánh độ dn nhiệt v hm lượng năng lượng có thể thu hồi của các loại nhựa khác nhau được hiển thị trong Bảng 3 v Bảng 4, tương ứng

Bng 3 Tính chất cơ hc v nhiệt của Polypropylene [25]

chúng Đặc điểm quang hc l cực kỳ quan trng đi vi các ứng dụng đóng gói thực phẩm Một lp polypropylene thương mại được gi lsem i-crystalline isotactic polypropylene (iPP) đ được nghiên cứu trong một công trình trưc đó để đảm bảo

độ m đục phù hợp khi tái chế Các cấu trúc iPP bán tinh thể đặc trưng vi một s biến đổi tinh thể bao gồm đơn lâm mạc(α),hình thức giác (β) v orthorhombic (γ)

Độ trong sut quang hc trong các polyme bán tinh thể phụ thuộc vo tính tinh thể, hình thái v tính chất bề mặt Độ trong sut cng thấp thì chúng ta cng nhận được nhiều khói bụi Do đó, giảm kết tinh lm tăng độ rõ nét của sản phẩm Polyme iPP được ép đùn, tái chế, nhiều lần v lm mát khi đùn để xem tác dụng của việc tái chế đi vi độ m đục Ngưi ta thấy rằng độ m đục giảm khi tăng các bưc tái chế v

tỷ lệ lm mát Tuy nhiên, tăng lượng α pha v tăng kích thưc trung bình của các hình cầu lm tăng độ m đục β sửa đổi polypropylene isotactic (β iPP) l một cấp -thương mại khác vi các tính năng độc đáo Ví dụ, độ dẻo dai v sức mạnh tác động của β-iPP vượt trội đáng kể so vi α iPP Sự phát triển của giai đoạn β được hon -thnh bằng cách kết tinh trong gradient nhiệt độ hoặc trong một sự tan chảy căng thẳng Tuy nhiên, sửa đổi β không thể thay thế hoặc hủy bỏ việc sử dụng sửa đổi vì mỗi lp có tính chất vượt trội riêng Kết quả đ chứng minh rằngquảng cáo iPP gr có tính chất cơ hc tuyệtvi v đặc điểm quang hc thích hợp Các đặc tính điển hình cho các loại nhựa bán tinh thể khác nhau v vật liệu tổng hợp nhiệt dẻo vi sợi thủy tinh v nhiệt độ chuyển pha cho nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể phổ biến được minh ha trong Bảng 5 v 6, tương ứng

Độ giòn nhiệt độ thấp l một tiêu chí tiêu cực đi vi polyme PP trong một s ứng dụng nhất định Một kỹ thuật đầy hứa hẹn cho thấy sự cân bằng vượt trội về sức mạnh tác động v mô đun l possible bằng cách pha trộn PP vi các chất đn hồi khác nhau như ethylene propylene ngu nhiên cop- olymer (EPR), styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM) và isoprene-styrene di-block copolymer (ISR-A) Ví dụ, sự pha trộn của 80/20 v 70/30 PP / ISR-

A có cưng độ tác động rất cao l 83 v 100 J / m, vi mô đun un cong lần lượt l

1280 v 1070 MPa, so vi những kết quả của PP (32 J / m, 1530 MPa)

Bng 5 Đặc tính điển hình cho nhựa alline bán cryst khác nhau và vật liệu tổng hợp

nhiệt dẻo vi sợi thủy tinh

Nhựa Thi gian sử dụng

[°C]

Lp kết tinh [%] lượng cụ Trng

thể [g/cm3]

Độ bền kéo [N/mm2]

PP/GF30 <110 - 1.11-1.14 60-100

Bng 6 Nhiệt độ chuyển pha cho nhựa bán tinh thể

Nhựa Nhiệt độ thủy

Cu trúc phân tử của Polypropylene

Ngy nay, polypropylene được tạo ra từ quá trình trùng h p monome propenợ (một hợp chất hữu cơ không no - công thức hóa hc C H ) 3 6

Các chất phụ gia polyme như chất làm l ng, chắ ất chng cháy, sợi thủy tinh, khoáng chất, chất độn dn điện, chất bôi trơn, chất màu và nhi u chề ất phụ gia khác có thể ci thin hơn nữ a các tính ch  t v t lý và / hoặc cơ hc của PP Ví d , PP có kh ụ ả năng chng tia cực tím kém, do đó các chất phụ gia như amin cản tr giúp ở ổn định ánh sáng

và nâng cao tuổi th so v i polypropylene không bi n tính  ế

Hơn nữa, chất độn (đất sét, bột talc, canxi cacbonat…) v chất gia cưng (sợi thủy tinh, sợi carbon…) được thêm vo để đạt được các đặc tính đáng kể liên quan đến quá trình x lý và ử ứng d ng cuụ i cùng

Phát tri n và s d ng các chể ử ụ ất phụ gia m i, quy trình trùng h p m i nh ợ  ất cng như các giải pháp pha trộntăng đáng kể hiệu suất polypropylene Do đó, ngy nay PP ít được coi là một gi i pháp chi phí th p, mà nhiả ấ ều hơn l một v t liậ ệu hi u suệ ất cao cạnh tranh vi nhựa kỹ thuật truy n th ng và kim loề  ạ ự kii s ện đôi khi (ví dụ, các lo i PP gia ạc bằng sợi thủy tinh dài)

3, Sản phẩm

Homopolyme v Copolyme l hai loại polypropylene chính có sẵn trên thị trưng

o Polypropylene Homopolymer l loại có mục đích chung được sử dụng rộng ri nhất Nó chỉ chứa propylen monome ở dạng rắn bán tinh thể Các ứng dụng chính bao gồm đóng gói, dệt may, chăm sóc sức khỏe, đưng ng, ứng dụng ô tô v điện

o Polypropylene Copolymer được chia thnh các copolyme ngu nhiên v copolyme khi được tạo ra bằng cách trùng hợp propen v etan:

1 Polypropylene Random Copolymer được sản xuất bằng cách trùng hợp etilen v propen vi nhau Nó có các đơn vị Ethene, thưng lên đến 6% khi lượng, được kết hợp ngu nhiên trong các chuỗi polypropylene Các polyme này linh hoạt v

rõ rng về mặt quang hc nên chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ trong sut v cho các sản phẩm yêu cầu vẻ ngoi tuyệt vi

2 Trong khi ở Polypropylene Block Copolymer , hm lượng ethene ln hơn (từ 5 đến 15%) Nó có các đơn vị đồng monome được sắp xếp theo mu (hoặc khi) thông thưng Do đó, khuôn mu thông thưng lm cho nhựa nhiệt dẻo cứng hơn v ít giòn hơn so vi đồng polyme ngu nhiên Các polyme ny thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, chẳng hạn như các ứng dụng công nghiệp Lấy cảm hứng: Đáp ứng nhu cầu cấp thiết về các sản phẩm polypropylene xanh hơn (nhẹ hơn, có thể tái chế, loại PCR hiệu suất cao ) vi tạo mầm beta để đạt được lợi thế so vi đi thủ của bạn

Polypropylene, Impact Copolymer - Propylene Homopolymer có chứa đồng hỗn

hợp Propylene Random Copolymer pha có hm lượng ethylene từ 45 65% được gi l chất đồng trùng hợp tác động PP Nó rất hữu ích trong các bộ phận yêu cầu khả năng chng va đập tt Chất đồng trùng hợp tác động chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đóng gói, đồ gia dụng, phim ảnh v đưng ng, cng như trong các phân khúc ô

Polypropylene Terpolymer - Nó được cấu tạo bởi các phân đoạn propylene được

liên kết bởi các monome ethylene v butan (đồng monome) xuất hiện ngu nhiên trong sut chuỗi polyme PP terpolymer có độ trong sut tt hơn PP homo Ngoài ra, việc kết hợp các đồng monome lm giảm tính đồng nhất của tinh thể trong polyme, lm cho nó thích hợp cho các ứng dụng mng niêm phong

Polypropylene, độ bn nng chy cao (HMS PP) - Nó l một vật liệu phân nhánh chuỗi di, kết hợp cả độ bền nóng chảy cao v khả năng mở rộng trong giai đoạn nóng chảy Lp PP HMS có phạm vi đặc tính cơ hc rộng, độ bền nhiệt cao, khả năng chng hóa chất tt HMS PP được sử dụng rộng ri để sản xuất bt mềm, tỷ trng thấp cho các ứng dụng đóng gói thực phẩm cng như được sử dụng trong các ngnh công nghiệp ô tô v xây dựng

4, Các phương pháp kh ác nhau đ ả s n xut ra nhựa polypropylene (PP)

Polypropylene được tạo ra từ sự trùng hợp của khí propylene vi sự có mặt của

hệ thng chất xúc tác, thưng là ch t xúc tác Ziegler-Natta hoấ ặc metallocene Điều

kiện trùng hợp (nhiệt độ, áp su t và nấ ồng độ chất ản ph ứng) được thiết lập bởi loại polyme được sản xuất.

Sau khi trùng hợp, PP có thể tạo thnh ba cấu trúc chuỗi cơ bản tùy thuộc vo vị trí của các nhóm metyl:

o Atactic (aPP) - Sự sắp xếp nhóm metyl (CH3) không đều

o Isotactic (iPP) - Các nhóm metyl (CH3) được sắp xếp ở một phía của mạch cacbon

o Syndiotactic (sPP) - Sự sắp xếp nhóm metyl (CH3) xen kẽ

5, Thị trường , xut- nhập của nhựa polypropylene (PP)

a, Th ị trường

Quy mô thị trưng polypropylene toàn c u là 75,12 t ầ ỷ USD vo năm 2020 Tác

động toàn cầu c a COVID-19 l chưa từng có v đáng kinh ngạc, v i polypropylene ủ chứng ki n mế ột cú sc nhu c u tiêu cầ ực trên tấ ả các khu v c trong bt c ự i cảnh đại dịch Dựa trên phân tích, thị trưng toàn c u cho th y s sầ ấ ự ụt giảm 1,1% vo năm 2020

so vi mức tăng trưởng trung bình hng năm trong giai đoạn 2017-2019 Thị trưng

dự ki n s ế ẽ tăng từ 76 t ỷ USD vo năm 2021 lên 18,57 tỷ USD vo năm 2028 vi tc

độCAGR l 5,2% trong giai đạn 2021-2028 CAGR đột ngột giảm do nhu cầu của th ịtrưng và tc độ tăng trưởng trở lại mức trưc đại dịch sau khi đại d ch kết thúc ị

Nhu cầu ngy cng tăng về sản phẩm bao bì nhựa hiệu qu ả đang thúc đẩy nhu cầu vè polypropylene trên toàn cầu PP có một loạt các đ c tính, ch ng hặ ẳ ạn như nhiệt

độlàm việc cao, độ ền kéo, khả năng chng hóa chất cao và hấp thụ b độ ẩm th p, cho ấphép áp d ng nó trong các ng d ng khác nhau Trong bụ ứ ụ i cảnh toàn c u hi n nay, ầ ệ PP được sử d ng chủ yếu trong các ứng dụng ép phun vì nó d dng được nấu chảy và ụđúc theo bất kỳ hình dạng kích thưc nào mà không ảnh hưởng đế chất lượng ban đầu Nhu cầu gia tăng đi v i nh ựa nhẹ t các ngành công nghi p ô tô, hàng tiêu dùng và ừ ệđiện tử đang thúc đẩy sự tăng trư ng của th ở ị trưng PP Các công nghệ như Sphereripol, PP unipol, novolen, innovene PP, sherizone và borstar PP h ỗ trợ các công

ty sản xu t PP chấ ất lượng cao theo nhu c u cầ ủa ngưi dùng cui

Nguồn cung cấp PP đ bị ảnh hưởng do i d ch COVID-đạ ị 19 Nó đ dn đến việc giảm nhu c u t các ngành ô tô, xây d ng Ngoài ra, giá d u thô giầ ừ ự ầ ảm đáng kể do nhu c u giầ ảm Hoạt động s n xu t trì tr trong các ngành công nghi p khác nhau và ả ấ ệ ệcác hạn ch ngày cế ảng tăng do khóa cửa trên toàn cầu đ làm giảm tỷ lệ hoạt động hơn nữa Tuy nhiên, nhu cầu đi vicác s n ph m nhả ẩ ựa từ ngnh chăm sóc sức khỏe và đóng gói thực phẩm đang có xu hưng tăng đột biến do sự ưa chuộng của các sản phẩm chăm sóc sức khỏe dùng m t lộ ần cng như thực phẩm v đồ ung đóng gói ngày cng tăng

b, Xu t- ấ nhậ p kh u ẩ

Trong 3 tháng đầu năm 2021, nhập khẩu nguyên liệu nhựa của Việt Nam tăng 17% v ề lượng nhưng tăng 38.4% về trị giá so v i cùng k  ỳ 2020 Trong đó, nhập kh u ẩchất dẻo nguyên li u PE và PP chi m phân nệ ế ửa tổng lượng nh p kh u chậ ẩ ấ ẻo nguyên t dliệu của Việt Nam Chất dẻo nguyên liệu PET, ABS, PE tăng mạnh v ề lượng nhập khẩu