tìm hiểu về polivinyl clorua (PVC) và tơ clorin

TR Ư ỜN G Đ ẠI HỌ C CÔNG NGHI Ệ P TP.HCM Bài Ti ểu Lu ận V ềĐ ề Tài POLYMER Đề tài: tìm hi ểu v ềpolivinyl clorua (PVC) t ơclorin Gi ảng viên: Nguy ễn V ăn S ơn Thành viên nhóm: Mai Ti ến Khang MSSV: 14000753 Tr ịnh Ng ọc Toàn MSSV: 14000 A T quan v ề nh ựa polivinyl clorua (PVC) I Định nghĩa: - PVC có c ấu t ạo phân t m ạch th ẳng, r ất nhánh Kh ối l ượng phân tử Polyvinylclorua kĩ thuật từ 18.000 – 30.000 đơn vị - C ấu trúc c PVC có d ạng ch ủ y ếu: K ết h ợp đầu n ối đuôi đầu n ối đầ u Trùng h ợp VC theo c ch ế g ốc t ự s ự k ết h ợp phân t theo “ đầu n ối đuôi” thành m ạch phát tri ển Trong m ạch phân t ử, nguyên tử Clo vị trí 1;3 - PVC m ột polymer phân c ực m ạnh Ở tr ạng thái không kéo c ăng PVC hoàn toàn vô định hình, kéo căng thật m ạnh m ới có kh ả n ăng đị nh h ướng m ột ph ần – PVC hợp chất hoá học Cacbon, Hydro Clo H ợp ph ần PVC d ẫn xuất từ nguyên liệu tự nhiên dầu khoáng mu ối PVC phát hi ện l ần năm 1835 phòng thí nghi ệm c Regnaut Sau 50 n ăm PVC m ới sản xuất với số lượng lớn PVC trùng hợp t monomer VinylClorua (VC) VC có công thức cấu tạo CH2=CH-Cl, tỷ trọng dVC = 0,9692 g/cm3 Nhi ệt độ nóng chảy: Tnc = -1600C, nhiệt độ sôi: Ts = -19,30C VC n ồng độ 4-27% t ạo v ới không khí moat hỗn hợp gây nổ VC có th ể sản xu ất t acetylen, etylen theo phương trình sau: • Khử hydro clo dicloethane b ằng dung d ịch r ượu ki ềm • Clo hoá ethylene nhiệt độ cao • Nhiệt phân dicloethane • Hydro clo hoá acetylene PVC chất dẻo cứng, cách điện tốt, bền với axit, dùng làm vật liệu điện, ống dẫn nước, da giả… II Các tính ch ất c lý c nh ựa polivinlyl clorua (PVC) (1) C ấu t ạo phân t PVC: PVC có c ấu t ạo phân t ki ểu “ đầu – đuôi” – Tuy nhiên c ấu t ạo không ều hoà nh v ậy mà có s ự phân nhánh S ự phân nhánh phụ thuộc vào nhi ệt độ trùng hợp Khi nhi ệt độ trùng h ợp v ượt 40 – 45oC s ự phân nhánh có khuynh h ướng t ăng Polymer m ạch nhánh không nh ững có ảnh h ưởng đến tính ch ất hoá h ọc mà làm thay đổi tính ch ất v ật lý – Đặ c tính c ấu trúc đượ c th ể hi ện qua độ k ết tinh, m ạch nhánh độ k ết tinh Độ k ết tinh quy ết định nhi ệt độ ch ảy c nh ựa, ngh ĩa quy ết đị nh nhi ệt độ gia công Độ k ết tinh t ăng nhi ệt độ m ềm c nh ựa t ăng nhi ệt độ gia công s ẽ cao h ơn Độ k ết tinh t ăng làm gi ảm tính tan c Polymer dung môi (2) PVC loại nhựa không độc hại: – Vì PVC bao g ồm Clo c ấu trúc hoá h ọc c nó, có ng ười cho r ằng PVC đe d ọa cân b ằng sinh thái c ũng nh khí Clo khí độ c h ại khác nh Flo hoá hydrocacbon Clo hoá khác Đi ều hoàn toàn sai, PVC m ột nguyên li ệu tr ạng thái r ắn nguyên t Clo c đượ c liên k ết ch ặt ch ẽ c ũng nh trung hoà v ề m ặt hoá h ọc, PVC không phân hu ỷ sinh h ọc, vi khu ẩn không th ể t ấn công vào PVC phá v ỡ c ấu trúc c đượ c (3) Kh ối l ượng phân t độ phân b ố kh ối l ượng phân t ử: – Các lo ại PVC th ương m ại có kh ối l ượng phân t trung bình Mw kho ảng 40.000 – 480.000 t ương ứng v ới kh ối l ượng trung bình s ố Mn kho ảng 20.000 – 91.500 Tỉ s ố Mw/Mn kho ảng – 5,25 – L ựa ch ọn giá tr ị K c PVC m ột vi ệc r ất quan tr ọng vi ệc gia công PVC 4) Kích thước hình dáng hạt: – Các h ạt Polymer huy ền phù có d ạng hình c ầu lõm tâm g ọi “Cenosphere” “Cenosphere” t ập h ợp h ạt s c ấp t ạo thành c ấu trúc x ốp giúp vi ệc h ấp th ụ hoá dẻo xây nhanh chóng – Kích th ước h ạt thay đổ i kho ảng r ộng – Các ph ần t h ạt PVC đượ c nh ựa hoá (phá v ỡ, nóng ch ảy, k ết dính) thành c ỡ m ịn (0,1 micron) tác d ụng c nhi ệt l ực c Nh ựa hoá không t ốt s ẽ ảnh h ưởng đến c tính c s ản ph ẩm l ực liên k ết gi ữa ph ần t s c ấp (1 micron) y ếu h ơn l ực liên k ết gi ữa ph ần t mịn (0,1 micron) c ực m ịn (0,01 micron) – Ph ần t s c ấp (1 micron) đơn v ị ch ảy c PVC C ấu trúc x ốp hình dáng h ạt quy ết định kh ối l ượng riêng g ộp c PVC, quy ết định th ể tích c m ột m ẻ gia công n ăng suất c máy gia công 5) Kh ối l ượng riêng g ộp c PVC: – Kh ối l ượng riêng g ộp c PVC nh ũ t ương th ấp kho ảng 0,25 g/cm3 Các lo ại PVC nh ũ t ương th ương m ại th ường g ặp có kh ối l ượng g ộp t 0,4 – 0,55 g/cm3 PVC huy ền phù loại không x ốp có kh ối l ượng riêng g ộp cao h ơn (0,7g/cm3) lo ại PVC huy ền phù thông th ường (lo ại để gia công) có kh ối l ượng riêng g ộp kho ảng 0,4 – 0,5g/cm3 6) Độ tinh ết: – Độ tinh ết c PVC ảnh h ưởng đến màu s ắc, độ su ốt tính ổn định nhi ệt c s ản ph ẩm Các t ạp ch ất th ường ch ất kh mào, ch ất ổn định huy ền phù, nh ũ t ương l ẫn trình Polymer hoá Polymer nh ũ t ương th ường có t ỉ l ệ t ạp ch ất cao 7) Tính ch ất v ật lý: – Tính ch ất c polymer ph ụ thu ộc vào kh ối l ượng phân t trung bình Mw, nhi ệt độ m ềm, độ b ền kéo, ứng su ất đị nh dãn, độ b ền kéo đứt, độ b ền xé, độ c ứng độ b ền nén c compound PVC không hoá d ẻo s ẽ t ăng theo kh ối lượng phân tử 8) Tính ch ất hoá h ọc: • PVC b đầ u bị phân h ủy nhi ệt độ 130 – 1500C Nhi ệt độ th ủy tinh hoá kho ảng 950C T ốc độ ph ản ứng phân hu ỷ t ăng theo nhi ệt độ , d ấu hi ệu c s ự phân hu ỷ làs ự thay đổ i màu t tr ắng sang vàng sang nâu r ồi sang đen • Tính d ễ bị phân hu ỷ b ởi nhi ệt c PVC ph ụ thu ộc vào hàm l ượng t ạp ch ất l ẫn vào Do v ậy PVC nh ũ t ương b ền nhi ệt h ơn PVC trùng h ợp kh ối • PVC h ầu h ết tr v ới O2, O3 nh ưng d ễ b ị phân hu ỷ b ởi ch ất oxy hoá mạnh Permanganat đậm đặc • PVC b ền v ới oxit ki ềm tr H2SO4 (>90%) HNO3 (>50%) nhi ệt độ cao 600C Ở nhi ệt độ l ớn h ơn 600C PVC b ị phân hu ỷ b ởi acid m ạnh • PVC bị ảnh h ưởng c nhóm Halogen Riêng Br2 F2 tác d ụng v ới PVC nhi ệt độ th ường • PVC tan xêton, hydrocacbon clo hoá ester D ễ tan nh ất h ỗn h ợp dung môi phân c ực không phân c ực, ví d ụ nh Axeton, Benzen Không tan monomer, r ượu, n ước, hidrocacbon no • PVC b ền v ới acid ki ềm nhi ệt độ 200C 9) Tính ch ất v ề môi tr ường: – Ảnh h ưởng c môi tr ường ph ụ thu ộc vào hàm l ượng ch ất hoá d ẻo h ỗn h ợp Độ h ấp th ụ n ước c PVC c ứng nh ỏ h ơn 1%, PVC c ứng xem không bị tác dụng môi trường nước dung dịch loãng khác – Có r ất dung môi h ữu c tác động lên PVC C ồn, acid h ữu c vàhydro carbon m ạch th ẳng không ảnh h ưởng lên PVC M ột s ố dung môi t ốt c PVC diclorua elthlen, nitrobenzene, acetone như: cyclohexanone, tetra hydro furan.69 – Nói chung, h ầu h ết ch ất hoá d ẻo b ị trích ly b ởi dung môi ti ếp xúc Đi ều đượ c gi ảm đế n m ức t ối thi ểu b ằng cách ch ọn ch ất hoá d ẻo thích hợp – M ột s ố hãng s ản xu ất nh ựa PVC th ế gi ới: S ự ph ụ thu ộc tính ch ất c lý (mô đun dàn h ồi, độ b ền kéo đứt, độ giãn dài đứt) c v ật li ệu compozit vào hàm l ượng clay th ể hi ện hình Khi t ăng ham l ượng clay kho ảng t 0-3%, mô đun đàn h ồi c v ật li ệu gi ảm đi, th ậm chí nh ỏ h ơn so v ới m ẫu PVC ( clay) n ếu làm l ượng n ếu hàm l ượng clay ti ếp tucj t ăng % T ương t ự, độ b ền kéo đứt c v ật li ệu đạt giá tr ị l ớn nh ất hàm l ượng clay 1% ( độ b ền kéo đứt đạ t 27,95 Mpa, t ăng 20,3% so v ới h ỗn h ợp PVC ban đầ u), ti ếp làm l ượng clay l ớn h ơn 1%, độ b ền kéo đứt c v ật li ệu compozit gi ảm (so v ới giá tr ị c ực đại) nh ưng v ẫn l ớn h ơn độ bên keo đứt c h ỗn h ợp PVC ban đầ u Độ giãn dài đứt c v ật li ệu t ăng hàm l ượng clay t ăng đạt giá trị l ớn nh ất 339,8% hàm l ượng clay 1% (t ăng 36% so v ới h ỗn h ợp PVC ban đầ u) Ti ếp độ giãn dài đứt c v ật li ệu có xu h ướng gi ảm, th ậm chí nh ỏ h ơn m ẫu PVC hàm l ượng clay l ớn 1,5% Mô đun đàn h ồi độ b ền kéo đứt c v ật li ệu t ăng theo hàm l ượng clay t ới 1% có s ự t ương tác t ốt gi ữa clay h ữu c nên PVC v ới nguyên t H c nhóm OH clay hình thành liên k ết hydro – Cl H – O- Ngoài ra, có th ể gi ả thuy ết r ằng có ph ản ứng ng ưng t ụ gi ữa nguyên t Cl b ền (d ễ ho ạt động hóa h ọc) c PVC nguyên t H nhóm OH c clay để t ạo thành c ầu n ối C – O – clay gi ữa PVC clay Khi hàm l ượng clay h ỗn h ợp PVC l ớn h ơn 1%, h ạt clay có kích th ước l ớn h ơn (do s ự k ết t ụ c h ạt clay) làm gián đo ạn pha nên PVC, làm gi ảm mô dun đàn h ồi độ b ền kéo đứt c v ật li ệu Sự tăng độ giãn dài dứt vật liệu hàm lượng clay t ăng t ới 1% s ự phân b ố đồ ng đề s ự t ương tác t ốt c clay v ới n ền PVC Ti ếp độ giãn dài d ứt c v ật li ệu gi ảm Đi ều có th ể nguyên t H OH c h ạt clay “d ư: tương tác với nguyên tử O nhóm C=O DOP (tương tác hydro) làm gi ảm hi ệu qu ả hóa d ẻo c DOP, h ạn ch ế kh ả n ăng tr ượt c m ạch PVC III Các ph ương pháp t h ợp PVC: Trên thị trường có 400 lo ại nh ựa PVC khác nhau, lo ại nhựa giống tính ch ất Có ph ương pháp t h ợp PVC: – Trùng hợp khối (PVC-M): phương pháp trùng h ợp VC kh ối, phương pháp sử d ụng polymer thu d ạng m ột kh ối l ớn có tr ọng lượng không nên khó nghi ền x lý M ặt khác khó d ẫn nhi ệt ph ản ứng ra, làm phân hủy polymer tạo khí HCl polymer có màu Hạt có kích thước đồng khoảng 0,15mm, tinh khiết – Trùng hợp dung dịch: phương pháp khác, trùng h ợp dung d ịch tiến hành nhiệt độ thấp 35-450C Dung môi cho vào tr ước, VC l ỏng cho vào sau, ch ất khởi đầu peroxyt benzoyl Có thể dùng hai lo ại dung môi: • Dung môi không hòa tan polymer (r ượu), tr ường h ợp polymer d ần d ần tách dạng bột mịn • Dung môi hòa tan polymer va monomer (dicloetan, axeton…) Tách polymer cách dùng nước để kết tủa ch ưng c ất – Tuy nhiên phương pháp dùng th ực t ế trình trùng h ợp lâu t ốn nhiều dung môi – Trùng hợp nhũ tương (PVC-E): ch ất kh ởi đầu tan n ước th ế ph ản ứng trùng hợp xảy khu vực ti ếp xúc gi ữa VC H2O Polyme t ạo s ẽ tr ạng thái nh ũ tương nước, cần phải keo tụ cho n ước b ốc h để tách polymer S ản phẩm thường dạng latếch kích th ước h ạt polymer r ất bé (0,06-0,25mm), độ cao, trộn lẫn tốt, dễ gia công – Ưu điểm đặc biệt phương pháp có kh ả n ăng ti ến hành trùng h ợp liên t ục Nhờ khuấy polyme tách liên tục nên s ản ph ẩm r ất đồng nh ất – Trùng hợp huyền phù (PVC-S): để trùng h ợp huy ền phù ta cho VC l ỏng (d ưới áp suất) phân tán nước có keo ưa n ước (gelatin r ượu PVR) ch ất kích động tan monomer Bằng cách chọn chất kích động hỗn h ợp h ợp ch ất kích động điều chỉnh đượ c vận tốc trùng hợp nhi ều tr ường h ợp nâng cao độ chịu nhiệt ánh sáng polymer thu Polyme thu s ạch h ơn nhi ều so v ới polymer nhủ tương, có cấu trúc chặc ch ẽ, hút d ầu, kích th ước h ạt hình d ạng c bột khô phụ thuộc vào trình sấy IV Các ứng dụng nhựa PVC: • PVC ngành xây dựng: -Sử dụng nhiều rộng rãi nhất, loại ống dẫn ph ụ ki ện chi ếm 1/3tổng sản l ượng PVC giới -Hiện có xu hướng làm đồ nội thất ván gỗ nh ựa, pvc froam picomat Các vật liệu đáp ứng tiêu chí vật li ệu xanh, tái s d ụng được, không m ối mọt, dể thi công, chống cháy, chịu nước,đồ bền t ốt có th ể s ơn ph ủ -Ngoài PVC dùng làm mương, máng thủy lợi, màng phục vụ nông nghiệp, hàng rào, mái che, profile, t ấm màng Ví d ụ toàn b ộ ph ần mái che phía (khoảng 60.000 m2), sân vận độ ng nướ c Pháp (sân Stade de France), v ới s ức ch ứa lên t ới 80.000 ng ười, đượ c ph ủ b ằng màng PVC • PVC k ỹ thu ật ện ện t ử: Chi ếm g ần 50% thị ph ần l ĩnh v ực s ản xu ất đồ ện Th ường dùng làm dây cáp ện M ột s ố l ĩnh v ực ph ổ b ến c ần dùng PVC: -Máy ều hòa không khí, máy gi ặt, máy l ạnh -D ụng c ụ gia đình -Máy tính, đĩ a m ềm cho máy vi tính, bàn phím -Cáp quang, decal ch ịu nhi ệt ứng d ụng đồ h ọa -D ụng c ụ đồ ện • PVC s ản xu ất ô tô, xe máy: • -S d ụng thay th ế m ột s ố kim lo ại v ật li ệu khác để ch ế t ạo b ộ ph ận s ườn xe, t ấm ch ắn gió, t ấm lót sàn, t ấm chén bùn nhi ều chi ti ết khác -Ưu ểm: + T ăng tu ổi th ọ c xe, s d ụng an toàn h ơn b ị n giao thông + Kh ối l ượng xe nh ẹ h ơn nên tiêu th ụ nguyên li ệu h ơn, gi ảm ô nhi ễm môi trường • PVC vi ệc ch ăm sóc b ảo v ệ s ức kh ỏe ng ười: -Ph ổ bi ến nghành y t ế: t g ăng tay y t ế đế n túi đự ng máu, t ống chuy ền dịch, truy ền máu ch ạy th ận nhân t ạo, b ơm kim tiêm, vab tim nhân t ạo đến r ất nhi ều d ụng c ụ y t ế khác Chúng đượ c s d ụng r ộng rãi, độ tin c ậy cao nh có tính ưu việt + Không màu su ốt, m ềm d ẻo, b ền ổn đị nh, d ễ thanh, ti ệt trùng + Chịu đượ c hóa hóa ch ất, không ph ản ứng hóa h ọc ti ếp xúc v ới nhi ều môi tr ường khác nhau, d ễ ch ế t ạo, có th ể tái sinh, giá r ẻ • Nh ững ứng d ụng khác: -Đồ ch tr ẻ em, dày dép, áo m ưa, túi sách, làm phao t ắm, rèm c ửa, thùng ch ứa hóa ch ất, l ưới đánh cá, tóc gi ả, bàn phím, uPVC đượ c làm c ửa s ổ, màng b ọc th ực ph ẩm -Các m ặt hàng tiêu dùng khác: ống d ẻo l ưới, ống t ải n ước, dùng làm d ụng c ụ phòng h ộ làm vi ệc môi tr ường nhi ễm x ạ: gi ầy, ủng, qu ần áo b ảo h ộ lao động, s ợi PVC làm v ải lát t ường cách nhi ệt, cách âm, t ạo s ợi qu ăn ph ồng làm lông thú nhân tạo B T quan v ề t clorin Định nghĩa: - T nh ững v ật li ệu polime hình s ợi dài m ảnh v ới độ b ền nh ất định Phân loại: M ột s ố lo ại t t h ợp th ường g ặp - T poliamit (có nhi ều nhóm amit –CO–NH–) - T polieste (có nhi ều nhóm este) - T vinylic (có nhi ều nhóm polivinyl) - Tơ Clorin (cho Cl2 tác d ụng v ới PVC) Tơ clorin [...]...B T ổng quan v ề t ơ clorin Định nghĩa: - T ơ là nh ững v ật li ệu polime hình s ợi dài và m ảnh v ới độ b ền nh ất định Phân loại: M ột s ố lo ại t ơ t ổng h ợp th ường g ặp - T ơ poliamit (có nhi ều nhóm amit –CO–NH–) - T ơ polieste (có nhi ều nhóm este) - T ơ vinylic (có nhi ều nhóm polivinyl) - Tơ Clorin (cho Cl2 tác d ụng v ới PVC) Tơ clorin ... –CO–NH–) - T polieste (có nhi ều nhóm este) - T vinylic (có nhi ều nhóm polivinyl) - Tơ Clorin (cho Cl2 tác d ụng v ới PVC) Tơ clorin ...A T quan v ề nh ựa polivinyl clorua (PVC) I Định nghĩa: - PVC có c ấu t ạo phân t m ạch th ẳng, r ất nhánh Kh ối l ượng phân tử Polyvinylclorua kĩ thuật từ 18.000 – 30.000 đơn... hu ỷ làs ự thay đổ i màu t tr ắng sang vàng sang nâu r ồi sang đen • Tính d ễ bị phân hu ỷ b ởi nhi ệt c PVC ph ụ thu ộc vào hàm l ượng t ạp ch ất l ẫn vào Do v ậy PVC nh ũ t ương b ền nhi ệt