Đề tài tìm HIỂU về POLIMER THIÊN NHIÊN

Khái niệm về polimer Polyme tiếng Anh: "polymer" là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xí

Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh

Khoa Công Nghệ Hóa Học



SEMINAR TỐT NGHIỆP

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Vi GVHD: Nguyễn Thị Minh

ĐỀ TÀI:

Cao su, cellulose trong thân cây, protein trong sinh vật, thực vật

là những polymer thiên nhiên Vào những năm hai mươi của thế

kỷ trước, các nhà hoá học biết cách tổng hợp và sản xuất những

polymer nhân tạo hay là plastic Các loại polymer ngày nay trở

thành những vật liệu hữu dụng, cực kỳ quan trọng không thể

thiếu trong cuộc sống hiện đại

MỞ ĐẦU

Thử nhìn xung quanh, ta có tơ sợi làm nên vải vóc, chai nước ngọt, keo dán, bao nhựa, thùng chứa nước, vỏ máy tivi, bàn phiếm máy vi tính v.v Tất cả đều là polymer Polymer cũng hiện diện trong các áp dụng cho công nghệ xây cất hoặc công nghệ cao, những địa hạt đòi hỏi vật liệu nhẹ có độ bền và

độ dai cao hoặc làm chất nền cho các composite tiên tiến

(advanced composite) để làm thân tàu thủy và máy bay

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

1 Khái niệm polimer

MỤC LỤC

III GIỚI THIỆU VỀ POPLIMER THIÊN NHIÊN

1 Tính chất cơ lý

2 Ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất polimer

3 Phân loại polimer thiên nhiên

a Xenlulozo

b Tơ

c Cao su thiên nhiên

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAO SU THIÊN NHIÊN

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

I Khái niệm về polimer

Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng

cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích

cơ bản Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi là monome

TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

2 Tính chất của polimer

2.1 Tính chất vật lý:

Hầu hết polimer là chất rắn, không bay hơi, không có

nhiệt độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung môi hữu cơ Đa số polimer có tính dẻo, một số polimer có tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi

2.2 Tính chất hóa học

2.2.1 Phản ứng giữ nguyên mạch polimer

- Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH:

2.2.2 Phản ứng phân cắt mạch polimer

- Phản ứng thủy phân polieste

2.32 Phản ứng khâu mạch polimer

TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

II PHÂN LOẠI

1 Theo nguồn gốc:

2 Theo cách tổng hợp: 

TỔNG QUAN GIỚI THIỆU VỀ POLIMER

3 Theo cấu trúc:

3.1 Các dạng cấu trúc mạch polimer

- Mạch không phân nhánh Ví dụ: polietilen, amilozơ…

- Mạch phân nhánh Ví dụ: amilopectin, glicogen

- Mạch mạng lưới Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

3.2 Cấu tạo điều hòa và không điều hòa

- Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật

tự nhất định (chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi)

- Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo trật tự nhất định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối đầu, chỗ thì đầu nối với đuôi)

- Một số polimer có độ bền hóa học rất cao

- Độ cách điện rất cao (đối với polimer không phân cực)

- Có tính chất quang học: một số polimer có độ trong suốt rất cao như PMMA (thủy tinh hữu cơ) được dùng làm các dụng cụ quang học, kính máy bay

- Một số polimer có khả năng bám dính rất tốt với nhiều loại vật liệu khác nhau (ví dụ: Epoxy) nên được sử dụng lám keo dán, sơn

- Một số polimer có độ ma sát lớn, ít bị ăn mòn (như cao su lưu

hóa) Một số khác lại ít bị ma sát như poli tetraflo ethylen nên được ứng dụng để làm bạc trong các ổ trục không thể dùng bi.

- Một số polimer có tính đàn hồi lớn (cao su)

- Độ bền nhiệt không cao Phần lớn được sử dụng ở nhiệt độ từ 0 đến 1400C.

- Cách nhiệt, cách âm (vật liệu polimer xốp)

2 Ảnh hưởng của cấu trúc đến tính chất polimer

- Kích thước và hình dạng siêu phân tử có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý, độ bền của vật liệu polimer

- Khối lượng phân tử: về lý thuyết thì khối lượng phân tử (hay

độ dài phân tử) không ảnh hưởng đến độ mềm dẻo của mạch vì giá trị thềm thế năng không phụ thuộc vào độ dài mạch mà do cấu trúc quyết định Nhưng khi mạch dài hơn thì số lượng hình thái sắp xếp tăng lên do đó cách mạch phân tử cứng vẫn cuộn lại được mà không

ở dạng thẳng

- Mật độ mạng không gian: sự tương tác mạnh giữa các phân tử

sẽ làm giảm độ linh động của các đoạn như ta thấy ở trường hợp các liên kết hydro trong polyamit Các liên kết hóa học bền vững giữa các đại phân tử còn ảnh hưởng mạnh hơn đến độ linh động của các đoạn

- Kích thước nhóm thế: các nhóm thế có kích thước và trọng lượng lớn ở mạch nhánh của phân tử polyme làm cản trở sự quay của mắt xích

3 Phân loại polimer thiên nhiên

3.1 Xenlulozo

Xenlulozơ là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực

vật giúp cho các mô thực vật có độ

bền cơ học và tính đàn

hồi.Xenlulozơ có nhiều trong bông

(khoảng 98% xenlulozơ), trong

loại sợi đay, gai,tre, nứa… trong

gỗ có khoảng 40-50% xenlulozơ

Xenlulozơ là chất rắn, có dạng sợi, màu trắng, không mùi

vị Xenlulozơ không tan trong nước và các chất hữu cơ như ete, rượu, benzen…nhưngtan trong nước Svayde (dung dịch amoniac chứa đồng (II) hiđroxitTương tự tinh bột, xenlulozơ là polisaccarit, cũng gồm nhiều gốc β- glucozo Liên kết với nhau tạo thành mạch kéo dài CTPT: (C6H10O5) nhay [C6H7O2(OH)3]n(Vì mỗi gốc C6H10O5có 3 nhóm-OH tự do có thể tham gia liên kết)

3 Tính chất hóa học

- Phản ứng thủy phân

- Tác dụng với một số tác nhân bazơ

+ Phản ứng với NaOH và CS2 Sản xuất tơ visco :

+ Tác dụng của dung dịch Cu(OH)2 trong amoniac

- Phản ứng với một số axit hoặc anhiđrit axit tạo thành este

Ngoài ra, xenlulozơ còn để sản xuất ancol etylic, tơ nhân tạo ( tơ Visco, tơ axetat)

-Tơ tổng hợp(chế tạo từ polime tổng hợp) như các loại

poliamit (capron),tơ vinylic(nitron)

-Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo):Chế tạo từ các polime thiên nhiên thông qua một số phương trình hóa học VD: tơ visco, xenlulozơ axetat

Tơ hóa học thường có ưu điểm là bền, đẹp, phơi mau khô,

3.3 Cao su thiên nhiên

3.3.1 Khái niệm cao su thiên nhiên và lịch sử phát triển

- Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ mủ (latex) của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis

- Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao

su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n; những

polymer này có mạch cacbon rất dài với hững nhánh ngang tác dụng như cái móc.Các mạch đó xoắn lẫn nhau, móc vào những nhánh ngang mà không đứt khi kéo dãn, mạch cacbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó sinh ra tính đàn hồi

3.3.2 Cấu tạo hóa học

- Về mặt hóa học, cao su

thiên nhiên là polyisopren -

polyme của isopren.

- Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4

- Ngoài đồng phân cis 1,4, trong cao su thiên nhiên còn có

khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4 Có cấu tạo

tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từ polyme của isopren đồng phân trans 1,4

3.3.3 Tính chất vật lý

- Ở nhiệt độ thấp, cao su thiên nhiên có cấu trúc tinh thể Cao su thiên nhiên kết tinh với vận tốc nhanh nhất ở -25°C Cao su thiên nhiên tinh thể nóng chảy ở 40°C

Khối lượng riêng: 913 kg/cm³Nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg): -70°C

Hệ số dãn nở thể tích: 656.10-4 dm³/°CNhiệt dẫn riêng: 0,14 w/m°K

Nhiệt dung riêng: 1,88 kJ/kg°KNửa chu kỳ kết tinh ở -25°C: 2÷4 giờThẩm thấu điện môi @1000Hz/s: 2,4÷2,7Tang của góc tổn thất điện môi: 1,6.10-3Điện trở riêng:

Crếp trắng: 5.1012Crếp hong khói: 3.1012

3.3.4 Tính chất cơ lý

Một số tính chất cơ lý:

- Tỷ trọng

- Tính đàn hồi

- Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Ảnh hưởng của tốc độ kéo giãn

- Độ dư của cao su

- Cao su tự nhiên được lấy từ nhựa của cây cao su

- Cao su tổng hợp được chế ra từ các chất đơn giản

3.3.6 Thành phần mủ cao su

- Cao su: chiếm 30 → 40%.

- Nước: 52 →70%.

- Protein: 2 → 3%

- Acid béo và dẫn xuất: 1 → 2%

- Glucid và heterosid: khoảng 1%.

- Khoáng chất: 0,3 → 0,7%.

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT

CAO SU THIÊN NHIÊN

1.1 Thu hoạch mủ cao su (latex)

Công việc thu hoạch latex mà người ta thường

gọi là “cạo mủ” là rạch cạo một đường trên vỏ thân cây nhằm cắt đứt các mạch latex để cho latex cao su chảy ra Phương pháp thu hoạch được áp dụng cho cây cao su Hevea brasiliensis vì latex của cây này có độ nhớt thấp và do cây có hệ thống latex thuộc loại mạch phân nhánh và tương giao với nhau Cây cao su này lại

có khả năng tái tạo latex nhanh

1.2 Phương pháp cạo mủ:

- Trong quá khứ có nhiều phương pháp cạo mủ, nhưng rút kinh ngiệm người ta chứng minh nếu cạo xuyên từ trái sang phải sẽ cắt được nhiều mạh latex hơn, do đó năng suất sẽ tăng lên Một cách tổng quát, ngày nay người ta dùng phương pháp cạo mủ như sau: Cạo theo đường xoắn ốc nửa chu vi (cạo nửa vòng) 1-2 ngày một lần, tức là mỗi năm cạo

150 lần đến 160 lần; cạo xoắn ốc nguyên chu vi thân cây (cạo nguyên vòng) 3-4 ngày một lần tức là mỗi năm cạo khoảng 75 đến 90 lần.

2 Sơ chế

2.1 Mục đích

- Là bước đầu tiên của quá trình phối trộn

- Biến Cao su từ dạng đàn hồi cao đến trạng thái dẻo tương đối

- Giảm sức căng bề mặt của cao su sống,giúp cao su có khả năng phối trộn với các chất phụ gia

- Độ dẻo quá cao cường lực độ kéo giãn, độ cứng, độ kháng mòn giảm, độ biến hình khi đứt tăng lên Sản phẩm dễ bị bọt khí, rỗ

mặt…

- Cần thiết cho cao su thiên nhiên (độ dẻo không đồng đều) hay cao su phối trộn

2.2 Nguyên lý

Sau khi qua sơ chế, dưới tác động của sự cắt xé cơ học, các

phân tử carbon hydro sẽ cắt ngắn, các hạt cao su lớn vỡ ra độ dẻo

tăng chúng trở thành hệ keo sẵn sàng ngấm chất độn và phụ gia

Ảnh hưởng đến tính năng cơ học ( tính kháng mòn, độ bắt dính, …)

- Chất hóa dẻo: cắt ngắn các phân tử cao su (phenyl hydrazin,

mercaptan…)

- Chất họat tính bề mặt: diphenyl, thiazone disulfide

2.4 Các phương pháp cô đặc nguyên liệu cao su thiên nhiên

2.4.1 Phương pháp lắng

- Do sự khác biệt về khối lượng riêng của phần khô (cao su) va

serum nên có thể áp dụng hiện tượng lắng tách tự nhiên pha cao su, tuy nhiên quá trình này xảy ra chậm

+ Giảm lực hấp thụ giữa lớp vỏ của hạt latex và nước trong serum

+ Làm tăng khối lượng riêng pha serum nhằm tăng khác nhau về khối lượng riêng

+ Không gây hiện tượng keo tụ trong quá trình phối trộn

• Không tiêu tốn năng lượng

- Nhược điểm: Năng suất thấp, thời gian cô đặc kéo dài

2.4.2 Phương pháp bay hơi tự nhiên

- Phương pháp này được dùng rộng rãi ở cơ sở sản xuất nhỏ

- Để chống hiện tượng keo tụ do amoniac bị bay hơi, người ta

thường cho vào dung dịch NaOH 5% và muối natri của axit béo để làm chất nhủ hóa (có tác dụng ổn định nhủ tương)

- Ưu điểm: Không tiêu tốn năng lượng, dễ tiến hành

- Nhược điểm:

+Phương pháp này thủ công đòi hỏi thiết bị cồng kềnh, nhà

rộng thoáng mát

+ Mủ thu được có ham lượng polymer không cao

+Chứa hầu hết các chất tan trong nước

+ Năng suất thấp thời gian cô đặc kéo dài

3 Quá trình sơ luyện và hỗn luyện cao su thiên nhiên

3.1 Quá trình sơ luyện

- Biến dạng đàn hồi là một trong những tính chất quý báu của cao

su Nhưng trong quá trình gia công và chế biến cao su nó gây ra những ảnh hưởng xấu đến quá trình gia công cao su ra sản phẩm, làm cho sản phẩm không có kích thước hình dáng như ý muốn do sự phục hồi biến dạng

- Một trong những tính chất công nghệ quan trọng và cần thiết cho quá trình gia công là độ dẻo của hỗn hợp cao su tức là khả

năng biến dạng của hỗn hợp cao su dưới tác dụng của lực cơ học

- Độ dẻo cao su tăng khi tác dụng lên nó một lực cơ học khuấy trộn hoặc nhiệt

- Qúa trình công nghệ trong nó dưới tác dụng của lực cơ học và các hiện tượng hóa học khác xảy ra đồng thời độ nhớt và biến

dạng hồi phục đàn hồi của cao su giảm được gọi là quá trình sơ luyện cao su

- Qúa trình sơ luyện cao su là quá trình gia công cơ học nhằm tăng độ dẻo của cao su vì vậy sơ luyện cao su có thể tiến hành trên máy cán 2 trục, máy luyện kín và máy trục vít

- Máy cán 4 trục: Cao su đồng đều hơn, thời gian ngắn hơn,

giảm công lao động …

3.2 Quá trình hỗn luyện

- Hỗn hợp cao su là một hệ thống nhiều cấu tử mà thành phần của

nó gồm cao su,các chất phối hợp có cấu tạo hóa học khác nhau và

trạng thái vật lý rất khác nhau: lỏng ,rắn,bột, bột nhão……

- Để có một hỗn hợp cao su tốt các chất này phải phân bố đồng

đều vào khối cao su tạo hỗn hợp đồng nhất

- Sự phân bố đồng đều vào cao su mềm cao chỉ có thể thực hiện

được bằng các quy trình khuấy trộn cơ học – hỗn luyện

- Khuấy trộn đơn giản có thể xem như một quá trình mà trong kết của nó chỉ có sự thay đổi vị trí ban đầu các cấu tử trong thể tích khuấy trộn,trạng thái vật lý của các cấu tử không thay đổ nhưng entropy của

hệ thống tăng

- Các cấu tử được đưa vào hỗn luyện với cao su hầu hết ở dạng

bột,đặc biệt là than hoạt tính kỹ thuật tồn tại ở 2 dạng cấu trúc: cấu trúc bậc 1 và cấu trúc bậc 2 với kích thước lớn hơn kích thước phân tử rất nhiều vì vậy trong quá trình hỗn luyện dưới ảnh hưởng của ứng

suất trược trong cao su còn xảy qua quá trình nghiền câc cấu tử

Xử lí hóa chất tại bồn tiếp liệu

Kiểm tra chất lượngmủ

Mủ dược bơm lên bồn vật liệu

Mủ được chứa tại các bồn tồn trữ

Quá trình phả mủ

Quá trình cán tờ và băm tinh

Quá trình cân và ép bánh mủ

Quy trình kiểm tra chất lượng mủ

Quá trình xử lí hóa chất trước khi đánh đông

Quá trình đánh đông

4.2 Quy trình sản xuất mủ khối

THIẾT BỊ

1 Thiết bị sơ chế

- Thiết bị dùng tiếp nhận và làmđồng đều mủ nước: 10 m3 50 m3,

có hệ thống nước

- Thiết bị đánh đông mủ nước

- Thiết bị cán ép tạo tờ: máy cán, cán kéo, cán crepe

- Thiết bị băm thô: băm thô, băm búa, băm dao, máy cán ép trục vít

- Thiết bị tạo cốm hoặc bún: máy ép bún, cán băm liên hợp, cắt xé

- Thiết bị dùng để sản xuất mủ tờ: cán trơn, cán vân, cán nhiều trục, cưa lạng…

- Thiết bị xông sấy: nhà xông sấy, lò xông sấy, thiết bị ép…

- Hệ thống chuyển tải: băng tải, bơm hút, dàn rung…

- Hệ thống điện + nước sạch +

các thiết bị phụ trợ…

- Máy cán kéo (crusher): Chức

năng: dùng trong dây chuyền

sơ chế đánh đông bằng mương

dài để kéo dải mủ dài tính liên

tục cho tòan bộ dây chuyền chế

biến, đồng thơi ép một lượng

Hình 11: Máy cán cao su Hình 12: Máy cán cao su 2 trục

- Máy cán cao su

Chức năng : Lọai bỏ chất bẩn và giảm bề dày tờ mủ; xé, nhào trộn tờ mủ ép bớt serum thuận lợi cho công đọan sấy

- Máy băm dao

Chức năng: tạo ra các hạt cốm đều, nhỏ, bề mặt láng, phù hợp với các công đọan sau (xông sấy ) Máy được sử dụng ở giai đọan đầu của dây chuyền mủ tạp và tạo hạt cuối của dây chuyền mủ nước và mủ tạp

Hình 13: Máy bâm thô Hình 14: Máy bâm búa

Hình 7: Băng tải cao su Hình 8: sàng rung- phiểu chia phế liệu

Hình 9: Bơm thổi rửa

- Cán băm liên hợp

+ Chức năng: Cán lại lần cuối và băm tờ mủ để tạo ra hạt cốm theo yêu cầu Hạt cốm thô, xé tốt làm thuận lợi cho quá trình sấy Rửa tốt bề mặt mủ

+ Dùng trong dây chuyền mủ nước và mủ tạp

Băm thô 2 trục vít

+ Chức năng: Giảm kích thước của khối mủ đông, giảm nước,giảm bẩn

+ Có 2 trục cuốn quanh ngược nằm cạnh nhau trong

buồng có miệng và đẩy cao su đến 1 cái đĩa có định có đục những lỗ Cao su đi qua đĩa sẽ được cắt bởi một lưỡi dao lắp

ở mặt của đĩa quay

- Máy ép bún

Chức năng: sử dụng trước công đọan sấy, làm giảm kích thước của Cao su, tách serum, lọai bớt bẩn bề mặt