Vật liệu Polypropylene

Sự phát triển của các công nghệ trong ngành dầu khí kéo theo một lượng lớn sản phẩm hóa dầu được tạo ra.. Sản xuất chất dẻo là một trong những quá trình tận dụng nguồn nguyên liệu từ hóa

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi chúng ta là một trong những thành viên của tổ chức thương mại thế giới WTO thì nên công nghiệp có nhiều cơ hội để phát triển Nghành công nghiệp hoá dầu được ưa tiên phát triển hàng đầu Như chúng ta đã biết Việt Nam

là nước có tiềm năng dầu mỏ khá lớn Sự phát triển của các công nghệ trong ngành dầu khí kéo theo một lượng lớn sản phẩm hóa dầu được tạo ra Quá trình tổng hợp chúng thành những sản phẩm có giá trị kinh tế đã phát triển và có quy mô rộng lớn Sản xuất chất dẻo là một trong những quá trình tận dụng nguồn nguyên liệu từ hóa hóa dầu để tạo ra các sản phẩm có nhiều ứng dụng quan trọng trong hoạt động sản xuất và tiêu dùng Yêu cầu đặt ra cho các nhà hóa học là tạo ra nhiều hơn các loại chất dẻo chất lượng tốt và đáp ứng được yêu cầu khắt khe về môi trường Polypropylene cũng là một trong những polymer được sử dụng rộng rãi trên thế giới vì tính ứng dụng cao giá thành nguyên liệu chi phí sản xuất thấp và vì các đặc tính tốt được ưa chuộng của nó Đồng thời trong tình hình các nguồn năng lượng

và nguyên liệu thiên nhiên ngày càng cạn kiệt như hiện nay việc tận thu tất cả các sản phẩm đồng hành của quá trình lọc dầu chế biến xử lý dầu khí là hết sức cần thiết Propylene là sản phẩm phụ của nhà máy lọc dầu Sử dụng propylene làm nguyên liệu chính cho quá trình tổng hợp polypropylene là công nghệ đã phát triển trên thế giới Hiện nay, việt nam có nhiều dự án nhà máy lọc dầu đang được triển khai hứa hẹn sẽ là nguồn cung cấp propylene dồi dào cho nghành công nghiệp nhựa polymer Và ở Việt Nam cũng đã có nhà máy sản xuất polypropylene tại khu công nghiệp Dung Quất-Quảng Ngãi Với các đặc tính tốt của polypropylene, loại chất dẻo này đã tạo ra hàng triệu sản phẩm sử dụng trong các ngành công nghiệp lớn và trong cả đời sống hàng ngày Vì vậy bài báo cáo của chúng em trình bày về công nghệ sản xuất polypropylene và các tính chất cơ bản cũng như ứng dụng của

nó trong công nghiệp và trong đời sống

I. TÌM HIỂU CHUNG VỀ POLYPROPYLEN.

1. Lịch sử ra đời và phát triển của nhựa Polypropylene.

Polypropylen được phát hiện đầu tiên vào năm 1954 bởi một nhà hóa học người Đức tên là Karl Rehn và nhà hóa học người Ý tên Giulio Natta

Polypropylen được đưa ra thị trưường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi công ty Montecatini, Italia

Công nghệ sản xuất dựa trên quá trình polymer hóa "dung dịch bùn" xảy ra ở nhiệt

độ 55- 60°C, áp suất 1MPa với sự có mặt của xúc tác Ziegler – Natta thế hệ đầu Vào những năm thâp niên 60 hàng loạt công ty đã cải tiến công nghệ sản xuất PP dựa trên công nghệ Montecatini với các xúc tác Ziegler – Natta thế hệ cao hơn

2. Đặc tính của Polypropylene.

Tính bền cơ học cao, khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ

Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ

Chịu được nhiệt độ cao hơn 1000C.Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí bao bì PP 1400C cao hơn so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường ít dùng PP làm lớp trong cùng

Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác

Polypropylene là một chất không màu, không mùi, không vị, không độc, khi cháy cho ngọn lửa màu xanh, có mùi giống cháy của cao

3. Cấu trúc lập thể của Polypropylene.

Polypropylene có tên danh pháp IUPAC là:

Poly(1-methylethylene)

Công thức phân tử :

CH

3

n

Polypropylene được chia làm ba loại câu trúc lập thể :

• Isotactic Polypropylene

Các nhóm –CH3 nằm về cũng một phía của mặt phẳng trong cấu trúc đồng phân quang học, dạng tinh thể, không tan trong hexan sôi vào có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng 1650C

• Atactic Polypropylene

Các nhóm -CH3 sắp xếp ngẫu nhiên không tuân theo một quy luât nào, dạng vô định hình và có tính kết dính tốt

• Syndiotactic Polypropylene

Các nhóm –CH3 sắp xếp luân phiên trật tự theo hai nữa mặt phẳng

Ngoài ra, nếu sự dụng metanllocene thì người ta còn có thể tổng hợp polymer khối chứa đồng thời cả Isotactic và Atactic trong mạch sau

Hình 2 Cấu trúc của polypropylene khối

4. Tính chất của Polypropylene.

o Tính chất vật lý

o Điểm nóng chảy của polypropylene xảy ra ở một phạm vi Isotactic PP Hoàn hảo có điểm nóng chảy 171°C (340°F) Isotactic PP Thương mại có điểm nóng chảy khoảng 160-166°C (320-331°F), tùy thuộc vào thanh phần chất liệu và sự kết tinh Syndiotactic PP kết tinh 30% có điểm nóng chảy 130°C (266°F)

o Tốc độ dòng chảy (MFR) hoặc chảy chỉ số dòng chảy (MFI) là thước đo trọng lượng phân tử của polypropylene => Polypropylene với MFR cao sẽ điền vào khuôn nhựa dễ dàng hơn trong quá trình phun hoặc thổi vào khuôn đúc trong quá trình sản xuất

o Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy xuống 1200C PP bắt đầ kết tinh => Nhiệt

độ kết tinh cao

o Tính chịu nhiệt bị ảnh hưởng bởi tính tạp chất và các kim loại như Cu, Mn hoặc hợp kim chưa ion đó

o Polypropylene chịu suy thoái dây chuyền từ việc tiếp xúc với nhiệt và tia cực tím bức xạ trong ánh sáng mặt trời

o Tính chất cơ học

o Polypropylene có độ cứng cao – Do mỗi mắt xích có một nhóm -CH3 so với PE nên tính bền cơ độ bền nhiệt cao hơn PE, nhưng tính chịu lạnh thấp, dể bị oxi hoá

o Trọng lượng phân tử vào khoảng 80.000- 200.000

o Độ bền, độ cứng,độ chịu va đập phụ thuộc vào dạng Polypropylene, PP dạng tinh thể có độ bền cao, dạng vô định hình có độ bền thấp

o Tính bám dính kém

o Tính chất hoá học.

o Nhiệt độ thường PP không tan trong dung môi hữu cơ và hầu như không hút ẩm, độ hút ẩm <0.01%

o Hidro liên kết với Cacbon bậc 3 nên rất linh động dể bị oxi hoá

o Độ bền của Polypropylene phụ thuộc vào chất ổn định thêm vào trong quá trình sản xuất

II. Nguyên liệu và trùng hợp Polypropylene

1. Nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất

Polypropylene là propylene được lấy từ

nghành lọc dầu hoặc bằng phương pháp tách Hydrogen khỏi Propane, chuyển hoá từ metanol, Acetylene…

Khối lượng phân tử 42.08 g/mol

Trạng thái xuất hiện Khí không màu

Khả năng hoà tan trong nước 0.61 g/m3

Độ nhớt 8.34µPa.s ở điều kiện 16.70C Nhiệt độ nóng chảy -185,50C

Cấu trúc

Bảng 1 Thông số vật lí của polypropylene.

2. Chất xúc tác.

Có hai loại xúc tác chính:

 Xúc tác metallocene: Dùng cho sản xuất Syndiotactic Polypropylen

Họ sử dụng cầu nối phức bis-metallocene của các loại cầu (CP1) (CP2) ZrCl2 nơi các phối tử Cp đầu tiên là nhóm xiclopentadienyl, Cp phối tử thứ hai là nhóm fluorenyl, và là cầu nối giữa hai Cp ligand là-CH2-CH2-,> SiMe2, hoặc> SiPh2

Những phức hợp được chuyển đổi thành chất xúc tác trùng bằng cách kích hoạt chúng với một cocatalyst organoaluminum đặc biệt, methylaluminoxane (MAO)

 Xúc tác Ziegler-Natta

Xúc tác sử dụng cho quá trình trùng hợp là một hợp chất rắn được cấu thành từ muối clorua của kim loại chuyển tiếp chủ yếu là Titan và hợp chất cơ kim của kim loại nhóm I-III chủ yếu là ankylaluminium

Chất xúc tác được phát minh bởi hai nhà hoá học Karl Ziegler và Guilo Natta năm 1950 nên gọi tên là xúc tác Ziegler-Natta

Xúc tác Ziegler-Natta qua các thế hệ

Thế

1 TiCl3.0.33AlCl3-AlEt2Cl 90-94 0.8-1.2 Khử tro và

loại bỏ atactic

3 TiCl4/MgCl2/ester/AlR3/ester 90-95 5-10 Loại atactic

4 TiCl4/MgCl2/ester/AlEt3/silain 95-99 10-15 Không cần

5 TiCl4/MgCl2/Dieter/AlEt3 95-99 20-35 Không cần

Thế hệ 1: Ứng dụng vào những năm 1960, hiệu suất thấp, phải loại atactic và khử tro, loại bỏ xúc tác

Thế hệ 2: Áp dụng vào những năm 1965- 1982, hiệu suất tăng lên 4 lần, ly trích được atactic, tính lập thể có tính chọn lọc cao

Thế hệ 3 : Ứng dụng vào những năm 1975, hiệu suất xúc tác cao từ 5-10 lần, nhưng tính chon lọc lập thể thấp nên phải ly trích atactic polypropylene

Thế hệ 4.5 : Ứng dụng năm 1980 bởi công ty Mitsui Với những tính chất ưu việt, hiệu suất cao, không cần loại bỏ atactic và khử tro

Chất xúc tác dùng trong công nghiệp sản xuất polymer được cấu tạo từ hai hợp phần chính

• Chất xúc tác của kim loại chuyển tiếp nhóm IV và nhóm VIII như TiCln , VCln VOCl, ZrCl4 ……

• Chất trợ xúc tác như Hydrid, ankyl, aryl của nguyên tố nhóm I và VI như: Al(C2H5)3, C4H9Li , (C2H5)2Zn …

Hiện nay chúng ta đang sự dụng chất xúc tác Ziegler-Natta thế hệ thứ 4 với chất xúc tác là TiCl4 và chất trợ xúc là Al(C2H5)3 chúng được phân tán trong dầu

và mỡ nhờn giúp tăng hiệu suất và có độ chọn lọc cao

Chúng ta có thể thay đổi thành phần chất xúc tác trong công nghệ để sản xuất polymer có cấu trúc khác nhau

Ngày nay người ta sự dụng hydrogen để tắt mạch tạo các sản phẩm có độ phân

bố hẹp, trong phản ứng polymer tạo PP thì hydrogen giúp định hướng nhóm CH3 tạo sản phẩm có thành phần lập thể mong muốn

3. Lý thuyết trùng hợp Polypropylene

Al(C2H5)3 đóng vai trò là một chất nhận điện tử trong khi TiCl4 là một kim loại chuyển tiếp dể dàng cho điện tử tạo liên kết phối trí

III. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE HIỆN NAY

1. Công nghệ pha lỏng.

 Công nghệ SPHERIPOL

Đặc điểm:

Công nghệ SPERIPOL là công nghệ có thể sản xuất rất nhiều chủng loại sản phẩm nhờ lò phản ứng đa chức năng

Nguyên liệu propylene đưa vào dưới dạng lỏng được polimer hoá trong ống phản ứng dạng vòng

Chu trình tạo ra hàm lượng chất rắn cao không cần loại bỏ bã xúc tác và polimer vô định hình và giải phóng nhiệt tốt do tuần hoàn nước trong hệ thống cũng như không chế nhiệt tốt không xuất hiện điểm nóng Polymer tạo thành chảy thành dòng ra khỏi lò phản ứng, đến một thiết bị gia nhiệt và bị khử khí cấp 1

Tại tháp khử khí Propylene không tham gia phản ứng được thu hồi ngưng tụ

và cho trở lại tháp phản ứng

Công nghệ SPHERIPOL gồm các khu vực sau

 Khu vực đo lường và chuẩn bị xúc tác rắn, đồng xúc tác

 Khu vực hoạt hoá xúc tác

 Khu vực polymer hoá

 Khu vưc khử khí và xử lí bằng hơi nước

 Khu vực đồng trùng hợp dị pha Khử khí và sục Etylen

 Khu vực làm khô và thu hồi propylene

 Khu vực trộn phụ gia và đùn ép

 Hiệu suất polymer thu được là 40.000 – 60.000 Kg/1kg chất xúc tác Công nghệ SHERIPOL hiện đang dẫn đầu trong nghành sản xuất nhựa và chiếm 50% tổng công suất polypropylene trên toàn thế giới

 Chu trình công nghệ HYPOL-II

Công nghệ Hypol II tạo ra các mạch Polypropylene có tính đẳng hướng cũng như tỷ lệ kết tinh cao hơn các công nghệ phổ biến trên thế giới hiện nay (Hypol II cho ra polypropylene có II = 98%) Chỉ số Isostaticity cao này làm cho hạt nhựa

PP có độ cứng, độ bền, độ chịu va đập và độ trong suốt cao

Công nghệ Hypol II sử dụng chất xúc tác có hiệu suất phản ứng rất cao làm giảm tối đa hàm lượng tro, tạp chất sinh ra trong quá trình phản ứng Điều này làm cho hạt nhựa có độ trong suốt, độ nguyên chất rất cao

Công nghệ HYPOL-II gồm các khu vực chính:

 Khu vực chuẩn bị nguyên liệu

 Khu vực polymer hoá

 Khử khí và thu hồi Propylene

 Khu vực xử lí bằng hơi nước và sấy khô polymer

Hình 2 Sơ đồ sản xuất polypropylene bằng công nghệ HYPOL-II

Hiện tại trên thế giới có khoảng 25 nước đang sử dụng Công nghệ HYPOL-II, tại đông nam á hiện có 5 nhà máy hoạt đông dựa trên công nghệ này trong đó có việt nam

2. Công nghệ pha khí

 Chu trình công nghệ UNIPOL

Là chu trình sử dụng pha khí tầng sôi sử dụng xúc tác Metallocene tạo

ra các sản phẩm có tính chất khác nhau về điểm mềm nóng chảy hay độ rắn

Tuy nhiên công nghệ này không thực sự thích hợp cho các nhà sản xuất polypropylene khi muốn thay đổi nhanh linh hoạt các loại sản phẩm trong dây truyền của mình

IV. PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG

1. Phương pháp ép phun

Cấu tạo của máy éo phun:

 Phiễu nạp liệu

 Xylanh nhiên liệu

 Trục vít có chức năng nhựa hoá và tạo áp

suất đẩy nhiên liệu vào vùng toạ hình của khuôn

 Đầu trục vít

 Đầu phun

 Bộ phận truyền động

Nguyên lí vận hành:

-Nguyên liệu được cấp vào máy ép phun theo chu kỳ Nguyên liệu sau khi đã hóa dẻo được phun vào trong khuôn ( đã được kẹp chặt ), hình dạng của khuôn sẽ tạo ra hình dạng của sản phẩm Sau khi được định hình và làm nguội trong

khuôn,hành trình mở khuôn được thực hiện để lấy sản phẩm

- Đặc điểm của công nghệ ép phun là quá trình sản xuất diễn ra theo chu kỳ

- Thời gian chu kỳ phụ thuộc vào trọng lượng của sản phẩm, nhiệt độ của nước làm nguội khuôn và hiệu quả hệ thống làm nguội khuôn Ép phun sản phẩm Định hình sản phẩm Kéo sản phẩm Kiểm tra chất lượng Nhập kho Xử lý phế liệu 9

- Chất lượng và năng suất của sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng máy ép

phun,chất lượng của khuôn mẫu

2. Phương pháp đùn

Cấu tạo của máy đùn:

 A Trục vít B Thân máy đùn

 C Thiết bị gia nhiệt D Đầu đo nhiệt

 E Họng cấp Liệu F Phiễu cấp liệu

 H Giảm tốc độ bằng bánh răng

 I Motor K Vùng nén

 J Vùng nhiên liệu L Vùng đậy

Nguyên lí vận hành :

Do có nguồn nhiệt cung cấp làm nóng chảy vật liệu và nhờ chuyển động của trục vít tăng khả năng trộn đồng đều giữa phụ gia và nhựa

Đưa vật liệu vào tới giới hạn gia công

Vùng phối liệu nhiệt độ rất phức tạp độ nhớt của vật liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc.Trục vít có thêm các cánh phụ thì dòng chảy của nhựa trong xy lanh rất phức tạp nhưng có khả năng trộn rất cao ngày nay đã có loại máy đùn ở cuối trục vít có cánh phụ hoặc kết cấu răng để tăng khả năng làm đồng đều vật liệu Mức độ hình thành áp lực trong xy lanh tuỳ thuộc vào cấu trúc của trục vít bước vít và việc tính toán chiều sâu rãnh vít

Ngoài ra áp lực trong xy lanh còn phụ thuộc vào độ lớn của momen quay mức độ của dòng chảy khe hở giữa trục vít và xy lanh sức cản của dòng chảy.Trên máy đùn trục vít thường có lắp đặt đồng hồ đo áp suất nhựa nóng chảy trong xy lanh từ đó có thể theo dõi được áp suất trong máy đùn đồng thời

có thể điều chỉnh áp suất kịp thời

V. ỨNG DỤNG

 Loại thông thường dùng để sản xuất các loại vật dụng như bao nilong hay bao đóng gói…

 Loại trùng hợp khối dùng để suất các loại sản phẩm chất lượng cao các chi tiết công nghệ hay vỏ acquy …

 Loại đặc biệt dùng để sản xuất các chi tiết công nghiệp , chi tiết trong các thiết bị oto xe máy, hộp thực phẩm…

 Loại trong nhiều pha vô định hình dùng sản xuất thiết bị bao bì y tế , bao

bì thực phẩm, xylanh tiêm CD, DVD các thiết bị có độ bóng bề mặt cao…

Sự phát triển

• Nhựa polypropylene chiếm tỉ trọng lớn và ngày càng tăng trong tương lai

Bảng số liệu tỉ phần nhựa sản suất năm 2010.

• Hiện đại hoá nghành, không ngừng nâng cao sản xuất, tăng cường hợp tác với các công ty trong và ngoài nước

• Hướng tới xuất khẩu và giảm nguyên liệu đầu vào

Kết luận: Trên đây là những kiến thức tóm gọn về “ Vật liệu Polypropylene” mà

em tìm hiểu được Bài làm không tránh khỏi sai sót, mong cô và các bạn góp ý sửa lỗi cho bài báo cáo của em Em xin trân thành cảm ơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. http://khotailieu.com/luan-van-do-an-bao-cao/ky-thuat-cong-nghe/cong-

nghe-hoa-hoc/cong-nghe-san-xuat-polypropylen-mo-phong-dong-qua-trinh-bang-phan-mem-hysys.html#act=auth.

2. http://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/17950/36_PhamTruon

gDu_DC1101.pdf?sequence=1.

3. http://article.sapub.org/10.5923.j.ajps.20160601.01.html

4. http://www.sersc.org/journals/IJAST/vol59/2.pdf

5.

http://cnczone.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-dun-nhua_n58113_g840.aspx