Poly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

Poly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNPoly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNPoly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNPoly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHNPoly acrylonitrile Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

MỤC LỤC Trang Chương I: Tổng quan Polyacrylonitrile………………………………… 1.1 Sơ lược polyacrylonitrile (PAN)………………………………………2 1.2 Tính chất vật lý………………………………………………………… 1.3.Tính chất hóa học………………………………………………………….3 1.4 Ứng dụng………………………………………………………………… 1.5 Nguyên liệu sản xuất PAN……………………………………………… 1.5.1 Gới thiệu chung……………………………………………………….4 1.5.2 phương pháp sản xuất acrilonitryl…………………………………… Chương 2: Các phương pháp sản xuất………………………………………10 I Sơ nhân tạo ……………………………………………………………… 10 I.1 Các hệ thống sử lý …………………………………………………… 10 II Sản xuất PAN… ………………………………………………………….14 1.1 Trùng hợp………………………………………………………………16 1.2 Hòa tan ……………………………………………………………… 17 1.3 Tạo sợi……………………………………………………………… 19 1.4 Quá trình xử lý sợi…………………………………………………… 20 1.5 Lựa chọn công nghệ .21 Kết luận……………………………………………………………………… 22 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 23 Mở Đầu Khi nghiên cứu thành phần hóa học, cấu tạo phân tử người ta nhận thấy số nhóm chất tạo nên nhóm giống nhau, liên kết với liên kết hóa học tạo thành phân tử lớn, gọi hợp chất đại phân tử hay hợp chất cao phân tử Ở thời kì đầu, nghiên cứu hóa học hợp chất cao phân tử phần lớn nghiên cứu cấu tạo, tính chất khả ứng dụng polime thiên nhiên Bước nghiên cứu tổng hợp polime thay polime thiên nhiên sở nguồn nguyên liệu dễ kiếm Từ đó, hàng loạt ngành công nghiệp sản xuất cao su, tơ sợi tổng hợp, chất dẻo, sơn phủ loại,… đời Nhờ tính chất lí đặc trưng hợp chất cao phân tử trở thành vật liệu kết cấu thay ứng dụng nhiều lĩnh vực khác công nghệ hoạt động người Polyacrylonitrile(PAN) loại vật liệu số đó, PAN sản xuất nhiều nước giới thời điểm chưa sản xuất Việt Nam Ngay PAN không hữu dụng trước, việc tìm hiểu công nghệ sản xuất PAN cho ta biết PAN sản xuất vật liệu phổ biến khứ Chương 1: Tổng Quan Về Polyacrylonitrile 1.1 Sơ lược polyacrylonitrile (PAN) [4;5] Công thức phân tử: (-CH2-CHCN)n Công dụng: sợi, tiền chất cho sợi carbon Monomer: acrylonitrile Trùng hợp: gốc tự chuỗi trùng hợp Tỷ khối: 1.184 g.cm−3 Nhiệt độ nóng chảy: 319 oC Hình 1: Công thức cấu tạo PAN [8] Được tổng hợp từ năm 1893 hữu dụng đời sống kỹ thuật nhựa tạo từ acrilonitryl có số nhược điểm sau: + Khó hòa tan dung môi thông thường + Nhiệt độ phân hủy bé nhiệt độ chảy mềm Nguyên nhân tương tác đại phân tử polime chặt chẽ có mặt nhóm -CN tạo liên kết N H Qua thời gian dài nghiên cứu để tìm dung môi hòa tan năm 1942, lúc Mỹ Đức phát loại dung môi cho PAN dimetylformamit Ngày đimetylformamit (viết tắt DMF) trở thành dung môi vạn năng, quan trọng dùng nhiều ngành khác công nghiệp hóa chất, không riêng cho sợi PAN Dung môi sản xuất từ rượu mêtylic, oxyt cacbon amoniac Cho tới người ta phát số lớn dung môi hữu vô hòa tan PAN, nhìn chung chúng chất phân cực mạnh có khả làm giảm lượng liên kết mạch đại phân tử polyme ví dụ: etylencacbonnat, đimetylaxetamit, đimetylsunfon, dung dịch canxiclorua kẽm clorua nước đặc biệt đimetylformamit Việc tìm dimetylformamit xem bước ngoặc công nghiệp sợi poliarylonitryl Hàng loạt nhà máy sản xuất sợi PAN đời nước Mỹ, Liên Xô, CHDC Đức, CHLB Đức, Thụy Sĩ, Bỉ, Nhật Bản Sợi PAN có tên thương mại khác nitron (Liên Xô), orion, chemtral (Mỹ), redon, dralon, pan (CHLB Đức), tacryl (Thụy Sĩ) * Sản xuất hàng năm PAN [9] Thế giới 5,9 triệu Châu Âu 1,8 triệu Mỹ 1,2 triệu * Co-polymers [9] - Polyme hóa với Styren polybutadien để sản xuất nhựa ABS ABS bền nhẹ, sử dụng để làm cho phận thể ô tô, ABS làm cho xe ô tô nhẹ hơn, họ sử dụng nhiên liệu hơn, gây ô nhiễm ABS nhựa polystyrene bền nhóm nitril acrylonitril phân cực: Do có hút mạnh phân tử làm cho ABS bền Và cao su polybutadiene làm cho ABS cứng polystyrene ABS bền dẻo dai Bền với axít, chịu nhiệt độ cao, nên sử dụng khí - Ngoài ra, đồng trùng hợp acrylonitril metylacrylat - Hay đồng trùng acrylonitril vinylclorua - Sản xuất tạo sợi chống cháy dùng cứu hỏa 1.2 Tính chất vật lý Trọng lượng phân tử từ 20.000-30.000 đvC tùy thuộc vào điều kiện trùng hợp Trọng lượng phân tử trung bình xác định theo phương trình: [ m ] = 1,75 10-3 M0.66 a Độ bền nhiệt Sợi acrilic sợi nhiệt dẻo tương đối bền nhiệt Khi đốt nóng 1500C ngày độ bền không giảm sút Tăng nhiệt độ lên 160-1650C xơ bắt đầu bị vàng, đốt nóng 2000C với thời gian 60 trở nên đen nhánh than độ bền học không thay đổi Nó bị nung nóng đỏ lên lửa đèn khí Khi đung nóng 220 0C sợi bắt đầu bị mềm phân hủy * Độ mềm: Do có nhóm -CN phân cực lớn nên PAN cứng đun nóng không qua trạng thái mềm cao * Nhiệt độ hoá thủy tinh: - Khó xác định nhiệt độ hoá thủy tinh PAN lớn nhiệt độ mà bắt đầu có chuyển hoá nhiệt polime - Nhờ mở rộng giới hạn Tc polime cách tiến hành hoá dẻo polime đimetylformamit xác định Tc = 1300C b Độ bền ánh sáng Sợi PAN có độ bền cao với ánh sáng khí tiêu vượt tất loại sợi hoá học sợi thiên nhiên Ngoài bền với vi sinh vật nấm mốc c Độ bền xạ Đây tính chất đặc trưng sợi PAN khả chịu xạ hạt nhân Đặt lò phản ứng hạt nhân 26 độ bền giảm không 25% 1.3 Tính chất hóa học Sợi PAN có độ bền hoá học cao, bền với axit, chất ôxy hoá dung môi hữu cơ, bền với rượu, axit hữu trừ axit formic, bền với dầu béo, axeto ête Kém bền với kiềm: bị phân hủy dung dịch kiềm đậm đặc, bị vàng dung dịch kiềm loãng + PT phản ứng thủy phân: (-CH2-CH-)n CN + n NaOH to (-CH2-CH-)n + n NaCN OH Khả thấm ướt nên loại sợi khó nhuộm Để sản xuất sợi với nhiều màu sắc khác thường cho thêm chất màu vào dung dịch kéo sợi tiến hành nhuộm sợi trước sấy khô Bó sợi sau rửa đưa vào bể chứa thuốc nhuộm, phơi sơ không khí, rửa cần phối hợp màu, lại cho qua bể nhuộm thứ hai, thứ ba sau đem sấy nhiệt độ cao Thuốc nhuộm tốt cho sợi thuốc nhuộm cation 1.4 Ứng dụng Sợi acrylic pha trộn với bông, len thiên nhiên để diệt thành nhiều loại vải mỏng dày, làm lông thú nhân tạo, dệt thảm, chăn mền, lớp cách nhiệt, khăn quàng cổ mùa đông Các loại len đan hàng ngày thường quen gọi len nylon, đẹp không thua len cừu, giá thành rẻ nhiều len từ PAN nguyên chất pha trộn với len thiên nhiên Sợi acrylic dùng để tạo sợi có độ xốp cao ứng dụng nhiều đời sống kỹ thuật Sợi acrylic nguồn nguyên liệu cho ngành dệt may để sản xuất nhiều mặt hàng có giá trị sử dụng rộng rãi đời sống kỹ thuật 1.5 Nguyên liệu sản xuất PAN [2] 1.5.1 Gới thiệu chung - Nguyên liệu để sản xuất PAN từ acrilonitryl có CTCT: CH2 = CH2 - CN, sản xuất theo quy mô công nghiệp nhiều nước, phục vụ cho công nghiệp sợi cao su, chất dẻo tổng hợp hữu * Cấu trúc: * Tính chất vật lý: + Ở điều kiện thường chất lỏng có ts = 77,30 C + Là chất không màu vàng nhạt, vị hăng, mùi hạnh nhân, thơm dễ ngửi + Cực kỳ độc hại + Tan dung môi hữu ethanol, axeton, tetraclorua, benzen, phần hòa tan nước Tan hạn chế nước: 7,3% 200oC + Tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ts = 70,7oC với 12,5% H2O + Tạo với không khí hỗn hợp nổ nguy hiểm giới hạn ÷ 17% V * Tính chất hóa học: + Phản ứng hợp nước + phản ứng phân hủy môi trường kiềm + Phản ứng tạo este + phản ứng khử + phản ứng cộng Cl2 + phản ứng trùng hợp đồng trùng hợp 1.5.2 phương pháp sản xuất acrilonitryl Có nhiều phương pháp để tổng hợp công nghiệp dùng số phương pháp sau: * Đi từ axetylen axit xianhyđric: CH ≡ CH + HCN → CH2 = CHCN Có thể thay axetylen oxitetylen: Etylen oxit Hoặc hiệu axetaldehyt: CH3CHO + HCN → CH3C(OH)-CHCN → CH2 = CHCN Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm lớn phải dùng axit xianhydric hoá chất nguy hiểm nên phải luôn bảo đảm công tác an toàn lao động * Phương pháp oxy hoá propylen amoniac Phương pháp tìm vào năm 1960 thay cho phương pháp thứ tính an toàn kinh tế Phản ứng tiến hành nhiệt độ cao (400-5000C) dùng chất xúc tác khác Chương 2: Các Phương Pháp Sản Xuất I Xơ nhân tạo [10] - Sản xuất polyacrylonitrile nhằm mục đích cung cấp xơ nhân tạo cho ngành công nghiệp Xơ polyacrylonitrile chứa 85% acrylonitrile trùng hợp Hầu hết xơ PAN chứa chất đồng trùng hợp bậc ba có 89% - 85% acrylonitrile, 4% - 10% đồng đơn phân không sinh ion 0,5% - 1% đồng đơn phân có ion có nhóm sulfo sulfato Các chất trùng hợp PAN chủ yếu sản xuất phương pháp trùng hợp huyền phù nước Sự trùng hợp bắt đầu hệ thống oxy hóa khử hòa tan nước (phản ứng oxy hóa khử) N,N-dimethylformamide (DMF) sử dụng dung môi cho qui trình kéo sợi khô Đối với qui trình kéo sợi ướt, DMF N,N-dimethylacetamide (DMAc), dimethyl sulfoxide dung dịch nước muối axit vô sử dụng Dung môi muối thừa rửa nước nóng xử lý Tác động môi trường từ sợi PAN chủ yếu phát sinh từ dư lượng dung môi (0,2% 2%) hệ thống xử lý sơ cấp thứ cấp áp dụng Dư lượng đơn phân, chẳng hạn acrylonitrile,