Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC

LỜI MỞ ĐẦU3PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT4Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PVC41. Lịch sử hình thành và phát triển của nhựa PVC42. Cấu trúc và tính chất của PVC83. Các loại chất dẻo từ PVC144. Ứng dụng của PVC15Chương 2: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA PVC182.1. Cơ chế phản ứng182.2. Động học của quá trình trùng hợp202.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp24Chương 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC263.1. Nguyện liệu263.2 Các phương pháp sản xuất vinyl clorua293.3. Các phương pháp sản xuất PVC333.4. Các công nghệ sản xuất PVC36PHẦN 2: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT411. Tính năng suất trong một ngày làm việc412. Tính cân bằng vật chất cho một tấn sản phẩm432.1. Công đoạn trùng hợp432.2. Công đoạn ly tâm và rửa472.3. Công đoạn sấy đóng bao493. Tính cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm493.1. Công đoạn trùng hợp503.2. Công đoạn ly tâm và rửa nhựa513.3. Công đoạn sấy đóng bao524. Tính cân bằng vật chất cho một năm sản xuất534.1. Công đoạn trùng hợp534.2. Công đoạn ly tâm và rửa nhựa544.3. Công đoạn sấy đóng bao54PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH551. Tính thiết bị trùng hợp551.1. Chọn thiết bị phản ứng551.2. Xác định kích thước hình học552. Tính kết cấu của thiết bị phản ứng592.1. Cơ cấu khuấy59PHẦN 4: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG621. Giai đoạn 1:622. Giai đoạn 2:643. Tính lượng nước mất mát653.1. Giai đoạn 1:653.2. Giai đoạn 2:65KẾT LUẬN67

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Poly vinyl clorua (PVC) là một loại polyme có ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống, đặc biệt là trong dân dụng như dùng làm ống nước, các đồ nội thất, đồ điện như điều hòa, ti vi, tủ lạnh, máy giặt

Cùng với sự phát triển của xã hội, quá trình sản xuất PVC càng phải được cải tiến

và nâng cấp nhắm đáp ứng những nhu cầu thiết yếu cho mọi người

Trong phạm vi đồ án kĩ sư này, em xin trình bày những hiểu biệt của em về PVC với đề tài: Sản xuất PVC theo phương pháp nhũ tương, năng suất 95.000 tấn/năm.Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PVC

1 Lịch sử hình thành và phát triển của nhựa PVC

1.1 Lịch sử hình thành

Poly vinyl clorua(PVC) có lịch sử phát triễn hơn 100 năm qua Năm 1835 lần đầutiên Henault đã tổng hợp được vinyclorua, nguyên liệu chính để tạo nên PVC.Polyvinylclorua được quan sát thấy đầu tiên 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệmchứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng vàSinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 2

bản chất hoá học của nó chưa được xác định Các nghiên cứu về sự tạo thành PVC đầy

đủ hơn đã được công bố vào năm 1912 do Lwan Ostromislensky(Nga) và FritzKlattle(Đức) nghiên cứu độc lập Tuy nhiên polymer mới này vẫn không được ứngdụng và không được quan tâm chú ý nhiều bởi tính kém ổn định, cứng và khó giacông Cuối thế kỷ 19, các sản phẩm như axetylen và clo đang trong tình trạng khủnghoảng thừa, việc có thể sản xuất được PVC từ các nguyên này là một giải pháp hữuhiệu Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon vô tình phát hiện ra chất hoá dẻo của PVC,đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công choPVC, sau đó là các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC Đến năm 1933, nhiều dạngPVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức nhưng phải đến năm 1937 PVC mới được sảnxuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức và sau đó là ở Mỹ Vào những nămtiếp theo, PVC được nghiên cứu chủ yếu không phải cấu trúc phân tử mà là cấu trúcngoại vi phân tử, được tạo ra trong quá trình trùng hợp như: kích thước hạt, độ xốp,v.v… do các yếu tố này ảnh hưởng đến các đặc tính gia công, chế tạo của polyme.Quá trình nghiên cứu các ảnh hưởng này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của PVC.[1][2][3]

1.2 Quá trình phát triển của nhựa PVC

1.2.1 Trên thế giới

Theo dự báo của các chuyên gia, nhu cầu nhựa PVC của các khu vực Châu Á Thái Bình Dương đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ sẽ là yếu tố chủ yếu làm tăng nhucầu thị trường nhựa PVC Mức tăng nhu cầu PVC của các nước tư bản gấp khoảng 2lần mức tăng tổng sản phẩm quốc dân của nước đó Ở các nước Đông Âu, Châu Phi,Trung cận đông, nhu cầu tiêu thụ PVC cũng tăng do mức độ đầu tư vào các nước nàytăng lên Nhu cầu về nhựa PVC theo bình quân đầu người ở các nước phát triển lạithấp hơn so với các nước đang phát triển (chiếm 2/3 dân số thế giới)

-Từ năm 1991 – 1997 mức tăng bình quân về PVC hàng năm của các nước Châu Á

- Thái Bình Dương là 6,2%, trong khi mức tăng bình quân trên thế giới là 5,3%.Nhucầu tăng lớn nhất về PVC ở các nước Châu á - Thái Bình Dương là Nhật: chiếm 34%,Indonexia: 14,6%, Thái Lan: 14,1%, Malaixia: 13,9%, Trung Quốc: 12,3%.[1][2][3]Trong giai đoạn 2000-2007, Trung Quốc vươn lên vị trí thứ nhất về sản xuất nhựaPVC trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 3

Bảng 1: Tổng lượng nhựa PVC được sản xuất của khu vực Châu Á –

Thái Bình Dương giai đoạn 2000-2007

Trong giai đoạn hiện nay, Trung Quốc vẫn là nước đi đầu về sản xuất PVC, cungcấp không chỉ trong thị trường nội địa mà xuất khẩu sang hầu hết các nước trong khuvực

1.2.2 Việt Nam

Năm 2002, toàn ngành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn nguyên liệunhựa, trong đó PP, PE, PVC là được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 71.3% tổngnhu cầu nguyên liệu Sản lượng tiêu thụ PVC là 200.000 tấn chiếm khoảng 13.5%.Trước năm 2000, ngành nhựa của nước ta chủ yếu nhập khẩu 10 năm trở lại đây, sảnlượng nhựa của VN đã tăng trưởng nhanh và đều đặn với tộc độ trung bình là 15%năm Bất chấp sự suy thoái kinh tế toàn cầu và biến động giá vật liệu nhựa trong năm

2008, sản lượng nhựa VN vẫn đạt 2.3 triệu tấn tăng 22% so với năm 2008

Hiện nay nước ta đã có 2 Liên doanh sản xuất bột PVC Công ty Liên doanh giữaTổng công ty Nhựa Việt Nam với Tổng công ty Hoá chất Việt Nam và Công ty TháiPlastic – Chemical Public Ltd với công suất 80.000tấn/năm Năm 2001 nhà máy hoạtđộng với công suất 100% năm 2002 công suất Nhà máy tăng lên 100.000 tấn/năm.Công ty TNHH nhựa và hoá chất Phú Mỹ tại khu công nghiệp Cái Mép là liên doanh

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 4

giữa công ty xuất nhập khẩu tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu với tổng công ty dầu khí Petronascủa Malaysia có công suất là 100.000 tấn bột PVC/năm Ngoài việc sản xuất bột PVChai Công ty Liên doanh trên còn sản xuất PVC Compound với công suất 6000tấn/năm, hai Công ty này đã sử dụng hết công suất thiết kế, nhưng vẫn chưa đáp ứnghết nhu cầu các chủng loại PVC Compound trong nước mà chỉ sản xuất chủ yếu cácloại PVC làm phụ kiện còn các loại PVC dùng cho các chi tiết đặc chủng vẫn phảinhập khẩu Khả năng cung cầu PVC ở Việt Nam được thể hiện trong sơ đồ sau:

Hình 1: Khả năng cung-cầu PVC ở Việt Nam

- Tiềm năng thị trường

Hiện nay, nguyên liệu chủ yếu sử dụng cho các sản phẩm vật liệu xây dựng lànhựa PVC Sản phẩm ống nhựa rất cần cho việc đầu tư xây dựng và cải thiện cơ sở hạtầng của đất nước, đặc biệt là các nghành như giao thông, xây dựng dân dụng, điện tửviễn thông…do đó nhu cầu sản lượng PVC tăng trong những năm tiếp theo Giá cảcủa nhựa PVC cũng tăng nhẹ so với mấy năm trước

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 5

Hình 2: Dự báo tình hình phát triển của PVC

Các dự án phát triển tại Việt Nam

+ Dự án Tổ hợp hóa dầu miền Nam với vốn đầu tư 4.5 tỷ USD với công suất chếbiến của tổ hợp là 2.7 triệu tấn nguyên liệu/năm từ nguồn khí etan trong nước, propan

và naphtha nhập khẩu, hàng năm sản xuất gần 2 triệu tấn sản phẩm chính là PE, PP vàVCM cho sản suất nhựa PVC

+ Đối với dự án tại phường Hưng Đạo- Dương Kinh- Hải Phòng chuẩn bị hoànthành thêm một nhà xưởng sản xuất ống PVC

+ Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyên liệu VCMtrùng hợp thành PVC

+ Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90 triệu USD,nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất 80000 tân/năm

+ Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minh có vốn đầu

tư 2,99 triệu USD

+Dự án TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuất DOPcông suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập

Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều so với giámặt bằng chung trên thế giới Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩm PVC trong nướcđang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% công suất Nguyên nhân của tìnhtrạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nước cung cấp nguyên liệu cho ngànhnhựa Việt Nam Hơn nữa, các nhà máy mới đi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫnmang giá trị khấu hao ban đầu, nên giá thành vẫn cao hơn mức bình thường Do vậycác dự án trên trở thành hiện thực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 6

lượng PVC trong nước sẽ đáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạxuống dẫn đến không còn phải nhập khẩu nguyện liệu và nhựa PVC nữa

Khi các nhà máy lọc dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi) và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đivào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển công nghiệp chất dẻo nói chung

và PVC nói riêng

Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng ta có quyền

hy vọng vào một tương lai tốt đẹp

2 Cấu trúc và tính chất của PVC

2.1 Đặc điểm cấu tạo

Cấu trúc của PVC có 2 dạng chủ yếu: Kết hợp đầu nối đuôi và đầu nối đầu

Trùng hợp VC theo cơ chế gốc tự do là sự kết hợp các phân tử theo “ đầu nốiđuôi” thành mạch phát triễn Trong mạch phân tử, các nguyên tử Clo ở vị trí 1;3 [4]

PVC cũng có cấu tạo nhánh nhưng rất ít, từ 50 – 100 mắt xích mới có một nhánh.PVC là một polymer phân cực mạnh Ở trạng thái không kéo căng PVC hoàn toàn vôđịnh hình, chỉ khi nào kéo căng thật mạnh mới có khả năng định hướng một phần.[4]

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 7

2.2 Tính chất của PVC

2.2.1 Tính chất vật ly

PVC là một loại polymer vô định hình ở dạng bột màu trắng đôi khi hơi vàngnhạt

Là loại vật liệu cách điện tốt, tính mềm dẻo, dai (có mặt chất hóa dẻo), có độbền

va đập kém và dể gia công PVC tồn tại ở hai dạng là huyền phù và nhũ tương PVChuyền phù có kích thước hạt lớn hơn PVC nhũ tương Trọng lượng riêng 1.45 – 1.50(g/cm3) và chỉ số khúc xạ 1.544 [4][5]

• Độ hoà tan

-Polymer phân tử thấp với n=300-500 tương đối dễ tan trong axeton, keton, este,xiclohexanol…Khi khối lượng phân tử trung bình cao thì PVC rất khó hoà tan (1-10%) tan trong : dicloetan,clobenzen, tetrahidrofuran

-Ở điều kiện nguội PVC không tan trong các chất hoá dẻo nhưng ở nhịêt độ caothì bị trương nhiều và có trường hợp lại tan Polymer ở dạng nhũ tương có độ hoà tankém hơn polymer huyền phù, polymer dung dịch.[4][5][6]

• Tính chất nhiệt

- PVC không bền nhiệt, có nhiệt độ phân hủy nhỏ hơn nhiệt độ chảy Tg = 800C và

Tf = 1600C nghĩa là dưới 800C PVC ở trạng thái thuỷ tinh, từ 800C đến 1600C ở trạngthái mềm dẻo và trên 1600C ở trạng thái chảy nhớt Nhưng có một đặc điểm là trên

1400C PVC đã bắt đầu bị phân huỷ sinh ra HCl trước khi chảy dẻo ( đốt nóng lâu ởnhiệt độ trên 1000C cũng vẫn bị phân huỷ ), HCl thoát ra có tác dụng xúc tác làm tăngnhanh quá trình phân huỷ Khi gia nhiệt PVC không chảy mà bị cháy Khi xảy ra hiệntượng cháy tạo nhiều các liên kết đôi, để lâu ngày các liên kết này phản ứng khâumạch tạo ra polymer có khối lượng phân tử rất lớn, cứng và mất tính tan trong dungmôi.[4][5][6]

Dưới tác dụng của nhiệt thì liên kết giữa Cl-C bị gãy vì phân cực mạnh, đồng thờitách cùng với H bên cạnh tạo HCl (hoặc tạo ra Clo) Các nối đôi C=C, cùng với HClSinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 8

đóng vai trò xúc tác phân hủy nhiệt nhanh hơn Chính các liên kết đôi này làm sảnphẩm có màu vàng.[4][5][6]

-Biện pháp để chống cháy PVC

+Tác động vào yếu tố oxi: Thông thường cho vào nhựa những hợp chất hữu cơ cóthành phần khí trơ hoặc chất oxi hóa mạnh như nhóm halogen Khi có tác dụng nhiệt,hợp chất phân hủy lấy oxi của môi trường làm nồng độ oxi giảm (< LOIPVC = 60), vàdập tắt sự cháy Ưu điển rõ nét của phương pháp này là hàm lượng chất chống cháyđưa vào nhựa rất thấp nên không làm ảnh hưởng đến cơ tính của nhựa

+Sử dụng phụ gia INTUMAX AC-2BG (AC-2) Thành phần có chứa Carbon vàchất trợ nở, không có gốc halogen và khi cháy không sinh ra khí độc cũng như khí cótính chất ăn mòn…Khi cháy thì phụ gia này phản ứng lại nhiệt và lửa bằng cách nởphồng lên và hình thành lớp vỏ cách ly dày bằng than, dập lửa và ngăn chặn bùng phátlửa

+Bổ sung một số chất độn như hợp chất vô cơ khó cháy: antimoan trioxit(Sb2O3), CaCO3, Al(OH)3, Mg(OH)2

-Khả năng cháy của PVC chậm: PVC có tính chất làm chậm lửa cao do hàmlượng clo của nó, ngay cả trong trường hợp không có chất chống cháy Ví dụ, nhiệt độđánh lửa của PVC là cao 455 ° C, và là một vật liệu với ít nguy cơ sự cố cháy vì nókhông được đánh lửa dễ dàng

Đối với PVC lượng nhiệt tỏa ra khi cháy thấp hơn rất nhiều so với các loại nhựa khác Do đó PVC được sử dụng rộng rãi

• Sự phân hủy của PVC dưới tác dụng cơ học [4][5]

Trong quá trình gia công, cũng như trong quá trình sử dụng sản phẩm dưới tácdụng lực cơ học làm sinh ra ứng suất ngoại có thể dẫn đến sự phá hủy mạch polymer,thực chất nó làm đứt mạch polymer sinh ra gốc tự do(dưới tác dụng cơ học) có khảnăng khơi mào cho các phản ứng hóa học làm giảm khối lượng phân tử dẫn tới giảmtính chất cơ lí Ở cùng nhiệt độ nếu PVC chịu đồng thời của tác động cơ học thì sựphân hủy HCl tăng lên 1,5-2 lần so với khi không chịu tác dụng lực cơ học

độ lã hoá tuỳ thuộc vào từng vùng, phụ thuộc chủ yếu vào ánh sáng mặt trời

-PVC không độc, có nhiều tính cơ lý tốt Phụ thuộc vào phụ gia, monomer VCcòn dư và sự tách thoát HCl, khối lượng phân tử của polymer cũng như mức độ đồngđều của khối lượng phân tử và phương pháp gia công

-PVC chịu va đập kém, để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếucác chất (MBS, ABS, EVA với tỉ lệ từ 5-15%)

-Khả năng gia công không cao không thích hợp cho sản phẩm có kích thước lớn

• Tính dẫn điện: Thông thường các polyme trong đó có Polyvinylclorua

không có những phần tử tích điện Do vậy điện trở của polyme rất lớn (1015 – 1018

Ωm) vì thế polyvinylclorua được dùng làm vỏ bọc dây cách[4][5]

2.2.2 Tính chất hoá học

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 10

-PVC cứng bền với axit và bazo cũng như dầu, acohol, và hydrocacbon béo.Nhưng nhạy với hydrocacbon thơm và hydrocacbon chứa clo, este, và có thể trươngtrong xeton [4] [5]

-PVC mềm rất nhạy với tác nhân khí quyển và ánh sáng Khả năng phân hủy sinhhọc phù hợp khi tiếp xúc với thực phẩm

-PVC có hoạt động hoá học khá lớn, trong các quá trình biến đổi hoá học cácnguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo các nguyên tử hydro ở Cacbonbên cạnh Một số phản ứng đặc trưng của PVC [4] [5]

• Nhiệt phân huỷ

-Khi gia nhiệt PVC không chảy mà bị phân hủy, tạo liên kết đôi vì dưới tác dụngcủa nhiệt thì liên kết giữa Cl-C bị gãy vì phân cực mạnh, đồng thời tách cùng với Hbên cạnh tạo HCl (hoặc tạo ra Clo)

-Các nối đôi C=C, cùng với HCl đóng vai trò xúc tác phân hủy nhiệt nhanh hơn.Chính các liên kết đôi này làm sản phẩm có màu vàng

-Để lâu ngày các liên kết này phản ứng khâu mạch tạo ra polymer có khối lượngphân tử rất lớn, cứng và mất tính tan trong dung môi

• Khả năng trộn lẫn với chất hóa dẻo và các nhựa khác

-Các loại chất hóa dẻo như phatalate, acid béo dieste, phosphste, epoxide, hóa dẻopolymeric, hóa dẻo thứ cấp…Đối với PVC thường được trộn với hầu hết chất hoá dẻoloại este phân tử thấp như: DOP(dioctyl phtalat), DBP(dibuty phtalat),DIOP(diizooctyl phtalat) Có tác dụng làm mềm, dễ cuốn làm giảm độ dòn ở nhiệt độthấp, làm giảm nhẹ điều kiện gia công và tăng thời gian sử dụng của sản phẩm.Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 11

Nguyên nhân của việc dùng chất dẻo là do PVC là polymer có mạch phân tử cứng donhóm thế clo làm cho thềm thế năng quay (uo ) lớn gây cản trở không gian [7]

-Cơ chế của việc hoá dẻo được giải thích như sau

Trong phân tử PVC có hai nhóm, nhóm có cực H-C-Cl và nhóm không có cựcH-C-H Độ cứng của PVC không biến dạng là do lực liên kết nội tại giữa các phân tử.Các phân tử hóa dẻo sẽ chiếm vị trí giữa các mạch polymer làm tăng khoảng cách cácmạch và giảm lực liên kết giữa các phân tử [7]

Khi đun nóng làm chuyển động của các phân tử tăng lên, các phân tử trượt lênnhau,làm suy yếu dần lực liên kết giữa các phân tử và làm mềm polyme

• Thay clo bằng nhóm amin:

Khi tác dụng dung dịch PVC với NH3 trong bình có áp suất và ở nhiệt độ cao sẽtạo thành một số nhóm amin và các liên kết imin nối các mạch (mức độ thay thếkhông quá 15 - 20% ) [4] [5]

- CH 2 - CHCl – CH 2 – CHCl -   → +nNH 3

nHCl + - CCH 2 – CHNH 2 – CHCl

-• Thay clo bằng các nhóm thơm

Dung dịch PVC trong tetrahydrofuran hay dicloretan với benzen (hayalkylbenze), ở 00 C hay ở nhiệt độ thường với xúc tác clorua nhôm sẽ tạo thành một sốnhóm aryl [4] [5]

3 Các loại chất dẻo từ PVC

3.1 Sản phẩm từ PVC hoá dẻo

Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độ thường vàđặc biệt là nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản phẩm Như vậytác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh của polyme nhưngđồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãn dài cuả sản phẩm.[4][5]

Những chất hoá dẻo thường dùng là những chất phôtphat chiếm 75% lượngchất hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian như DIOP, DEHP, DOP và estephtalat của

C7÷C9, oxo – alcohol…

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 12

Những chất này có tác dụng tương tự nhau đối với PVC nếu không phụ thuộcvào lý do kinh tế Nếu dùng thêm vào loại chất hoá dẻo là hợp chất cao phân tử cónhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồng nhất như caosu nitril(chất đồng trùng hợp của acrylic nitril với butadien), polyizobutadien…[5]

Ưu điểm chính của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm ổn định vì chúngkhông bay hơi Trong trường hợp này muốn hóa dẻo các trục nóng để trộn hỗn hợp vàdùng các máy có vết xoắn.[5]

Thông thường dùng hỗn hợp 60- 70% PVC và 30- 40% chất hoá dẻo, vì thếlượng chất hoá dẻo dùng rất nhiều Do đó vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, chế tạochất hoá dẻo từ nguyên liệu trong nước để thay thế hoàn toàn hay một phần các chấthoá dẻo mua của nước ngoài [4][5]

3.2 Sản phẩm từ PVC không hoá dẻo

Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ mềm của nhựa giảm xuống nên gia công dễdàng hơn nhưng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học và tính cách điệncủa polyme giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị não hóa Để khắc phụctính chịu nhiệt và ổn định hoá học thì dùng PVC không có chất hoá dẻo thường gọi làPVC cứng Khi sử dụng PVC cứng này phải dùng thêm chất ổn định để đảm bảo tính

ổn định đối với nhiệt của PVC [4][5]

Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng kết hợp với HCl thoát rakhi gia công để ngăn chặn quá trình phân huỷ

Chất ổn định gồm nhiều loại vô cơ và hữu cơ

+ Chất ổn định dạng vô cơ thường dùng là oxit chì, cacbonat chì, siliccat chì…+ Chất ổn định dạng hữu cơ: stearat canxi, bari, chì, các amin, ure, metamin.PVC cứng không hoá dẻo rất bền về cơ học và ổn định hoá học Xét về phươngdiện cơ học PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi cao (≈10000 kg/cm2) cường độ vachạm riêng cao (≈100-200 kg/cm2) và độ bền tĩnh học khi kéo cũng tương đối lớn(500- 800 kg/cm2) nhưng tính chất này lại phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sảnphẩm cũng như trong quá trình gia công mà đun nóng, làm lạnh không đều, ép dínhcác lớp không đều sẽ dẫn đến làm giảm tính cơ học của PVC cứng.[4][5]

Tính ổn định hoá học rất cao

+ Độ hút nước (sau 24 h) 0,1.10-4÷0,3.10-4 gam/cm2

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 13

+ Độ bền với axit và kiềm.

+ Bền với tác dụng của ximăng, dầu hoả, dầu thoả mộc, rượu, glixêrin

Chính nhờ có tính ổn định hoá học cao nên tính chất bền cơ học cho nên có rấtnhiều phương pháp gia công (hàn, ép, dán, cán…) nên có thể xem PVC cứng là mộtloại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt.[4] [5]

4 Ứng dụng của PVC

Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý như: ổn định hoá học, bền thời tiết, bền ôxyhoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,…vì vậy nó được sử dụng rất rộng rãitrong nhiều lĩnh vực:

• PVC trong kỹ thuật điện và điện tử: Chiếm gần 50% thị phần ở lĩnh vực sản xuất đồđiện Thường dùng làm dây và cáp điện Một số lĩnh vực phổ bến cần dùng PVC:-Máy điều hòa không khí, máy giặt, máy lạnh

-Dụng cụ gia đình

-Máy tính, đĩa mềm cho máy vi tính, bàn phím

-Cáp quang, decal chịu nhiệt ứng dụng trong đồ họa

-Dụng cụ đồ điện…[3][4]

• PVC trong sản xuất ô tô, xe máy

-Sử dụng thay thế một số kim loại và vật liệu khác để chế tạo các bộ phận sườn

xe, tấm chắn gió, tấm lót sàn, tấm chén bùn và nhiều chi tiết khác

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 14

-Ưu điểm: +Tăng tuổi thọ của xe, sử dụng an toàn hơn khi bị ai nạ giao thông+Khối lượng xe nhẹ hơn nên tiêu thụ ít nguyên liệu hơn, giảm ô

nhiễm môi trường [3][4]

• PVC trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người

-Phổ biến trong nghành y tế: từ găng tay y tế đến túi đựng máu, từ ống chuyềndịch, truyền máu và chạy thận nhân tạo, bơm kim tiêm , vab tim nhân tạo đến rấtnhiều dụng cụ y tế khác nhau Chúng được sử dụng rộng rãi, độ tin cậy cao nhờ cónhững tính ưu việt

+Không màu trong suốt, mềm dẻo, bền và ổn định, dễ thanh, tiệt trùng

+Chịu được hóa hóa chất, không phản ứng hóa học khi tiếp xúc với nhiềumôitrường khác nhau, dễ chế tạo, có thể tái sinh, giá rẻ [3][4]

• Những ứng dụng khác

-Đồ chơi trẻ em, dày dép, áo mưa, túi sách, làm phao tắm, rèm cửa, thùng chứahóa chất, lưới đánh cá, tóc giả, bàn phím, uPVC được làm cửa sổ, màng bọc thựcphẩm

-Các mặt hàng tiêu dùng khác: ống dẻo lưới, ống tải nước, dùng làm dụng cụphòng hộ khi làm việc trong môi trường nhiễm xạ: giầy, ủng, quần áo bảo hộ laođộng, sợi PVC làm vải lát tường cách nhiệt, cách âm, tạo sợi quăn phồng làm lông thúnhân tạo [3][4]

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 15

t0 t0

C CH3

CH3 CN

CH3

CH3

2 C C C C CH3

là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứng trùng hợp Có 2 chấtkhởi đầu thường dùng là:

+ Peoxit benzoil (POB) có công thức là (C6H5COO)2 do tác dụng nhiệt nó bị phânhuỷ ra các gốc hoạt động

(C6H5COO)2 2 C6H5COO*

C6H5COO* C6H5 + CO2+ Azodi Izobutyl nitril (AIBN) cũng bị phân huỷ thành các gốc hoạt động

Các gốc vừa sinh ra gọi là gốc hoạt động và được ký hiệu là R Tuy nhiên các gốcnày không phải đều tham gia khơi mào quá trình trùng hợp mà một số kết hợp vớinhau tạo thành phân tử trung hoà (khoảng 20 – 40%)

C6H5* + C6H5* C6H5 C6H5

C6H5 + C6H5COO* C6H5COOC6H5

Quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC qua 4 giai đoạn chính:

* Giai đoạn khơi mào: gốc hoạt đông R của chất khởi đầu kích thích VC thànhgốc đầu tiên:

R + CH2 CH R CH2 CH+Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 16

CH2 Cl

CH Cl

* Giai đoạn phát triển mạch: gốc đầu tiên trên tiếp tục tác dụng với monome khác

và tiếp tục kéo dài mạch

hay

* Giai đoạn chuyển mạch

_ Chuyển mạch lên monome

_ Chuyển mạch lên polyme

Nếu chất khơi mào dùng là POB thì có chuyển mạch lên chất khơi mào nếu làAIBN thì không xảy ra quá trình này

+ Chuyển mạch lên monome

+ Chuyển mạch lên chất khơi mào

* Giai đoạn đứt mạch: Tạo thành cao phân tử và có 2 cơ chế đứt mạch là phân ly

và kết hợp

+ Đứt mạch phân ly

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 17

CH3 C NC

CH3

Cl

C NC

+ Đứt mạch kết hợp

2.2 Động học của quá trình trùng hợp

Trong quá trình chuyển hoá từ monome thành polyme có sự tham gia của các gốc

tự do Những gốc tự do này có thể coi như sản phẩm trung gian không ổn định có thờigian sống rất ngắn do đó không thể tách ra ở trạng thái ổn định được Phản ứng loạinày gọi là phản ứng trùng hợp gốc

2.2.1 Tốc độ trùng hợp

* Giai đoạn khơi mào

giai đoạn phân huỷ nhiệt:

K1: hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ chất khởi đầu

K2: hằng số vận tốc khởi đầu phản ứng

* Giai đoạn phát triển mạch

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 18

CH 3

CH3 NC

CH NC

Cl

CH KC

V1 : tốc độ phân huỷ chất khởi đầu

Vì mỗi phân tử khởi đầu tạo thành 2 gốc tự do đó:

]1[][2

][

1 1

(][

R Kt R K K dt

R d

V i = = c+ d =

(3)Vt: tốc độ tạo thành gốc tự do hay đứt mạch

2 / 1 2

/ 1

)][2(

2 / 1

t d

I K K

K

I fK

=+

Như vậy tốc độ trùng hợp tỷ lệ thuận với căn bậc hai cuả nồng độ chất khởi đầu

và tỷ lệ thuận bậc một với nồng độ monome

2.2.2 Độ trùng hợp và chiều dài động học của mạch

VP: tốc độ trùng hợp

VT: tốc độ đứt mạch

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 20

P t

V

(1)V

ν =

ν: chiều dài động học của mạch

nhưng Vt= Vi nên

P i

V

=Vν

Thay giá trị VP và Vi ở (3) và (5) vào trên ta có

ta có:

1/2

1/2

P 1 1/2 t

Chiều dài động học của mạch tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Nếu đứt mạch

theo cơ cấu kết hợp thì độ trùng hợp trung bình

1/2 1

K[M]

p

k [I]

=

hay theo công thức (5)

Độ trùng hợp trung bình khi đứt mạch theo phân ly

2 2 P t

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp

2.3.1 Vai trò của oxi và tạp chất trong trùng hợp gốc

Tuỳ thuộc vào bản chất monome và điều kiện trùng hợp oxi có thể làm dễ dànghoặc khó khăn cho quá trình trùng hợp

Oxy tác dụng với monome tạo ra peroxit hoặc hidroperoxit

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 22

Peroxit này phân huỷ gốc tự do Nếu gốc này ít hoạt tính thì O2 có tác dụng hãm quá trình trùng hợp Nếu gốc này hoạt động thì oxi sẽ làm tăng vận tốctrùng hợp Các hợp chất trong monome có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phảnứng với nhân hoạt tính trùng hợp, dù hàm lượng rất ít cũng ảnh hưởng đến quá trìnhtrùng hợp

Do ảnh hưởng phức tạp của oxi và các hợp chất khác như vậy nên quá trình trùnghợp bắt buộc phải điều chế monome thật tinh khiết và phản ứng cần tiến hành trongmôi trường khí trơ.[4][5]

2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ cao làm tăng vận tốc của tất cả các giai đoạn phản ứng trùng hợp đềutăng Năng lượng hoạt hoá của các giai đoạn khác nhau nên hệ số nhiệt độ của cácphản ứng cũng khác nhau

Năng lượng hoạt hoá của phản ứng khơi mào đòi hỏi năng lượng hoạt hoá là lớnnhất (30 kcal/mol) và đứt mạch bằng 3-5 kcal/mol Do đó khi nhiệt độ tăng thì mức độtăng vận tốc khơi mào là lớn nhất Vận tốc khơi mào tăng kéo theo vận tốc trùng hợptăng và vận tốc đứt mạch cũng tăng theo.[4][5]

CT Tính

VP = V = Kp [ Kt

K1

]1/2 [I]1/2 [M] = K [I]1/2 [M]

2.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ và bản chất của chất khởi đầu

Ta thấy rằng tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với căn bậc hai của nồng độ chất khởiđầu Các chất khởi đầu khác nhau có tác dụng khác nhau với một monome

Khi tăng nồng độ của chất khởi đầu thì làm tăng tốc độ phản ứng nhưng làm giảmtrọng lượng phân tử trung bình [5]

2.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ monome

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 23

CH2 CH

Cl

Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trường pha loãng tốc độtrùng hợp và trọng lượng phân tử tăng theo nồng độ của monome Nếu monome bịpha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó cũng làm giảmtrọng lượng phân tử [5]

2.3.5 Ảnh hưởng của áp suất

Áp suất thấp và áp suất trung bình cho đến vài chục atm không làm ảnh hưởngđến quá trình trùng hợp Còn ở áp suất cao khoảng 1000 atm trở lên thì song song vớiquá trình tăng tốc độ trùng hợp thì tăng cả trọng lượng phân tử của polyme Do đóviệc tăng áp suất để tăng tốc độ phản ứng là thích hợp hơn các phương pháp khác

Sự tăng tốc độ và trọng lượng phân tử polyme ở áp suất cao giải thích bằng hiệntượng va chạm của các phân tử phản ứng Sở dĩ cần áp suất cao như vậy vì đa sốmonome ở dạng lỏng khó nén, các phân tử chỉ có thể sát lại nhau ở áp suất khá cao,làm tăng va chạm không những giữa các phân tử monome với gốc tự do các phân tử

mà ngay cả giữa các gốc cao phân tử với nhau

Việc tăng áp suất sẽ làm tăng đồng thời cả phản ứng phát triển và đứt mạch.Nhưng tăng áp suất bao giờ cũng kèm theo tăng độ nhớt, làm giảm khả năng khuếchtán ở gốc cao phân tử nhiều hơn ở phân tử monome linh động Do đó phản ứng đứtmạch giữa hai gốc tự do cao phân tử không những không tăng mà còn giảm theo ápsuất Điều đó giải thích tại sao trọng lượng phân tử tăng ở áp suất cao.[4][5]

Chương 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PVC 3.1 Nguyện liệu

Vinyl clorua gọi tắt là VC, có công thức phân tử C2H3Cl, công thức cấu tạo:

3.1.1 Tính chất vật ly

Ở nhiệt độ và áp suất thường là chất khí có mùi ete

+ Nhiệt độ đóng rắn -159,70C

+ Nhiệt độ ngưng tụ -13,90C

+ Nhiệt độ tới hạn 1420C

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 24

+ Nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy 18,4kcal/kg

+ Nhiệt độ bốc hơi ở 250C 78,5kcal/kg

+ Nhiệt dung riêng dạng lỏng ở 250C 0,83kcal/kgđộ

+ Nhiệt dung riêng dạng hơi ở 250C 0,27kcal/kgđộ

+ Độ tan trong nước ở 1at là 0,5 %trọng lượng

+ Giới hạn nồng độ của hỗn hợp với không khí từ 3,62÷26,6% thể tích

+ Tính chất độc của VC:

VC độc hơn so với clorua etyl và ít độc hơn clorofom và tetra clorua cacbon Cókhả năng gây mê qua hệ thống hô hấp của con người và cơ thể động vật Con ngườikhi tiếp xúc hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phút đã bắt đầu bị choáng váng vàmất thăng bằng định hướng Nếu hàm lượng VC trong không khí là 0,5% thì conngười có thể làm việc trong một vài giờ mà không có tác động sinh lý nào đáng kể cả.[4][5][7]

3.1.2 Tính chất hoá học

VC có công thức hoá học: C2H3Cl

Công thức cấu tạo:

Do đó chứa liên kết đôi và nguyên tử clo linh động nên các phản ứng hoá học của

VC là phản ứng của nguyên tử clo linh động VC không tan trong nước, tan trong các

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 25

CH2 CH

Cl

H2 CH2 CH

Do phân tử có chứa nối đôi VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC

- Phản ứng của nguyên tử Clo

+ Thuỷ phân

Khi đun nóng với kiềm HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen

Tác dụng với acolat hay fenolat cho ta este VC:

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 26

Cl

CH

CH 2 HCl

+

Cl

CH2 CH + Mg CH2 CH MgCl

CH2 CH

Cl

Tạo hợp chất cơ kim

+ VC trong điều kiện không có không khí ở 4500C có thể bị phân huỷ tạothành axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen có thể phản ứng tiếp tục tạo

ra một lượng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien

Còn trong điều kiện có không khí VC bị oxi hoá hoàn toàn

- Bảo quản: Trước đây VC được bảo quản và vận chuyển với sự có mặt của mộtlượng nhỏ phenol để ức chế phản ứng polyme hoá Ngày nay VC được sản xuất với độtinh khiết đủ cao và không cần chất ức chế trong bảo quản đồng thời do được làm sạchnước VC không gây ăn mòn có thể được bảo quản trong các thùng thép cacbonthường.[4][5][7]

3.2 Các phương pháp sản xuất vinyl clorua

Những năm 1830, VC được sản xuất dựa trên phản ứng đêhyđrô hoá 1,2- đicloetan Trong những năm gần đây VC được sản xuất theo các phương pháp sau

+ Nhiệt phân 1,2 điclo etan

+ Sản xuất từ etylen

+ Phương pháp liên hợp

3.2.1 Sản xuất VC từ diclo etan

Công nghệ của quá trình sản xuất VC có thể sử dụng hai phương pháp:

+ Kiềm hoá hydro hoá trong pha loảng

+ Nhiệt phân trong pha hơi

Phản ứng chính:

Cl - CH2 - CH2Cl → CH2≡ CH - Cl + HCl

a) Quá trình trong pha lỏng

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 27

Cl

Phản ứng tiến hành trong môi trường đồng thế, áp suất nhiệt độ phản ứng

60-700C, thời gian 4-5 giờ, áp suất trong thiết bị 0,2÷0,4 at Không nên cho dư kiềm vì

Khi có dư nước diclo etan dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm tạo thành etylenglycol:

Sản phẩm tạo thành gồm có VC, cliclo etan, rượu, nướ ta tiến hành ngưng tụ đểtách riêng Hiệu suất VC tính theo diclo etan là 75÷85 %

b) Quá trình trong pha khí

Thổi diclo etan hoạt tính 50 mm, cao 6m Khí sản phẩm gồm có 37,5%VC, 40,8%HCl, 20,5% diclo etan không phản ứng hết và 1,2% sản phẩm phụ Hỗn hợp sản phầmđem làm lạnh đến O0C trong thiết bị ống trùm diclo etan ngưng tụ Dùng nước rưảdiclo etan để tách HCl và dùng nước clo rửa để tách sản phẩm phụ Sau đó dùng kiềmtrung hoà và dùng H2So4 để sấy Làm lạnh khi đến –150C và tiến hành tinh luyện

Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ

3.2.2 Công nghệ sản xuất VC từ etylen

Phương pháp này là sự kết hợp của ba quá trình:

+ Cộng hợp trực tiếp Clo và Etylen tạo thành 1,2- dicloetan

+ Dehedroclo hoá nhiệt 1,2- dicloetan thành vilylclorua

+ Cho oxi hoá etylen thành 1,2- dicloetan với sự tham gia của HCl tạo ra khídehepdro hoá:

Đây là phương pháp kinh tế nhất để tổng hợp VC vì không cần sử dụng axetylenđắt tiền

Để đảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổng hợp trực tiếp VC từ etylen

ta phải tiến hành với lượng dư etylen ở mức thấp và nhiệt độ của quá trình khôngđược quá cao chỉ khoảng 300- 6000Cvà hiệu suất VC cao nhất ở khoảng 350- 4500C.Với quá trình này xúc tác thường được sử dụng là xúc tác muối kim loại chuyển tiếpnếu phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mất hoạt tính của xúc tác và bản thâncủa etylen sẽ bị oxi hoá sau tạo nên CO và CO2 làm giảm năng suất của quá trình.Đối với phần nguyên liệu dư, etylen sẽ được đưa sang thiết bị oxi hoá ở nhiệt độcao và biến đổi thành 1,2- dicloetan đưa trở về phản ứng Quá trình tiến hành tổng hợp

VC từ etylen sẽ rất khó kiểm soát và khống chế do đó trong quá trình tiến hầnh người

ta thường tách trung gian 1,2- diclotan tạo ra và đưa trở lại phản ứng

3.2.3 Phương pháp liên hiệp sản xuất

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 29

Ở đây nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9%tiến hành ở 300- 1000oC Xúc tác làthan hoạt tính hang đá bột thì lượng VC tạo thành là 90%.

3.2.4 Phương pháp clo hoá etan sau

Etan là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có góp làm giảm giá sản phẩm VC

Chuyển hoá etan thành VC có thể theo các phương pháp sau:

- Clo hoá nhiệt độ cao

- Oxi hiđroclo hoá ở nhiệt độ cao

- Oxi hoá clo

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 30

HCl ++

C 2 H 3 Cl

C Cl 2 + +

C 2 H 6

Với xúc tác phù hợp độ chuyển hoá có thể đạt 96%nhưng hiệu suất thu VC thấp20-50% cacsanr phẩm thu được chủ yếu gồm etylen, clorua etan ,có phương pháp nàychỉ nằm trong lĩnh vực nghiên cứu chưa được ứng dủngộng rãi trong công nghiệp đểsản xuất VC.

3.3 Các phương pháp sản xuất PVC

Bảng2: Tổng sản lượng PVC của các phương pháp (Đơn vị: Triệu tấn)

3.3.1 Phương pháp trùng hợp khối

Trùng hợp khối là phương pháp mà monome tiến hành trùng hợp trong chính nó

và không thêm chất thứ hai làm môi trường Là phương pháp đơn giản nhưng ít được

sử dụng do sản phẩm thu được tạo thành ở dạng khối nên việc gia công và tháo sảnphẩm gặp nhiều khó khăn

Trùng hợp khối có ưu điểm là polyme thu được rất sạch vì không bị lẫn các chấtthêm vào như ở các phương pháp khác Nhưng phương pháp này còn tồn tại nhiềuSinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 31

khuyết điểm rất cơ bản vì không có chất làm môi trường nên sự thoát nhiệt sinh ra khiphát triển mạch rất khó khăn, phản ứng càng sâu độ nhớt của khối phản ứng càng sâu

độ nhớt của khối phản càng tăng, truyền nhiệt kém dẫn đến quá nhiệt cục bộ, chế độnhiệt không đồng đều trong toàn khối, do vậy độ đồng điều về trọng lượng phân tửcủa polyme rất kém

Như vậy, phương pháp trùng hợp khối hệ phản ứng chỉ có monome và chất khởiđầu Chất khởi đầu thường dùng là peroxit hữu cơ, có thể thay chất khởi đầu bằng cáctia bức xạ năng lượng cao Sản phẩm có độ sạch cao, không cần qua công đoạn tẩy rửa

vì thế dây chuyền công nghệ rất đơn giản

Quá trình sản xuất 1 giai đoạn được phát minh bởi Pechiney – Stgobain vào năm

1960 Là quá trình dị thể do polyme không tan trong monome, phản ứng tự xúc tác bởi

sự có mặt của polyme làm chất khơi mào Quá trình này có nhược điểm gây ra hiệntượng quá nhiệt cục bộ, do phản ứng toả nhiệt lớn nhưng môi trường phản ứng dẫnnhiệt kém Để khắc phục nhược điểm trên người ta đưa ra quá trình sản xuất 2 giaiđoạn Giai đoạn 1 được thực hiện giống như một chất lỏng với sự chuyển đổi khoảng

15 ÷ 20% Giai đoạn 2 được thực hiện giống như một chất bột với sự chuyển đổi 80 ÷85%

Hiện nay phương pháp sản xuất này dùng ở phòng thí nghiệm để nghiên cứu độnghọc của phản ứng trùng hợp PVC, và dùng nghiên cứu polyme mới

3.3.2 Phương pháp trùng hợp dung dịch

Trùng hợp dung dịch khắc phục được khuyết điểm cơ bản của trùng hợp khối, sự truyền nhiệt trong khối phản ứng rất điều hoà nhờ có dung môi là chất dẫn nhiệt tốt đãkhắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ

Dung môi dùng trong trùng hợp dung dịch có hai loại:

• Dung môi hoà tan cả monome và polyme, polyme thu được ở dạng dung dịch có thể

sử dụng trực tiếp hoặc tách ra bằng cách kết tụ hay cho bay hơi dung môi

• Dung môi chỉ hoà tan monome, không hoà tan polyme Trong trường hợp này còn gọi

là trùng hợp dung dịch huyền phù vì polyme tạo thành dưới dạng hạt nhỏ phân tántrong môi trường

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 32

Khi trùng hợp dung dịch sẽ cho polyme trọng lượng phân tử bé vì nồng độ

monome bị giảm thấp, hơn nữa dung môi ít nhiều đều có tác dụng chuyển mạch nên càng làm cho trọng lượng phân tử càng giảm hơn Khi trùng hợp dung môi cho vào trước sau đo đến VC lỏng Chất khởi đầu thường dùng là peroxit benzoil Thời gian trùng hợp tương đối dài và dung môi tiêu hao nhiều nên ít dùng phương pháp này để sản xuất trong thực tế Phương pháp này chỉ sử dụng trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu những qui luật phản ứng vận tốc trùng hợp không lớn lắm Hiện nay, trùng hợp dung dịch chỉ sử dụng đồng trùng hợp VC với các monome khác tuỳ theo yêu cầu sản xuất

3.3.3 Phương pháp trùng hợp nhũ tương

Trùng hợp nhũ tương là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong sảnxuất Thành phần chính trong trùng hợp nhũ tương bao gồm: monome, chất khởi đầu,môi trường phân tán (thường là nước), dung dịch muối đệm và chất nhũ hoá

Vinylclorua hoà tan trong nước kém nên nó có thể tham gia phản ứng trùng hợpnhũ tương Sự phân tán vinyl clorua trong nước thành những hạt rất nhỏ, gọi là hạtnhũ hoá hay giọt “dầu”

Hệ nhũ tương như vậy kém bền, để ổn định và phân tán monome tốt trong nướccần bổ sung chất nhũ hoá Chất nhũ hoá làm giảm sức căng bề mặt giữa VC và nướctạo ra các giọt monome phân tán trong nước tạo ra và các giọt nhỏ hơn rất nhiều sovới trùng hợp huyền phù Chất nhũ hoá thường dùng là Ankyl Sunphat bậc hai hoặcmuối kiềm của Ankyl Sunphat Chất nhũ hoá không tan trong nước hoặc tan rất íttrong nước và tạo ra các mixel dạng hình tấm hoặc hình cầu với hệ thống chất khởimào oxi hoá khử, có thể thực hiện phản ứng nhanh hơn tại nhiệt độ thấp khoảng 20oC(NH4)2S2O8, K2S2O8 và hyđropeoxit là những chất khơi mào điển hình trong khibiunphit và muối sắt là những tác nhân khử có ích Những tác nhân biến tính thường

sử dụng để điều chỉnh khối lượng phân tử

Ngoài chất nhũ hoá, đưa thêm vào khối phản ứng chất đệm để giữ cho pH ở mộtgiá trị nhất định đảm bảo cho hệ nhũ tương bền vững

Sản phẩm tạo thành trong quá trình trùng hợp nhũ tương ở dạng Latex, kích thướchạt bé 0,01.10-6÷1.10-6m, khối lượng phân tử lớn, độ đồng đều cao, nhiệt độ phản ứng

Sinh viên thực hiện: Đoàn Minh Chiến MSSV: 20112810 Page 33