CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANESCHƯƠNG 2: TỔNG HỢP ISOCYANATCHƯƠNG 3: TỔNG HỢP POLYOLCHƯƠNG 4: CÁC CNSXHóa học về polyurethane dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất hydroxy. Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I.G. Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa trên phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải.
CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HCTG ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT POLYURETHANE Sinh viên thực hiện: Tạ Ngọc Hùng – 20115926 Vũ Thị Nhung - 20115988 Tạ Thị Minh Hương – 20115930 Lê Hồng Sơn - 20113258 NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANES CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP ISOCYANAT CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP POLYOL CHƯƠNG 4: CÁC CNSX CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lịch sử phát triển Polyurethanes Hóa học polyurethane dựa tảng vào năm 1849 Wurtz Hofmann lần báo cáo phản ứng isocyanate hợp chất hydroxy Nhưng năm 1937 Otto Bayer cộng phòng thí nghiệm I.G Farnen, Đức, tìm ứng dụng thương mại dựa phản ứng hexamethylene diisocyanate butanediol, sản phẩm có tính chất lý tương tự nylon (polyamides), ngày sử dụng để làm sợi cho bàn chải 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE • Polyurethane thường gọi tắt PU, sản phẩm trình trùng hợp bậc (trùng ngưng) polyisocyanates OCN-R-NCO polyalcohols (polyols) HO-R-OH Người ta lợi dụng đặc tính nhạy cảm nhóm chức isocyanate với H linh động để tạo nên liên kết urethane (liên kết nhóm isocyanate với H linh động alcohol) Phản ứng tạo liên kết urethane phân tử chứa nhóm isocyanate với phân tử chứa nhóm alcohol 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE • Trong trường hợp phản ứng phân tử chứa nhóm isocynate với phân tử chứa nhóm alcohol, liên kết urethane có tác dụng chất keo kết dính nối phân tử polyisocyanate với polyol để tạo dây polymer dài 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE • Một cách thật đơn giản, ta hình dung tới hình ảnh polyurethane sản phẩm việc “nắm tay nhau” phân tử có nhóm chức isocyanate phân tử có nhóm chức alcohol 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE • Polyurethane hình thành với ngun liệu chính: Đó Polyisocyanates với Polyols Ngồi ra, tất nhiên phải có thêm chất xúc tác, phụ gia quy mô sản xuất công nghiệp Ở khu vực Bắc Mỹ, người ta gọi thành phần chứa isocyanate thành phần A, thành phần chứa nhóm alcohol pha sẵn với xúc tác, phụ gia gọi thành phần B Ở Châu Âu, người ta gọi ngược lại, thành phần A polyol với xúc tác, phụ gia, thành phần B chứa isocyanate Bài báo cáo dùng quy ước Bắc Mỹ 1.2 TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE • 1.2.1.Tính chất cách nhiệt: PU foam cứng (mút PU cứng) có độ dẫn nhiệt thấp so với hầu hết vật liệu cách nhiệt khác có, (xem bảng so sánh bên dưới) nhờ sử dụng làm vật liệu giữ nhiệt cách nhiệt môi trường làm lạnh hay trữ lạnh Cách nhiệt hiệu cho hầu hết cơng trình xây dựng, lĩnh vực xây dựng dân dụng (nhà cửa, nhà container ) cơng trình ứng dụng đặc biệt 4.1.3.Sơ đồ hệ thống • Việc khuấy trộn vật liệu quan trọng, trộn nhanh hiệu cần thiết phép phản ứng để tiến hành cách xác Tốc độ khuấy trộn khơng q lớn để dòng khí xâm nhập vào sản phẩm, cần phải loại bỏ khí giai đoạn sau Hầu hết hệ thống polyurethane có xu hướng bám vào bề mặt thiết bị Cánh khuấy dạng mỏ neo cung cấp chuyển động sâu rộng giúp ngăn ngừa lớp nhớt hình thành bề mặt thiết bị, chất gây giảm hệ số truyền nhiệt số lượng sản phẩm thu Các prepolymer tích tụ độ nhớt chiều dài chuỗi tăng có xu hướng treo lên tường lò phản ứng 4.1.4.Quy trình sản xuất •Nâng nhiệt độ nguyên liệu thiết bị phản ứng lên nhiệt độ bắt đầu phản ứng •Kiểm tra van •Nạp khí N2 vào thiết bị •Nạp isocyanat kiểm tra độ axit thiết bị •Từ từ thêm polyol vào khoảng đến •Nếu nhiệt độ tăng nhanh, phải giảm ngừng cấp polyol Khi nhiệt độ tăng 850C, ngừng cấp polyol tiến hành làm mát •Khi cấp hết polyol, từ từ tăng nhiệt độ tới nhiệt độ cuối giữ cho phản ứng xảy •Hút chân khơng để giảm lượng isocyanat khí •Khi sản phẩm đạt u cầu tháo vệ sinh thiết bị phản ứng 4.2 • Sản xuất polyurethane quy trình giai đoạn (one – shot) Trong quy trình này, thành phần diol, diisocyanat, chất kéo dài mạch hóa chất khác chất xúc tác, chất màu trộn lẫn lúc Vì thế, việc sử dụng xúc tác, điều chỉnh nhiệt độ nguyên liệu phải cẩn thận để phản ứng tạo prepolyme xảy trước, tiếp sau phản ứng kéo dài mạch 4.2.1.Đầu trộn trình sản xuất polyurethane • Phần quan trọng cơng nghệ Polyurethane nằm đầu trộn, nguyên liệu polyurethane khác phối trộn trước cho vào khn hay băng tải Tùy theo mục đích sản xuất dây chuyền mà loại đầu trộn khác lựa chọn để sử dụng loại có đầu nhỏ nhẹ để dùng trường hợp vào hốc dọc theo trục ống thép để tạo đường ống có lớp phủ polyurehtan tỷ trọng cao 4.2.2.Sơ đồ sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất thấp 11: Bình chứa polyol 13: Bình chứa isocynat 15: Bình chứa phụ gia, xúc tác 12, 14, 16: Bơm 10: Đầu trộn 4.2.2.Sơ đồ sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất thấp • Isocyanat chứa tank chứa 13 bơm đưa tới đầu trộn áp suất thấp10 Tương tự với polyol đưa từ tank chưa 11 tới đầu trộn bơm 12, chất phụ tra, chất trợ, xúc tác đưa từ bình 15 qua bơm 16 tới đầu trộn Các dạng đầu trộn sử dụng Đầu trộn áp suất thấp Sơ đồ đầu vào nguyên liệu đầu trộn Các dạng đầu trộn sử dụng Các loại đầu trộn hoạt động theo nguyên lý bản: loại nguyên liệu theo đường khác vào đầu trộn, trộn với phun Sự khác biệt đầu trộn nằm việc sử dụng tác nhân khuấy trộn Quá trình hoạt động gián đoạn, sau chu kỳ phải ngưng hoạt động để vệ sinh đầu trộn dung môi để tránh tắc nghẽn vòi phun Việc rửa vòi phun tự động cách thiết lập máy tính rửa tay 4.2.3.Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất cao Sơ đồ hệ thống sản xuất polyurethane one shot áp suất cao Đầu trộn Khuấy trộn Xả áp Máy nén Bình chứa polyol Thiết bị gia nhiệt Bơm nguyên liệu Thiết bị làm mát Bình chưa isocyanat 4.2.3.Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất cao • • • Quy trình sản xuất áp suất cao tương tự áp suất thấp nguyên liệu bơm áp suất cao từ bể chứa, qua thiết bị trao đổi nhiệt vào đầu trộn Một phần nguyên liệu chưa sử dụng hổi lưu lại bình chứa sản phẩm Tại đầu trộn nguyên liệu áp suất cao va đập với sau phun ngồi mà khơng cần sử dụng cánh khuấy hay khơng khí Đầu trộn sau bơm không cần rửa dung môi mà tiếp tục sử dụng 4.3 So sánh, lựa chọn cơng nghệ • • Cơng nghệ sản xuất thơng qua prepolyme áp dụng cho sản xuất nhỏ, không yêu cầu cao nguyên liệu cần phải sử dụng thêm trình khác để sản xuất thành phầm Ngoài vấn đề nhiệt độ từ phản ứng giải dễ dàng cách sử dụng dây đốt nóng áo nước Công nghệ one – shot yêu cầu công nghệ cao lưu lượng nguyên liệu, thiết kế đầu trộn cần tính tốn thơng qua phần mềm kỹ lưỡng, điều làm tăng giá thành dây chuyền Nhiệt độ q trình khó kiểm sốt trực tiếp nên gây co rút biến dạng sản phẩm Nhưng sử dụng cơng nghệ tạo thành phẩm thương mại từ nguyên liệu ban đầu isocyanat polyol 4.3 So sánh, lựa chọn cơng nghệ • Cơng nghệ lựa chọn để áp dụng phụ thuộc vào nhiều yếu tố Thông thường Việt Nam, thị trường sản xuất chủng loại sản phẩm liên quan đến polyurethane nhỏ, chất lượng mức độ vừa phải Phổ biến Việt Nam sản xuất mặt hàng như: tủ lạnh; máy đun nước nóng, bình nóng lạnh lượng mặt trời; panel làm kho lạnh, phòng sạch, lợp cách nhiệt PU; cách nhiệt hầm tàu, container lạnh; yên xe máy, ghế xe ô tô; tay lái xe hơi; gioăng polyurethane cho thiết bị điện, tủ điện, gioăng đàn hồi cao cho thiết bị kỹ thuật; nệm mút, đồ nội thất (như ghế sofar, salon…); phao câu cá;… • Như sản xuất mặt hàng trước hết phải chọn mua loại máy phù hợp Với dạng sản phẩm tủ lạnh, máy nước nóng, panel, lợp, yên xe, ghế ô tô, tay lái rõ ràng bạn phải mua máy polyurethane dạng đổ Nhưng với sản phẩm container lạnh dạng phun trực tiếp (không phải dạng ghép) phủ hầm tàu rõ ràng dùng dạng máy phun hiệu Với sản phẩm tay lái xe hơi, làm gioăng tủ điện hay làm phao câu đòi hỏi dạng máy đổ đặc biệt; tay lái cần máy đổ có độ xác cao, làm gioăng phao câu cần máy có lưu lượng nhỏ xác Với dạng mút xốp làm nệm, làm đồ nội thất thơng thường sản xuất cách quậy tay dùng dạng máy đổ liên tục khối xốp lớn, sau cắt để lót Với đồ nội thất cao cấp phải dùng máy đổ vào khn chất lượng mút cao Kết Luận • • Các polyme nói chung polyurethane nói riêng vật liệu quan trọng đời sống Trên toàn giới phải sử dụng sản phẩm gia công polyme Polyme sử dụng để chế tạo từ sản phẩm thường đến sản phẩm cao cấp Tùy theo tính chất sản phẩm người ta sử dụng loại polyme thích hợp Khơng thể có sản phẩm tốt sử dụng polyme không đạt chất lượng Ngược lại không nên sử dụng polyme tốt cho sản phẩm khơng đòi hỏi tính cao Vì vậy, đẩy mạnh q trình sản xuất polyurethane vơ quan trọng Nó giúp kinh tế nước ta phát triển với việc chế biến sản phẩm với chất lượng giá thành tốt để sử dụng nước xuất nước ngồi Tài liệu tham khảo • • • • - Handbook of petroleum - www.elsevier.com/locate/cattod - Chinese Journal of Chemical Engineering, (2008) - European Polymer Journal Cảm ơn cô bạn lắng nghe! ... chống thấm nước sơn polyurethane lớp phủ • Màng làm từ polyurethane theo cách sau: Polyurethane phun xịt hai thành phần được sử dụng để sản xuất sơn lớp phủ chống hóa chất Polyurethane tan vài... VỀ POLYURETHANE 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE • Polyurethane hình thành với ngun liệu chính: Đó Polyisocyanates với Polyols Ngồi ra, tất nhiên phải có thêm chất xúc tác, phụ gia quy mô sản xuất. .. mỹ Các dạng Polyurethane xốp dẻo sử dụng rộng rãi để sản xuất vật liệu ghế nệm giường ngủ Trong bếp, Polyurethane xốp cứng dùng làm đế cách nhiệt tủ lạnh Tính tương thích sinh học Polyurethane