SẢN XUẤT CHẤT DẺO TỪ NHỰA EPOXY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT CHẤT DẺO TỪ NHỰA EPOXY GVHD: ThS Nguyễn Thị Kim Tuyến Lớp: 05DHHH1 Nhóm: 10 Niên khóa: 2014-2018 TPHCM, THÁNG 10 NĂM 2017 DANH SÁCH NHĨM 10 Phan Thị Bích Ngọc 2004140168 Đoàn Thị Hồng Ngọc 2004140169 Phan Thế Bảo 2004140009 Nguyễn Văn Linh 2004140451 MỤC LỤC Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với khoa học đại, công nghệ hóa học khơng ngừng phát triển chiếm vị trí quan trọng nhiều lĩnh vực Khoa học nghiên cứu sản xuất hợp chất cao phân tử cơng nghệ điển hình, đặc trưng tốc độ phát triển phạm vi ứng dụng chúng Các ngành công nghiệp lớn cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn keo, vật liệu cách điện giấy, hồn tồn có mặt vật liệu cao phân tử hay Polymer Có thể nói vật liệu cao phân tử sử dụng ngành kinh tế quốc dân Sản phẩm Polyme có tính chất đặc biệt so với vật liệu khác tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách, cách âm cao, khả chống ăn mòn, dễ gia cơng, dễ tạo hình nhuộm màu tốt, v.v… Tuy nhiên nhiều nhược điểm độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy phân hủy theo thời gian, Khoa học công nghệ phát triển tương ứng với nhiều nghiên cứu cho thấy khắc phục nhược điểm tạo sản phẩm có tính chất đặc biệt tốt Hiện hầu phát triển phát triển sử dụng phổ biến vật liệu Polymer, nước công nghiệp đại thường có ứng dụng tiên tiến đại nhiều lĩnh vực vũ trụ, hàng không, hàng hải, quân dân dụng Một sản phẩm công nghệ Polymer thường quan tâm epoxy Epoxy tên gọi chung cho tất loại nhựa tổng hợp có chứa nhóm epoxy cấu trúc phân tử, chúng xem monomer khơng có liên kết ngang hay oligomer có chứa nhóm epoxy Ngày nay, nhựa epoxy ứng dụng rộng rãi sống ngày công nghiệp Qua bài, ta nhận biết hiểu rõ tính chất đặc trưng cách sản xuất nhựa epoxy công nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHỰA EPOXY 1.1 Giới thiệu chung nhựa epoxy Nhựa epoxy loại nhựa tương đối mới, nhiều ngành công nghiệp ý đến Do nhựa có nhóm epoxy nên người ta gọi nhựa epoxy Nhựa epoxy điều kiện xác định có chất đóng rắn, có khả chuyển sang trạng thái nóng chảy khơng tan Oxit etylene hợp chất epoxy đơn giản nhất, có khả phản ứng lớn Vào năm 1860, Buoc – xo chiw nhận khả dễ trùng hợp tạo thành hợp chất cao phân tử Đến năm 1936, đưa vào sản xuất Năm 1948, công nghiệp dùng nhiều loại nhựa epoxy Điều chế từ epiclohidrin ngưng tụ với 4,4- dioxidifenil propan có dung dịch NaOH, sản phẩm tạo ra, sau đóng rắn, có nhiều tính chất lý hóa q, bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, tính điện mơi tốt, đóng rắn độ co không lớn,chịu tác dụng dung môi kiềm Ngồi việc sử dụng mình, nhựa epoxy để biến tính nhiều loại nhựa khác Gần đây, người ta dùng nhựa epoxy từ polibutadien phân tử thấp chứa nhóm epoxy nối đơi, mà có khả đóng rắn có amin, anhidric acid hai gốc hay peroxyt Cũng điều chế nhựa epoxy từ epiclohydrin với rezorain ,fenol ftalein với hợp chất khác 1.2 Định nghĩa • Nhựa epoxy định nghĩa hệ thống polymer, oxirane vòng epoxide tham gia tổng hợp Binder, hay lĩnh vực biến đổi (đóng rắn) GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH • Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Epoxy resins trở thành loại thương mại có sẵn Úc từ năm 1950, từ thời điểm sử dụng nhiều ngành công nghiệp Trong thực tế, phần lớn epoxies (khoảng 85% vào cuối năm 1970) dựa sản phẩm condensation bisphenol A (diphenylol propan) epichlorohydrin, có sẵn loạt trọng lượng phân tử khác Resins trọng lượng phân tử thấp chất lỏng; cao rắn • Trong ngành công nghiệp nhựa, epoxy resins phân loại thermosetting resins, chúng sử dụng ngành cơng nghiệp sơn chất tạo màng có khả biến đổi Epoxy resins chuyển thành trạng thái thermoset phản ứng hóa học resin chất đóng rắn (curing agent) Tùy thuộc vào chất đóng rắn phản ứng diễn nhiệt độ cao nhiệt độ phòng Resins đóng rắn không tan dung môivà chảy gia nhiệt 1.3 Các loại nhựa epoxy 1.3.1 Nhựa Epoxy Bisphenol – A - Cơng thức hóa học : Nhựa epoxy Bisphenol A nhựa epoxy sản xuất từ Bisphenol A epichlorohydrin GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Sự có mặt nhóm Bisphenol A cung cấp cho loại nhựa đặc tính độ cứng cao, chống mơi trường hóa chất nhiệt độ Trong phân tử khơng chứa nhóm ester mà có nhóm ete liên kết carbon, lại tăng khả chống hóa chất cho nhựa Ngồi ra, nhóm hydroxyl nhóm epoxy đầu mạch giúp nhựa có khả thấm ướt bám dính tốt tương tác phản ứng với loại nhựa khác Nhóm epoxy phản ứng với nhóm amine, thiols, methylol, acid carboxylic nhóm cyanate ester isocyanate Vì vậy, phản ứng với amine mạch thẳng amine mạch vòng, amide, loại nhựa amino, polyester, carboxylated acrylic Các phản ứng khơng làm nhóm chức nhựa epoxy ban đầu mà gắn thêm loại nhóm chức vào mạch nhựa, nhờ ta bổ sung thêm tính chất khác cho nhựa 1.3.2 Nhựa Epoxy Bisphenol – F - Công thức hóa học : GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Nhựa epoxy Bisphenol F có cấu trúc tương tự nhựa epoxy Bisphenol A, nhiên có nhóm methylene nối hai vòng benzen thay cho nhóm isopropylidene Bisphenol A, điều làm giảm thủy tinh hóa trình lưu trữ cung cấp độ nhớt thấp cho nhựa Bisphenol F Nhựa epoxy Bisphenol F khối lượng phân tử thấp có độ nhớt từ 3000 – 8000 cps thấp so với nhựa epoxy Bisphenol A khối lượng phân tử thấp độ nhớt từ 11000 – 16000 cps Với cầu nối methylene hai nhóm phenolic thay cho nhóm isopropylene nhựa epoxy Bisphenol A, nhựa epoxy Bisphenol F có khả kết mạng cao hơn, làm cho màng phim nhựa có nhiệt độ thủy tinh hóa, khả chịu nhiệt khả chống dung môi hóa chất cao GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo 1.3.3 Nhựa Epoxy Novolac - Cơng thức hóa học : Nhựa epoxy novolac có khả chống hóa chất tốt có cấu trúc chặt chẽ Khi nhiệt độ cao 500oF (260oC) áp suất 10.000 psi (69Mpa) nhựa có khả chống hóa chất tốt Nhựa epoxy novolac có độ nhớt cao (30.000 – 500.000 cps) Trong công nghiệp sơn, nhựa epoxy novolac thường dùng làm sơn bột (powder coating) Khi đóng rắn amin béo, nhựa có khả chịu hầu hết loại dung môi như: ketone, chlorinated hydrocarbon, acid vô (HCl, HF, H 2SO4), dung dịch kiềm… phải ngâm dung dịch hàng tháng Ngồi ra, chịu nhiệt độ cao, môi trường khô ẩm ướt, môi trường kiềm acid chịu mài mòn cao,… Tuy nhiên, tùy vào mục đích riêng mà ta dùng loại nhựa Epoxy Ngày này, người ta thường sử dụng Epoxy từ Bisphenol A có nhiều tính chất ưu việt thỏa mãn nhiều yêu cầu sử dụng GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT NHỰA EPOXY 2.1 Tính chất vật lý – thơng số vật lý đặc trưng 2.1.1 Tính chất vật lý Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha lỗng mà epoxy có dạng cứng dạng mềm dẻo cao su tùy thuộc vào trọng lượng phân tử: M < 1000: trọng lượng phân tử thấp Ε tồn trạng thái lỏng nhớt M > 1000: trọng lượng phân tử cao Ε trạng thái rắn Ở điều kiện bình thường epoxy suốt khơng màu , khơng mùi , có vị ngọt, gây dị ứng da 2.1.2 Các thông số vật lý quan trọng Một vài tính chất vật lý chung Epoxy khơng có độn tóm tắt bảng sau: GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 10 Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo - Ngưng tụ nhựa: GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 25 Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo 3.2.3 Nhựa epoxy novolack Sản phẩm sau đóng rắn thường cứng đàn hồi, lượng liên kết ngang lớn nên chúng có độ chịu nhiệt cao 3.3 Biến tính nhựa epoxy Do có nhiều nhóm hoạt động hóa học phân tử, nên Epoxy tham gia nhiều phản ứng biến đổi hóa học phối hợp với polymer khác Biến tính Epoxy góp phần làm nên tính đa dạng tính chất nhựa so với epoxy chưa biến tính Để làm tăng khả mềm dẻo nhựa, tăng độ bền uốn, chịu va đập, thay sườn bisphenol A dạng mạch thẳng (aliphatic), cao su (tạo cao su – epoxy hố) hay thay silicon – epoxy, dầu đậu nành epoxy hố, Ví dụ: để tăng khả chống cháy cho nhựa epoxy, đưa vào sườn bisphenol A dẫn xuất halogen Khi sử dụng nhựa brom hoá, nhiệt độ cao brom tách tiếp xúc với khí oxi khơng phản ứng lửa dập tắt Hàm lượng brom cao dập lửa tốt GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 26 Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo 3.4 Quy trình sản xuất nhựa epoxy 3.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu thường dùng epiclohydrin bisphenol-A, xúc tác NaOH Bằng thực nghiệm người ta đưa đơn phối liệu sau: Phản ứng xảy nhiệt độ tương đối cao, tốc độ phản ứng tạo nhựa phụ thuộc vào tốc độ cho xúc tác Tỉ lệ epiclohydrin/Dian cao độ nhớt khối lượng phân tử thấp, hàm lượng nhóm epoxy tăng Q trình sản xuất sử dụng dung mơi toluen làm dung mơi hồ tan nhựa để tách nước, dùng CO trung hoà xúc tác NaOH dứ sau rửa lần • Tiêu chuẩn nguyên liệu: - Epiclohydrin: • Hàm lượng epiclohydrin 97% • Phần có tos từ 80-115oC 16% • Phần có tos từ 116-117oC 80% • Phần có tos lớn 117oC 4% - Bisphenol-A: • Bột trắng đồng nhất, mẻ nguyên liệu khơng dùng Dian - có nhiều màu khác • Hàm lượng ẩm 3% • Hàm lượng phenol Dian 0.5% • Lượng muối ăn mòn 0.04% NaOH: hàm lượng 92% Toluen: • Khơng chứa cặn dung dịch GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 27 Khoa CNHH • • Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Tỷ trọng 20oC 0.85-0.86g/cm3 Nhiệt độ sôi 109-111.2oC 3.4.2 Chuẩn bị thiết bị phản ứng Trước nạp liệu yêu cầu thiết bị phải sạch, làm nguội đến 35 oC, đóng kín tất cửa nắp thiết bị Sau 3-4 lần phản ứng rửa nồi phản ứng nước 3.4.1 • Quy trình thực Sơ đồ tổng quát: GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 28 Khoa CNHH • Kỹ thuật sản xuất chất dẻo Thuyết minh quy trình: - Ngưng tụ tạo nhựa Ở điều kiện thường cho epiclohydrin vào nồi phản ứng, sau cho Bisphenol-A vào khuấy với tốc độ 300 vòng/phút, tạo huyền phù đồng Tiếp theo cho 65% lượng NaOH vào, nâng nhiệt lên 60-65 oC Tiếp tục cho thêm 22% NaOH vào, gia nhiệt lên 70oC trì Cuối cho hết 13% NaOH lại nâng nhiệt khoảng70-75oC Trong trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epiclohydrin-nước bay ngưng tụ liên tục thiết bị tụ thu lại thiết bị phân tầng, hỗn hợp phân thành hai lớp, nước epiclohydrin - Chưng tách epiclohydrin Khi phản ứng đa tụ kết thúc, làm lạnh hỗn hợp đến 35-40 oC tiến hành chưng tách epiclohydrin khơng phản ứng Q trình chưng tách tiến hành áp suất chân không, nhiệt độ tăng dần lên khoảng 70oC theo độ tăng áp suất, nhiệt độ tăng đến 115 oC trì khoảng giờ, áp suất 1at Ngưng tụ epiclohydrin chuyển sang phận phân tách, quan sát qua kính khơng thấy epiclohydrin nhỏ giọt trình kết thúc - Rửa nhựa Tiến hành rửa nhựa để tách muối NaCl NaOH dư, rửa từ 2-5 lần nước ấm 50-60oC Nếu rửa nước muối nước hấp thụ nhựa khơng thể hồ tan, phải kết hợp rửa nước toluen + Rửa lần 1: khuấy trộn cho nhựa tan toluen khoảng 1-1.5 giờ, để lắng tách lớp nước Sau rửa lần 1, tiến hành khử HCl dung dịch Sử dụng GVHD: ThS Nguyễn Ngọc Kim Tuyến Trang 29 Khoa CNHH Kỹ thuật sản xuất chất dẻo NaOH để trung hồ để trung hồ HCl Khi tính toán lượng NaOH cần phải xác định rõ hàm lượng nhóm epoxy để biết lượng clo hữu có nhựa + Rửa lần 2: tương tự rửa lần 1, người ta sục khí CO vào dung dịch nhựa để trung hoà NaOH dư - Chưng tách nước Tiến hành sau rửa nhựa, chưng nhiệt độ 75-85 oC áp suất chân không 600- 650mmHg Hỗn hợp đẳng phí nước-toluen bốc lên làm lạnh phân lớp, tách nước thu toluen - Lọc nhựa Khi lượng nước nhựa tách hết muối nhựa bắt đầu kết tinh Cho dung dịch nhưa qua lưới lọc, muối kết tinh, tạp chất học, tạp chất không tan toluen bị giữ lại lưới Sau lọc tiến hành sấy nhựa 75-85oC - Chưng tách toluen Sau lọc, dung dịch thu có hàm lượng toluen cao, tiến hành chưng tách 115-125oC, đến hàm lượng chất bốc