Đề tài: Các công nghệ sản xuất Polyurethanes

MỤC LỤC Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANES Lịch sử hình thành 1.1 Khái niệm Polyurethanes 1.2 Tính chất Polyurethanes 1.2.1 Tính chất cách nhiệt 1.2.2 Độ bền 1.2.3 Khả gia công 1.2.4 Độ kết dính 1.2.5 Tính tương hợp 1.2.6 Độ bền điều kiện sử dụng 1.2.7 Sự lão hóa 1.2.8 Khả hấp thụ nước 1.2.9 Tính chống cháy 1.2.10 Tính nhẹ 1.2.11 Tính chịu hóa chất 1.3 Các dạng Polyurethanes 1.3.1 Dạng sợi 1.3.2 Dạng màng 1.3.3 Dạng đổ khuôn 1.3.4 Dạng nhiệt dẻo 1.3.5 Dạng bọt 1.3.6 Dạng cán 1.4 Những ứng dụng Polyurethanes 12 1.4.1 Ứng dụng quần áo vào trang bị thể thao 1.4.2 Ứng dụng gia đình ứng dụng thường nhật khác 1.4.3 Ứng dụng ngành điện tử 1.4.4 Ứng dụng ngành y tế 1.4.5 Ứng dụng phương tiện vận chuyển 1.4.6 Ứng dụng xây dựng cơng trình dân dụng 1.4.7 Những ứng dụng công nghiệp khác 1.5 Nguyên liệu để sản xuất Polyurethanes Trang 18 Chương 2: TỔNG HỢP ISO CYANAT 2.1 Tính chất hóa học 2.2 Sản xuất isocyanat 18 2.3 2.4 Tính độc hại 19 Tổng hợp Toluene Diisocyanate (TDI) 20 2.4.1 Nitrohóa toluene thành dinitro toluene 2.4.2 Khử dinitro toluene thành tolylene diamin 2.4.3.Phosgen hóa tolylene diamin thành TDI 2.4.4.Tổng hợp Diphenylmethane – 4,4’-diisocyanate (MDI) 2.4.5.Ph ản ứng ng ưng t ụ c formandehyt v ới anilin thành metylen diphenyldiamin 2.4.6.Phosgen hóa poliamin thành MDI Chương 3: TỔNG HỢP POLYOL 28 Chương 4: CÁC CNSX POLYURETHANES 4.1 Phương pháp sản xuất polyurethane gián tiếp 33 4.1.1 Prepolyme 33 4.1.2 Ưu điểm trình 4.1.3 Sơ đồ hệ thống 4.1.4 Quy trình sản xuất 4.2 Sản xuất polyurethane quy trình giai đoạn (one – shot) 4.2.1 Đầu trộn trình sản xuất polyurethane 4.2.2 Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất cao 38 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANES Lịch Sử Phát triển Polyurethanes Hóa học polyurethane dựa tảng vào năm 1849 Wurtz Hofmann lần báo cáo phản ứng gi ữa isocyanate hợp chất hydroxy Nhưng năm 1937 Otto Bayer cộng phịng 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 s dụng để làm sợi cho bàn chải Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu chiến tranh giới II (1937 – 1945) giúp đẩy mạnh phát triển nguyên liệu polyurethane cho ngành sợi, sơn mút xốp Tuy nhiên phát triển mạnh mẽ lĩnh vực xảy vào năm 1950 người ta tìm nguyên liệu Toluene diisocyanate (TDI) polyester polyol để sản xuất mút mềm Đức Sự nhảy vọt thực vào năm 1957 có nhiều loại polyether polyols (poly ete) cho vào cơng thức mút xốp Chúng khơng có giá cạnh tranh h ơn mà mút tạo có tính chất lý tốt sản phẩm từ polyester polyol (poly este) Sự phát triển mạnh mẽ nhờ vào nhu cầu lớn mạnh từ thị trường Châu Âu, Mỹ Nhật Bản Ngày polyurethane đứng hàng thứ tổng l ượng tiêu thụ loại polymer, với khoảng 6% thị trường tiêu thụ Phần ứng dụng lớn urethane mút xốp mềm (khoảng 44%), mút cứng (khoảng 28%), lại 28% cho ứng dụng sơn, keo dán, gioăng phớt dạng PU đàn hồi (số liệu thị phần ứng dụng khác tùy theo vùng, nước, khu vực) Không giống polymer khác polyethylene, polystyrene hay polyvinyl chloride … tạo nên từ monomer ethylene, styrene hay vinyl chloride (vinyl clorua) , polyurethane không tạo nên từ đơn vị urethane theo cách thông th ường mà dựa phản ứng từ polyhydroxy polyether polyol với isocyanate Nói ngắn gọn polyurethane polymer chứa nhóm liên kết (-NH-CO-O-) Đặc trưng sản xuất sử dụng polyurethane có th ể tạo loại mút từ mềm đến mềm hay mút cứng bán cứng dạng đàn hồi Chúng tạo dạng khối lớn hay đ ổ vào khn có hình dạng kích th ước khác 1.1 KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE Polyurethane thường gọi tắt PU Polyurethane th ực chất sản phẩm trình trùng hợp bậc (trùng ng ưng) polyisocyanates OCN-R-NCO polyalcohols (polyols) HO-ROH 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 họa sau O R1 N C O H O R2 R1 N C O H O R2 R1 N C O R2 H Hình 1: Cách thức hình thành liên kết urethane Trong trường hợp phản ứng phân tử ch ứa nhóm isocynate với phân tử chứa nhóm alcohol, liên kết urethane có tác dụng chất keo kết dính nối phân t polyisocyanate với polyol để tạo dây polymer dài Phản ứng tạo polyurethane minh họa sau Hình 2: Phản ứng tạo 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 t có nhóm chức alcohol Vậy 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 s ản 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 ch ứa isocyanate Bài báo cáo dùng quy ước Bắc Mỹ Từ ta nói tới trường hợp phản ứng đơn giản để tạo Polyurethane diols diisocyanates (tức phân tử chứa nhóm alcohol phân tử chứa nhóm isocyanate) Nhưng nguyên tắc thành phần A chứa nhiều nhóm isocyanate phân t thành phần B chứa nhiều nhóm alcohol phân tử , lúc sản phẩm Polyurethane có khâu mạng Trong báo cáo, đề cập đến phản ứng gi ữa diisocyanate với diol 1.2 TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE Polyurethane cách nhiệt (Mút polyurethane cứng - rigid foam) sử dụng nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhờ có tính chất vật lý, học tối ưu Phổ biến s dụng sản xuất panel (dùng kho lạnh), sản xuất mút cách nhiệt tủ lạnh, bình nóng lạnh chạy điện, bình nóng lạnh lượng mặt trời, dùng để phủ hầm tàu đánh cá, cách nhiệt đường ống hay thiết bị trữ lạnh khác nói chung 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 d ựng, lĩnh vực xây dựng dân dụng (nhà cửa, nhà container ) cơng trình ứng dụng đặc biệt 1.2.2.Độ bền: Foam PU cứng có độ bền nén độ bền biến dạng cao, kết hợp với vật liệu phủ lên bề mặt (mặt nhựa, thép ) cho độ bền lớn gấp nhiều lần, phù hợp cho ứng dụng 1.2.3.Khả gia công: Mút Polyurethane cứng sản xuất liên tục khơng liên tục nhà máy, khuấy trộn thủ cơng phun máy phun tay bơm trực tiếp vào ứng dụng mong muốn Thực tế khơng có vật liệu cách nhiệt có đặc tính sản xuất linh hoạt đến vậy! 1.2.4.Độ kết dính: Trong khoảng thời gian q trình trộn lưu hóa sau cùng, mút cứng polyurethane có độ kết dính vơ lớn, nh cho phép gắn kết hiệu với nhiều loại bề mặt cơng trình xây dựng (mặt xi măng, gỗ, composite, nhựa, kim loại ) Độ kết dính thường mạnh độ bền kéo độ bền biến dạng mút 1.2.5.Tính tương hợp: Rigid PU foam (mút PU foam) kết hợp với hầu hết vật liệu làm bề mặt thông thường giấy, kim loại, sợi thủy tinh, thép, nhôm, vữa, gỗ ép nh ựa đ ường Điều giúp cho dễ dàng sản xuất loại panel có kiểu bề mặt khác (ví dụ lợp cách nhiệt - tôn xốp: mặt tôn, mặt nhựa PVC) Điều cho phép mút pu sử dụng khâu hồn thiện cơng trình xây dựng giống vữa sơn để làm hàng rào ngăn ẩm, ngăn ồn cách nhiệt điều kiện mơi trường ẩm ướt, có tiếng ồn môi trường chịu nhiệt 1.2.6.Độ bền điều kiện sử dụng: Mút PU cứng sử dụng điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt từ - 200 độ C đến + 100 độ C 1.2.7.Sự lão hóa: Có tăng giá trị dẫn nhiệt theo thời gian mút PU không phủ bề mặt (tức khả cách nhiệt giảm theo thời gian - độ truyền nhiệt tăng lên) Sự tăng giá trị độ dẫn nhiệt giảm mút cứng phủ lên bề mặt vật liệu phù hợp thép, nhôm hay loại bề mặt nhựa loại bề mặt khác Sự phủ bề mặt giúp hạn chế khuếch tán khơng khí vào tế bào mút gây tăng độ truyền nhiệt 1.2.8.Khả hấp thụ nước: Mút polyurethane cứng có độ thấm khí thấp, ngồi cơng trình xây dựng kết hợp thêm với vật liệu giúp ngăn xâm nhập ẩm màng phim (film) polyethylene hay màng phim nhôm, vừa có tác dụng bảo vệ bề mặt, vừa có chức trang trí 1.2.9.Tính chống cháy: Giống tất vật liệu xây dựng gốc hữu khácgỗ, giấy, nhựa, sơn- mút PU cứng dễ cháy, nhiên kh ả tốc độ cháy điều chỉnh để phù hợp cho ứng dụng xây dựng Khả cháy panel có th ể giảm đáng kể vật liệu phủ bề mặt, ví dụ bề mặt tôn thép Hiệu chống cháy tốt thực đ ược cách sử dụng mút PU cứng hay mút polyisocyanurate (PIR) có gia cường sợi thủy tinh hay kết cấu mạng lưới có tính chất nóng chảy nhiệt độ cao Mút PU cứng thường dùng có độ dày thấp vật liệu cách nhiệt khác, nhiệt độ hay lượng cần cho cháy thấp so với vật liệu khác dày 1.2.10.Tính nhẹ: Tại tỷ trọng 30kg/m3, thể tích polyurethane mút PU cứng khoảng 3% 97 phần trăm cịn lại kh ối mút khí bị giữ tế bào mút giúp cho có tính truyền nhiệt thấp Tính nhẹ mút khía cạnh quan trọng vấn đề vận chuyển, thao tác lắp đặt dễ dàng 1.2.11.Tính chịu hóa chất: Mút PU cứng chịu hóa chất xuất sắc nhiều loại hóa chất, dung mơi dầu 10 Chất khởi đầu chứa nguyên tử hydrogen (H) hoạt động Số nguyên tử hydrogen hoạt động chất khởi đầu số chức hoạt động Các oxit hữu để sản xuất polyether polyol epoxide có chứa vịng ether Các xít hữu sử dụng để sản xuất polyether polyol th ường alkene oxide là: 31 Các diol từ polyether tạo nên phần diol quan tr ọng đ ược dùng để sản xuất polyurethane Quy trình tạo thành thơng th ường b ằng q trình trùng hợp monome expoxide tương ứng Ph ản ứng c ộng alkene oxide với chất khởi đầu xảy điều kiện có m ặt c xúc tác, thường base mạnh (ba zơ mạnh) Nếu chất khởi đầu sử dụng có hai chức, thí dụ, ethylene glycol hay propylene glycol, sản ph ẩm (hỗn hợp sản phẩm) chứa hai chức polyol hay diol Nếu chất khởi đầu chứa ba chức glycerine, c ộng v ới alkene oxide tạo chuỗi tuyến tính theo ba hướng Sản ph ẩm phản ứng dạng triol (chứa ba nhóm OH) Các glycol loại polyether tạo polyurethane không bền dai nh polyurethane tạo từ glycol loại polyester, chúng có tính ổn định thủy phân tốt Polyol chuẩn nhóm polytetramethylene glycol (PTMEG), tạo nên hợp chất polyurethane có tính ch ất học vật lý bật so với hợp chất polyurethane tạo thành t 32 polypropylene glycol (PPG) PTMEG tạo polyurethane có nh ững tính chất học tốt giảm mài mòn xuống thấp Các prepolyme d ựa polypropylene ether glycol (PPG) có tính chất mài mịn c học tốt không vật liệu tạo thành từ PTMEG Nh ững c ải tiến tính vật liệu PPG thực cách giới h ạn chuỗi propylene glycol ethylene oxide PPG biến tính có tính t ốt dễ gia công Các polyether giới thi ệu th ị trường Do chúng dựa polypropylene glycol nên có nh ững tính ch ất t ốt hơn, đặc biệt loại có khối lượng phân tử lớn Loại polyether Acclaim tạo thành cách dùng xúc tác alkoxyl hóa tạo nên vật liệu có hàm lượng diol cao nhiều Trong đó, PPG có khối l ượng phân tử lớn tạo thành cách dùng xúc tác KOH có nhiều mạch chứa nhóm hydroxyl thay hai nhóm Điều giới h ạn nhiều kéo dài mạch sau Hàm lượng nhóm hydoxyl diol có khối lượng phân tử khoảng 2000 giảm từ 6% xuống 1% mole dùng quy trình sản xuất này, diol có khối lượng phân tử 4000, hàm lượng nhóm hydoxyl giảm từ 33% xuống 2% mole Polyol cho mút khối mềm Polyol cho mút khối mềm chủ yếu triol (ba nhóm ch ức) có kh ối lượng đương lượng nằm khoảng 500 đến 2500 Cũng có th ể sử d ụng hỗn hợp triol diol với điều kiện lượng nhóm ch ức trung bình khơng bé 2,5 Các polyol poly (oxypropylen) triol v ới kh ối oxyethylene (-CH2-CH2-O-) chiếm khoảng đến 20% khối lượng Polyol cho mút khối đàn hồi cao mút đổ khn Là polyol đầu bịt E.O có phân tử lượng đ ương l ượng kho ảng t 1500 đến 2100 Polyol cho mút cứng Polyol cho mút cứng thường có số nhóm chức cao ( > 3) có phân t lượng đương lượng nhỏ 200 Cần sử dụng polyol có số nhóm ch ức cao mút cứng cần lượng liên kết ngang lớn Sản xuất polyether-polyol 33 Thiết bị phản ứng có lớp vỏ kép, vận chuy ển h n ước đ ể làm nóng trước glycerin xúc tác tới nhiệt độ 120-140°C , propylen oxide đ ược đ ưa vào với tốc độ kiểm sốt, trì áp suất 350 kPa đ ược ều ch ỉnh theo tiến trình phản ứng Nhiệt sinh trình phản ứng đ ược loại bỏ cách lưu thông nước lớp vỏ kép Việc bổ sung epoxide kéo dài khoảng 12h, phản ứng tiến hành tiếp tục khoảng 1h Nước thu từ lị phản ứng hoạt động mơi trường tr lưu giữ áp suất chân không cao (6-7 kPa) Ở 100°C, áp suất riêng phần thấp 1kPa có lợi cho việc loại bỏ h ợp ch ất nhẹ Một số chất dùng để làm polyol bổ sung: than hoạt tính để tẩy trắng, đất sét axit để trung hòa xút, ph ụ gia cho trình lọc Sản phẩm lưu trữ tank, mơi trường khí tr khoảng 75°C Thiết bị sử dụng thép không gỉ 34 35 CHƯƠNG 4: CÁC CNSX POLYURETHANE Theo Hepburn (1982) từ thành ph ần c hóa ch ất ph ụ thêm vào, có hai quy trình để sản xuất polyurethane: quy trình s ản xuất gián tiếp (tạo thành prepolyme trước xong tạo thành polyurethane), quy trình sản xuất giai đoạn (one – shot) tr ực tiếp t ạo thành polyurethane 4.1 Phương pháp sản xuất polyurethane gián ti ếp 4.1.1 Prepolyme Prepolyme hình thành phản ứng diisocyanate dư với polyol Một nhóm isocyanate (NCO) phản ứng với nhóm hydroxyl (OH) polyol Một nhóm isocyanate phản ứng với nhóm OH thứ hai Một đặc điểm quan trọng phản ứng sản phẩm phụ hình thành Sản phẩm tạo thành có nhóm isocyanate hai đầu với liên kết urethane Prepolyme phản ứng với diol diamin để kéo dài mạch tạo sản phẩm thương mại Những prepolyme phát triển ban đầu không ổn định, tiêu bi ểu prepolyme Bayer Vulkalon Vulkalon tạo thành từ naphthalen diisocyanat (NDI) polyol loại polyeste (chủ yếu polyetylen adipat 36 hỗn hợp polyetylen polypropylen adipat), sau dùng 1,4 butan diol (BDO) để kéo dài mạch prepolyme.(1) Sau đó, người ta nhận thấy dùng toluen diisocyanat (TDI) ho ặc metylen diisocyanat (MDI) thay NDI tạo thành prepolyme ổn định hơn, tồn trữ lâu Phản ứng tạo prepolyme dùng d diisocyanat có tính axit chút để giảm phản ứng phụ Prepolyme thường sản xuất với tỷ lệ mol diisocyanate/polyol 2/1 Nếu tỷ lệ lớn nhiều (ví dụ, 4/1), sản phẩm tạo thành đ ược gọi quasiprepolymer Ở giai đoạn tiếp theo, chiều dài chuỗi tăng nhóm hydroxyl ph ản ứng với nhóm NCO cuối prepolymer hình thành Chuỗi tiếp tục kéo dài phản ứng nhóm hydroxyl với hai phân tử diisocyanate nhóm NCO từ chuỗi prepolymer khác Tỷ số NCO/ OH tăng từ lên 2,75 làm nh ững tính ch ất v ật lý nh đ ộ bền kéo xé, modun, độ cứng, độ chịu ép nén, độ tưng nảy tăng lên Ti ếp theo, ta dùng diol amin hai chức để kéo dài mạch polyurethane 4.1.2 Ưu điểm trình Dễ dàng sản xuất: Việc chuẩn bị prepolyme cho phép sản xuất polyurethane nhà sản xuất nhỏ, không dùng nhiều vốn đầu tư để sản xuất vật liệu từ nguyên vật liệu 37 Ít isocyanate bay hơi: Isocyanate chất độc với c th ể ng ười Vì isocyanate nơi làm việc kiểm soát chặt chẽ nh sử dụng công nghệ prepolyme Trong sản xuất thương mại prepolyme, diisocyanate luân chuyển hệ thống khép kín prepolymer tách bỏ hầu hết diisocyanate dư Điều khiển dễ dàng: Việc điều khiển nhiệt độ phản ứng th ời gian bổ sung polyol tạo sản phẩm có chất lượng đồng nh giảm sản phẩm phụ như: allophanate, biuret, trime Lấy nhiệt tỏa hiệu quả: Phản ứng tạo nh ựa polyurethane tỏa nhiệt, nhiệt gây co rút, biến dạng sản phẩm Thiết bị phản ứng có s dụng làm lạnh gián tiếp để tách nhiệt từ phản ứng, làm sản phẩm co rút 38 4.1.3 Sơ đồ hệ thống Hình 1: Sơ đồ hệ thống sản xuất Prepolyme Lò phản ứng cấu tạo từ lớp thép khơng gỉ chịu điều kiện có tính axit nhẹ Vết axit clohydric có mặt isocyanat số dung mơi Bên ngồi thiết bị gắn cuộn dậy đốt nóng vỏ để trao đổi nhiệt Năp thiết bị tháo rời không Nếu tháo rời được, việc vệ sinh dễ dàng việc trì điều kiện làm việc áp suất dư áp suất chân khơng khó khăn Năp thi ết bị bao gồm cổng như: - Cổng nạp liệu (isocyanat, polyol, xúc tác, phụ gia) - Cổng nạp khí N2 39 - Van xả áp Hút chân không Áp kế Cổng hồi lưu Cửa quan sát Trục quay cánh khuấy 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 dịng khí xâm nhập vào s ản ph ẩm, 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 m ỏ neo cung cấp chuyển động sâu rộng giúp ngăn ngừa l ớp nh ớt 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 lị phản ứng Nhiệt tường làm tăng tốc độ phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng độ nhớt độ nhớt lò phản ứng nói chung 30 4000 MPa.s nhiệt độ khoảng 900C Nitơ sử dụng để ngăn chặn hấp thu độ ẩm ngăn chặn trình oxy hóa sản phẩm Để tránh có ẩm sản phẩm, khí N2 sử dụng phải khí khơ Các nguồn để cung cấp khí N bao gồm: - Từ bình khí nén - Từ nito lỏng - Thu trực tiếp từ khơng khí Nhiệt độ lị phản ứng cần phải kiểm soát cho số bước quan trọng phản ứng: - Lò phản ứng cần phải nâng đến nhiệt độ bắt đầu - Các isocyanate cần đun nóng đến nhiệt độ ban đầu - Làm mát lò phản ứng nhiệt độ tăng q cao Hút chân khơng lị phản ứng phục vụ ba mục đích chính: - Loại bỏ ẩm từ lò phản ứng - Loại bỏ isocyanate sau mẻ hồn thành 40 - Loại bỏ khí prepolyme Giảm áp suất lò phản ứng làm giảm nhiệt độ sôi chất không phản ứng Làm việc áp suất chân không để ngăn chặn chất tạo bọt tránh tiếp xúc trực tiếp isocyanat với bơm 4.1.4 Quy trình sản xuất Một quy trình sản xuất polyurethane gián tiếp thông th ường tr ải qua bước sau: - Nâng nhiệt độ nguyên liệu thiết bị phản ứng lên nhiệt đ ộ - 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 không để giảm lượng isocyanat khí - Khi sản phẩm đạt yêu 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, ch ất kéo dài mạch hóa chất khác chất xúc tác, chất màu trộn l ẫn 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 Vì hai phản ứng tạo polyme kéo dài m ạch tỏa nhi ệt nên nhi ệt tổng hai phản ứng lớn, phải lấy khỏi thiết bị không gây co rút, biến dạng sản phẩm Hạn chế quy trình r ất khó kiểm sốt nhiệt độ tỏa nhiều có nhiều nguyên liệu tham gia lúc điều chỉnh tỷ lệ thành phần nguyên liệu ban đầu (2) 41 4.2.1 Đầu trộn trình sản xuất polyurethane Phần quan trọng công nghệ Polyurethane nằm đầu tr ộn, nguyên liệu polyurethane khác phối trộn trước cho vào khuôn hay băng tải Tùy theo mục đích sản xuất dây chuy ền mà loại đầu trộn khác lựa chọn để sử dụng nh 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 Thực tế có loại đầu trộn phun xốp polyurethane dùng cho thiết b ị áp suất cao áp suất thấp Cơ có hai loại đầu trộn: đầu trộn áp suất cao đầu trộn áp suất thấp Đầu trộn áp thấp khuấy thành phần hóa chất học (dùng cánh khuấy) Ưu điểm thi ết bị giá thành thấp Thiết bị thường dùng cho nh ững sản phẩm nhỏ, thiết bị cịn cho phép khoảng độ nhớt hóa chất r ộng Kết thúc trình phun, cần phải sử dụng dung môi để rửa đ ầu tr ộn N ếu độ nhớt polyol sử dụng không lớn có th ể sử dụng thiết bị áp suất cao với công nghệ “khuấy trộn va chạm” (impingement mixing) Tất nhiên độ nhớt điều chỉnh nhiệt độ Với thiết bị áp suất cao này, hai hay nhiều thành phần bơm vào buồng trộn tốc độ cao, chúng va chạm hỗn loạn vào Ưu điểm thiết bị chúng cho phép định chuẩn (tỷ lệ phối trộn) xác, q trình th ực nhanh, giảm thiểu hao phí khơng cần dùng dung môi r ửa sau phun Hiện thiết bị áp suất cao thống lĩnh thị tr ường (5) Sơ đồ sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất thấp(3) 42 11: Bình chứa polyol 13: Bình chứa isocynat 15: Bình chứa phụ gia, xúc tác 12, 14, 16: Bơm 10: Đầu trộn Hình 2: Sơ đồ hệ thống sản xuất polyurethane one – shot áp suất thấp Isocyanat chứa tank chứa 13 bơm đưa t ới đ ầu tr ộn áp su ất thấp10 Tương tự với polyol đưa từ tank chưa 11 tới đầu trộn bơm 12, chất phụ tra, chất trợ, xúc tác đ ược đ ưa t bình 15 qua bơm 16 tới đầu trộn Các dạng đầu trộn sử dụng là: Hình 3: Đầu trộn áp suất thấp 43 Hình 4: Sơ đồ đầu vào nguyên liệu đầu trộn Các loại đầu trộn hoạt động theo nguyên lý c bản: lo ại nguyên liệu theo đường khác vào đầu trộn, trộn với phun Sự khác biệt đầu trộn nằm việc sử dụng tác nhân khuấy trộn Ở hình a, nguyên liệu khuấy cánh khuấy 20, đầu trộn hình b sử dụng dịng khơng khí th ổi vào liên t ục đ ể khuấy trộn nguyên liệu Hình c sử dụng phương pháp với cánh khuấy 31 đường dẫn khơng khí 32 nhằm tăng hiệu q trình Đ ường vào nguyên liệu đặt theo cách tùy theo m ục đích sử dụng hình Q trình hoạt động gián đoạn, sau chu kỳ ph ải ng ưng ho ạt đ ộng để vệ sinh đầu trộn dung mơi để tránh tắc nghẽn vịi phun Vi ệc r ửa vịi phun tự động cách thiết lập máy tính r ửa tay 4.2.2 Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn áp suất cao(5) Đầu trộn Khuấy trộn Xả áp Máy nén Bình chứa polyol Thiết bị gia nhiệt Bơm nguyên liệu Thiết bị làm mát Hình 5: Sơ đồ hệ thống sản xuất polyurethane one – áp suất cao 44 Bình chưa isocyanat shot Quy trình sản xuất áp suất cao tương tự nh áp suất th ấp nh ưng 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 h ổi lưu lại bình chứa sản phẩm Tại đầu trộn nguyên liệu áp suất cao va đập v ới sau phun ngồi mà khơng cần sử dụng cánh khuấy hay khơng khí Hình 6: Ngun tắc hoạt động đầu trộn Đầu trộn sau bơm không cần rửa dung mơi mà có th ể tiếp tục sử dụng 45 ... 28 Chương 4: CÁC CNSX POLYURETHANES 4.1 Phương pháp sản xuất polyurethane gián tiếp 33 4.1.1 Prepolyme 33 4.1.2 Ưu điểm trình 4.1.3 Sơ đồ hệ thống 4.1.4 Quy trình sản xuất 4.2 Sản xuất polyurethane... gian trình tổng hợp amin phương pháp thủy phân 2.2 .Sản xuất isocyanat Các phương pháp sản xuất isocyanat áp dụng công nghiệp là: Isocyanat sản xuất dựa phản ứng hóa học gi ữa amin phosgen: RNH2... TDI 80/20 sử dụng phổ biến công nghiệp s ản xu ất giá thành rẻ Nó ứng dụng chủ yếu sản xuất mút mềm TDI thô sử dụng sản xuất mút cứng Công nghệ tổng hợp TDI th ực quy mô công nghi ệp b ởi nhiều