Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC công suất 1000 tấnnăm

Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC công suất 1000 tấnnăm

PHẦN I: TỔNGQUANMỞĐẦU

Trong thập niín 1930  1940 bắt đầu phât triển nhiều loại nhựa dẻoquan trọng trong đó có nhựa polyvinyl clorua (PVC) Sau Chiến tranh thế giớithứ hai polyme tổng hợp đê lăm cuộc câch mạng trong lĩnh vực vật liệu.Những polyme năy có giâ thănh tương đối rẻ, tính chất có thểđiều chỉnh trongmột giới hạn rộng vă trong nhiều mục đích sử dụng ưu việt hơn những loại vậtliệu cổ truyền.

PVC lă một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theophản ứng trùng hợp Số mắt xích trong phđn tử PVC khoảng 700  1500monome Câc monome năy liín kết tạo thănh một mạch duy nhất Nhữngmạch năy rất mềm dẻo Ngăy nay, PVC được sử dụng rất rộng rêi do nó córất nhiều công dụng PVC có thểđược sử dụng lăm măng, tấm chất dẻo, chấtdẻo đúc bằng âp lực, keo dân, sơn…Tuy nhiín PVC cũng có một sốđiểm hạnchế như kĩm bền nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng60700C, khả năng hoă tan trong câc dung môi kĩm, khi gia công có khí HClthoât ra gđy ra ăn mòn thiết bị vẵ nhiễm môi trường.

Trước như cầu về PVC của thế giới vă Việt Nam đang tăng mạnh thìviệc nghiín cứu để có những ứng dụng công nghệ mới trong ngănh sản xuất

PVC có một ý nghĩa hết sức quan trọng Đồân tốt nghiệp: Thiết kế phđn

xưởng sản xuất PVC công suất 1000 tấn/năm góp phần cho em hiểu rõ về

ngănh sản xuất còn rất mới năy.

Đồân năy sẽđưa ra những khâi niệm cơ bản nhất về polyme nói chungvă PVC nói riíng Giới thiệu một số quâ trình sản xuất khâc nhau vă lựa chọnmột quâ trình sản xuất phù hợp với điều kiện của Việt Nam đồng thời cũngđưa ra một số thông tin mới cập nhật vă một số tiến bộ công nghệ trong lĩnhvực sản xuất.

CHƯƠNG I: GIỚITHIỆUCHUNG

1 QUÁTRÌNHPHÁTTRIỂNNHỰA PVC

Nền công nghiệp chất dẻo được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinhtế quốc dân kể cả lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dương và cả trong đồ dùngsinh hoạt hàng ngày Trong các loại chất dẻo PVC thuộc loại phổ biếnvàđược sử dụng nhiều nhất Tổng sản lượng PVC luôn đứng đầu trong cácloại chất dẻo, nhựa PVC có nhiều tính chất ưu việt có thểđáp ứng dược yêucầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật vàđời sống Nguồn nguyên liệu đểsản xuất ra chất dẻo tương đối dồi dào như dầu mỏ, than đá và khí thiênnhiên…

Mặt khác chất dẻo còn có thể gia công dễ dàng và nhanh chóng hơn sovới kim loại, dẫn đến máy móc thiết bịđơn giản và tiết kiệm PVC là một hợpchất cao phân tửđược sản xuất bằng phương pháp trùng hợp vinylclorua (VC).Năm 1835 lần đầu tiên Reguanlt điều chếđược PVC bằng phương pháp xử lýdiclo etylen với dung dịch kali hydroxit Năm 1872 Baun lần đầu tiên trùnghợp được VC bằng phương pháp ống nghiệm kín dưới tác dụng của ánh sáng.Thí nghiệm này tiếp tục được Ostremislenky nghiên cứu và công bốđầy đủvào năm 1912 Tuy nhiên polyme mới này vẫn chưa được đưa vào sản xuấtcông nghiệp, do rất khó gia công thành sản phẩm cho đến khi W.L Semonphát hiện ra rằng khi đun nóng PVC với trily photphat ở 1500C thu được mộtkhối đồng chất giống cao su ở nhiệt độ thường sau này được gọi là PVC hoádẻo Lúc đó PVC mới trở thành một chất dẻo được quan tâm hàng đầu tronglĩnh vực công nghiệp.

Vào những năm trước và sau chiến tranh thế giới thứ II, PVC hoá dẻođãđược sử dụng khá rộng rãi vào những năm của thập kỷ 60, PVC cứng (PVCkhông trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ởĐức, Anh,

Mỹ vào những năm tiếp theo PVC được nghiên cứu chủ yếu không phải cấutrúc phân tử mà là cấu trúc ngoại vi phân tửđược tạo ra trong quá trình trùnghợp như kích thước hạt, hình dạng, độ xốp, sự phân bố kích thước… Do cácyếu tố này ảnh hưởng đến các đặc tính gia công và chế tạo polyme

Đầu năm 1970 PVC được sản xuất với một lượng lớn ở nhiều nước vàcũng tại thời điểm này PVC cạnh tranh với polyme etylen (PE) để giành vị tríhàng đầu về vật liệu chất dẻo của thế giới.

Từ năm 1986 mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm là 4% đặcbiệt tại khu vực Đông Nam Á mức tăng 7% và nó vẫn tiếp tục phát triển trongthời gian tới [1]

Bảng 1: Số liệu mức tăng trưởng sản lượng PVC trên toàn thế giới

(Tổng sản lượng trên thế giới , đv: Triệu tấn)

Sở dĩ PVC có mức tăng trưởng lớn như vậy là do có nhiều ưu điểmnhư: ổn định hoá học, dễ gia công, tạo ra nhiều sản phẩm thông dụng vànguồn nguyên liệu tương đối dồi dào Tuy nhiên bên cạnh tính ưu việt, PVCcòn có nhược điểm như: chịu nhiệt kém (< 800C), độ hoà tan dung môi kémtrong khi gia công có khí HCl thoát ra

Mức tiêu thụ và phân phối nhựa PVC theo khu vực địa lý không giốngnhau, để minh hoạđiều này ta có bảng thống kê sau:

Bảng 2: Phân phối PVC theo khu vực địa lý (năm 1997)

Trên thế giới 2/3 sản lượng PVC dùng dưới dạng sản phẩm cứng(không có chất hoá dẻo) như: ống dẫn nước, tấm lợp, bàn ghế, khung cửa sổ…còn lại PVC hoá dẻo được gia công thành những sản phẩm mềm như: màngmỏng, bao bì, giầy dép, vải giả da, vỏ bọc, dây cáp điện… sự phân phối theolĩnh vực sử dụng được trình bày ở bảng sau

Bảng 3: Phân phối PVC theo lĩnh vực sử dụng.

Bảng 4: Giá PVC trên thị trường thế giới

II/ SỰPHÁTTRIỂNCÔNGNGHIỆP PVC Ở VIỆT NAM

Nền công nghiệp hoá chất đóng vai trò tiên phong trong công cuộc đổimới và phát triển, lĩnh vực công nghiệp hoá chất gắn liền với sự phát triển củađất nước.

Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trìđã sản xuất được PVC,với năng suất 150 tấn/năm Tuy nhiên, do không kinh tế sản lượng quá nhỏnên quá trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh pháhoại của Mỹ Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát

triển mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm Để minh hoạđiềuđó ta có bảng mức tiêu thụ chất dẻo trong thập kỷ 90

Bảng 5: Chỉ số tiêu thụ chất dẻo ở Việt Nam

Nguyên liệu dùng trong qúa trình gia công đều phải nhập khẩu, trongđó PVC nhập dưới hai dạng: PVC bột (PVC resin) và PVC hạt (PVCcompund) có chứa sẵn chất hoá dẻo, chất ổn định, chất màu…cơ cấu nguyênliệu được trình bày ở bảng sau.

Bảng 6: Cơ cấu nguyên liệu ở Việt Nam

Lượng PVC nhập vào mỗi năm vào khoảng 72000 tấn và theo kế hoạchdự kiến của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá dẻo trongthời gian tới được mô tảở bảng sau

Bảng 7: Nhu cầu nguyên liệu dự kiến ở Việt Nam

- Công ty Mitsui- Vina và bây giờ là TPC- Vina tổng vốn đầu tư 90triệu USD, nguyên liệu là VCM nhập khẩu trùng hợp thành PVC, công suất80000 tân/năm.

- Công ty Elfatoche Việt Nam tại Đồng Nai, vốn đầu tư 3,55 triệu USDcông suất 30000 tấn/năm.

- Công ty liên doanh Việt- Thái Plastchem tại thành phố Hồ Chí Minhcó vốn đầu tư 2,99 triệu USD Hai nhà máy này có sản phẩm là PVC hạtvàđang hoạt động, sản phẩm của hai nhà máy này đủ cung cấp cho thị trườnghiện nay.

- Công ty Oxy- Vina tổng vốn đầu tư 109,4 triệu USD đi từ nguyênliệu VCM trùng hợp thành PVC.

- Dựán TPC- Chem Quest Việt Nam, vốn đầu tư 12 triệu USD sản xuấtDOP công suất 30000 tấn/năm từ các nguyên liệu ngoại nhập.

- Dựán LG- Vina, vốn đầu tư 12,5 triệu USD, sản xuất DOP công suất30000 tấn/năm [8].

Tuy nhiên, hiện nay giá sản phẩm PVC trong nước cao hơn rất nhiều sovới giá mặt bằng chung trên thế giới Do đó, các cơ sở sản xuất các sản phẩmPVC trong nước đang phải hoạt động cầm chừng chi khoản 30- 35% côngsuất Nguyên nhân của tình trạng trên là do sự hụt giá của đồng tiền các nướccung cấp nguyên liệu cho ngành nhựa Việt Nam Hơn nữa, các nhà máy mớiđi vào hoạt động, giá thành sản phẩm vẫn mang giá trị khấu hao ban đầu, nêngiá thành vẫn cao hơn mức bình thường Do vậy các dựán trên trở thành hiệnthực thì trong thời gian tới giá thành sản phẩm và sản lượng PVC trong nướcsẽđáp ứng đủ cho thị trường trong nước và giá thành sẽ hạ xuống dẫn đếnkhông 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) đi vào hoạt động sẽ là cơ hội thuận lợi cho sự phát triển côngnghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng.

Bước đi của ngành PVC như vậy đã rất rõ ràng, cụ thể do đó chúng tacó quyền hy vọng vào một tương lai tốt đẹp.

CHƯƠNG II: NGUYÊNLIỆUVINYLCLORUA(VC).1/ NGUYÊNLIỆU

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

+ 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 CH

2 CHCl

+ Tính chất độc của VC:

VC độc hơn so với etylclorua vàít độc hơn clorofom và tetra cloruacacbon Có khả năng gây mê qua hệ thống hô hấp của con người và cơthểđộng vật Con người khi tiếp xúc hơi VC ở mức 25% thì chỉ trong 3 phútđã bắt đầu bị choáng váng và mất thăng bằng định hướng Nếu hàm lượngVC trong không khí là 0,5% thì con người có thể làm việc trong một vài giờmà không có tác động sinh lý nào đáng kể cả [2]

1.2/ Tính chất hoá học

Công thức cấu tạo:

CH CHC l

Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên các phản ứng hoá họccủa VC là phản ứng của nguyên tử Clo linh động VC không tan trong nước,tan trong các dung môi hữu cơ như axeton, rượu etylic, cacbon hydro thơm,cacbon hydro mạch thẳng.

Trong phân tử VC có liên kết nối đôi và một nguyên tử Clo linh động,do đó phản ứng hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng củanguyên tử Clo trong phân tử VC.

- Phản ứng nối đôi

+ Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan ởđiều kiệnmôi trường khôở 1401500C hoặc ở 800C và có chiếu sáng xúc tác SbCl3 Khi có xúc tác AlCl3, FeCl3 thì VC phản ứng với HCl.

Với H2

monome axetat dehitHClCH

2 CHCl

2 CH2

2 CHCl

3 CH

Cl

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:

- Tạo hợp chất cơ kim

tạo thành axetylen và HCl do phản ứng polyme hoá axetylen và có thể phảnứng 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 mặtcủa một lượng nhỏ phenol đểức chế phản ứng polyme hoá Ngày nay VC

2 CHCl

+ NaOH CH CH + NaCl + H

2 CHCl

2 CH + NaClOR

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl n

MgCl

được sản xuất với độ tinh khiết cao và không cần chất ức chế trong bảo quảnđồng thời do được làm sạch nước nên VC không gây ăn mòn có thểđược bảoquản trong các thùng thép cacbon thường.

2 CÁCPHƯƠNGPHÁPSẢNXUẤT VINYLCLORUA

Những năm 1830, VC được sản xuất dựa trên phản ứng đêhyđrô hoá1,2- điclo etan Trong những năm gần đây VC được sản xuất theo các phươngpháp sau.

+ Nhiệt phân 1,2 điclo etan + Sản xuất từ etylen

+ Phương pháp liên hợp+ Phương pháp Clo hoá etan

2.1/ Sản xuất VC đi từđiclo etan

Công nghệ của quá trình sản xuất VC có thể sử dụng hai phương pháp: + Kiềm hoá dehydro hoá trong pha loảng

+ Nhiệt phân trong pha hơiPhản ứng chính:

Cl - CH2 - CH2Cl  CH2 = CH - Cl + HCl

a/ Quá trình trong pha lỏng.

Trong pha lỏng, khi điều chế VC phản ứng được thực hiện trong thiết bịhình trụ kiểu đồng trục thiết bị gián đoạn Đầu tiên cho dung dịch NaOH sauđó cho rượu và cuối cùng rót từ từ diclo etan vào VC được tạo thành theophản ứng.

Phản ứng tiến hành trong môi trường đồng thể, áp suất nhiệt độ phảnứng 60- 700C, thời gian 4-5 giờ, áp suất trong thiết bị 0,20,4 at

Không nên cho dư kiềm vì:CH

2 CH

2OCl

Khi có dư nước diclo etan dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm tạothành etylen glycol:

Sản phẩm tạo thành gồm có VC, diclo etan, rượu, nước ta tiến hànhngưng tụđể tách 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 có37,5%VC, 40,8% HCl, 20,5% diclo etan không phản ứng hết và 1,2% sản

để diclo etan ngưng tụ Dùng nước rửa diclo etan để tách HCl và dùng nướcClo để tách sản phẩm phụ Sau đó dùng kiềm trung hoà và dùng H2SO4để sấy.Làm lạnh khíđến –150C và tiến hành tinh luyện.

Vì phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao nên rất dễ xảy ra phản ứng phụ.Cl - CH2 - CH2 - Cl  CH2 = CH2 + Cl2

Để tránh phản ứng tiến hành ở nhịêt độ cao người ta thường dùng xúctác cho phản ứng là Clo và oxi.

Cl2  2Cl*

Cl* + ClCH2 - CH2Cl  ClCH2 - C* + HClClCH2 - C* + HCl  CH2= CHCl+ Cl*

Cl*+ Cl* Cl2

Hiệu suất của phương pháp này là 85% nhưng không được dùng rộngrãi trong công nghiệp vì quá trình tách và làm sạch các chất nằm trong khísản phẩm thu đựơc gây ảnh hưởng xấu cho quá trình trùng hợp VC để tạothành PVC.

2.2/ Công nghệ tổng hợp Vinyl clorua từ etylen

a/ Cơ chế phản ứng:

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

+ Cộng hợp trực tiếp Clo và Etylen tạo thành 1,2- dicloetan + Dehydroclo hoá nhiệt 1,2- dicloetan thành vinylclorua

+ Cho oxi hoá etylen thành 1,2- dicloetan với sự tham gia của HCl tạora khí dehydro hoá:

Đây là phương pháp kinh tế nhất để tổng hợp VC vì không cần sử dụngaxetylen đắt tiền.

Đểđảm bảo năng suất tạo thành VC từ quá trình tổng hợp trực tiếp VCtừ etylen ta phải tiến hành với lượng dư etylen ở mức thấp và nhiệt độ của quá

khoảng 350- 4500C Với quá trình này xúc tác thường được sử dụng là xúc tácmuối kim loại chuyển tiếp nếu phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao sẽ khử mấthoạt tính của xúc tác và bản thân của etylen sẽ bị oxi hoá sâu tạo nên CO vàCO2 làm giảm năng suất của quá trình.

Đối với phần nguyên liệu dư, etylen sẽđược đưa sang thiết bị oxi hoáởnhiệt độ cao và biến đổi thành 1,2- dicloetan đưa trở về phản ứng Quá trìnhtiến hành tổng hợp VC từ etylen sẽ rất khó kiểm soát và khống chế do đótrong quá trình tiến hành người ta thường tách trung gian 1,2- diclotan tạo ravàđưa trở lại phản ứng.

2.3/ Phương pháp liên hợp sản suất VC.

Người ta oxi Clo hoá thành dicloetan và nhiệt phân dicloetan.2HCl + 1/2O2 H2O +Cl2

CH2= CH2Cl2

   ClCH2 - CH2Cl HCl

   CH2 = CH Cl

Ởđây nhiệt phân dicloetan tinh khiết 99,9% tiến hành ở 300- 1000oC.Xúc tác là than hoạt tính hay đá bọt thì lượng VC tạo thành là 90%.

CH2 = CH2 + Cl2 ClCH2 - CH2ClClCH2 - CH2Cl  CH2= CH + HCl

Cl CH  CH + HCl  CH2 = CHCl CH2 = CH2 +CH  CH +Cl  2CH2 = CHCl

Phương pháp này sử dụng nguyên liệu dễ kiếm như etylen và axetylen,trong quá trình điều chế VC theo phương pháp liên hợp axetylen và etylen cóthể thu bằng phương pháp riêng biệt hoặc có thể cùng chung một quá trìnhhay cracking dầu mỏ thu được hỗn hợp khí axetylen và etylen từđó có thể hấpthụ và tách riêng chúng ra.

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

2.4/ Phương pháp clo hoá etan:

Etan là nguyên liệu rẻ tiền và sẵn có góp phần làm giảm giá thànhsảnphẩm VC Chuyển hoá etan thành VC có thể theo các phương pháp sau:

- Clo hoá nhiệt độ cao.

C2H6 + 2Cl2 C2H3Cl + 3HCl- Oxi hiđroclo hoáở nhiệt độ cao.

C2H6 + HCl +O2 C2H3Cl + 2H2O- Oxi Clo hoá.

2C2H6 + Cl2 +3/2O2 2C2H3Cl+3H2O

Với xúc tác phù hợp độ chuyển hoá có thểđạt 96%nhưng hiệu suất thuVC thấp 20-50% các sản phẩm thu được chủ yếu gồm etylen, clorua, etan,

phương pháp này chỉ nằm trong lĩnh vực nghiên cứu chưa được ứng dụngrộng rãi trong công nghiệp để sản xuất VC.

CHƯƠNG III: CẤUTRÚCVÀTÍNHCHẤTCỦA PVC.

1 CẤUTRÚCCỦA PVC

Công thức cấu tạo dạng tổng quát của nhựa PVC:

Nó luôn tồn tại ở hai dạng cấu tạo làđầu nối đuôi vàđầu nối đầu * Đầu nối đuôi:

* Đầu nối đầu:

Qua sự nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC và qua khảo sát bằngquang học thì thấy rằng cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp đầu nối đuôi, vàonăm 1939 Marrel, Sample và Raj làm thí nghiệm tách loại Clo trong PVCbằng cách đun nóng dung dịch PVC trong dioxan với bột kẽm đã khẳng địnhsự xác định cấu tạo trên làđúng.

nH

Nhóm Cycloprôpan tạo thành, chứng tỏ PVC có cấu tạo theo nối kếthợp đầu nối đuôi.

Do trong PVC có Clo nên cấu trúc rất điều hoà Polyme thu được là hỗnhợp của cả ba loại.

CH

Cấu tạo ở dạng nhánh này rất ít từ 50- 100 mắt xích cơ sở mới có mộtnhánh Năm 1940 Fuller nghiên cứu tia X và thấy rằng PVC thương mạithường là những chất vôđịnh hình mặc dù vẫn có một lượng nhỏ kết tinh [1].

2 TÍNHCHẤT.2.1 Tính chất vật lý.

PVC là một polyme vôđịnh hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọnglượng riêng là 1,41,45 Chỉ số khúc xạ 1,544 PVC là một loại nhựa dẻo

trùng hợp từ 1002000 Để có vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần củapolyme phải cóđộ trùng hợp từ 1000 trở lên PVC lão hoá rất nhanh, dẫn đếngiảm tính co giãn và tính chất cơ học.

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:- Hằng sốđiện môi tại 60 Hz và 30 0C là 3,54.

- Hằng sốđiện môi tại 1000 Hz và 30 0C là 3,41.

- Hệ số công suất tại thời điểm trên là3,51% và 2,51%.- Cường độđiện môi: 1080 V/ml.

Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nước với sự cộnghợp của tác nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tiatử ngoại.

PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổihoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cảnguyên tử Hidro ở Cacbon bên cạnh.

Các loại phản ứng chính gồm:

a Phản ứng phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện

hoá trị tự do Chính nhờ có hoá trị tự do nên trong mạch sẽ xuất hiện nối đôi ởphản ứng (1), sẽ có liên kết nối các mạch cao phân tửở phản ứng (2) và nếu cóoxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa oxy ở phản ứng (3)

Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nốicác mạch làm giảm tính chất hoà tan của polyme PVC ở trong dung môi vàngay ở nhiệt độ thường cũng có HCl thoát ra vàởđây chủ yếu xảy ra quá trình

có cấu tạo lưới.

b Khử HCl

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl

+ O2

2 CHCl

2 CHCl

2 CH

2 CH

Muốn đuổi hết nguyên tử Clo ra khỏi PVC người ta cho tác dụng dungdịch polyme trong tetrahydro- furan một thời gian lâu với dung dịch kiềmtrong rượu và sẽ tạo thành polyen có cấu tạo như sau:

biến hoàn toàn thành polyetylen (chảy mềm ở nhiệt độ 1201300C).

c Thế các nguyên tử Clo.

Mức độ thay thế không cao lắm và thường trọng lượng phân tử bị giảm,thay Clo bằng nhóm axêtát Khi đun nóng lâu ở 65 0C dung dịch PVC với hỗnhợp axit axetic và axetat bạc

- Thay Clo bằng nhóm amin

Khi tác dụng dung dịch PVC với amôniac trong bình cóáp suất vàởnhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết amin nối cácmạch, mức độ thay thế không quá 1520%

- Thế Clo bởi nhân thơm

2 CHOCOCH

n NH

+ n HCl

Khi cho tác dụng dung dịch PVC trong têtra hydro furan hay dicloetan

Clorua nhôm (AlCl3) sẽ tạo thành một số nhóm Aryl

Bên cạnh phản ứng chính trên còn có 2 loại phản ứng phụ sau: + Tạo thành vòng ở một số mắt xích

+ Tạo thành một số liên kết ngang nối các mạch

- Thế bởi nhóm sunfua amin bởi phản ứng nhựa trong huyền phù dạngnước với amoni.

Cl + (NH4)2SO4 - SO2NH2 + NH4Cl + H2OAlCl3

2 CHCl

3 ĐỘỔNĐỊNHNHIỆTVÀCHẤTỔNĐỊNH

Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ít so với nhiệt độ phân huỷ.Sự phân huỷ PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt đầuphân huỷở những phần mạch màởđó có liên kết C- H và C- CL yếu Nhữngphần đó có thể là những nhóm cuối phân tử và như ta biết trùng hợp theo cơchế gốc thì sựđứt mạch có thể xảy ra do chuyển mạch cho monome hoặcpolyme hoặc cho cả hai.

Còn nếu chuyển mạch cho polyme thì xuất hiện phân tử nhánh và phântử có cacbon bậc 3 Oxy trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanhhơn trong N2 Một số kim loại như Zn và Fe ngay cả khi chỉ có vết (>= 10trọng lượng kim loại trên 106 phần trọng lượng Polyme) cũng làm xúc tiếnquá trình phân huỷ PVC và làm cho khí HCl trở thành chất xúc tác của quátrình phân huỷ Polyme kỹ thuật luôn chứa vết, do đó thực tế có tác dụng xúctác khí HCl Chất ổn định có trong polyme cũng ảnh hưởng không tốt đếnđộổn định Ôxy ở nhiệt độ cao xảy ra phân huỷ PVC Trong kỹ thuật có haichỉ số rất quan trọng đó là nhiệt độ phân huỷ vàđộổn định nhiệt độ của PVC.Nó phụ thuộc vào thành phần và mục đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở

Trong điều kiện này có xảy ra phân huỷ HCl và phân huỷ một phầnpolyme cũng có khi tạo thành cầu nối giữa các đại lượng Nếu nhiệt độ phânhuỷ của polyme trên 1700C vàđộổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể dùng chếtạo màng và tấm, nếu độổn định trên 90 phút thì dùng chế tạo ống và các vậtphẩm khác.

Để tăng độổn định nhiệt của PVC ta thêm chất ổn định vào để nó cókhả năng làm chậm hoặc ngăn ngừa phân huỷ polyme.

Chất ổn định chia làm 4 nhóm (dựa theo tác dụng của từng nhóm).- Nhóm hấp thụ HCl

- Nhóm chất trung hoà HCl

- Chất ngăn chặn tác dụng của ôxy

- Chất hấp thụ tia tử ngoại

Tuỳ vào loại cấu tạo ta chia ra chất ổn định ở dạng hữu cơ, vô cơ và cơkim Chất vô cơ và cơ kim quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệtchúng còn ngăn ngừa PVC khỏi bị phân huỷ, trong điều kiện gia công có nhiệtđộ cao và chúng có khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời giandài khi sử dụng vật liệu.

+ Chất ổn định nhiệt vô cơ như: Pb(HPO3)2, Pb3O4, Na2CO3, Na2SiO3,Na3PO4

+ Chất ổn định nhiệt cơ kim (hấp thụ khí HCl) Xà phòng kim loại(muối của axit béo) để tạo ra muối dùng kim loại Mg, Ca, Ba, Zn, Pb và cảcác axit béo: stearic, redinonic, laurinic … xà phòng kim loại không độc.

+ Chất ổn định nhiệt hữu cơ: menamin, dẫn xuất ure và tioure, lượngchất epoxy, estes.

Nhưng có một nhược điểm khi dùng chất ổn định là tạo ra muối cloruakim loại làm ảnh hưởng đến độ trong suốt của polyme, tính điện môi giảm,dẫu sao nó cũng tan trong nước và có thểđây là nguyên nhân gây độc.

4 CÁCLOẠICHẤTDẺOTỪNHỰA PVC4.1 Sản phẩm từ PVC hoá dẻo

Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độthường vàđặc biệt là nhiệt độ thấp vàđể dễ dàng cho quá trình gia công ra sảnphẩm Như vậy tác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷtĩnh của polyme nhưng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãndài cuả sản phẩm.

Những chất hoá dẻo thường dùng là những chất phôtphat chiếm 75%lượng chất hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian như DIOP, DEHP, DOP vàestephtalat của C7C9, oxo – alcohol…

Những chất này có tác dụng tương tự nhau đối với PVC nếu không phụthuộc vào lý do kinh tế Nếu dùng thêm chủng loại chất hoá dẻo là hợp chất

cao phân tử có nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồngnhất như caosu nitril (chất đồng trùng hợp của acrylic nitril với butadien).

Ưu điểm chính của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm ổn địnhvì chúng không bay hơi Trong trường hợp này muốn hóa dẻo dùng các trụcnóng để trộn hỗn hợp và các máy có vết xoắn.

Thông thường dùng hỗn hợp 60- 70% PVC và 30- 40% chất hoá dẻo, vìthế lượng chất hoá dẻo dùng rất nhiều Do đó vấn đềđặt ra là phải nghiên cứu,chế tạo chất hoá dẻo từ nguyên liệu trong nước để thay thế hoàn toàn hay mộtphần các chất hoá dẻo mua của nước ngoài [2].

4.2 Sản phẩm từ PVC không hoá dẻo

Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ mềm của nhựa giảm xuống nên giacông dễ dàng hơn nhưng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học vàtính cách điện của polyme giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị lãohóa Để khắc phục tính chịu nhiệt vàổn định hoá học thì dùng PVC không cóchất hoá dẻo thường gọi là PVC cứng Khi sử dụng PVC cứng này phải dùngthêm chất ổn định đểđảm bảo tính ổn định đối với nhiệt của PVC

Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng kết hợp với HClthoát ra khi gia công để ngăn chặn quá trình phân huỷ.

Chất ổn định gồm hai dạng vô cơ và hữu cơ.

+ Chất ổn định dạng vô cơ thường dùng là oxit chì, cacbonat chì, silicatchì…

+ Chất ổn định dạng hữu cơ: stearat canxi, bari, chì, các amin, ure,metamin.

PVC cứng không hoá dẻo rất bền về cơ học vàổn định hoá học Xét vềphương diện cơ học PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi cao (10000

thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sản phẩm cũng như trong quá trình gia

công màđun nóng, làm lạnh không đều, ép dính các lớp không đều sẽ dẫn đếnlàm giảm tính cơ học của PVC cứng.

5 ỨNGDỤNG.

Do nhựa PVC có nhiều tính chất quý như: ổn định hoá học, bền thờitiết, bền ôxy hoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,…vì vậy nóđược sửdụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Sản phẩm được tạo ra từ PVC rất đadạng trên 2/3 lượng PVC được dùng làm các sản phẩm lâu bền nhưống dẫnnước, khung cửa sổ, bàn ghế…còn lại PVC được gia công thành những sảnphẩm khác như màng mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc cách điện,…

Trong thời gian gần đây, người ta đặc biệt chúýđến loại PVC cứng vàxốp, có thể làm vật liệu thay thế gỗ, sự thay thế này cóảnh hưởng đến giáthành và sựổn định, dẫn đến sự thuận lợi cho quá trình tổng hợp vật liệu Tuynhiên các sản phẩm làm bằng vật liệu PVC rất khó phân huỷ và trong quátrình sản xuất có tách ra các chất ảnh hưởng xấu tới môi trường vàđã cónhững lời chỉ trích từ cơ quan bảo vệ môi trường, nhưng các nhà kinh tế chorằng mức độ tăng trưởng PVC trên quy mô toàn cầu vẫn được duy trì trongthời gian tới và bước vào thế kỷ XXI địa vị của PVC vẫn vững vàng trên thịtrường

Nền công nghiệp chất dẻo nói chung và nhựa PVC nói riêng vô cùngquan trọng trong nền kinh tế quốc dân là lĩnh vực không thể thiếu được vàluôn gắn liền với sự phát triển cuả khoa học kỹ thuật [1]

CHƯƠNG IV: QUÁTRÌNHSẢNXUẤTNHỰA PVC1 PHẢNỨNGTRÙNGHỢP:

Phản ứng tạo nhựa PVC là phản ứng trùng hợp VC theo cơ cấu trùng hợpgốc.

+ Peoxit benzoil (POB) có công thức là (C6H5COO)2 do tác dụng nhiệtnó bị phân huỷ ra các gốc hoạt động.

(C6H5COO)2 2 C6H5COO C6H5COO C6H5+ CO2

+ Azodi Izobutyl nitril (AIBN) cũng bị phân huỷ thành các gốc hoạtđộng.

Các gốc vừa sinh ra gọi là gốc hoạt động vàđược ký hiệu là R Tuynhiên các gốc này không phải đều tham gia khơi mào quá trình trùng hợp màmột số kết hợp với nhau tạo thành phân tử trung hoà (khoảng 20 – 40%)

CCH

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

R + CH2 CH R CH2 CH+

* Giai đoạn phát triển mạch: gốc đầu tiên trên tiếp tục tác dụng với monomekhác 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 màonếu là AIBN thì không xảy ra quá trình này.

+ Chuyển mạch lên monome

+ Chuyển mạch lên chất khơi mào

Cl- CH

2 - CH - CH

2 CH ClCH

C6H5 - C - O - O - C - C6H5

O

* Giai đoạn đứt mạch: Tạo thành cao phân tử và có 2 cơ chếđứt mạch là phânly và kết hợp

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 ứngCH

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl

2 CHCl

2 CH Cl

1)*

* Giai đoạn phát triển mạch

Tổng quát

Kp: hằng số tốc độ phản ứng phát triển mạnh* Giai đoạn đứt mạch:

KC: hằng số tốc độđứt mạch theo kết hợp CH

+ CH2 CHCl

NC - C - CH2 -CH - CH2 - CH* + CH - CH2 - CH - CH2 - C - CNCH

Trong một số trường hợp làđứt mạch theo cơ cấu phân ly

V : tốc độ tạo thành f : hệ số hiệu chỉnh

Vt: tốc độ tạo thành gốc tự do hay đứt mạchTừ (2) và (3) ta có:

V K ( ) (K K )

1 / 21 / 21

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

1 / 2t

K[M]K [I]

Từ công thức trên ta thấy rằng chiều dài động học của mạch tỷ lệ thuậnvới nồng độ monome và tỷ lệ nghịch với căn số bậc hai của nồng độ chấtkhởi đầu.

Nếu nhân với KP.[M] vào (3)*

1 / 2t

K K

Chiều dài động học của mạch tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Nếu đứtmạch theo cơ cấu kết hợp thìđộ trùng hợp trung bình p của polyme sẽ bằnghai lần chiều dài động học của mạch 2

2R Mn-1M  RMnMR

Nếu đứt mạch theo cơ cấu phân ly thìđộ trùng hợp trung bình bằng chiều dàiđộng học của mạch.

2RMn-1M  RMn-1R* + RMn-1M.- Nếu đứt mạch theo phân ly

  1 / 2

K MP

K I

- Nếu đứt mạch theo kết hợp.

  1 / 2

2K MP

K I

hay theo công thức (5)*

Độ trùng hợp trung bình khi đứt mạch theo phân ly.

K [M]p

K V

Độ trùng hợp trung bình khi đứt mạch theo kết hợp

Như vậy độ trùng hợp trung bình tỷ lệ nghịch với vận tốc trùng hợp Do đó tăngvận tốc trùng hợp với bất cứ phương pháp nào đều làm giảm độ trùng hợp [2]

3 CÁCYẾUTỐẢNHHƯỞNGĐẾNQUÁTRÌNHTRÙNGHỢP3.1 Vai trò của oxi và tạp chất trong trùng hợp gốc.

Tuỳ thuộc vào bản chất monome vàđiều kiện trùng hợp oxi có thể làmdễ dàng hoặc khó khăn cho quá trình trùng hợp

Oxy tác dụng với monome tạo ra peroxit hoặc hidroperoxit

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 vậntốc trùng hợp Các hợp chất trong monome cóảnh hưởng trực tiếp đến khảnăng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp, dù hàm lượng rất ít cũng ảnhhưởng đến quá trình trùng hợp

Do ảnh hưởng phức tạp của oxi và các hợp chất khác như vậy nên quátrình trùng hợp bắt buộc phải điều chế monome thật tinh khiết và phản ứngcần tiến hành trong môi trường khí trơ [2]

2 CH

2 CH

OH H

3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ.

Nhiệt độ cao làm tăng vận tốc của tất cả các giai đoạn phản ứng trùnghợp đều tăng Năng lượng hoạt hoá của các giai đoạn khác nhau nên hệ sốnhiệt độ của các phản ứng cũng khác nhau.

Năng lượng hoạt hoá của phản ứng khơi mào đòi hỏi năng lượng hoạthoá là lớn nhất (30 kcal/mol) vàđứt mạch bằng 3-5 kcal/mol Do đó khi nhiệtđộ tăng thì mức độ tăng vận tốc khơi mào là lớn nhất Vận tốc khơi mào tăngkéo theo vận tốc trùng hợp tăng và vận tốc đứt mạch cũng tăng theo.

3.3Ảnh hưởng 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 độchất khởi đầu Các chất khởi đầu khác nhau có tác dụng khác nhau với mộtmonome.

Khi tăng nồng độ của chất khởi đầu thì làm tăng tốc độ phản ứng nhưnglàm giảm trọng lượng phân tử trung bình [2]

3.4 Ảnh hưởng của nồng độ monome.

Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trường phaloãng tốc độ trùng hợp và trọng lượng phân tử tăng theo nồng độ củamonome Nếu monome bị pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứngchuyển mạch do đó cũng làm giảm trọng lượng phân tử [2]

3.5 Ảnh hưởng của áp suất.

Áp suất thấp vàáp suất trung bình cho đến vài chục atm không làm ảnhhưởng đến quá trình trùng hợp Còn ởáp suất cao khoảng 1000 atm trở lên thìsong song với quá trình tăng tốc độ trùng hợp thì tăng cả trọng lượng phân tửcủa polyme Do đó việc tăng áp suất để tăng tốc độ phản ứng là thích hợp hơncác phương pháp khác.

Sự tăng tốc độ và trọng lượng phân tử polyme ởáp suất cao giải thíchbằng hiện tượng va chạm của các phân tử phản ứng Sở dĩ cần áp suất cao nhưvậy vìđa số monome ở dạng lỏng khó nén, các phân tử chỉ có thể sát lại nhau

ởáp suất khá cao, làm tăng va chạm không những giữa các phân tử monomevới 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 vàđứtmạch Nhưng tăng áp suất bao giờ cũng kèm theo tăng độ nhớt, làm giảm khảnăng khuếch tán ở gốc cao phân tử nhiều hơn ở phân tử monome linh động.Do đó phản ứng đứt mạch giữa hai gốc tự do cao phân tử không những khôngtăng mà còn giảm theo áp suất Điều đó giải thích tại sao trọng lượng phân tửtăng ởáp suất cao [2]

CHƯƠNG V: CÔNGNGHỆSẢNXUẤT PVC1 CÁCPHƯƠNGPHÁPSẢNXUẤT PVC.

PVC có thể sản suất bằng bốn phương pháp:- phương pháp trùng hợp khối.

- Phương pháp trùng hợp dung dịch.- phương pháp trùng hợp nhũ tương.- Phương pháp trùng hợp huyền phù.

Mỗi phương pháp đều cóđặc điểm riêng của nó tuy nhiên có nét chunglà trọng lượng phân tử của PVC được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ của quátrình trùng hợp (khoảng từ 40-80oC)

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

Hệ phản ứng bao gồm: monome+ chất khởi đầu:

Thông thường trùng hợp khối ởáp suất cao và nhiệt độ cao, cũng có thểtrùng hợp khí Vinylclorua mà không cần áp suất, cho hỗn hợp monome vớimột ít CCl4.

thấp Ở nhiệt độ thấp hơn tốc độ chuyển mạnh qua dung môi CCl4 giảm xuốngnên cóđược polyme rắn.

1.2 Phương pháp trùng hợp dung dịch.

Ở phương pháp này có thể khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ,trường hợp này dung môi có thể hoà tan được polyme hoặc không hoà tanđược polyme.

Nếu dung môi không hoà tan được polyme thì polyme được tách ra ởdạng bột Nếu dung môi hoà tan được polyme thì polyme tách ra ở dạng dungdịch Nhiệt độ phản ứng 35- 45oC.

Thời gian trùng hợp tương đối dài, dung môi tiêu tốn nhiều mà cần vớinồng độ tinh khiết cao vì vậy trong thực tếít được sử dụng Hiện nay trùnghợp dung dịch chỉđể sử dụng đồng trùng hợp các monome khác với VC.

1.3 Phương pháp trùng hợp nhũ tương.

Thành phần chính trong trùng hợp nhũ tương bao gồm: monome, chấtkhởi đầu, môi trường phân tán (thường là nước), dung dịch muối đậm và chấtnhũ hoá.

Vinylclorua hoà tan trong nước kém nên nó có thể tham gia phản ứngtrùng hợp nhũ tương.

Do chất khởi đầu tan trong nứơc phản ứng trùng hợp xảy ra trong khuvực tiếp xúc giữa Vinylclorua và nước, polyme tạo thành ở dạng nhũ tươngtrong nước.

Đểổn định vàđể monome phân tán tốt trong nước cần bổ sung chất nhũhoá Chất nhũ hoá làm giảm sức căng bề mặt giữaVC và nước tạo ra các giọtmonome phân tán trong nước tạo ra và các giọt nhỏ hơn rất nhiều so với trùnghợp 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 tanrất ít trong nước và tạo ra các mixel dạng hình tấm hoặc hình cầu với hệ thốngchất khởi mào oxi hoá khử , có thể thực hiện phản ứng nhanh hơn tại nhiệt độthấp khoảng 20oC (NH4)2S2O8, K2S2O8 và hyđropeoxit là những chất khơimào điển hình trong khi biunphit và muối sắt là những tác nhân khử cóích.Những tác nhân biến tính thường sử dụng đểđiều chỉnh khối lượng phân tử.

Chất ổn định PH đểđảm bảo cho phản ứng trùng hợp nhũ tương có thể xảy ra.Sản phẩm tạo thành trong quá trình trùng hợp nhũ tương ở dạng Latex, kíchthước hạt bé 0,01.10-61.10-6, khối lượng phân tử lớn, độđồng đều cao, nhiệtđộ phản ứng thấp Vì vậy được sử dụng nhiều, tuy nhiên có nhược điểm là sảnphẩm bị nhiễm bẩn ở chất nhũ hoá, nên tính chất cách điện của polyme kém.

1.4 Phương pháp trùng hợp huyền phù.

Hệ phản ứng bao gồm: monome, chất khơi mào, môi trường phân tánvà chất ổn định huyền phù Trong trường hợp huyền phù monome đượcchuyển thành các giọt phân tán trong môi trường đồng nhất dưới tác dụng củachất ổn định.

Do chất khơi mào tan trong monome, nên quá trình kích thích và trùnghợp đều sảy ra trong các hạt monome lơ lửng trong môi trường nước nhờ sựkhuấy trộn mạnh mẽ, monome không tan trong nước được phân bố trong môitrường nước thành các giọt nhỏ có kích thước từ 10.10-65.10-6m Mỗi giọtmonome trong hệ huyền phù có thểđược xem như là thiết bị phản ứng trùnghợp khối cực nhỏ có bề mặt thoát nhiệt với môi trường nước lớn, tránh hiệntượng quá tải nhiệt cục bộ Cùng với sự tiến triển của qúa trình trùng hợp độnhớt bên trong các giọt tăng lên nên phân chia nhỏ các giọt đã keo tụ rất khó,để tránh xảy ra hiện tượng này cần bổ xung các chất ổn định như: gelatin,PVA, …các chất này tạo màng xung quanh giọt và ngăn cản các giọt keo tụlại với nhau.

Ở giai đoạn đầu của quá trình trùng hợp huyền phùđộ chuyển hoá chưađáng kể (1- 2%) các hạt PVC rất nhỏ xuất hiện bên trong các giọt monome,các hạt PVC này sẽ di chuyển đến bề mặt phân cách của VC và nước dẫn đếnsự ghép của chất keo bảo vệ trên PVC, kết quả tạo ra các màng bao bọc xungquanh các giọt màng này có tính chất của một polyme liên kết ngang, vì thếnó không tan trong chất hoá dẻo ở nhiệt độ cao Cấu trúc của hạt PVC rấtquan trọng vì nó quyết định hai đặc tính của PVC đó là: PVC là vật liệu nhạynhiệt, nên phải có khả năng chuyển thành sản phẩm cuối cùng mà không bị

phân huỷ trong khi gia công và khả năng hấp thụ các chất phụ gia đặc biệt làhoá dẻo.

Quá trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ phản ứngkhoảng 600C vàđược duy trì trong suốt giai đoạn phản ứng, đến khi áp suất bắtđầu giảm do monome đã tham gia phản ứng thì lúc này mức độ chuyển hoákhoảng 80% không còn VC tự do nữa.

Sản phẩm polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nước, dễ keo tụ tạothành dạng bột xốp kích thước khoảng 0,010,3 mm

* So sánh các phương pháp:

Phương pháp trùng hợp dung dịch để sản xuất PVC ít được sử dụng dođòi hỏi một lượng dung môi lớn cóđộ tinh khiết cao với phương pháp trùnghợp khối thì sản phẩm chiếm khoảng 8% so với tổng sản lượng nhựa PVC.Phương pháp này cóđộ sạch cao, dây chuyền sản xuất đơn giản Tuy nhiên dosản phẩm tạo ra ở dạng khối, khó gia công, khó tháo khuôn và xảy ra hiệntượng quá nhiệt cục bộ, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vì thế cũng ítđược dùng Hai phương pháp trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyềnphùđược sử dụng rộng rãi (tuy nhiên phương pháp trung hợp huyền phù vẫnđược sử dụng nhiều hơn) do có nhiều ưu điểm đáng kể sau:

Sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, bột dễ gia công, vận tốc trùng hợp cao, độtrùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp vàđặc biệt không xảy ra hiện tượng quánhiệt cục bộ như trùng hợp khối Nhưng có một nhược điểm là dây chuyềnsản xuất phức tạp hơn so với các phương pháp trùng hợp khác vì phải có thêmcác bộ phận như lọc, rửa.

Thiết bị trùng hợp có loại bé dung tích 5m3 và cũng có loại lớn dung

180250 vòng/phút và có vỏ bọc ngoài đểđun nóng và làm lạnh.

Quá trình trùng hợp tiến hành ở khoảng nhiệt độ 40700C vàáp suất58 atm Phản ứng trùng hợp cũng tiến hành qua 3 giai đoạn:

+ Nâng cao nhiệt độ lên khoảng 400C để kích động trùng hợp.

+ Giữ nguyên nhiệt độ vàáp suất để phản ứng tiếp tục kéo dài mạchtrùng hợp và nâng cao nhiệt độ khi áp suất tụt xuống.

+ Làm đứt mạch hoàn thành phản ứng trùng hợp.Sơđồ quá trình sản xuất PVC.

2.1 Qui cách nguyên liệu trùng hợp huyền phù

- Momome vinyl clorua dùng để trùng hợp phải ở thể lỏng nên cầnđược bảo ôn giữở nhiệt độ rất thấp -400C hoặc có thể bảo quản VC ở nhiệt độthường dưới áp suất khí trơ (35,152,9% Psi)

Đất đèn+ nướcKhí axetylen

Điện phân muối ăn

Khí Clo

Khí HCl

Khí hydrô

Khí Vinyl clorua (VC)Làm lạnh để hoá lỏng

Trùng hợpLy tâm, rửa

Sấy khôPVC dạng bột

Độ nguyên chất của vinylclorua trên 99,9% hàm lượng axetylen nhỏhơn 0,02% (trọng lượng) Giới hạn của vinyl clorua trong không khí là422% giới hạn này khá rộng nên thiết bị chứa, đường ống dẫn phải kín cácthiết bị vàống dẫn không được làm bằng đồng hoặc các hợp kim có chứa đồngvìđồng axetilua dễ gây cháy nổ.

- Nước: là môi trường phân tán cho VC và hoà tan chất ổn định Ngoàira còn đóng vai trò là môi trường truyền nhiệt cho phản ứng trùng hợp Vì vậychất lượng và hàm lượng nước phải được chúý, nước dùng cho phản ứng phảilà nước cất, nước tinh khiết.

Tỷ lệ của nước/VC = 1,5/1 hay 1,75/1.

- Chất khơi mào: sự lựa chọn chất khơi mào cho quá trình trùng hợphuyền phù VC rất quan trọng do ảnh hưởng đến giá cả sản phẩm.

- Thường dùng hai chất sau peroxit benzoil (POB) là chất rắn màu vàngnhạt, dễ bắt lửa và có thể nổ khi va chạm mạnh, cọ sát hay hơ nóng, có thể bắtcháy khi lẫn H2SO4, do đó cần bảo quản cẩn thận

+ Azoizo butylnitri (AIBN): là chất rắn màu trắng hay vàng nhạt cótính chất gần giống (POB).

- Chất ổn định (keo bảo vệ) PVA thuộc họ polyme vôđịnh hình có tínhkị nước cao chứa đựng trong bao gai Chất ổn định được đưa vào dạng dungdịch 5% trong nước, dùng nước nóng 700C để pha chế dung dịch (gelatin 5%)và phải dùng ngay, không để lâu quá 45 giờ sẽ bị hỏng.

- NaOH: dùng để xử lý hệ huyền phù sau khi đã trùng hợp xong, NaOHcó thể dùng ở dạng rắn hay lỏng mục đích là làm phân huỷ các gốc của chấtkhởi đầu và chất nhũ hóa, tạo thành các loại muối natri dễ hoà tan vào nứơcđể keo tụ nhựa và tăng tính ổn định nhiệt của nhựa Ngoài các thành phầnchính trên còn sử dụng: dung dịch đệm, lượng tác nhân chống bọt, lượng tácnhân điều chỉnh khối lượng phân tử.