Tổng hợp polymer

Công nghiệp chất dẻo là một trong những ngành công nghiệp còn rất trẻ. Đặc biệt trong những năm gần đây, khi các nguồn nguyên liệu truyền thống như: sắt, thép, gỗ bắt đầu sắp cạn kiệt, thì các ngành công nghiệp chất dẻo trên thế giới phát triển mạnh mẽ. Sản phẩm của ngành công nghiệp chất dẻo dần dần thay thế các sản sản phẩm truyền thống. Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp chất dẻo phát triển rất mạnh, sản phẩm đa dạng. So với các vật liệu khác như gỗ, sắt, …thì vật liệu nhựa có nhiều ưu điểm như nhẹ hơn nhưng có độ bền cơ học tốt, sản phẩm đa dạng, màu sắc đẹp, giá cả phù hợp…Do vậy, vật liệu nhựa đã được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như sản xuất hàng gia dụng (bàn, ghế, vỏ chai, ống nước…), sản xuất vỏ bọc dây điện, keo dán, sơn, dùng làm vật liệu composite, kể cả trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, hàng không và đại dương. Do vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Tổng hợp Polymer” để giúp mọi người hiểu rõ hơn phần nào về Polymer.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DAU

Mục lục

LỜI NÓI ĐAU 7

Phần 1: Tổng quan về Polyme 8

1 Lịch sử của Polyme 8

2 Phân loại Polyme dựa trên lực phân tử 8

3 Các loại Polyme thường gặp 9

3.1 Nhựa nhiệt dẻo 9

3.1.1 Polyetylen 9

3.1.2 Polypropylen 11

3.1.3 Polystyren 11

3.1.4 Polyeste 11

3.2 Nhựa nhiệt rắn 12

3.2.1 Nhựa ure 12

3.2.2 Nhựa epoxy 13

3.2.3 Polyeste không bão hòa 13

3.2.4 Nhựa phenol -Formaldehyde 13

3.2.5 Nhựa amin 13

3.3 Sợi tổng hợp 14

3.3.1 Sợi polyester 14

3.3.2 Sợi polyamit 14

3.3.3 Sợi acrylic 16

3.3.4 Sợi graphit (sợi cacbon) 17

3.4 Cao su tổng hợp 17

3.4.1 Cao su nitrile 17

3.4.2 Polyisoprene 18

3.4.3 Polychloroprene 18

3.4.4 Cao su butyl 19

3.4.5 Cao su etylen-propylen 19

Phần 2: Các phương pháp gia công Polyme 21

1 Phương pháp ép phun (ép đúc) nhựa 21

2 Phương pháp ép đùn nhựa 21

3 Phương pháp ép thổi nhựa 21

4 Phương pháp ép nhựa định hình 21

5 So sánh các phương pháp 22

Phần 3: Nhựa Polyvinylclorua (PVC) 24

1 Tính chất, ứng dụng và các phương pháp sản xuất PVC 24

1.1 Tính chất vật lý .24

1.2 Tính chất hóa học .24

1.3 Ứng dụng 24

1.4 Các phương pháp sản xuất 25

2 Nguyên liệu sản xuất PVC 25

2.1 Etylen .25

2.2 Chất khởi đầu (chất khơi mào) 25

2.3 Nước mềm .26

2.4 Dung dịch đệm .26

2.5 Chất ổn định nhiệt .27

2.6 Chất ổn định (đối với trùng hợp huyền phù) 27

2.7 Chất dập tắt phản ứng .27

2.8 Chất chống đông (đối với trùng hợp huyền phù) 27

3 Hóa học và công nghệ tổng hợp PVC 27

3.1 Cơ sở hóa học của quá trình sản xuất PVC 27

3.2 Quy trình công nghệ quá trình tổng hợp PVC 28

3.2.1 Dây chuyền sản suất EDC bằng phương pháp kết hợp oxi clo hóa và clo hóa 28

3.2.2 Dây chuyền sản xuất VC theo phương pháp cracking EDC 29

3.2.3 Dây chuyền sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù 31

3.2.4 Dây chuyền sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương 33

4 Tình hình thị trường của PVC trên thế giới và Việt Nam 34

4.1 Trên thế giới 34

4.2 Tại Việt Nam 36

Phần 4: Nhựa phenol-formaldehyde (PF) 38

1 Tổng quan,phân loại và ứng dụng của nhựa PF 38

1.1 Tổng quan về nhựa PF 38

1.2 Phân loại nhựa PF 38

1.3 Ứng dụng của nhựa PF 39

2 Nguyên liệu quá trình sản xuất 39

2.1 Formaldehyde 39

2.1.1 Tính chất vật lý 39

2.1.2 Tính chất hóa học: 40

2.1.3 Tổng hợp formaldehyde ( công nghệ BASF ) 40

2.2.Phenol 42

2.2.1 Tính chất vật lý 42

2.2.2 Tính chất hóa học 43

2.2.3 Tổng hợp phenol 43

3 Dây chuyền sản xuất nhựa PF 46

Phần 5: Polypropylene (PP) 49

1 Tổng quan về nhựa polypropylene 49

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của nhựa polypropylene 49

1.2 Các tính chất đặc trưng của polypropylene 49

1.3 Một số ứng dụng thực tế 50

2 Hóa học tổng hợp polypropylen 50

3 Nguyên liệu 51

4 Quy trình công nghệ 52

4.1 Công nghệ của Công ty MitsuiChemicals 52

4.2 Công nghệ Hypol-II của nhà cung cấp bản quyền Mitsui Chemical 54

4.3 Công nghệ Lummus Novolen 56

4.4 Công nghệ Spherizone của LyondellBasell 57

4.5 sánh hai So sơ đồ công nghệ 59

5 Nhu cầu sử dụng 60

Phần 6: Cao su styren butadien (SBR) 62

1 Tổng quan của cao su styren-butađien 62

1.1 Lịch sử 62

1.2 Thành phần của SBR 62

1.3 Ứng dụng 64

2 Nguyên liệu 65

2.1 Tính chất vật lý và hóa học của butadien 65

2.1.1 Tính chất vật lý 65

2.1.2 Tính chất hóa học 65

2.2 Tính chất vật lý và tính chất hóa học của Styren 66

2.2.1 Tính chất vật lý 66

2.2.2 Tính chất hóa học 67

3 Phương pháp sản xuất 68

3.1 Phản ứng 68

3.2 Trùng hợp bằng nhũ tương (E-SBR) 69

4 Công nghệ sản xuất 73

4.1 Nguyên liệu sản xuất 73

4.2 Quy trình sản xuất butadiene 73

4.2.1 Các phương pháp tổng hợp butadiene: 73

4.2.2 Tách butadien từ phân đoạn C4 của quá trình steam cracking 74

4.3 Quy trình sản xuất Styren 76

4.3.1 Nguyên liệu của quá trình sản xuất Styren 76

4.3.2 Dehydro hóa đoạn nhiệt etylbenzen 77

4.4 Công nghệ của quá trình trùng hợp nhũ tương 81

5 Nhu cầu sử dụng 83

Phần 7: Polyetylen (PE) 85

1 Tính chất và ứng dụng của PE 85

1.1 Tính chất 85

1.2 Phân loại và ứng dụng 85

2 Nguyên liệu chính của quá trình sản xuất PE: Etylen 86

2.1 Tính chất vật lý 86

2.2 Tính chất hóa học 87

3 Hóa học tổng hợp PE 87

4 Quy trình công nghệ quá trình sản xuất PE 88

4.1 Sản xuất PE ở áp suất cao 88

4.2 Sản xuất PE ở áp suất thấp 92

5 Tình hình thị trường của PE trên thế giới và việt nam 95

5.1 Trên thế giới 95

5.2 Tại Việt Nam 96

Phần 8: Polyethylene terephthalate PET 98

1 Tính chất, ứng dụng và các phương pháp sản xuất PET 98

1.1 Tính chất vật lý 98

1.2 Tính chất hóa học 98

1.3 Độ nhớt đặc trưng 99

1.3.1 Định nghĩa độ nhớt đặc trưng 99

1.3.2 Ý nghĩa của độ nhớt đặc trưng 99

1.3.3 định Xác độ nhớ đặc trưng theo ISO 1628/5 99

1.4.Ứng dụng 100

1.5 Các phương pháp sản xuất PET 101

1.5.1 Phản ứng giữa axit Terephtalic với Etylen glycol 101

1.5.2 Phản ứng trao đổi este giữa Dimetyl Terephtalat (DMT) và EG 102

1.5.3 Phản ứng giữa Terephtaloyl diclorid và Etylen glycol 102

2 Nguyên liệu quá trình tổng hợp PET 102

2.1 Nguyên liệu p-xylen 103

2.1.1 Tính chất hóa lý: 103

2.1.2 xuất Sản p-xylen 103

2.2 Nguyên liệu MEG 104

2.2.1 Tính chất hóa lý: 104

2.2.2 Sản xuất MEG 104

3 Quy trình công nghệ quá trình sản xuất PET 105

3.1 Dây chuyền sản xuất PTA (Purified terephthalic acid) 105

3.2 Dây chuyền sản xuất PET từ TPA 106

3.2.1 Công nghệ NG3TM của Invista 106

3.2.2 Công nghệ Lurgi Zimmer DHI 107

4 Tình hình thị trường của PET trên thế giới và việt nam 109

4.1 Trên thế giới 109

4.2 Tại Việt Nam 110

Kết luận 111

Tài liệu tham khảo 112

LỜI NÓI ĐAU

Công nghiệp chất dẻo là một trong những ngành công nghiệp còn rất trẻ Đặc biệttrong những năm gần đây, khi các nguồn nguyên liệu truyền thống như: sắt, thép,

gỗ bắt đầu sắp cạn kiệt, thì các ngành công nghiệp chất dẻo trên thế giới phát triểnmạnh mẽ Sản phẩm của ngành công nghiệp chất dẻo dần dần thay thế các sản sảnphẩm truyền thống Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp chất dẻo phát triểnrất mạnh, sản phẩm đa dạng So với các vật liệu khác như gỗ, sắt, …thì vật liệunhựa có nhiều ưu điểm như nhẹ hơn nhưng có độ bền cơ học tốt, sản phẩm đadạng, màu sắc đẹp, giá cả phù hợp…Do vậy, vật liệu nhựa đã được sử dụng rấtnhiều trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như sản xuất hàng gia dụng(bàn, ghế, vỏ chai, ống nước…), sản xuất vỏ bọc dây điện, keo dán, sơn, dùng làmvật liệu composite, kể cả trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, hàng không và đạidương Do vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Tổng hợp Polymer” đểgiúp mọi người hiểu rõ hơn phần nào về Polymer

Do kiến thức hạn chế nên chúng em không tránh khỏi sai sót trong quá trình làmbài Mong Cô và các bạn thông cảm cũng như góp ý để bài tiểu luận được hoànchỉnh hơn

Phần 1: Tổng quan về Polyme

Polyme là khái niệm được dùng cho các hợp chất cao phân tử (hợp chất có khốilượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần nhữngmắt xích cơ bản)

1 Lịch sử của Polyme

Những năm 1870 – 1900, trong quá trình tìm kiếm nguyên liệu thay thế cho ngàvoi, John Hyatt, một nhà hóa học người Mỹ, đã phát triển Parkesin – hợp chất nhựađầu tiên thành một hợp chất ổn định và mang tính ứng dụng cao hơn với tên gọi là

“celluloid” Celluloid ngay sau đó đã trở thành vật liệu được ưa chuộng do giáthành rẻ và dễ gia công, ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp sảnxuất đồ chơi và đồ dùng cá nhân

Những năm 1900 – 1930, trong giai đoạn từ 1920 – 1930, một loại nguyên liệunhựa quan trọng được đưa vào sản xuất công nghiệp, đó chính là PolyVinyl Clorua(PVC) Lịch sử của PVC bắt đầu từ rất sớm khi ngay từ năm 1872, người ta đã tìm

ra cách tổng hợp PVC từ nguyên liệu chính là Vinyl Clorua Tuy nhiên tính ứngdụng của PVC tại thời điểm đó còn rất hạn chế do tính kém ổn định, độ cứng cao

và khó gia công Mãi đến năm 1926, sau khi tiến sĩ Waldo Semon phát minh raphương pháp dẻo hóa, PVC mới bắt đầu được đưa vào sản xuất công nghiệp

Những năm 1930 – 1990, giai đoạn đầu những năm 1930 là giai đoạn bản lề cho

sự phát triển của ngành công nghiệp nhựa hiện đại khi các nhà sản xuất đã tìm raphương pháp để sản xuất nguyên liệu nhựa từ dầu mỏ với quy mô công nghiệp.Giai đoạn 1950 – 1960, sau khi chiến tranh thế giới thứ 2 kết thúc, các nhà sảnxuất nhựa bắt đầu tìm kiếm một thị trường mới để bán sản phẩm của mình khi nhucầu từ chiến tranh không còn Thị trường mới mà các nhà sản xuất hướng tới tronggiai đoạn này là thị trường tiêu dùng Các nguyên liệu nhựa trước kia dùng phục vụchủ yếu cho chiến tranh dần biến thành những sản phẩm tiêu dùng hàng ngày.Trong những năm 1970 - 1990, vật liệu nhựa ngày càng trở nên phổ biến hơntrong các ngành sản xuất ô tô, các thiết bị điện tử viễn thông nhờ đặc tính bền, nhẹ,chịu lực tốt và cách điện tốt

Trong những năm 1990 – nay, ngành công nghiệp nhựa hiện nay tuy đang tăngtrưởng chậm lại và có dấu hiệu bão hòa tuy nhiên các công nghệ mới vẫn khôngngừng được phát minh giúp đưa vật liệu nhựa trở thành vật liệu của tương lai điểnhình như công nghệ in 3D hay công nghệ Nano

2 Phân loại Polyme dựa trên lực phân tử

Dựa trên lực phân tử, Polyme gồm 4 loại

•Nhựa nhiệt dẻo(Thermoplastics): là loại nhựa gồm nhiều chuỗi phân tử liênkết với nhau bằng các liên kết Van der Waals yếu, liên kết hiđrô, hoặc thậmchí là xếp thành các vòng thơm … Nhựa nhiêt dẻo sẽ chảy mềm thành chấtlỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn lại khi làm nguội

chuyển sang trạng thái không gian ba chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặcphản ứng hóa học do trong quá trình đúc thì loại nhựa này có được cấu trúcliên kết chéo 3 chiều với phần lớn là các liên kết cộng hóa trị mà các liên kếtnày thì sẽ vẫn giữ được độ bền và cấu trúc của chúng ngay cả khi đun nóng

bền kéo cao sợi do con người tạo ra thông qua các quá trình tổng hợp hóa học

từ quá trình trùng hợp các monomer để tạo thành polymer có khối lượng phân

tử lớn

tác yếu được con người chế tạo với chức năng chính là chất co giãn

3 Các loại Polyme thường gặp

3.1 Nhựa nhiệt dẻo

3.1.1 Polyetylen

n-tính chất thay đổi tùy thuộc vào số lượng đơn vị etylen tạo nên polyme Đơn phân,etylen (CH2 = CH2), là một vật liệu khởi đầu có sẵn thông qua quá trình Cracking

từ nhà máy lọc dầu Các tính chất của polyetylen phụ thuộc vào cách thức polymehóa etylen

3.1.1.1 Polyetylen mật độ thấp (LDPE)

Polyethylene mật độ thấp (LDPE) là một loại nhựa nhiệt dẻo bán cứng và mờđược làm từ monome ethylene Đây là loại polyetylen đầu tiên, được sản xuất vàonăm 1933 bởi Imperial Chemical Industries (ICI) Polyetylen mật độ thấp được sảnxuất dưới áp suất cao với sự có mặt của chất khơi mào gốc tự do Như với nhiềuquá trình cộng chuỗi gốc tự do, LDPE có tính phân nhánh cao Nó có độ kết tinhthấp hơn so với polyethylene mật độ cao Qúa trình polyme hóa có thể xảy ra trongTubular hoặc trong một thiết bị phản ứng có khuấy dạng Autoclave

Trong Autoclave, nhiệt của phản ứng được hấp thụ bởi nguồn cấp etylen lạnh.Qúa trình khuấy giúp nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ thiết bị phản ứng và ngănchặn sự kết tụ của polyme Trong Tubular, một lượng lớn nhiệt phản ứng bị thấtthoát qua vỏ ống Điều kiện phản ứng đối với phản ứng trùng hợp gốc tự do củaetylen là

100 °C – 200°C (212°F – 39°F) và 1.500–2.000 psi Hiệu suất chuyển hóa etylen ởmức thấp (10% –25%) để kiểm soát nhiệt và độ nhớt nhưng tổng hiệu suất sau khihồi lưu lên tới 95%.

Tốc độ trùng hợp có thể tăng bằng cách tăng nhiệt độ, nồng độ chất khơi mào

và áp suất Mức độ phân nhánh và phân phối trọng lượng phân tử phụ thuộc vàonhiệt độ và áp suất Có thể thu được polyme mật độ cao hơn với sự phân phối trọnglượng phân tử hẹp hơn bằng cách tăng áp suất và giảm nhiệt độ Độ kết tinh củapolyme có thể thay đổi ở một mức độ nào đó bằng cách thay đổi các điều kiện phảnứng và bằng cách thêm các chất đồng phân tử như vinyl axetat hoặc etyl acrylat.Các chất đồng trùng hợp có độ kết tinh thấp hơn nhưng độ mềm dẻo tốt hơn, vàpolymer tạo thành có độ bền va đập cao hơn

3.1.1.2 Polyetylen mật độ cao (HDPE)

Polyetylen mật độ cao được sản xuất bằng quy trình áp suất thấp trong thiết bịphản ứng tầng sôi Chất xúc tác được sử dụng để sản xuất polyetylen mật độ cao làZiegler (phức chất của triethylen nhôm [Al (C2H5)3] và α-titan triclorua (α-TiCl3)hoặc silica-alumina (SiO2-Al2O3) được ngâm tẩm với một oxit kim loại như oxitcrom (Cr2O3) hoặc oxit molypden (Mo2O3)

Các điều kiện phản ứng nhìn chung là nhẹ, nhưng chúng khác nhau giữa cácquá trình Ví dụ, trong quá trình Unipol, được sử dụng để sản xuất cả polyethylenemật độ cao và polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE), phản ứng xảy ratrong pha khí Ethylene và các comonome (propene, 1-butene, v.v.) được đưa vào

lò phản ứng tầng sôi có các hạt ymer đang phát triển Nhiệt độ và áp suất hoạtđộng xấp xỉ 100 °C (212°F) và 300 psi Máy nén ly tâm một cấp sẽ tuần hoànetylen chưa phản ứng Sản phẩm từ lò phản ứng được trộn với các chất phụ gia vàsau đó được tạo viên Quá trình trùng hợp ethylene cũng có thể xảy ra trong hệthống pha lỏng, nơi chất pha loãng hydrocacbon được thêm vào Điều này yêu cầumột hệ thống thiết bị tái sinh hydrocacbon

Polyetylen mật độ cao được đặc trưng bởi độ kết tinh cao hơn và nhiệt độ nóngchảy cao hơn polyetylen mật độ thấp do không phân nhánh

3.1.1.3 Polyetylen mật độ tuyến tính thấp (LLDPE)

Polyetylen mật độ tuyến tính thấp được sản xuất trong pha khí dưới áp suấtthấp Chất xúc tác được sử dụng là loại Ziegler hoặc các dẫn xuất metallocene thế

hệ mới LLDPE có câu trúc gốc tuyến tính với các nhánh ngắn, đồng nhất Cácnhánh ngắn này có thể trượt với nhau khi kéo dài mà không bị vướng víu nhưLDPE LLDPE

cực kỳ linh hoạt với cường độ tác động cao, cực kỳ tốt cho bộ đệm nhẹ và mạnh.Ngoài ra còn kháng hóa chất tốt, kháng hơi nước Do đó LLDPE được dùng chủyếu trong sản xuất màng đa năng, màng căng Bao bì may mặc và màng côngnghiệp

3.1.2 Polypropylen

Polypropylen được sản xuất bằng phản ứng trùng hợp propylen (CH3CH =CH2) Cấu trúc phân tử tương tự như polyetylen, nhưng có nhóm metyl (–CH3).Trọng lượng phân tử rơi vào khoảng 501000–200000 Tính bền cơ học cao (bền xé

và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài.Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ

PP không màu không mùi, không vị, không độc PP cháy sáng với ngọn lửa màuxanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su

3.1.3 Polystyren

Polystyrene là loại nhựa nhiệt dẻo có khối lượng lớn thứ tư được tạo thành

từ phản ứng trùng hợp stiren Công thức cấu tạo của Polystiren là: CH2)n Styren là một sản phẩm quan trọng của bộ phận hóa dầu của nhà máy lọcdầu, được sản xuất bằng cách khử hydro của etylbenzen

(CH[C6H5]-PS là loại nhựa cứng trong suốt, không có mùi vị, khi cháy cho ngọn lửa không

ổn định PS không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công bằng phươngpháp ép và ép phun Tính chất cơ học của PS phụ thuộc vào mức độ trùng hợp PS

có trọng lượng phân tử thấp rất dòn và co độ bền kéo thấp Trọng lượng phân tửtăng lên thì độ bền cơ và nhiệt tăng, độ dòn giảm đi Nếu vượt quá mức độ trùnghợp nhất định thì tính chất cơ học lại giảm

3.1.4 Polyeste

Polyesters là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật khối lượng lớn đượcsản xuất bằng cách trùng ngưng axit terephthalic (1,4-HO2CC6H4CHO2H) vớiethylene glycol (CH2OHCH2OH) tạo Polyethylene terephthalate ( PET) hoặc 1,4-butanediol (HOCH2CH2CH2CH2OH) tạo Polybutylen terephthalate (PBT) PBT cócấu trúc tương tự như polyethylene terephthalate (PET) chỉ khác biệt ở số lượngnhóm -(CH2)- có trong các đơn vị lặp lại của phân tử polyme Tính chất cơ học của

hai vật liệu cũng tương tự nhau Tuy nhiên, PBT có điểm nóng chảy thấp hơn(223°C

[433°F]) so với PET (255°C [491°F]), vì vậy nó có thể được xử lý ở nhiệt độ thấphơn Đặc tính này, kết hợp với độ chảy của nó khi nóng chảy và kết tinh nhanhchóng khi làm mát, làm cho PBT rất thích hợp để ép phun thành các bộ phận rắn.

Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là các bộ phận điện, nhờ khả năngchịu điện tuyệt vời, bề mặt nhẵn và độ bền tuyệt vời Ống được làm bằng PBTtrước đây phổ biến cho hệ thống ống nước dân dụng như một chất thay thế đồnggiá rẻ và dễ xử lý, nhưng nó đã bị phân hủy sau khi tiếp xúc lâu với các hóa chấtoxy hóa như clo ở thành phố, nguồn cung cấp nước, vì vậy nó không còn được sửdụng

Đặc tính nổi bật sau: ổn định nhiệt tốt, chịu hóa chất và thời tiết tốt, giữ độ bềnkhi va đập cao, và đa dạng Phạm vi độ cứng (mềm, bán mềm, cứng), trọng lượngriêng thấp, tính chất cách điện tuyệt vời, tùy biến màu sắc dễ dàng và có thể táichế Do đó, nó có thể được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, côngnghiệp điện và điện tử, các bộ phận công nghiệp và đồ thể thao, và là một sự thaythế lý tưởng cho cao su chịu nhiệt

Sợi polyester bị giảm độ bền khi ở lâu dưới ánh sáng mặt trời và nhiệt độcao Ở nhiệt độ thường, sợi xơ tương đối bền Nhưng khi ở dưới nhiều độ 235 độ

C, cấu trúc các sợi xơ sẽ bị mất định hướng Ở nhiệt độ 285 độ C, cấu trúc xơ sẽ bịphá hủy hoàn toàn Sợi xơ polyester có thể chịu được acid ở nồng độ loãng và độbền giảm khi tiếp xúc với acid nồng độ cao Polyester kém bền trong môi trườngbazơ Vải polyester kỵ với nước Sợi polyester không bị ảnh hưởng bởi các vi sinhvật như vi khuẩn, nấm mốc, …

Vải tổng hợp polyester được sử dụng nhiều trong thời trang may mặc (quần

áo, đồ nội y), đồ nội thất (chăn ga gối đệm, rèm, ghế sofa), lều trại, áo mưa,

Polyester được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp để sản xuất các loạisản phẩm như quần áo, đồ nội thất gia dụng, vải công nghiệp, vật liệu cách điện,đệm …

3.2 Nhựa nhiệt rắn

3.2.1 Nhựa ure

Nhựa ure được sản xuất bằng phản ứng ngưng tụ của polyol và diisocyanat.Không có sản phẩm phụ nào được hình thành từ phản ứng này Toluenediisocyanate là một chất được sử dụng rộng rãi làm monome Nhựa ure cứng hoặcdẻo, tùy thuộc vào loại polyol được sử dụng Các tính chất vật lý của polyuretanthay đổi theo tỷ lệ của polyol với diisocyanat Nhựa ure cải tiến có thể được sảnxuất bằng cách đồng trùng hợp Các copolyme khối của polyuretan được kết nối

với các đoạn của các dẫn xuất isobutylene sẽ thể hiện các đặc tính ở nhiệt độ cao,tính ổn định thủy phân và

các đặc tính của lớp chắn Các phân đoạn cứng của polyurethane ngăn polime gồmRNHCOOH, trong đó R thường chứa một gốc thơm.

Công dụng chính của polyurethanes là sản xuất foam Mật độ cũng như độ bền

cơ học của loại cứng và loại mềm rất khác nhau tùy theo loại polyol và điều kiệnphản ứng

3.2.2 Nhựa epoxy

Nhựa epoxy được sản xuất bằng cách cho phản ứng giữa epichlorohydrin vàmột diphenol Bisphenol A là diphenol thường được sử dụng Nhựa epoxy có nhiềutrọng lượng phân tử (khoảng l, 000–10,000) Các đặc tính quan trọng của nhựaepoxy bao gồm khả năng bám dính mạnh mẽ vào bề mặt kim loại, khả năng chốnglại hóa chất và độ ổn định kích thước cao của chúng Chúng cũng có thể chịu đượcnhiệt độ lên đến 500 ° C

3.2.3 Polyeste không bão hòa

Polyeste không bão hòa là một nhóm các polyme và nhựa được sử dụng tronglớp phủ hoặc để đúc bằng styren Các polyme này thường có gốc anhydrit maleichoặc axit béo không bão hòa để truyền độ không bão hòa cần thiết Ví dụ điển hình

là phản ứng giữa anhydrit maleic và etylen glycol Ngoài ra, anhydrit phthalic, mộtpolyol và một axit béo không bão hòa thường được đồng trùng hợp đến polyestekhông bão hòa cho mục đích phủ Có thể có nhiều kết hợp khác theo tỷ lệ thay đổi

để điều chế các loại nhựa này

3.2.4 Nhựa phenol -Formaldehyde

Nhựa phenol-fomanđehit là những polyme nhiệt rắn lâu đời nhất Chúng đượctạo ra bởi phản ứng trùng ngưng giữa phenol và fomandehit Các đặc tính quantrọng của nhựa phenolic là độ cứng, khả năng chống ăn mòn, độ cứng và khả năngchống thủy phân của nước Chúng cũng rẻ hơn nhiều loại polyme khác

3.2.5 Nhựa amin

Nhựa amin (aminoplasts) là các polyme nhiệt rắn ngưng tụ của formaldehydevới urê hoặc melamine Melamine là sản phẩm ngưng tụ của ba phân tử urê Nócũng được điều chế từ cyanimide ở áp suất cao và nhiệt độ cao Nhựa amin có đặcđiểm là trong và cứng hơn (độ bền kéo) so với các dẫn xuất phenol Tuy nhiên, độbền va đập (khả năng chống vỡ) và khả năng chịu nhiệt của chúng thấp hơn Nhựamelamine có khả năng chịu nhiệt và độ ẩm tốt hơn và độ cứng tốt hơn so với cácchất ure tương tự Việc sử dụng quan trọng nhất của nhựa amin là sản xuất chất kếtdính cho ván dăm và ván ép gỗ cứng

3.3 Sợi tổng hợp

3.3.1 Sợi polyester

Polyester là thuộc nhóm quan trọng nhất trong sợi tổng hợp Polyester là mộtloại sợi tổng hợp có nguồn gốc từ than đá, không khí, nước và dầu mỏ Sợipolyester được hình thành từ phản ứng hóa học giữa acid hai chức và rượu haichức Trong phản ứng này, hai hoặc nhiều phân tử kết hợp với nhau để tạo ra mộtphân tử lớn có cấu trúc lặp đi lặp lại trong suốt chiều dài của nó Các đặc tính quantrọng của polyeste là nhiệt độ nóng chảy tương đối cao 265°C (510°F), khả năngchống chịu cao với điều kiện thời tiết và ánh sáng mặt trời, độ bền kéo vừa phải có

độ bền cơ học cao, và tương đối bền với tác dụng của axit, hầu hết các axit vô cơ

và hữu cơ ở nồng độ không cao lắm ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến

độ bền của sợi polieste

Ngày nay, có hai dạng chính của polyester là PET (polyethylene terephthalate)

và PCDT (poly-1, 4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate) PET là loại phổbiến hơn, hữu dụng, đa dạng trong các ứng dụng Nó bền vững hơn PCDT, mặc dùPCDT dẻo hơn và đàn hồi hơn PCDT phù hợp để làm rèm cửa và lớp bọc đồ nộithất, còn PET có thể được sử dụng độc lập hoặc phối trộn với các loại vải khác đểlàm cho quần áo khỏi nhăn chống bụi bẩn và không co dãn

3.3.2 Sợi polyamit

Polyamit (sợi nylon) là nhóm sợi tổng hợp lớn thứ hai sau polyester Tơ tổnghợp poliamit là mạch cacbon dị nguyên tố có nhóm chức –CO-NH- trong phân tử.Khối lượng phân tử của poliamit khoảng 8000-25000 dvC Sợi poliamit có độ bền

cơ học cao, đặc biệt độ bền với ma sát thì cao hơn hẳn các sợi hóa học khác dophân tử có liên kết bó chặt chẽ nên tác dụng lực tương hỗ giữa các phân tử tăng,dẫn đến độ bền cơ học cao Tuy nhiên lại làm cho sợi khó nhuộm màu Polyamittương đối bền với kiềm nhưng kém bền với axit nhất là axit khoáng và ở nhiệt độcao

• Nilon 6-6

Nylon 6-6 (polyhexamethyleneadipat) được tạo ra bởi phản ứng củahexametylenđiamin và axit adipic Điều này tạo ra muối adipate hexamethylenediammonium Sản phẩm là một dung dịch muối loãng có nồng độ khoảng 60% vàaxit axetic được nạp vào lò phản ứng, nơi nước liên tục được loại bỏ Sự có mặtcủa một lượng nhỏ axit axetic hạn chế mức độ trùng hợp đến mức mong muốn Sau

đó, nhiệt độ được tăng lên 270 ° C-300 ° C và áp suất đến khoảng 16 atm, điều nàytạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành của polyme Áp suất cuối cùng đượcgiảm

xuống khí quyển để cho phép loại bỏ nước hơn nữa Sau tổng cộng 3 giờ, nylon 66 được ép đùn dưới áp suất nitơ

• Nilon 12

Nylon 12 (polylaurylamide) được sản xuất theo cách tương tự như nylon 6 bằngphản ứng trùng hợp mở vòng của laurolactam Polyme có khả năng chứa nước thấphơn nylon 6 do tính chất kỵ nước cao hơn Phản ứng trùng hợp xảy ra chậm hơn sovới caprolactam Nhiệt độ cao hơn được sử dụng để tăng tốc độ của phản ứng

Đơn phân (laurolactam) có thể được sản xuất từ 1,5,9-cyclododecatriene, một

bộ ba của butadien Trimer được epoxy hóa bằng axit peracetic hoặcacetaldehyde

peracetate và sau đó được hydro hóa Epoxit bão hòa được sắp xếp lại thành xetonvới magie iodua (MgI2) ở 100°C (212°F) Sau đó nó được chuyển thành oxime vàsắp xếp lại thành laurolactam

• Nilon 4

Nylon 4 (polybutyramide) được tạo ra bởi 2-pyrrolidone mở vòng Phản ứngtrùng hợp anion được sử dụng để trùng hợp lactam Đồng chất xúc tác được sửdụng để tăng hiệu suất của polyme Carbon dioxide được báo cáo là một chất kíchhoạt trùng hợp tuyệt vời Nylon 4 có khả năng hút nước cao hơn các loại nylonkhác do tính chất kỵ nước thấp hơn

• Nilon 11

Nylon 11 (polyundecanylamide) được tạo ra bởi phản ứng ngưng tụ của axit aminoundecanoic Đây là một ví dụ về sự tự ngưng tụ của một axit amin trong đóchỉ sử dụng một đơn phân Đầu tiên monome lơ lửng trong nước, sau đó được đunnóng để làm tan chảy monome và bắt đầu phản ứng Nước liên tục được loại bỏ đểchuyển trạng thái cân bằng sang phải Polyme cuối cùng được rút để lưu trữ

11-3.3.3 Sợi acrylic

Sợi acrylic là một loại sợi tổng hợp chính được phát triển cùng thời với polyeste Sợi acrylic chứa ít nhất 85% acrylonitrile

Polyacrylonitril (PAN)

• Độ bền nhiệt: Sợi acrilic là sợi nhiệt dẻo nhưng nó tương đối bền nhiệt Khi

giờ nó trở nên đen nhánh như than nhưng độ bền cơ học vẫn không thay đổimấy Nó chỉ bị nung nóng đỏ lên trong ngọn lửa của đèn khí Khi đung nóng

• Độ bền ánh sáng: Sợi PAN có độ bền cao với ánh sáng và khí quyển về chỉtiêu này thì nó vượt tất cả các loại sợi hoá học và sợi thiên nhiên Ngoài ra

nó còn bền với vi sinh vật và nấm mốc

• Độ bền bức xạ: Đây là một tính chất đặc trưng của sợi PAN đó là khả năngchịu được những bức xạ hạt nhân Đặt trong lò phản ứng hạt nhân trong 26giờ độ bền của nó giảm không quá 25%

• Độ bền hoá học: Sợi PAN có độ bền hoá học cao, bền với axit, chất ôxy hoá

và các dung môi hữu cơ, bền với rượu, axit hữu cơ trừ axit formic, bền vớidầu béo, axeto và ête Kém bền với kiềm: bị phân hủy trong dung dịch kiềmđậm đặc, bị vàng trong dung dịch kiềm loãng Khả năng thấm ướt kém nên

nó là loại sợi rất khó nhuộm Để sản xuất sợi với nhiều màu sắc khác nhauthì thường cho thêm chất màu vào dung dịch kéo sợi hoặc tiến hành nhuộmsợi trước khi sấy khô Bó sợi sau khi rửa được đưa vào bể chứa thuốcnhuộm, rồi phơi sơ bộ trong không khí, rửa và nếu cần phối hợp màu, lại choqua bể nhuộm thứ hai, thứ ba và sau cùng đem sấy ở nhiệt độ cao Thuốcnhuộm tốt nhất cho sợi này là thuốc nhuộm cation

3.3.4 Sợi graphit (sợi cacbon)

Sợi carbon có tính chất: độ cứng cao, độ bền kéo cao, trọng lượng thấp, khánghóa chất cao, chịu được nhiệt độ cao và giãn nở nhiệt thấp Những đặc tính này đãlàm cho sợi carbon rất phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ, kỹ thuật dân dụng,quân sự và thể thao cạnh tranh Tuy nhiên, chúng tương đối đắt tiền khi so sánh vớicác loại sợi tương tự, chẳng hạn như sợi thủy tinh hoặc sợi nhựa

Chúng được điều chế bằng cách nhiệt phân có kiểm soát các vật liệu hữu cơ ởdạng sợi ở nhiệt độ từ 1000 ° C đến 3000° C (1800°F-5400°F) Các loại sợi thươngmại được sản xuất từ rayon, polyacrylonitrile và sân dầu mỏ Khi acrylonitrileđược nung nóng trong không khí ở nhiệt độ vừa phải (220°C, 430°F), hydroxyanua (HCN) được phát ra Gia nhiệt hơn nữa trên 1.700°C (3.100°F) với sự hiệndiện của nitơ trong thời gian 24 giờ sẽ tạo ra sợi carbon Sợi carbon được đặc trưngbởi độ bền cao, độ cứng, độ giãn nở nhiệt thấp và tính dẫn nhiệt và điện, điều nàylàm cho chúng trở thành một chất thay thế hấp dẫn cho các kim loại và hợp kimkhác nhau

3.4 Cao su tổng hợp

3.4.1 Cao su nitrile

Cao su nitril (NBR) là chất đồng trùng hợp của butadien và acrylonitril Nó cótính chất đặc biệt là chịu được chất lỏng hydrocacbon Quá trình đồng trùng hợpxảy

ra trong nhũ tương nước Tăng tỷ lệ acrylonitril làm tăng khả năng chống dầu củacao su, nhưng làm giảm khả năng tương thích hóa dẻo của nó.Cao su acrylonitrilthấp dẻo ở nhiệt độ thấp và thường được sử dụng trong các miếng đệm và chất kếtdính, thảm nhà bếp và đế giày Các polyme acrylonitril cao cứng hơn và có khảnăng chống chịu cao với các dẫn xuất hydrocacbon và dầu và được sử dụng trongcác thùng nhiên liệu và ống mềm, thiết bị thủy lực và các miếng đệm.

3.4.2.Polyisoprene

Polyisoprene là một polyme tổng hợp (chất đàn hồi) có thể được lưu hóa bằngcách bổ sung lưu huỳnh cis -Polyisoprene có các tính chất tương tự như cao su tựnhiên Nó được đặc trưng bởi độ bền kéo cao và không nhạy cảm với sự thay đổinhiệt độ, nhưng nó có khả năng chống mài mòn thấp Nó bị tấn công bởi oxy vàcác dẫn xuất hydrocacbon trans-Polyisoprene có các đặc tính khác với dạng cis vàkhông thể lưu hóa Rất ít sử dụng thương mại dựa trên trans-polyisoprene

Các ứng dụng quan trọng của cis-polyisoprene bao gồm sản xuất lốp xe, sảnphẩm cơ khí chuyên dụng, băng tải, giày dép và vật liệu cách nhiệt

3.4.3 Polychloroprene

Polychloroprene (cao su neoprene) là loại cao su tổng hợp lâu đời nhất Nóđược tạo ra bởi polymeriza-tion của 2-clo-1,3-butadien trong nhũ tương nước vớikali sunfat làm chất xúc tác Sản phẩm là một polyme ngẫu nhiên được lưu hóa vớilưu huỳnh hoặc với các oxit kim loại (oxit kẽm, oxit magiê, v.v.) Quá trình lưu hóavới lưu huỳnh diễn ra rất chậm và thường cần phải có máy gia tốc

Neoprene lưu hóa có độ bền kéo cao, khả năng chống dầu tuyệt vời (tốt hơn cao

su tự nhiên) và khả năng chịu nhiệt Cao su Neoprene có thể được sử dụng để sảnxuất lốp xe, nhưng nó rất đắt Các ứng dụng chính bao gồm lớp phủ cáp, hàng cơkhí, miếng đệm, băng tải và dây cáp

3.4.4 Cao su butyl

Cao su butyl là chất đồng trùng hợp của isobutylen (97,5%) và isopren (2,5%).Quá trình trùng hợp được thực hiện ở nhiệt độ thấp (dưới -95 ° C, <139 ° F) bằngcách sử dụng nhôm clorua (AlCl3) được đồng xúc tác với một lượng nhỏ nước.Chất đồng xúc tác cung cấp các proton cần thiết cho quá trình trùng hợp cation:

Sản phẩm là một chất đồng trùng hợp ngẫu nhiên tuyến tính có thể được đóngrắn thành polymer nhiệt rắn

Các chất lưu hóa cao su butyl có độ bền kéo lên đến 2.000 psi, và được đặctrưng bởi tính thấm thấp với không khí và khả năng chống lại nhiều hóa chất vàoxy hóa cao Những đặc tính này làm cho nó trở thành một loại cao su thích hợp đểsản xuất săm lốp và lớp lót bên trong của lốp không săm Việc sử dụng chính củacao su butyl là cho các ống bên trong Các ứng dụng khác bao gồm cách điện dây

và cáp, ống hơi, hàng cơ khí và chất kết dính Butyl clo hóa là một polyme có trọnglượng phân tử thấp được sử dụng làm chất kết dính và chất bịt kín

3.4.5 Cao su etylen-propylen

Cao su etylen-propylen (EPR) là chất đồng trùng hợp lập thể của etylen vàpropylen Các chất đàn hồi thuộc loại này không có các liên kết đôi cần thiết choliên kết chéo Đơn phân thứ ba, thường là đien đơn liên hợp, được sử dụng để cungcấp các liên kết đôi còn lại cần thiết cho liên kết chéo 1,4-hexadiene và ethylidenenorbornene là những ví dụ về các diene này Chuỗi polyme chính là hoàn toàn bãohòa trong khi phần không bão hòa đang chờ xử lý từ chuỗi chính Chất đàn hồi củasản phẩm, được gọi là ethylene-propylene terepolymer, có thể được liên kết chéobằng cách sử dụng lưu huỳnh Cao su ethylene-propylene liên kết ngang cũng cóthể thực hiện được mà không cần sử dụng thành phần thứ ba (diene) Điều này cóthể được thực hiện với peroxit

Các đặc tính quan trọng của cao su propylene lưu hóa và propylene terepoly-mer bao gồm khả năng chống mài mòn, oxy hóa, nhiệt và ozon,nhưng chúng dễ bị ảnh hưởng bởi các dẫn xuất hydro-carbon Công dụng chính củacao su ethylene-propylene là sản xuất các bộ phận ô tô như miếng đệm, hàng cơkhí, dây và lớp phủ cáp Nó cũng có thể được sử dụng để sản xuất lốp xe.

ethylene-Phần 2: Các phương pháp gia công Polyme

1 Phương pháp ép phun (ép đúc) nhựa

Quy trình ép phun:

tái chế được đưa vào phễu nguyên liệu Cổng ra của phễu dẫn tới hệ thống trục vítxoắn (nằm dọc theo xilanh) có mục đích nhằm trộn đều và đẩy nguyên liệu về phíatrước đồng thời nung nóng chảy bằng hệ thống gia nhiệt được bố trí xung quanhxilanh

như một pít tông sẽ đẩy phần nhựa đã được nung nóng chảy về phía trước bằngmột áp lực rất lớn Hệ thống kênh dẫn nhựa sẽ chứa phần nhựa lỏng Lúc này, lòngkhuôn đang ở trạng thái đóng để làm nhiệm vụ tạo hình sản phẩm

và phần nhựa nóng chảy sẽ được đông cứng lại ở thể rắn

thống kim khuôn của máy ép nhựa sẽ kéo ra một nửa khuôn một cách từ từ để tạo

ra một khoảng nhất định có thể lấy sản phẩm ra bên ngoài sau đó lại đóng khuôn đểtiếp tục quy trình mới

2 Phương pháp ép đùn nhựa.

không đổi để tạo hình Khi nhựa ra khỏi khuôn, làm nguội sản phẩm để định hìnhbằng dây chuyền làm mát hoặc ngâm vào nước

3 Phương pháp ép thổi nhựa.

Quy trình ép thổi

nở và bám vào thành khuôn tạo nên hình dạng mà bạn mong muốn

4 Phương pháp ép nhựa định hình.

Quy trình ép nhựa định hình:

lò sử dụng nhiệt độ khuếch tán hoặc bức xạ cho đến khi nó mềm hẳn ra

•Bước 2: Sử dụng áp suất chân không, áp suất không khí hoặc cơ học để tấm nhựa

ôm sát vào các chi tiết khuôn

độ cho tấm nhựa nhằm giữ tấm nhựa ở hình dạng cố định như mong muốn

5 So sánh các phương pháp

sản phẩm có nhiềuchi tiết với độ chính xác cao

• Chất lượng sản phẩm ổn định

• Nhiều kích cỡvới trọng lượngkhác nhau

• Chu kỳ ép nhanh

có thể ép nhiều sản phẩm trên khuôn cùng một lúc

được sản xuất

ra có chất lượng đồng nhất

hỏng lỗi hay nguyên liệu táichế có thể sảnxuất lại

sản xuất thấp

sản phẩm nhanh giúpsản xuất hàng loạt

dễ dàng màsản không tạo nhiều phế liệu trong sản xuất

khá cao

được theo sát tránh việc nhiệt độtrong lòng khuôn thay đổi

móc khá cồng kềnh, chiếm diện tích nhà xưởng lớn

hợp để sản xuất những sảnphẩm yêu cầu

độ chi tiết cao

thành mỏng

hoàn thiệncuối kém

Phế liệu sauthành phẩmkhá nhiều

nhựa có nhiều chi

Những sản phẩm không

Những sảnphẩm nhựa

có ruột

Những sản phẩm có đặcđiểm: Chi

tiết đòi hỏi độ

tiết nhựa đơngiản; có thành mỏng, dùng một lần

để đóng gói hoặc chứasản phẩm

Phần 3: Nhựa Polyvinylclorua (PVC)

1 Tính chất, ứng dụng và các phương pháp sản xuất PVC.

1.1 Tính chất vật lý.

PVC có dạng bột màu trắng hoặc màu vàng nhạt PVC tồn tại ở hai dạng là

huyền phù có kích thước hạt lớn và nhũ tương có độ mịn cao

Tỉ trọng của PVC vào khoảng từ 1,25 đến 1,46 g/cm3

PVC chịu va đập kém Để tăng cường tính va đập cho PVC thì trộn thêm cácchất MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ 5 - 15%

PVC là loại vật liệu cách điện tốt

1.2 Tính chất hóa học.

PVC khá trơ về mặt hóa học nhưng nó có 1 số tính chất tiêu biểu sau:

- Phản ứng oxi hóa PVC: PVC bị phân hủy nhiệt hoặc bị oxi hóa quang trong khôngkhí tự nhiên hoặc trong môi trường giàu oxi có nhiệt độ cao

sử dụng trong nhiều vật dụng thông thường như vòi tưới vườn, rèm tắm, ống tưới,

và pha chế sơn Nhiều sản phẩm PVC này được sử dụng hàng ngày và bao gồmmọi thứ, từ các thiết bị y tế như ống dẫn y tế và túi đựng máu, đến giày dép, dâycáp điện, bao bì, văn phòng phẩm và đồ chơi

1.4 Các phương pháp sản xuất

Monomer vinyl clorua không được sản xuất trực tiếp từ nguyên liệu cacbon nhưdầu thô nhưng nó có thể sản xuất bằng nhiều quy trình từ etylen (một sản phẩmđược sản xuất từ nhà máy lọc hóa dầu) Có nhiều cách để sản xuất vinyl clorua từetylen là

hủy tạo vinyl clorua và hidro clorua khan

và liên kết với các chất khác Etylen là nguyên liệu chính để tổng hợp P.V.C

2.2 Chất khởi đầu (chất khơi mào).

Mục đích tạo ra các gốc tự do, các gốc tự do này sẽ khơi mào cho quá trìnhchuyền mạch của monome từ đó làm tăng vận tốc của quá trình phản ứng Ở quáttrình trùng hợp dung dịch ta sử dụng hai loại chất khơi mào có nhiệt độ, thời gianphân hủy khác nhau, như thế nó có tác dụng phân hủy từ từ và đều trong quá trìnhphản ứng Như vậy quá trình phản ứng xảy ra được ổn định, êm dịu và dể kiểmsoát quá trình phản ứng

 Peroxit Benzoil: Công thức cấu tạo

2.3 Nước mềm.

Nước sử dụng cho quá trình trùng hợp là nước đã được xử lý khử khoáng, táchcặn bẩn cơ học tách các ion ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp Nước được sửdụng với các vai trò sau:

chất ổn định VCM bị phá vở thành các giọt monome có kích thước khoảng

polyme tạo thành làm cho khoảng cách giữa các giọt và các hạt rộng ra Do đólàm cho độ nhớt của hỗn hợp giảm xuống giảm trở lực khuấy, tăng mức độđồng đều cho quá trình trùng hợp Ngoài ra nó còn hạn chế được hiện tượngkết dính nhau của các hạt PVC tạo thành, nghĩa là nó ổn định trạng thái huyềnphù

2.4 Dung dịch đệm.

Quá trình trùng hợp không thể tránh khỏi sự hình thành HCl, thêm vào đó một

số chất khởi đầu khi phân huỷ tạo ra một số axit Quá trình này xảy ra ngoài sựkiểm soát, khi pH tăng lên thì xảy ra hiện tượng vận tốc phản ứng giảm do H+ sinh

ra tác dụng với gốc hoạt gốc tự do trong hệ phản ứng, thậm chí làm tắt phản ứng

Na2CO3 hoặc dung dịch kiềm loãng Sự có mặt của các muối này sẽ duy trì pH củahỗn hợp luôn lớn hơn 7

2.5 Chất ổn định nhiệt.

Công thức phân tử C35H50O3

Tác dụng của AD-5 là tăng cường khả năng ổn định nhiệt của mạch PVC Tácdụng chủ yếu là ở trong quá trình xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp như ở các giai

mạch phân tử PVC

2.6 Chất ổn định (đối với trùng hợp huyền phù).

Suốt trong quá trình phản ứng độ nhớt của hổn hợp phản ứng, giọt monomechuyển dần sang trạng thái lỏng nhớt Kết thúc phản ứng độ nhớt của hổn hợp gồmVCM và hạt PVC tăng lên, các hạt PVC có xu hướng đông tụ, nhất là vùng mà ítchịu tác động của cánh khuấy Sự đông tụ các hạt polyme tạo thành tảng làm cảntrở quá trình khuấy và giảm hiệu quả truyền nhiệt mất khả năng kiểm soát nhiệt độcủa hổn hợp phản ứng Để khắc phục hiện tượng này người ta sử dụng chất ổn địnhhuyền phù Trong hổn hợp phản ứng chất ổn định huyền tiến tới bề mặt phân giớigiữa hai pha làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha Thường dùng la polyvinylancol, hydroxypropyl, methylcellulose

2.7 Chất dập tắt phản ứng.

Chất này được sử dụng với mục đích dập tắt các gốc tự do, ngăn không chophản ứng tiếp tục xảy ra trong trường hợp có sự cố, áp suất bên trong thiết bị tănglên đột ngột mà ta không thể kiểm soát được quá trình, dễ xảy ra nguy cơ cháy nổ

Ta có thể sử dụng chất ức chế là hydroquinon hoặc chất làm chậm mecaptan

2.8 Chất chống đông (đối với trùng hợp huyền phù)

Trong quá trình sản xuất nhựa PVC, ở giai đoạn hóa lỏng VCM và ở bồn chứachất khơi mào trước khi cho vào thiết bị phản ứng ta sử dụng VCM ở 5ºC Do đóphải dùng chất chống đông trong nước để ngăn chặn nước chuyển trạng thái rắn vađập vơi cánh quạt làm hỏng cánh khuấy Chất chống đông ở đây ta sử dụng là dungdịch Etylen Glycol Etylen Glycol là một chất lỏng không màu, không mùi, điểmnóng chảy là 13ºC, điểm sôi là 197,2ºC, điểm bắt cháy là 116ºC, trọng lượng riêngd=1,113 ở 20ºC, tan được trong nước

3 Hóa học và công nghệ tổng hợp PVC.

3.1 Cơ sở hóa học của quá trình sản xuất PVC.

Qúa trình sản xuất PVC gồm 4 phản ứng chính

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

3.2 Quy trình công nghệ quá trình tổng hợp PVC

3.2.1 Dây chuyền sản suất EDC bằng phương pháp kết hợp oxi clo hóa và clo hóa

Nguyên liệu vào gồm Etylen, HCl được đưa vào thiết bị phản ứng 1 (thiết bịxúc tác cố định đẳng nhiệt loại ống chùm) Oxi tinh khiết và không khí được đưavào đáy của cả 2 thiết bị phản ứng Chất tải nhiệt đi từ trên xuống giữa không giancác ống và được tuần hoàn bên ngoài thiết bị Bên trong các ống chứa các xúc tác

phẩm

29 8

29 8

khí đưa sang thiết bị tách khí lỏng được làm lạnh bằng nước lạnh có pha thêm NH3

để hấp thụ cloral

+ Sản phẩm đáy được làm lạnh rồi đưa vào thiết bị lắng

+ Sản phẩm khí được làm lạnh rồi đưa sang thiết bị tách khí lỏng Phần lỏngđược trung hòa bằng NH3 rồi đưa vào thiết bị lắng Phần khí được đưa vào thiết bịsấy, Oxi tinh khiết được tuần hoàn lại nguyên liệu ban đầu Sản phẩm ở đáy thiết bịsấy đưa sang thiết bị clo hóa để chuyển hóa Etylen chưa phản ứng

Tại thiết bị clo hóa: phản ứng clo hóa tiến hành trong dung môi EDC

+ Sản phẩm đỉnh là các khí HCl, Cl2 dư, EDC có lẫn sau đó được làm lạnh vàđưa sang 2 tháp tách khí lỏng

+ Sản phẩm đáy là EDC một phần tuần hoàn lại làm dung môi cho thiết bị, mộtphần được trộn với EDC thu ở đáy các tháp tách khí lỏng

Tại thiết bị lắng, phần EDC lẫn nước đưa vào thiết bị tách nước/EDC Phầnnước lẫn EDC được đưa vào tháp tách EDC/nước Ở 2 thiết bị này thì pha hữu cơ

và pha nước được tách ra riêng biệt Pha hữu cơ nhập cùng dòng EDC thu hồi từcác tháp tách khí/ lỏng được đưa vào tháp tách phân đoạn nhẹ EDC và sản phẩmnặng thu ở đáy và đưa sang tháp tách phân đoạn nặng EDC được lấy ra ở đỉnh

3.2.2 Dây chuyền sản xuất VC theo phương pháp cracking EDC.

Đầu tiên, EDC nguyên liệu được gia nhiệt để bốc hơi một phần sau đó đưa vào

lò phản ứng (giống với lò của phản ứng Steam-cracking) Lò có cấu tạo gồm 2vùng đối lưu và bức xạ, EDC được đưa vào vùng đối lưu để gia nhiệt đến nhiệtphản ứng Trong vùng bức xạ thì phản ứng cracking EDC xảy ra Sản phẩm thuđược được đưa sang thiết bị tôi để làm lạnh bằng dòng lỏng từ đáy tháp tôi để hạ

đưa vào thiết bị tách khí- lỏng

+ Phần khí (VC, HCl) được đưa sang đỉnh thiết bị tách HCl

+ Phần lỏng (gồm oligome mạch dài và VC) thu ở dưới đáy, 1 phần quay trở lạithiết bị tôi, phần còn lại đưa vào giữa thiết bị tách HCl

Tại thiết bị tách HCl (tháp chưng) thì HCl được làm lạnh ngưng tụ và lấy ra ởđỉnh Sản phẩm đáy (gồm VC, HCl dư và các sản phẩm phụ oligomer mạch dàihơn của quá trình) được đưa sang thiết bị làm sạch VC thô VC được thu ở đỉnhlàm lạnh ngưng tụ và đưa sang thiết bị tinh chế VC Các sản phẩm phụ của quátrình được thu ở đáy và đưa vào thiết bị tách phân đoạn nhẹ

+Trong thiết bị tinh chế VC sản phẩm thu được ở đỉnh (HCl dư) sẽ được làmlạnh và hồi lưu lại thiết bị tách HCl Sản phẩm đáy gồm VC và có thể lẫn HCl dưđược đưa sang thiết bị trung hoà HCl bằng NaOH thì thu được VC tinh khiết ở đáy.+Trong thiết bị tách phân đoạn nhẹ sản phẩm nhẹ được thu trên đỉnh, sản phẩmnặng được sang thiết bị tách phân đoạn nặng Tại đây, đỉnh thu được EDC dư, đáythu được sản phẩm nặng và còn có thể có EDC được đưa sang thiết bị thu hồiEDC EDC thu ở đỉnh rồi tuần hoàn lại với dòng EDC ban đầu Đáy thu được sảnphẩm nặng

3.2.3 Dây chuyền sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù.

-Quá trình trùng hợp huyền phù theo mẻ được tiến hành trong thiết bị phản ứng

có áp lực cao(autoclave) Nước được nạp vào trước (nước cần phải khử khoáng),tiếp theo là các tác nhân huyền phù, muối đệm dưới dạng dung dịch Sau khikhông khí được đuổi ra khỏi thiết bị bằng khí trơ, MVC (monome VC) và chấtkhơi mào được nạp vào (1) dưới áp lực Thiết bị phản ứng có cánh khuấy và thiết

bị trao đổi nhiệt Chế độ khuấy được duy trì sao cho có thể phá vỡ pha lỏng củaMVC để tạo ra những hạt li ti với kích cỡ mong muốn và làm bay hơi một phầnMVC Qúa trình gia nhiệt cũng như làm lạnh được điều chỉnh chính xác theo nhiệt

khoảng 300 phút Trong quá trình trùng hợp phải thường xuyên duy trì pH của hỗnhợp lớn hơn 7 hạn chế hiện tượng giảm hoạt tính của chất khơi đầu và biến chấtPVC do HCl và các axit tạo ra do phân huỷ chất khởi đầu, có thêm vào chất kìmhãm vào để không cho phản

ứng tiếp tục xảy ra để ổn định nhiệt độ và pH của huyền phù PVC Hỗn hợp saukhi phản ứng kết thúc gọi là vữa PVC gồm VCM chưa phản ứng, PVC, chất ổnđịnh,

…và các hạt polymer trong pha nước và monomer chưa phản ứng Nếu ngừngkhấy sẽ dẫn đến việc lắng tụ các hạt polymer do đó vữa PVC vẫn tiếp tục khấy chođến khi tháo hết sang thiết bị khác cũng có cánh khuấy

- Cho vữa PVC qua bồn thu hồi MVC (2) Tại đây sẽ gia nhiệt và phần lớn lượngMVC sẽ bay hơi đi ra tại đỉnh và được ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ rồi thu hồi tạithùng chứa (6)

- Đưa vữa PVC từ đáy (2) đưa sang bồn chưa vữa PVC (3) sau đó gia nhiệt vàchưng cất trong tháp (4) Tháp được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa sục vào đáy

ziczac còn hơi nước từ dưới lên Quá trình chuyển khối xảy ra, hơi nước kéo theoVCM đi ra ở đỉnh tháp theo ống dẫn tới (6) Ở đáy tháp, PVC ở dạng huyền phù đãsạch VCM được tháo ra liên tục đến bồn chứa (5) Sau đó được tách nước tại máy

li tâm (7), ở đây sử dụng máy li tâm để tách nước do hỗn hợp là rắn-lỏng Sau khitách nước có độ ẩm 17% rồi được đưa đến máy sấy (8), Thiết bị sấy có thể là sấythùng quay, sấy tầng sôi… nhưng phổ biến hơn là sấy tầng sôi Trong thành phầnhạt PVC đã có chất ổn định nhiệt nên ở nhiệt độ này tính chất của PVC không bịthay đổi Thiết bị sấy được thiết kế sao cho đủ độ cao, kéo dài thời gian tiếp xúclàm tăng hiệu quả tách ẩm

+Phần hơi được dẫn qua thiết bị xử lí khí thải (9), phần thỏa mản yêu cầu tiêuchuẩn về môi trường thì được thải ra ngoài không khí

+Bột PVC sau khi sấy có độ ẩm 0.3% được đi qua hệ thống sang (10) để loạinhững hạt quá cỡ (thô hoặc quá mịn) Đối với hạt có kích thước quá nhỏ thì bịluồng khí ở thiết bị sấy cuốn ra ngoài và tiếp tục xử lí rồi thải ra môi trường, cònhạt quá cỡ được thu hồi Sau đó đưa vào silo chứa (11) và được đóng bao (12)

3.2.4 Dây chuyền sản xuất PVC theo phương pháp trùng hợp nhũ tương

Trước tiên nước, chất khơi mào ((NH4)2S2O8, K2S2O8 và hyđropeoxit) và dungdịch chất nhũ hóa (Ankyl Sunphat bậc hai hoặc muối kiềm của Ankyl Sunphat)được nạp vào thiết bị trộn 4 rồi đưa vào thiết bị phản ứng 1 Sau đó nạp MVC dưới

áp suất tương đương áp suất riêng của MVC (2 – 10 atm) Nhiệt độ của khối phản

thiết bị phản ứng 1 Áp suất trong thiết bị 1 tăng dần lên khoảng 5 – 15 atm Khipolyme bắt đầu được tạo ra áp suất trong thiết bị phản ứng 1 sẽ giảm dần cùng với

sự giảm lượng monome Quá trình giảm áp suất trong thiết bị phản ứng 1 có thểđược dùng làm thông số kiểm tra tiến trình trùng hợp Độ chuyển hóa được lựachọn ở mức 85 – 95% Thời gian phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và bảnchất của hệ khơi mào, thường là khoảng 6 giờ hoặc ít hơn Tiếp đó, sản phẩm đượcđưa sang nồi 2 Nồi 2 sẽ được nâng nhiệt lên trong chân không để thu hồi lượngmonome dư đưa tuần hoàn trở lại Polime thu được dưới dạng Latex sau đó đượclàm lạnh và đưa vào thiết bị chứa 3 Lúc này hạt Latex có kích thước cỡ 0,01 µm

và được thêm vào khoảng 1% chất làm đặc Sau 1-2 ngày hỗn hợp phân thành 2lớp, phía trên loãng hơn và phía dưới đặc hơn, có thể tách ra dễ dàng Lúc này latex

có hàm khô từ 32 đến 45% có thể lấy ra sử dụng nhưng thường được chế biến tiếp

để tạo polime dạng bột Để có PVC nhũ tương dạng bột thì cần dẫn qua thiết bịđông tụ 5 và cho thêm

chất điện ly axit vào để latex đông tụ Tiếp theo là rửa, lọc ở thiết bị 6 và sấy khô bằng thiết bị sấy phun 7

So sánh 2 dây chuyền công nghệ

dễ gia công

- Nhiệt độ phản ứng thấp,không xảy ra hiện tượngquá nhiệt cục bộ

- Có thể tổng hợp LatexPVC

- Khối lượng phân tửpolymer thu được lớn

- Độ đồng đều polymercao

- Thời gian diễn ra dài, vận tốc trùng hợp thấp

- Sản phẩm tạo ra bị nhiễm bẩn chất nhũ hóa

châu Âu hay than đá với khu vực Trung Quốc, khiến cho ngành công nghiệp hóadầu ở những khu vực này cực kì phát triển và đóng vai trò rất quan trọng trongchuỗi giá trị của ngành nhựa thế giới Trong giai đoạn 2012 - 2017, sản lượngnguyên liệu nhựa sản xuất của khu vực châu Á liên tục tăng trưởng trong khi sảnlượng của khu vực NAFTA và châu Âu đã bước vào giai đoạn bão hòa.

Châu Á là khu vực có nhu cầu tiêu thụ PVC lớn nhất thế giới Nhu cầu tiêu thụPVC của khu vực châu Á năm 2018 ước đạt 27 triệu tấn, trong đó đứng đầu làTrung Quốc với 18 triệu tấn tương đương với 66% nhu cầu tiêu thụ toàn khu vực.Không chỉ là khu vực tiêu thụ PVC nhiều nhất thế giới, tăng trưởng nhu cầu củakhu vực châu Á cũng đứng đầu thế giới với tăng trưởng giai đoạn 2018 – 2020 đạt18,5% so với Bắc Mỹ (16,7%), châu Âu (14,3%) Châu Á là khu vực có quy môdân số lớn, tăng trưởng kinh tế ở mức cao cùng với đó là điều kiện cơ sở hạ tầngcòn thấp so với các khu vực phát triển như Bắc Mỹ hay châu Âu nên nhu cầu xâydựng cũng như tiềm năng tăng trưởng xây dựng là rất lớn

Trong bối cảnh dịch bệnh Covid19 hiện này, nguồn cung cấp PVC trên toàn cầuđang khan hiếm trong bối cảnh sản xuất ở Mỹ, Châu Âu và Châu Á gặp nhiều khókhăn Tình trạng khan hàng dự kiến sẽ không giảm trong thời gian tới vì sẽ mấtthời gian để đạt được mức tồn kho bình thường Nhu cầu đối với một số ứng dụngPVC tiếp tục tăng cao trong điều kiện thời tiết thuận lợi Các doanh nghiệp báo cáorằng nhu cầu trong lĩnh vực xây dựng không có dấu hiệu chậm lại và nhu cầu ô tôđang tăng lên bất chấp những hạn chế mới.

4.2 Tại Việt Nam