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 HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ – HĨA DAU - - TIỂU LUẬN MÔN HỌC Đề tài: Tổng hợp Polyme GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Liên Mục lục LỜI NÓI ĐAU Phần 1: Tổng quan Polyme Lịch sử Polyme Phân loại Polyme dựa lực phân tử Các loại Polyme thường gặp 3.1 Nhựa nhiệt dẻo 3.1.1 Polyetylen 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 khơng bão hịa 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 Phương pháp ép phun (ép đúc) nhựa 21 Phương pháp ép đùn nhựa 21 Phương pháp ép thổi nhựa 21 Phương pháp ép nhựa định hình 21 So sánh phương pháp 22 Phần 3: Nhựa Polyvinylclorua (PVC) 24 Tính chất, ứng dụng 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 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 Hóa học cơng nghệ tổng hợp PVC 27 3.1 Cơ sở hóa học q trình sản xuất PVC 27 3.2 Quy trình cơng nghệ q trình tổng hợp PVC 28 3.2.1 Dây chuyền sản suất EDC phương pháp kết hợp oxi clo hóa 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 Tình hình thị trường PVC giới Việt Nam 34 4.1 Trên giới 34 4.2 Tại Việt Nam 36 Phần 4: Nhựa phenol-formaldehyde (PF) 38 Tổng quan,phân loại ứng dụng nhựa PF 38 1.1 Tổng quan nhựa PF 38 1.2 Phân loại nhựa PF 38 1.3 Ứng dụng nhựa PF 39 Nguyên liệu 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 Dây chuyền sản xuất nhựa PF 46 Phần 5: Polypropylene (PP) 49 Tổng quan nhựa polypropylene 49 1.1 Lịch sử đời phát triển nhựa polypropylene 49 1.2 Các tính chất đặc trưng polypropylene 49 1.3 Một số ứng dụng thực tế 50 Hóa học tổng hợp polypropylen 50 Nguyên liệu 51 Quy trình cơng nghệ 52 4.1 Công nghệ Công ty MitsuiChemicals 52 4.2 Công nghệ Hypol-II nhà cung cấp quyền Mitsui Chemical 54 4.3 Công nghệ Lummus Novolen 56 4.4 Công nghệ Spherizone LyondellBasell 57 4.5 So sánh hai sơ đồ công nghệ 59 Nhu cầu sử dụng 60 Phần 6: Cao su styren butadien (SBR) 62 Tổng quan cao su styren-butađien 62 1.1 Lịch sử 62 1.2 Thành phần SBR 62 1.3 Ứng dụng 64 Nguyên liệu 65 2.1 Tính chất vật lý hóa học butadien 65 2.1.1 Tính chất vật lý 65 2.1.2 Tính chất hóa học 65 2.2 Tính chất vật lý tính chất hóa học Styren 66 2.2.1 Tính chất vật lý 66 2.2.2 Tính chất hóa học 67 Phương pháp sản xuất 68 3.1 Phản ứng 68 3.2 Trùng hợp nhũ tương (E-SBR) 69 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 trình steam cracking 74 4.3 Quy trình sản xuất Styren 76 4.3.1 Nguyên liệu trình sản xuất Styren 76 4.3.2 Dehydro hóa đoạn nhiệt etylbenzen 77 4.4 Công nghệ trình trùng hợp nhũ tương 81 Nhu cầu sử dụng 83 Phần 7: Polyetylen (PE) 85 Tính chất ứng dụng PE 85 1.1 Tính chất 85 1.2 Phân loại ứng dụng 85 Ngun liệu q trình sản xuất PE: Etylen 86 2.1 Tính chất vật lý 86 2.2 Tính chất hóa học 87 Hóa học tổng hợp PE 87 4.Quy trình cơng nghệ q trình sản xuất PE 88 4.1 Sản xuất PE áp suất cao 88 4.2 Sản xuất PE áp suất thấp 92 Tình hình thị trường PE giới việt nam 95 5.1 Trên giới 95 5.2 Tại Việt Nam 96 Phần 8: Polyethylene terephthalate PET 98 Tính chất, ứng dụng 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 độ nhớt đặc trưng 99 1.3.3 Xác định 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 axit Terephtalic với Etylen glycol 101 1.5.2 Phản ứng trao đổi este Dimetyl Terephtalat (DMT) EG 102 1.5.3 Phản ứng Terephtaloyl diclorid Etylen glycol 102 Nguyên liệu trình tổng hợp PET 102 2.1 Nguyên liệu p-xylen 103 2.1.1 Tính chất hóa lý: 103 2.1.2 Sản xuất p-xylen 103 2.2 Nguyên liệu MEG 104 2.2.1 Tính chất hóa lý: 104 2.2.2 Sản xuất MEG 104 Quy trình cơng nghệ q 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 Invista 106 3.2.2 Công nghệ Lurgi Zimmer DHI 107 Tình hình thị trường PET giới việt nam 109 4.1 Trên giới 109 4.2 Tại Việt Nam 110 Kết luận 111 Tài liệu tham khảo 112 LỜI NĨI ĐAU Cơng nghiệp chất dẻo ngành cơng nghiệp cịn trẻ Đặc biệt năm gần đây, nguồn nguyên liệu truyền thống như: sắt, thép, gỗ bắt đầu cạn kiệt, ngành cơng nghiệp chất dẻo giới phát triển mạnh mẽ Sản phẩm ngành công nghiệp chất dẻo thay sản sản phẩm truyền thống Ở nước phát triển, ngành công nghiệp chất dẻo phát triển mạnh, sản phẩm đa dạng So với vật liệu khác gỗ, sắt, …thì vật liệu nhựa có nhiều ưu điểm nhẹ có độ bền học tốt, sản phẩm đa dạng, màu sắc đẹp, giá phù hợp…Do vậy, vật liệu nhựa sử dụng nhiều lĩnh vực khác đời sống xã hội 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 lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, hàng không đại dương Do nhóm chúng em định chọn đề tài “Tổng hợp Polymer” để giúp người hiểu rõ phần Polymer Do kiến thức hạn chế nên chúng em khơng tránh khỏi sai sót q trình làm Mong Cô bạn thông cảm góp ý để tiểu luận hồn chỉnh Phần 1: Tổng quan Polyme Polyme khái niệm dùng cho hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tử lớn cấu trúc chúng có lặp lặp lại nhiều lần mắt xích bản) Lịch sử Polyme Những năm 1870 – 1900, trình tìm kiếm nguyên liệu thay cho ngà voi, John Hyatt, nhà hóa học người Mỹ, phát triển Parkesin – hợp chất nhựa thành hợp chất ổn định mang tính ứng dụng cao với tên gọi “celluloid” Celluloid sau trở thành vật liệu ưa chuộng giá thành rẻ dễ gia công, ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất đồ chơi đồ dùng cá nhân Những năm 1900 – 1930, giai đoạn từ 1920 – 1930, loại nguyên liệu nhựa quan trọng đưa vào sản xuất công nghiệp, PolyVinyl Clorua (PVC) Lịch sử PVC sớm từ năm 1872, người ta tìm cách tổng hợp PVC từ nguyên liệu Vinyl Clorua Tuy nhiên tính ứng dụng PVC thời điểm cịn hạn chế tính ổn định, độ cứng cao khó gia cơng Mãi đến năm 1926, sau tiến sĩ Waldo Semon phát minh phương pháp dẻo hóa, PVC bắt đầu đưa vào sản xuất công nghiệp Những năm 1930 – 1990, giai đoạn đầu năm 1930 giai đoạn lề cho phát triển ngành công nghiệp nhựa đại nhà sản xuất tìm phương pháp để sản xuất nguyên liệu nhựa từ dầu mỏ với quy mô công nghiệp Giai đoạn 1950 – 1960, sau chiến tranh giới thứ kết thúc, nhà sản xuất nhựa bắt đầu tìm kiếm thị trường để bán sản phẩm nhu cầu từ chiến tranh khơng cịn Thị trường mà nhà sản xuất hướng tới giai đoạn thị trường tiêu dùng Các nguyên liệu nhựa trước dùng phục vụ chủ yếu cho chiến tranh dần biến thành sản phẩm tiêu dùng hàng ngày Trong năm 1970 - 1990, vật liệu nhựa ngày trở nên phổ biến ngành sản xuất ô tô, thiết bị điện tử viễn thông nhờ đặc tính bền, nhẹ, chịu lực tốt cách điện tốt Trong năm 1990 – nay, ngành công nghiệp nhựa tăng trưởng chậm lại có dấu hiệu bão hịa nhiên cơng nghệ không ngừng phát minh giúp đưa vật liệu nhựa trở thành vật liệu tương lai điển công nghệ in 3D hay công nghệ Nano Phân loại Polyme dựa lực phân tử Dựa lực phân tử, Polyme gồm loại • Nhựa nhiệt dẻo(Thermoplastics): loại nhựa gồm nhiều chuỗi phân tử liên kết với liên kết Van der Waals yếu, liên kết hiđrơ, chí xếp thành vòng thơm … Nhựa nhiêt dẻo chảy mềm thành chất lỏng tác dụng nhiệt độ cao đóng rắn lại làm nguội • Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting Plastics): hợp chất cao phân tử có khả chuyển sang trạng thái không gian ba chiều tác dụng nhiệt độ phản ứng hóa học trình đúc loại nhựa có cấu trúc liên kết chéo chiều với phần lớn liên kết cộng hóa trị mà liên kết giữ độ bền cấu trúc chúng đun nóng • Sợi tổng hợp (Synthetic Fibers) loại nhựa có lực tương tác mạnh, dai, có độ bền kéo cao sợi người tạo thông qua q trình tổng hợp hóa học từ q trình trùng hợp monomer để tạo thành polymer có khối lượng phân tử lớn • Cao su tổng hợp (Synthetic rubber) chất rắn giống cao su, có lực tương tác yếu người chế tạo với chức chất co giãn Các loại Polyme thường gặp 3.1 Nhựa nhiệt dẻo 3.1.1 Polyetylen Polyetylen loại polyme bao gồm đơn vị etylen lặp lại: - (CH2CH2) ntính chất thay đổi tùy thuộc vào số lượng đơn vị etylen tạo nên polyme Đơn phân, etylen (CH2 = CH2), vật liệu khởi đầu có sẵn thơng qua q trình Cracking từ nhà máy lọc dầu Các tính chất polyetylen phụ thuộc vào cách thức polyme hóa etylen 3.1.1.1 Polyetylen mật độ thấp (LDPE) Polyethylene mật độ thấp (LDPE) loại nhựa nhiệt dẻo bán cứng mờ làm từ monome ethylene Đây loại polyetylen đầu tiên, sản xuất vào năm 1933 Imperial Chemical Industries (ICI) Polyetylen mật độ thấp sản xuất áp suất cao với có mặt chất khơi mào gốc tự Như với nhiều trình cộng chuỗi gốc tự do, LDPE có tính phân nhánh cao Nó có độ kết tinh thấp so với polyethylene mật độ cao Qúa trình polyme hóa xảy Tubular thiết bị phản ứng có khuấy dạng Autoclave Trong Autoclave, nhiệt phản ứng hấp thụ nguồn cấp etylen lạnh Qúa trình khuấy giúp nhiệt độ đồng toàn thiết bị phản ứng ngăn chặn kết tụ polyme Trong Tubular, lượng lớn nhiệt phản ứng bị thất thoát qua vỏ ống Điều kiện phản ứng phản ứng trùng hợp gốc tự etylen 100 °C – 200°C (212°F – 39°F) 1.500–2.000 psi Hiệu suất chuyển hóa etylen mức thấp (10% –25%) để kiểm soát nhiệt độ nhớt tổng hiệu suất sau hồi lưu lên tới 95% Tốc độ trùng hợp tăng cách tăng nhiệt độ, nồng độ chất khơi mào áp suất Mức độ phân nhánh phân phối trọng lượng phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất Có thể thu polyme mật độ cao với phân phối trọng lượng phân tử hẹp cách tăng áp suất giảm nhiệt độ Độ kết tinh polyme thay đổi mức độ cách thay đổi điều kiện phản ứng cách thêm chất đồng phân tử vinyl axetat etyl acrylat Các chất đồng trùng hợp có độ kết tinh thấp độ mềm dẻo tốt hơn, polymer tạo thành có độ bền va đập cao 3.1.1.2 Polyetylen mật độ cao (HDPE) Polyetylen mật độ cao sản xuất quy trình áp suất thấp thiết bị phản ứng tầng sôi Chất xúc tác sử dụng để sản xuất polyetylen mật độ cao Ziegler (phức chất triethylen nhôm [Al (C 2H5)3] α-titan triclorua (α-TiCl3) silica-alumina (SiO2-Al2O3) ngâm tẩm với oxit kim loại oxit crom (Cr2O3) oxit molypden (Mo2O3) Các điều kiện phản ứng nhìn chung nhẹ, chúng khác q trình Ví dụ, trình Unipol, sử dụng để sản xuất polyethylene mật độ cao polyethylene mật độ thấp tuyến tính (LLDPE), phản ứng xảy pha khí Ethylene comonome (propene, 1-butene, v.v.) đưa vào lò phản ứng tầng sơi có hạt ymer phát triển Nhiệt độ áp suất hoạt động xấp xỉ 100 °C (212°F) 300 psi Máy nén ly tâm cấp tuần hoàn etylen chưa phản ứng Sản phẩm từ lò phản ứng trộn với chất phụ gia sau tạo viên Q trình trùng hợp ethylene xảy hệ thống pha lỏng, nơi chất pha loãng hydrocacbon thêm vào Điều yêu cầu hệ thống thiết bị tái sinh hydrocacbon Polyetylen mật độ cao đặc trưng độ kết tinh cao nhiệt độ nóng chảy cao polyetylen mật độ thấp không phân nhánh 3.1.1.3 Polyetylen mật độ tuyến tính thấp (LLDPE) Polyetylen mật độ tuyến tính thấp sản xuất pha khí áp suất thấp Chất xúc tác sử dụng loại Ziegler dẫn xuất metallocene hệ LLDPE có câu trúc gốc tuyến tính với nhánh ngắn, đồng Các nhánh ngắn trượt với kéo dài mà không bị vướng víu LDPE LLDPE ... nóng • Sợi tổng hợp (Synthetic Fibers) loại nhựa có lực tương tác mạnh, dai, có độ bền kéo cao sợi người tạo thơng qua q trình tổng hợp hóa học từ q trình trùng hợp monomer để tạo thành polymer. .. chất kết dính cho ván dăm ván ép gỗ cứng 3.3 Sợi tổng hợp 3.3.1 Sợi polyester Polyester thuộc nhóm quan trọng sợi tổng hợp Polyester loại sợi tổng hợp có nguồn gốc từ than đá, khơng khí, nước dầu... tài ? ?Tổng hợp Polymer? ?? để giúp người hiểu rõ phần Polymer Do kiến thức hạn chế nên chúng em khơng tránh khỏi sai sót q trình làm Mong Cô bạn thông cảm góp ý để tiểu luận hồn chỉnh Phần 1: Tổng