PVC cĩ 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 cĩ đặc điểm riêng của nĩ tuy nhiên cĩ nét chung là trọng lượng phân tử của PVC được xác định chủ yếu bởi nhiệt độ của quá trình trùng hợp (khoảng từ 40-80oC)
Bảng: Tổng sản lượng PVC của các phương pháp (Đơn vị: Triệu tấn)
Năm Huyền phù Nhũ hương Khối
1960 1,43 0,36 0,012
1965 2,9 0,66 0,14
1970 6,2 1,66 0,34
1980 13,2 1,64 1,2
Tổng% 82,3% 10,25% 7,5%
1/ Phương pháp trùng hợp khối.
Là phương pháp đơn giản tuy nhiên ít được sử dụng do sản phẩm polyme tạo thành ở dạng khối, khĩ gia cơng và tháo sản phẩm.
Hệ phản ứng bao gồm: monome+ chất khởi đầu:
Thơng thường trùng hợp khối ở áp suất cao và nhiệt độ cao, cũng cĩ thể trùng hợp khí Vinylclorua mà khơng cần áp suất, cho hỗn hợp monome với một ít CCl4.
Và peroxit benzoil trùng hợp.ở 60- 77oC sẽ tạo thành polyme lỏng phân tử thấp. Ở nhiệt độ thấp hơn tốc độ chuyển mạnh qua dung mơi CCl4 giảm xuống nên cĩ được polyme rắn.
2/ Phương pháp trùng hợp dung dịch.
Ở phương pháp này cĩ thể khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ, trường hợp này dung mơi cĩ thể hồ tan được polyme hoặc khơng hồ tan được polyme.
Nếu dung mơi khơng hồ tan được polyme thì polyme được tách ra ở dạng bột. Nếu dung mơi hồ tan được polyme thì polyme tách ra ở dạng dung dịch. Nhiệt độ phản ứng 35- 45oC.
Thời gian trùng hợp tương đối dài, dung mơi tiêu tốn nhiều mà cần với nồng độ tinh khiết cao vì vậy trong thực tế ít được sử dụng. Hiện nay trùng hợp dung dịch chỉ để sử dụng đồng trùng hợp các monome khác với VC.
3/ Phương pháp trùng hợp nhũ tương.
Thành phần chính trong trùng hợp nhũ tương bao gồm: monome, chất khởi đầu, mơi trường phân tán (thường là nước), dung dịch muối đậm và chất nhũ hố.
Vinylclorua hồ tan trong nước kém nên nĩ cĩ thể tham gia phản ứng trùng hợp nhũ tương.
Do chất khởi đầu tan trong nứơc phản ứng trùng hợp xảy ra trong khu vực tiếp xúc giữa Vinylclorua và nước, polyme tạo thành ở dạng nhũ tương trong nước.
Để ổn định và để monome phân tán tốt trong nước cần bổ sung chất nhũ hố. Chất nhũ hố làm giảm sức căng bề mặt giữaVC và nước tạo ra các giọt monome phân tán trong nước tạo ra và các giọt nhỏ hơn rất nhiều so với trùng hợp huyền phù. Chất nhũ hố thường dùng là Ankyl Sunphat bậc hai hoặc muối kiềm của Ankyl Sunphat. Chất nhũ hố khơng tan trong nước hoặc tan rất ít trong nước và tạo ra các mixel dạng hình tấm hoặc hình cầu với hệ thống chất khởi mào oxi hố khử , cĩ thể thực hiện phản ứng nhanh hơn tại nhiệt độ thấp khoảng 20oC (NH4)2S2O8, K2S2O8 và hyđropeoxit là những chất khơi mào điển hình trong khi biunphit và muối sắt là những tác nhân khử cĩ ích. Những tác nhân biến tính thường sử dụng để điều chỉnh khối lượng phân tử. Chất ổn định PH để đảm bảo cho phản ứng trùng hợp nhũ tương cĩ thể xảy ra. Sản phẩm tạo thành trong quá trình trùng hợp nhũ tương ở dạng Latex, kích thước hạt bé 0,01.10-6÷1.10-6, khối lượng phân tử lớn, độ đồng đều cao, nhiệt độ phản ứng thấp. Vì vậy được sử dụng nhiều, tuy nhiên cĩ nhược điểm là sản phẩm bị nhiễm bẩn ở chất nhũ hố, nên tính chất cách điện của polyme kém.
4/ Phương pháp trùng hợp huyền phù.
Hệ phản ứng bao gồm: monome, chất khơi mào, mơi trường phân tán và chất ổn định huyền phù. Trong trường hợp huyền phù monome được chuyển thành các giọt phân tán trong mơi trường đồng nhất dưới tác dụng của chất ổn định.
Do chất khơi mào tan trong monome, nên quá trình kích thích và trùng hợp đều sảy ra trong các hạt monome lơ lửng trong mơi trường nước nhờ sự khuấy trộn mạnh mẽ, monome khơng tan trong nước được phân bố trong mơi
trường nước thành các giọt nhỏ cĩ kích thước từ 10.10-6÷5.10-6m. Mỗi giọt monome trong hệ huyền phù cĩ thể được xem như là thiết bị phản ứng trùng hợp khối cực nhỏ cĩ bề mặt thốt nhiệt với mơi trường nước lớn, tránh hiện tượng quá tải nhiệt cục bộ. Cùng với sự tiến triển của qúa trình trùng hợp độ nhớt bên trong các giọt tăng lên nên phân chia nhỏ các giọt đã keo tụ rất khĩ, 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 tụ lại với nhau.
Ở giai đoạn đầu của quá trình trùng hợp huyền phù độ chuyển hố chưa đáng 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 đến sự ghép của chất keo bảo vệ trên PVC, kết quả tạo ra các màng bao bọc xung quanh các giọt màng này cĩ tính chất của một polyme liên kết ngang, vì thế nĩ khơng tan trong chất hố dẻo ở nhiệt độ cao. Cấu trúc của hạt PVC rất quan trọng vì nĩ quyết định hai đặc tính của PVC đĩ là: PVC là vật liệu nhạy nhiệt, nên phải cĩ khả năng chuyển thành sản phẩm cuối cùng mà khơng bị phân huỷ trong khi gia cơng và khả năng hấp thụ các chất phụ gia đặc biệt là hố dẻo.
Quá trình phản ứng xảy ra trong thời gian dài, nhiệt độ phản ứng khoảng 600C và được duy trì trong suốt giai đoạn phản ứng, đến khi áp suất bắt đầu giảm do monome đã tham gia phản ứng thì lúc này mức độ chuyển hố khoảng 80% khơng cịn VC tự do nữa.
Sản phẩm polyme tạo thành ở dạng huyền phù trong nước, dễ keo tụ tạo thành 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 do địi hỏi một lượng dung mơi lớn cĩ độ tinh khiết cao với phương pháp trùng hợp khối thì sản phẩm chiếm khoảng 8% so với tổng sản lượng nhựa PVC. Phương pháp này cĩ độ sạch cao, dây chuyền sản xuất đơn giản. Tuy nhiên do
sản phẩm tạo ra ở dạng khối, khĩ gia cơng, khĩ tháo khuơn và xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vì thế cũng ít được dùng. Hai phương pháp trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù được sử dụng rộng rãi (tuy nhiên phương pháp trung hợp huyền phù vẫn được sử dụng nhiều hơn) do cĩ nhiều ưu điểm đáng kể sau:
Sản phẩm tạo ra ở dạng hạt, bột dễ gia cơng, vận tốc trùng hợp cao, độ trùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp và đặc biệt khơng xảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ như trùng hợp khối. Nhưng cĩ một nhược điểm là dây chuyền sản xuất phức tạp hơn so với các phương pháp trùng hợp khác vì phải cĩ thêm các bộ phận như lọc, rửa.