1 TÌM HIỂU VỀ CHẤT DẺO VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC Trước tiên chúng em xin cảm ơn PGS.TS Phan Minh Ngọc đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình chúng em hoàn thành đồ án. Hiện nay chất dẻo là một loại vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống, chúng ta có thể thấy nó hiện diện hầu như tất cả trong những vật dụng hằng ngày cho đến những cỗ máy và cả những phi thuyền cực kì hiện đại. Từ khi xuất hiện cho tới nay chất dẻo đã thực sự tạo nên một cuộc cách mạng rất lớn về công nghệ vật liệu, có muôn vàn những sản phẩm khác nhau, chủng loại khác nhau được làm ra từ chất dẻo, và tất cả chúng đều cho thấy được những ưu việt của nó so với vật liệu truyền thống. Dưới đây là bài tìm hiểu về chất dẻo và một loại chất dẻo cụ thể là nhựa PVC do nhóm sinh viên ( Nguyễn Văn Dũng, Mai Khương Duy, Nguyễn Đình Đạo, Nguyễn Văn Cường ,Quách Văn Đức, Nguyễn Tiến Bắc) thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Phan Minh Ngọc. Hà Nội 12/2011 2 Mục lục Trang Lời mở đầu……………………………………………………… 1 I. Khái quát chung về chất dẻo………………………………… 3 1.Khái niệm………………………………………………………………3 2.Phân loại……………………………………………………………… 3 II.Một số chất dẻo thông dụng………………………………… 4 1.Nhựa epoxy…………………………………………………………….4 2. Nhựa phenol-formandehyt……………………………………………7 3.Polyetyle……………………………………………………………….10 4.Nhựa ABS…………………………………………………………… 11 5.Nhựa polymetacrylat(PMMA)……………………………………… 14 6.Polystiren(PS)…………………………………………………………16 III.Sơ lược về nhựa PVC……………………………………… 17 1.Lịch sử phát triển…………………………………………………… 17 IV.Sản xuất Pvc trong công nghiệp…………………………… 19 1.Nguyên liệu………………………………………………………… 19 2.Phản ứng tổng hợp……………………………………………………22 3.Các phương pháp sản xuất……………………………………………25 4.Sơ đồ tổng hợp PVC bằng phương pháp huyền phù……………… 26 5.Tính chất và ứng dụng……………………………………………….29 Tài liệu tham khảo…………………………………………… 37 3 І. Khái quát chung về chất dẻo. 1. Khái niệm [3] Chất dẻo là một loại vật liệu có thành phần chính là polime ngoài ra còn có các phụ gia khác . Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. 2. Phân loại [4] a. Theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ. ٭Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm T m thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần ٭ Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. ٭Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su. b .Phân loại theo ứng dụng ٭ Nhựa thông dụng : là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS, ٭ Nhựa kỹ thuật : Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như : PC, PA ٭Nhựa chuyên dụng : Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường hợp. 4 IІ) Một số loại chất dẻo thông dụng 1. Nhựa epoxy 1.1, Khái niệm về nhựa epoxy [3] Nhựa epoxy là những oligome có ít nhất một nhóm - epoxy trong phân tử, có khả năng chuyển hoá thành dạng nhiệt rắn có cấu trúc không gian. 1.2. Cấu trúc,phân loại và tính chất của nhựa epoxy.[8] a. Cấu trúc Nhựa epoxy – dian là sản phẩm của phản ứng giữa bisphenol A và epiclohidrin Bisphenol A được tạo ra từ phản ứng của axeton và phenol trong môi trường axit mạnh từ 10 – 50°C. CÊu tróc cña nhùa epoxy – dian cã d¹ng : C CH 3 CH 3 OH HO CH 2 - CH - CH 2 - Cl O (n + 1) (n + 2) + C CH 3 CH 3 O-CH 2 -CH-CH 2 OH O n CH 2 -CH-CH 2 O O C CH 3 CH 3 O-CH 2 -CH-CH 2 O (10) Nhùa epoxy – dian b.Phân loại. - Nhựa epoxy mạch thẳng RCH CHRCH CHR O O 5 - Nhựa epoxy mạch vòng R R HC HC CH CH O O c. Tính chất hóa học của nhựa epoxy. Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động là epoxy và hydroxyl, có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau. Nhóm epoxy rất dễ phản ứng với các tác nhân ái nhân (nucleophin). Với các tác nhân ái điện tử (electrophin), phản ứng xảy ra thuận lợi khi có xúc tác proton như rượu, phenol, axit … Do nhóm hydroxyl hoạt động kém hơn nhóm epoxy nên phản ứng tiến hành phải có xúc tác hoặc nhiệt độ cao d. Tính chất lý học của nhựa epoxy. Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là loại nhựa nhiệt dẻo không màu hoặc có màu vàng sáng . Tuỳ thuộc khối lượng phân tử mà nhựa epoxy có thể ở dạng lỏng(M<450), đặc (M<800) và rắn(M > 800). Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ: xeton, axetat, hydrocacbon clo hoá, dioxin.Nhựa epoxy không tan trong các hydrocacbon mạch thẳng (White Spirit, xăng, …). Nhựa epoxy có thể phối trộn với các loại nhựa khác như : phenol – formaldehyt, nitroxenlulo, polyeste, polysunfit … 1.3 Một số ứng dụng chính của nhựa epoxy [5] 6 1.3.1. Màng phủ bảo vệ Màng phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy được dùng để bảo vệ cho các thiết bị bằng thép trong nhà máy hóa chất,lọc hóa dầu,thực phẩm,giấy … và nhiều kết cấu xây dựng như cầu cống đập.… Các thùng chứa kim loại và bể bê tông được sơn phủ bằng sơn epoxy chống ăn mòn có thể giữ được độ tinh khiết của các chất chứa trong nó như rượu vang, bia, chất tẩy rửa Hệ sơn giàu kẽm từ epoxy – nhựa than đá được dùng nhiều trong công nghiệp đóng tàu biển. Màng phủ epoxy cũng được sử dụng rộng rãi trong bảo vệ bề mặt ống thép dẫn khí, dầu thô, nước muối, dung dịch kiềm, sản phẩm dầu mỏ. 1.3.2. Keo dán. Keo dán epoxy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp hàng không, tự động hóa, điện – điện tử. Ngành kiến trúc và nghệ thuật cũng sử dụng nhiều do những tính năng nổi bật của loại vật liệu này. Ngoài việc chủ yếu là để gắn kim loại kim, gỗ, sứ, bê tông, chất dẻo …, keo dán epoxy còn được dùng trong ngành y tế để gắn xương gãy, chữa răng. 1.3.4. Vật liệu compozit. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh đã được sử dụng để chế tạo các thùng chứa chuyên chở axit, dung dịch kiềm, dầu mỏ … với giá thành thấp hơn thép, nhẹ hơn và có độ bền ăn mòn cao hơn .Việc sử dụng những đường ống chế tạo từ chất dẻo epoxy – thuỷ tinh không những dễ bảo quản, vận chuyển dầu thô, nước, khí thiên nhiên mà còn dùng vận chuyển nước thải, khí độc trong nhà máy hoá chất. 1.4 Sản lượng và giá thành của nhựa epoxy. 7 Bảng giá nhập khẩu các loại nhựa epoxy của Việt Nam [6] Thời điểm Chủng loại Giá cả/kg Địa điểm 1/2010 Nhựa tổng hợp A-(epoxy resin-784A) 3.41 USD Cảng Cát Lái 3/2010 Nhựa epoxy nguyên sinh –Epoxy resin SN300A-5 1000 JPY Chi cục HQ KCX Long Bình(Đ ồng Nai) 7/2010 Nhựa lỏng epoxy resin 3550 7.42 USD Cảng Sài Gòn KV1 Nhựa lỏng epoxy resin 2798SA 11.67 USD 5/2011 Nhựa epoxy nguyên sinh 6101 dạng lỏng 0.4 USD Cảng Cát Lái 7,8/2011 Hạt nhựa epoxy resin E12 2.9 USD Cảng Hải Phòng 10/2011 Nhựa epoxy nguyên sinh (EPORITE 5502A) 3.71 USD Cảng Tân cảng 2.Nhựa Phenol-formaldehyt. 2.1 Nguyên liệu [4] Nguyên liệu chính để sản xuất phenol-formaldehyt là phenol, focmaldehyt. Ngoài ra người ta đi từ một số dẫn xuất của phenol như: crezol, xilenol, rezolsin. Còn các aldehyt thì ngoài formaldehyt người ta còn dùng furfurol. 2.2 Phân loại nhựa Phenol-formaldehyt [8] Phenol - formaldehyt có 3 loại : ٭ Novolac: là nhựa Phenol - formaldehyt nhiệt dẻo, không có khả năng tự đóng rắn tạo thành polime mạng lưới không gian. ٭Nhựa rezol : là nhựa chưa đóng rắn, nó là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thấp mạch thẳng và nhánh. ٭Nhựa rezit <nhựa Bakelit>:Là loại nhựa tổng hợp thương mại đầu tiên do một nhà hóa học người Đức tên là Bakelats phát minh ra Nhựa đã đóng rắn hoàn toàn tạo thành polime có mạng lưới không gian dày đặc, ở trạng thái không nóng chảy không hòa tan trong bất kỳ dung môi nào. 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc tạo nhựa và tính chất [3] 8 a. Cấu tạo hoá học của nguyên liệu . Phenol có độ chức khác nhau do vị trí hoạt động của các nhóm thế. Phenol đơn chức gồm : phenol m - crezol và 1,3,5 m - xilenol, rezorsin và có 3 vị trí hoạt động là nguyên liệu để điều chế tạo nhựa nhiệt rắn. Các nhóm chức hydroxyl của phenol không tham gia phản ứng đa tụ. Chỉ có formaldehyt và furfurol mới có khả năng tạo nhựa không nóng chảy, không hoà tan với phenol có 3 vị trí hoạt động. Còn những Aldehyt khác như : acetaldehyt, aldehyt butyric do chiều đi phân tử lớn hơn, có hoạt tính kém hơn nên không có khả năng tạo nhựa có cấu trúc không gian. b. Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyt. Nếu tỉ lệ mol giữa phenol: formandehyt là 1:1 Ở giai đoạn của phản ứng chủ yếu tạo thành nhựa o và p, m – oxybenzoic trong đó o- oxybebzenoic chiếm đa số. Trong trường hợp tạo nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc thẳng gọi là nhựa xaliheninic . OH Phenol CH 3 OH m-Crezol OH 1,3,5-xilenol H 3 C OH Rezolsin       CH 3       OH OH + OH CH 2 OH HCHO Hoặc c OH CH 2 OH OH CH 2 OH OH CH 2 OH + OH OH HH CH 2 OH 9 Nếu tỉ lệ giữa phenol: formanldehyt là 1:2 hoặc cao hơn thì tạo thành các metylol phenol ở giai đoạn đầu, và phản ứng tiếp tục sẽ tạo thành nhựa không nóng chảy, không hoà tan c.Độ PH của môi trường. + Nếu tiến hành trùng ngưng trong môi trường axit (pH< 7) thì các rượu oxybenzolic tạo thành từ phenol và HCHO không bền nó nhanh chóng ngưng tụ với nhau hoặc với phenol (đặc biệt khi đun nóng ) để tạo thành nhựa nhiệt dẻo. + Nếu tiến hành trùng ngưng trong môi trường bazơ (pH >7) thì các rượu oxybenzolic tạo từ phenol và HCHO tạo ra di, tri metylol phenol và cứ tiếp tục trùng ngưng với nhau hoặc phenol để tạo thành nhựa nhiệt rắn. Nhựa nhiệt rắn ở trạng thái ban đầu có khả năng nóng chảy và hoà tan gọi là rezol. Rezol là sản phẩm không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chuyển nhanh hay chậm sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan. Nhựa ở giai đoạn cuối cùng gọi là rezit, nhựa này hoàn toàn không nóng chảy, không hoà tan. d. Ảnh hưởng của xúc tác và lượng đến tính chất. Xúc tác axit: tạo thành nhựa nhiệt dẻo novolac, không có khả năng tự đóng rắn và không tạo ra mạng lưới không gian. Xúc tác là bazơ :sản phẩm tạo thành là nhựa rezolic. + Nếu là kiềm mạnh (NaOH, KOH) thì lượng HCHO tham gia vào phản ứng nhiều hơn, vận tốc phản ứng lớn nhưng sản phẩm có màu tối hơn và tạo sản phẩm có khả năng hoà tan trong nước. + Nếu xúc tác NH 4 OH dư thì nó dễ bay hơi, sản phẩm có màu vàng sáng nhưng phản ứng ở nhiệt độ cao. + CH 2 OH OH OH HCHO HO-H 2 C 10 2.4- Ứng dụng của nhựa phenol - formaldehyt: [8] Nhựa rezolic lỏng (không có nước) sử dụng rộng rãi để tẩm vải, sợi, dùng làm bột ép, dùng làm vật liệu ép tầng, keo dán và sơn. + Bột ép :vật liệu ép dạng bột là hỗn hợp cấu tử phức tạp chủ yếu từ nhựa novolac và rezolic. Bột ép sử dụng trong kỹ thuật và sinh hoạt, dùng làm vật liệu cách điện có thể chịu tác dụng của dòng điện 20kv ở t o =200 o C. + Vật liệu ép tầng: Tectolit là chất dẻo lớp, được dùng để chế tạo từ những tấm vải có tẩm nhựa rezolic, vải dùng có thể là vải thủy tinh, vải dệt chéo, vải tổng hợp. + Keo dán và sơn: Nhựa phenol - formaldehyt có ý nghĩa quan trọng dùng để sản xuất keo dán và sơn. Keo phenol - formaldehyt có độ bền mối nối cao, chịu ẩm và vi khuẩn nhưng có nhược điểm là màng dán dòn. Nhựa phenol - formaldehyt là loại nhựa tổng hợp dùng để sản xuất sơn. 3. Polyetylen. 3.1 Khái niệm.[4] Polyetylen ( PE ) là 1 loại nhựa dẻo được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi trên thế giới. PE là một hợp chất hữu cơ gồm nhiều nhóm –(CH2-CH2)-liên kết với nhau bằng liên kết hidrô no.Polyetylen được điều chế bằng cách trùng hợp các monomer etylen (C2H4) nCH2=CH2 -(CH2-CH2)n- 3.2 Tính chất.[3] 3.2.1 Tính vật lý PE màu trắng,hơi trong,không dẫn điện và không dẫn nhiệt,không cho không khí và nước thấm qua,trong suốt, hơi có ánh mờ,có bề mặt láng bóng,mềm dẻo. [...]... môi trường sử dụng sản phẩm, các yếu tố kỹ thuật cũng như kinh tế Ngoài ra kinh nghiệm thực tế của nhà sản xuất cũng đóng một vai trò rất quan trọng 5.2.2 Chất hóa dẻo Chất hóa dẻo giúp cho việc gia công dễ dàng hơn và tạo ra những sản phẩm có độ linh hoạt, mềm dẻo Cũng như các chất ổn định, số lượng chất hóa dẻo cho nhựa PVC rất phong phú và đa dạng Có thể phân loại các chất hóa dẻo như sau: ‫ ٭‬Các... chất phụ gia.Việc lựa chọn phụ gia cần phải chú ý đến một số yếu tố sau: ‫٭‬Phụ gia hoặc hệ phụ gia phải có khả năng giảm đến mức tối đa sự phân hủy của nhựa trong quá trình gia công 31 ‫ ٭‬Lĩnh vực ứng dụng sản phẩm ‫٭‬Môi trường sử dụng sản phẩm ‫٭‬Điều kiện gia công sản phẩm Dưới đây giới thiệu các chất phụ gia cho sản phẩm sản xuất từ PVC: 5.2.1 Chất ổn định Chất ổn định giúp các sản phẩm từ PVC. .. nay xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina) Đây là liên ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Công Nam (Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast) 18 Như vậy, cho đến năm 2010 - 2011 và cả các năm sau đó, Việt Nam vẫn còn phải nhập khẩu PVC nếu như ngay từ bây giờ không có nhà đầu tư nào quan tâm đến lĩnh vực này IV Sản xuất PVC. .. các chất hóa dẻo trên thị trường Ester của axit aliphatic: Các adipat, sebacat, azelat… phù hợp cho sản 32 xuất các sản phẩm sử dụng ở nhiệt độ thấp Còn acetyl-tributyl citrate và một số dẫn xuất tương tự được sử dụng cho các sản phẩm không độc hại ‫ ٭ Chất hóa dẻo polymer: Những chất hóa dẻo loại này thường không bị bốc hơi và dịch chuyển ra khỏi hỗn hợp nhựa nên được sử dụng cho bao bì và các sản. .. phụ gia, monome VC còn dư, và khi gia công chế tạo sản phẩm do sự tách thoát HCl PVC chịu va đập kém Để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếu các chất sau: MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ 5 - 15% PVC là loại vật liệu cách điện tốt, các vật liệu cách điện từ PVC thường sử dụng thêm các chất hóa dẻo tạo cho PVC này có tính mềm dẻo cao hơn, dai và dễ gia công hơn PVC có tính kiềm cháy tốt... một vài trường hợp, do yêu cầu cụ thể có thể dùng hỗn hợp chất khơi mào để cho polyme có khối lượng phân tử khác nhau 3.Các phương pháp sản xuất PVC Các phương pháp trùng hợp được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất PVC ‫٭‬Trùng hợp khối:là phương pháp đơn giản để sản xuất PVC ,nhưng PVC tạo thành được hòa tan trong pha vinyl cloru 25 Trùng hợp khối chỉ dùng trong những trường hợp công suất nhỏ và. .. phản ứng 4.3Quy trình sản xuất Dưới đây là dây chuyền công nghệ sản xuất PVC bằng phương pháp huyền phù 27 28 Tên các thiết bị trong sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa PVC bằng phương pháp huyền phù 1 Bồn phản ứng, 2 Bồn thu hồi MVC, 3,5 Bồn chứa vữa PVC, 4 Tháp chưng cất, 6 Bồn chứa MVC thu hồi, 7 Máy li tâm, 8 Máy sấy, 9 Xử lý khí thải, 10 Máy sàng, 11 Xilô chứa bột PVC, 12 Bồn chứa nước,... bền nhiệt của PVC. Bột nhựa thu được từ quá trình trùng hợp được gọi là PVC nguyên thuỷ Từ 65oC trở lên nhựa PVC bắt đầu chảy mềm và từ 100oC, PVC bắt đầu phân huỷ nhiệt Quá trình phân hủy nhiệt diễn ra với sự tách axít clohydric (HCl) từ nhựa dẫn đến sự chuyển màu (từ trắng qua vàng nhạt cho đến màu đen) và sự thay đổi các tính chất hóa, lý và điện Cuối cùng PVC sẽ bị biến chất, ta gọi nhựa bị lão hóa... Một số sản phẩm được ép phun như: phím máy tính, vỏ điện thoại,… 4.4 Tình hình sản xuất, sản lượng, giá cả nhựa ABS ở nước ta [6] Hiện nay ở nước ta chưa có nhà máy sản xuất loại nhựa này, do vậy chúng ta phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài về dưới dạng hạt nhựa Do đó giá thành hạt nhựa ABS ở nước ta khá cao, theo giá báo tại trang chủ của tập đoàn hóa chất Việt Nam thì giá hạt nhựa nhập khẩu vào 9/06/2010... chưa có dự án sản xuất PS nhưng đến nay công ty Poly stiren đã đầu tư dây chuyền sản xuất dự kiền 11\2011 sẽ đưa vào sản xuất vòi công suất khoảng 4.000 tấn\tháng (công suất thực tế của dây chuyền đạt 6.000tấn\tháng) đáp ứng 100% nhu cầu về PS trong cả nước ‫ ٭‬Giá thành: +Giá nhập khẩu PS hiện nay khoảng 1.500-1.700USD/ tấn +Giá bán PS trong nước khoảng 1.820USD/tấn 16 III Sơ lược về nhựa PVC. [1] 1 Lịch . TÌM HIỂU VỀ CHẤT DẺO VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC Trước tiên chúng em xin cảm ơn PGS.TS Phan Minh Ngọc đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình chúng em hoàn thành đồ án. Hiện nay chất dẻo. làm ra từ chất dẻo, và tất cả chúng đều cho thấy được những ưu việt của nó so với vật liệu truyền thống. Dưới đây là bài tìm hiểu về chất dẻo và một loại chất dẻo cụ thể là nhựa PVC do nhóm. 6.4 Sản lượng và giá thành.[6] ٭Trong nước chưa có dự án sản xuất PS nhưng đến nay công ty Poly stiren đã đầu tư dây chuyền sản xuất dự kiền 112011 sẽ đưa vào sản xuất vòi công suất