14 1.Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất Copolyme.... Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến.... 24 1.Nguyên
Nguyên liệu
PMMA là sản phẩm trùng hợp (polyme hóa) từ các monome metyl metacrylat (MMA).
Methyl acrylate, hay metyl acrylat, là metyl este của axit metacrylic Đây là chất lỏng trong suốt, không màu ở nhiệt độ phòng và có khả năng bay hơi cao Do tính dễ bắt lửa và bay hơi nhanh, việc xử lý và lưu trữ methyl acrylate đòi hỏi biện pháp an toàn nghiêm ngặt để phòng ngừa cháy nổ và tiếp xúc gây kích ứng Chất này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất polymer, nhựa tổng hợp và cao su nhân tạo, đóng vai trò quan trọng trong chuỗi cung ứng hoá chất và công nghiệp polymer.
mùi hăng Hòa tan trong rượu, ete, xeton và hydrocacbon clo hóa, hòa tan một chút trong ete béo, rượu, hơi hòa tan trong nước.
Monome này có công thức phân tử là C 5 H 8 O 2 hay CH 2 = CCH 3 COOCH 3
Metyl acrylate được sản xuất bằng nhiều phương pháp, trong đó con đường axeton cyanohydrin (ACH) là phương pháp chính ACH được hình thành từ sự ngưng tụ giữa axeton và hydro xyanua, sau đó được chuyển đổi thành Metyl acrylate thông qua các bước xử lý thích hợp Phương pháp ACH được công nhận rộng rãi nhờ hiệu quả và tính khả thi của quy trình sản xuất, tuy nhiên quy trình này đòi hỏi kiểm soát an toàn và xử lý chất thải nghiêm ngặt do tính chất độc hại của các thành phần liên quan.
(CH 3 ) 2 CO + HCN → (CH 3 ) 2 C(OH)CN
Xyanohydrin bị thủy phân khi có mặt axit sulfuric, cho ra ester sunfat của metacrylamit Quá trình nhiệt phân ester sunfat này tạo ra amoni bisunfat và MMA Mặc dù được sử dụng rộng rãi, đường ACH vẫn tạo ra một lượng đáng kể amoni sulfat.
(CH 3 ) 2 C(OH)CN + H 2 SO 4 → (CH 3 ) 2 C(OSO 3 H)C(O)NH 2
Trong thực tế, este sunfat của amit ban đầu được hình thành như một hợp chất liên hợp với axit sunfuric và được loại bỏ trong bước cracking Sau đó, este sunfat được thủy phân bằng metanol để tạo ra các sản phẩm liên quan, đánh dấu sự chuyển đổi từ este sunfat sang các hợp chất trung gian và thành phẩm cuối cùng của quá trình.
CH 3 ) 2 C(OSO 3 H)C(O)NH 2 + CH 3 OH → CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 3 +
NH 4 HSO 4 1.2 Phương trình phản ứng , phương pháp , điều kiện để tổng hợp
PMMA là một polymer vinyl được hình thành từ trùng hợp gốc tự do của monome metyl metacrylat (MMA) PMMA có thể được sản xuất theo nhiều cơ chế trùng hợp khác nhau, trong đó kỹ thuật phổ biến nhất là trùng hợp gốc tự do của MMA Trong quá trình này, gốc tự do của acrylate và methacrylate hình thành chuỗi polymer qua liên kết đôi của monome Trùng hợp gốc tự do của MMA có thể được thực hiện đồng nhất ở dạng trùng hợp khối lượng lớn hoặc dung dịch, hoặc không đồng nhất ở dạng trùng hợp huyền phù hoặc nhũ tương Các phản ứng trùng hợp gốc tự do có thể thực hiện tương đối dễ dàng; khác với nhiều loại trùng hợp khác, độ khô tuyệt đối không bắt buộc Tuy nhiên, để quá trình trùng hợp diễn ra thành công, cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như nhiệt độ, nồng độ và tác nhân khởi động.
Trong quá trình trùng hợp, tất cả oxy phải được loại bỏ hoàn toàn Oxy là chất khử gốc và có thể chấm dứt triệt để các gốc tự do tham gia quá trình trùng hợp [3].
Các chất phóng xạ có thể được tạo ra bằng bức xạ, nhiệt hoặc tác nhân hóa học, thường kết hợp với bức xạ hoặc nhiệt MMA có thể tự phát trùng hợp bằng nhiệt, nhưng quá trình này diễn ra rất chậm và không mang tính công nghiệp MMA từng được trùng hợp bằng phản ứng anion, tuy nhiên phản ứng trùng hợp anion không được sử dụng trong công nghiệp vì monome đòi hỏi độ tinh khiết cực kỳ cao và quá trình trùng hợp phải diễn ra ở nhiệt độ rất thấp Ngược lại, trùng hợp gốc tự do của MMA là cơ chế công nghiệp chủ yếu để sản xuất PMMA.
PMMA được tạo ra thông qua hai phương thức trùng hợp chính là trùng hợp khối lượng lớn và trùng hợp dung dịch, sau đó có thể được nghiền thành các hạt nhỏ để phù hợp với các vật liệu hiệu suất cao Quá trình này cho phép kiểm soát kích thước và tính đồng nhất của hạt, từ đó tối ưu hóa tính chất của vật liệu Trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù được biết đến nhiều nhất nhờ khả năng sản xuất polymer dạng hạt hiệu suất cao [4].
- Trùng hợp khối lượng lớn
Quá trình polyme hóa khối lượng là quá trình trong đó chất khởi đầu tham gia và monome được thêm vào để hình thành chuỗi polymer Phương pháp này được dùng để sản xuất các vật liệu như Perspex và không giới hạn chỉ ở các polyme hiệu suất cao Quá trình có mức độ kiểm soát cao, cho phép điều chỉnh cấu trúc và tính chất của polymer cuối cùng để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
Trang 15, Chương 1 cho thấy việc thiết lập và duy trì sự phân bố trọng lượng phân tử cần thiết cùng với nhiệt độ phù hợp là yếu tố then chốt để kiểm soát chặt chẽ các hạt kết quả Việc tối ưu hóa phân bố trọng lượng phân tử giúp bảo đảm tính đồng nhất của sản phẩm, trong khi điều chỉnh nhiệt độ cho phép kiểm soát tốc độ phản ứng và kích thước hạt định hình, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình Do đó, hai tham số quan trọng này - phân bố trọng lượng phân tử và nhiệt độ - được xem là cốt lõi của quá trình kiểm soát hạt kết quả trong nghiên cứu.
Quá trình polyme hóa được thực hiện bằng cách hòa tan monome và chất khởi động trong dung môi không phản ứng, giúp các liên kết polymer hình thành đồng đều Khi phản ứng hoàn tất, dung môi được loại bỏ để thu được polyme có cấu trúc và đặc tính mong muốn Quy trình này tối ưu hóa hiệu suất phản ứng và dễ dàng kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ và nhiệt độ, phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Phương pháp này cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt tốt hơn và giảm nhiệt sinh ra trong quá trình polyme hóa nhờ việc sử dụng dung môi Tuy nhiên, dung môi có thể gây ra các vấn đề đáng lưu ý: chúng có thể làm hỏng các hạt cuối cùng và làm giảm trọng lượng phân tử do quá trình chuyển chuỗi sang dung môi diễn ra.
Trong phản ứng trùng hợp nhũ tương, monome và chất hoạt động bề mặt được hòa tan trong nước để hình thành một nhũ tương Chất hoạt động bề mặt dư thừa trong hỗn hợp nhũ tương này dẫn đến sự hình thành các micelles và một lượng nhỏ monome di chuyển vào các micelles Sau đó, chất khởi động hòa tan trong nước được thêm vào hỗn hợp, phản ứng với các monome bên trong micelles Các PMMA (polymethyl methacrylate) được tạo ra từ kỹ thuật này thường có kích thước hạt rất nhỏ, dưới 10 nm.
Quá trình polyme hóa huyền phù liên quan đến sự trộn lẫn cao độ của monome và chất khơi mào trong chất lỏng, thường là nước Không giống phản ứng trùng hợp nhũ tương, các chất khởi đầu được hòa tan trong dầu/monome nên quá trình polyme hóa xảy ra trong các giọt monome Đối với PMMA, phương pháp polyme hóa huyền phù tạo ra các hạt polymer hình cầu hoàn hảo và trong suốt, với kích thước thường vượt trên 10 μm.
2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme
PMMA có công thức phân tử (C 5 O 2 H 8 ) n , là chất dẻo đi từ dẫn xuất của axit meta acrylat Poly meta acrylat là Polyme có mạch cacbon chứa este ở mạch nhánh.
Ở nhiệt độ thường, chất này có tính bền vững với nhiều chất hóa học, kể cả axit loãng và kiềm loãng Nó không phản ứng với nước, rượu, dầu khoáng và dầu thực vật.
Cấu tạo, cấu trúc của Polyme
Nguyễn thành tốt nitrile Polyme
Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
Tính chất
PMMA không màu, cứng, đàn hồi, là nhựa nhiệt dẻo nên dễ gia công theo nhiều phương pháp khác nhau.
- Phân tử khối trung bình khoảng 350000 đvC.
- Nhiệt độ nóng chảy khoảng 130 ◦ C.
- Dải nhiệt độ chuyển thủy tinh: 100 ◦ C-130 ◦ C.
- Độ ẩm ở trạng thái cân bằng: 0,3-0,33% [6]
- Tính hòa tan và phân tử lượng:
PMMA có tính hòa tan phụ thuộc chủ yếu vào các nhóm phụ trên phân tử; chất dẻo này hòa tan tốt trong các este, xeton và các hợp chất clo hóa của cacbua hidro thơm hoặc cacbua hidro, trong khi nó lại không hòa tan trong rượu có phân tử lượng thấp và trong cacbua hidro béo; các dung môi kể trên có thể được dùng để pha loãng dung dịch PMMA ở một liều lượng nhất định để đạt được mục đích sử dụng.
• Phân tử lượng càng cao thì mức độ hòa tan càng kém.
• PMMA có thể dung hòa với nhiều chất dẻo khác nhau.
PMMA có tính chất hóa học đặc trưng là là một polymer có mạch cacbon chứa este ở nhánh, khiến ở nhiệt độ bình thường nó bền vững với nhiều chất, kể cả axit loãng và kiềm loãng PMMA không tác dụng với nước, rượu, dầu khoáng và dầu thực vật.
- Tính chất quang học: tính chất quan trọng nhất của PMMA là tính trong suốt, không màu, bền vững trước tác dụng của thời tiết và khí hậu Nếu tạo màu cho PMMA thì độ sáng của màu cũng sẽ được giữ trong thời gian dài do chỉ số khúc xạ cao nhất của PMMA Cho 92% ánh sáng thường được lọt qua, và 75% đối với tia download by : skknchat@gmail.com
cực tím và hồng ngoại Với chiết suất 1,490 Chỉ đứng sau thủy tinh thạch anh. Nhưng dễ bị xước bề mặt do độ cứng cao [6].
- Tính chất cơ học: PMMA có độ bền cơ học cao gấp 10 lần so với kính thông thường và độ cứng Rockwell là 90 và Modulus Young cao và thấp dài khi đứt [6].
Ứng dụng Polyme
1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng
Tuần thứ hợp Polyme và các dẫn Nguyễn nhẩt:
Chương 2: xuất (Copolyme) Long Thiên
16/02/2022 2 Cấu tạo, cấu trúc của - Hoàn
- Polyacrylonitrile Polyme Phan Thị thành tốt
19/02/2022 3 Tính chất của Thanh Trúc
Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
1 Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng
Nguyễn hợp Polyme và các dẫn
Chương 3: Các xuất (Copolyme) Đình Hưng
2 Cấu tạo, cấu trúc của - Hoàn
Nguyễn thành tốt nitrile Polyme
Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
4 Ứng dụng Polyme download by : skknchat@gmail.com
Tổng hợp tài liệu và trình bày bản word Nguyễn
Soạn kịch bản cho nhóm Powerpoint và Nguyễn hai: nhóm Thuyết trình Long Thiên
Phạm Thị hai: Ngọc Ánh
Kiểm tra, và giải quyết vấn đề phát sinh, 27/02/2022
Nguyễn Đình Hưng download by : skknchat@gmail.com
Thành công luôn gắn liền với sự cố gắng và sự hỗ trợ của những người xung quanh, dù sự giúp đỡ ấy đến từ ai và ở mức độ ít hay nhiều, trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt quá trình làm bài báo cáo, chúng em đã nhận được sự quan tâm chỉ bảo và giúp đỡ của cô Nguyễn Thị Lê Thanh, nguồn động viên quý báu giúp chúng em hoàn thiện bài viết và đạt được kết quả như mong đợi.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô – người giảng viên tận tâm, đã dùng tri thức và nhiệt huyết để truyền đạt cho chúng em nguồn kiến thức quý báu Nhờ sự giúp đỡ và hướng dẫn chu đáo của cô suốt thời gian qua, chúng em đã nắm bắt những kiến thức cần thiết để hoàn thành bài báo cáo một cách xuất sắc Nhờ đó, chúng em ngày càng hoàn thiện bản thân và tự tin hơn trên con đường học tập.
Nhóm em thực hiện báo cáo này theo sự phân công của cô giáo Với vốn kiến thức còn hạn chế, chúng em nhận thấy có một số sai sót và mong nhận được ý kiến đóng góp của cô và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện hơn Những kiến thức trình bày trong báo cáo sẽ là nền tảng cho chúng em sau này, giúp quá trình học tập và làm việc của chúng em được cải thiện và hiệu quả hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn. download by : skknchat@gmail.com
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Ngày tháng năm 2022 Giảng viên chấm điểm
TS Nguyễn Thị Lê Thanh download by : skknchat@gmail.com
POLYME TRÊN CƠ SỞ DẪN XUẤT CỦA AXIT ACRYLIC VÀ METACRYLIC 14
1.Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme) 14
1.2 Phương trình phản ứng , phương pháp , điều kiện để tổng hợp 15
2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme 18
3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 19
3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 21
POLYME TRÊN CƠ SỞ DẪN XUẤT CỦA ACRYLONITRILE 24
1.Nguyên liệu, phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme) 24
1.3 Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện tổng hợp 25
2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme 27
3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 28
3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến 30
Chương 3 CÁC COPOLYME CỦA NITRILE 32
1.1 Butadien 32 download by : skknchat@gmail.com
1.3 Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện để tổng hợp Polyme và các dẫn xuất (Copolyme): 35
2 Cấu tạo, cấu trúc NBR 37
3 Tính chất của Polyme NBR, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến: 38
3.2 Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến: 40
Danh mục hình ảnh Hình 1: Các cấu trúc của MMA và PMMA 18
Hình 2: Cấu trúc của syndiotactic PMMA 19
Hình 3: Cấu trúc của isotactic PMMA 19
Hình 4: Cấu trúc của atactic PMMA 19
Hình 5: Cấu trúc của Acrylonitrile và PAN 28
Hình 6: Cấu trúc phân tử của Butadien 33
Hình 7: Cấu trúc hóa học của NBR 36 download by : skknchat@gmail.com
Bảng 1: Tính chất vật lý của PAN 28
Bảng 2: Tính chất của cao su tổng hợp Nitrile theo hàm lượng ACN tăng dần 39
Bảng 3: Thông số của kỹ thuật của cao su NBR thông thường [21] 40
Bảng 4: Thông số kỹ thuật của cao su chịu dầu NBR 40 download by : skknchat@gmail.com
Danh mục từ viết tắt
GPMMA Bề mặt của PMMA được ghép GO AFM Kính hiển vi lực nguyên tử
NBR Cao su nitrile-butadien download by : skknchat@gmail.com
Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, nhờ đà phát triển của khoa học và công nghệ, đời sống con người được nâng cao về cả vật chất lẫn tinh thần Những thành tựu liên tục tạo ra vô vàn sản phẩm mới, đồng thời tăng tính đa dạng của các vật liệu Trong số các vật liệu đang phát triển mạnh, vật liệu polyme nổi lên và dần thay thế các vật liệu truyền thống Với ưu điểm linh hoạt, nhẹ, bền và chi phí sản xuất hợp lý, polymer mở ra nhiều cơ hội cho các ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày.
Vật liệu polyme ngày càng được nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ các ưu thế về tính năng cơ lý, tính kỹ thuật và giá thành phù hợp Vì thế, polyme đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu từ đời sống đến các ứng dụng công nghiệp Việc tìm hiểu đặc tính của polyme cũng như các phương pháp sản xuất sẽ giúp việc sử dụng đạt hiệu quả cao hơn và tối ưu hóa quy trình ứng dụng.
Bài báo cáo này phân tích sâu về polyme có nguồn gốc từ dẫn xuất axit acrylic và axit metacrylic, polyacrylonitril và các copolymen nitril (NBR), bao gồm từ nguồn nguyên liệu đầu vào, các phương trình phản ứng và cơ chế hình thành chuỗi polyme, đến các phương pháp và điều kiện tổng hợp polyme và các dẫn xuất, nhằm làm rõ cấu trúc, tính chất và ứng dụng của vật liệu; bài viết đồng thời xem xét vai trò của các phụ gia đi kèm trong sản xuất và tác động của chúng đối với tính chất cuối cùng của sản phẩm, đồng thời nêu rõ mối liên hệ giữa lựa chọn nguyên liệu, điều kiện tổng hợp và hiệu suất ứng dụng của các polyme acrylic/metacrylic, polyacrylonitril và copolymers nitril (NBR).
Sơ lược về Polyacrylonitrile
Polyacrylonitrile (PAN) là một loại nhựa polyme có thành phần chủ yếu là acrylonitrile.
Polyacrylonitrile (PAN) được chế bằng cách trùng hợp acrylonitrile và thuộc họ nhựa acrylic, là một vật liệu nhựa nhiệt dẻo cứng có khả năng chống lại hầu hết dung môi và hóa chất, cháy chậm và ít thấm khí Hầu hết PAN được sản xuất dưới dạng sợi acrylic và modacrylic, một chất thay thế phổ biến cho len trong quần áo và đồ đạc trong nhà.
Nguyên liệu
PAN là sản phẩm trùng hợp từ các monomer acrylonitril Acrylonitril là một chất lỏng dễ cháy, có độc tính cao nếu nuốt phải và được xem là chất gây ung thư Các monome acrylonitril (phân tử đơn chức) ở trạng thái lơ lửng hầu như luôn kết hợp với các monome khác, như những giọt nhỏ trong nước, và được kích hoạt để polyme hóa thành PAN thông qua hoạt động của các chất khởi phát gốc tự do [12].
Có nhiều phương pháp để tổng hợp acrylonitrile nhưng trong công nghiệp chỉ dùng một số phương pháp sau :
- Đi từ axetylen (hoặc oxit etylen) và axit xianhydric. download by : skknchat@gmail.com
CH ≡ CH + HCN → CH2=CH-CN
- Hiệu quả hơn là axetaldehyte:
Phản ứng CH3CHO + HCN → CH3C(OH)-CHCN → CH2=CHCN mô tả quá trình chuyển hóa acetaldehyde thành cyanohydrin và sản phẩm cuối cùng là vinyl cyanide (acrylonitrile) Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm rất lớn là phải dùng axit xianhydric, một hóa chất rất nguy hiểm, nên cần đảm bảo an toàn lao động tuyệt đối thông qua các biện pháp phòng ngừa và tuân thủ quy trình an toàn khi làm việc với chất nguy hiểm.
Phương pháp oxy hóa propylen và amoniac được tìm ra vào năm 1960, thay thế cho phương pháp thử nghiệm trước đó vì tính an toàn và kinh tế của nó Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ cao, khoảng 400–500°C, và sử dụng nhiều loại chất xúc tác khác nhau.
2CH 3 CHCH 2 + 3O 2 + 2NH 3 → 2CH 2 CHCN + 6H 2 O
Phương trình phản ứng, phương pháp, điều kiện tổng hợp
Quá trình trùng hợp acrylonitrile có thể thực hiện ở ba dạng: khối, dung dịch và huyền phù hoặc nhũ tương Khi ở mức độ trùng hợp khoảng 10, polyacrylonitrile kết tủa khỏi dung dịch Do đó, quá trình trùng hợp acrylonitrile ở dạng khối và ở dạng huyền phù (nhũ tương) diễn ra trong các điều kiện không đồng nhất, còn quá trình trùng hợp ở dạng dung dịch diễn ra trong môi trường đồng nhất [13].
Quá trình trùng hợp acrylonitrile trong khối được bắt đầu bởi các nguồn kích hoạt như ánh sáng, hợp chất azo, peroxit và các nguồn kích hoạt khác; sau một thời gian kể từ khi bắt đầu kích hoạt, quá trình trùng hợp tiến triển và cho ra polymer acrylonitrile với các đặc tính mong muốn.
Hoạt động của các gốc và polymer bắt đầu kết tủa, khiến tổng tốc độ phản ứng tăng lên Phản ứng tiếp tục diễn ra ở điều kiện không đồng nhất, bị phức tạp bởi các quá trình hấp phụ và có thể diễn ra trên các hạt polymer cũng như trên chất nền Trong điều kiện không đồng nhất, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào cấu trúc của polymer kết tủa, vào bề mặt cụ thể của các hạt và vào điều kiện thủy động học của chuyển động của chúng Năng lượng hoạt hóa của quá trình trùng hợp toàn phần ở mức độ chuyển hóa thấp của acrylonitrile là khoảng 30 kcal/mol Năng lượng hoạt hóa cao, cũng như nhiệt độ cao của quá trình trùng hợp và sự phức tạp của quá trình dẫn nhiệt, tạo ra đặc tính bùng nổ của quá trình trùng hợp acrylonitrile trong khối.
Phản ứng trùng hợp acrylonitrile ở dạng huyền phù được đặc trưng bởi hiện tượng ngăn chặn do một chất được thêm vào hệ thống trùng hợp không hòa tan polyme và chỉ một phần monome được hòa tan trong môi trường huyền phù Môi trường phản ứng hình thành có thể tương tác với các gốc tự do, tham gia vào quá trình trùng hợp và ảnh hưởng đến tốc độ cũng như cơ chế của phản ứng Do đó, nồng độ chất ức chế, tính hòa tan của monome và đặc tính của hệ huyền phù sẽ định hình hiệu suất và chất lượng của sản phẩm polyme acrylonitrile cuối cùng.
Tuỳ thuộc mức độ tương tác giữa chất pha loãng và polyme, các hạt polyme có thể ở trạng thái đặc hoặc lỏng; sự phân tán của polyme bị thay đổi, từ đó ảnh hưởng đến động học của quá trình trùng hợp Quá trình trùng hợp diễn ra trong dung dịch và chủ yếu ở pha rắn Trong phản ứng trùng hợp huyền phù của acrylonitril, nước hoặc rezemetanol được dùng làm chất pha loãng.
Quá trình trùng hợp acrylonitrile ở dạng huyền phù diễn ra qua hai giai đoạn chính Giai đoạn đầu diễn ra trong pha nước và tốc độ phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ của monome tự do Nhờ sự phụ thuộc này, tốc độ trùng hợp ở giai đoạn đầu có thể được so sánh với tốc độ trùng hợp trong dung dịch, cho thấy ảnh hưởng của nồng độ monome tự do lên nhịp độ phản ứng Giai đoạn thứ hai diễn ra trong hệ huyền phù sau đó, với đặc tính và động lực trùng hợp khác biệt.
Trong quá trình phản ứng, đặc biệt khi mức độ chuyển đổi của monome đạt cao, giai đoạn thứ hai của quá trình được xác định dựa trên trạng thái bề mặt của các hạt và hình dạng của chúng Việc phân tích sự biến đổi của trạng thái bề mặt và cấu trúc hình học của hạt ở giai đoạn này giúp dự báo hiệu suất phản ứng và chất lượng sản phẩm cuối cùng, đồng thời hỗ trợ tối ưu hóa các tham số vận hành để đạt hiệu quả cao hơn.
của chúng, các lớp hấp phụ và tổng kích thước của bề mặt là tầm quan trọng tối thượng.
- Trùng hợp trong dung dịch.
Trùng hợp acrylonitrile trong dung dịch là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp polymer do khả năng kiểm soát quá trình và sản phẩm ổn định Quá trình này diễn ra trong điều kiện đồng nhất, giúp phân bố đều monomer và tác nhân khởi hóa, từ đó tối ưu hóa tốc độ phản ứng và đặc tính của polymer thu được Việc duy trì môi trường dung dịch đồng nhất cũng cho phép kiểm soát khối lượng phân tử và độ đồng nhất của sản phẩm, đồng thời giảm sự hình thành tạp chất và các liên kết polymer không mong muốn Với phạm vi ứng dụng đa dạng, polymer từ acrylonitrile đóng vai trò thiết yếu trong nhựa kỹ thuật, sợi tổng hợp và các vật liệu công nghiệp khác.
Sự phá vỡ chuỗi trong quá trình trùng hợp xảy ra do sự tái tổ hợp của các gốc sơ cấp, làm gián đoạn chuỗi polymer và ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm Vì vậy, quá trình trùng hợp acrylonitril trong dung dịch tuân theo các quy luật chung của trùng hợp gốc tự do, với cơ chế và tốc độ phụ thuộc vào điều kiện phản ứng và thành phần dung môi Quá trình trùng hợp dung dịch công nghiệp trở nên phức tạp bởi sự có mặt của các tạp chất trong dung môi, chúng tham gia vào quá trình kết thúc chuỗi, từ đó ảnh hưởng đến độ đồng nhất và hiệu suất trùng hợp [14].
2 Cấu tạo, cấu trúc của Polyme
Cấu trúc ổn định nhất của polyacrylonitrile (PAN) được xác định bằng cách sử dụng các hợp chất mô hình dimer và trimer và các phương pháp hóa học lượng tử bán thực nghiệm như CNDO/26 và MINDO/3, đồng thời uốn cong liên kết nitrile ba từ liên kết CN thẳng ở chuỗi bên Kết quả cho thấy hai nhóm nitrile liền kề có tương tác lẫn nhau và có xu hướng uốn cong lại gần nhau, với giả thiết rằng độ dài liên kết CN kéo dài phản ánh xu hướng hình thành liên kết đôi giữa các nhóm CN trong sắp xếp meso, từ đó PAN được nhận định là có cấu trúc lập thể Cấu trúc liên kết nitrile uốn của PAN đã được xác định lần đầu từ quan điểm tương tác quỹ đạo phân tử trong các hợp chất mô hình có phân tử khối thấp [15].
CNDO là tên viết tắt của Complete Neglect of Differential Overlap, một trong những phương pháp bán thực nghiệm đầu tiên trong hóa học lượng tử Phương pháp này dựa trên hai xấp xỉ: xấp xỉ lõi—chỉ các electron hóa trị ở lớp ngoài được tính toán một cách rõ ràng—và xấp xỉ bỏ qua sự chồng chéo khác biệt giữa các orbital, tức là không xét differential overlap CNDO/2 là phiên bản chính của CNDO.
7 MINDO, hay Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap, là một phương pháp bán thực nghiệm trong hóa học tính toán dùng để tính toán cấu trúc điện tử của phân tử ở mức lượng tử Phương pháp này tối giản hóa sự chồng chéo giữa các orbital trung gian để ước lượng năng lượng và mô tả cấu trúc điện tử của phân tử một cách nhanh chóng và hiệu quả, từ đó hỗ trợ dự đoán tính chất liên kết và hành vi hóa học của hệ phân tử trong nghiên cứu hóa học tính toán.
Hình 5: Cấu trúc của Acrylonitrile và PAN
3 Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
Nhiệt độ thủy tinh hóa 100 độ C
Nhiệt độ nóng chảy 317 độ C
Nhiệt độ phân hủy 220 độ C
Khối lượng phân tử monome 53,06 g/mol
Bảng 1: Tính chất vật lý của PAN
Do sự hình thành các liên kết hóa học mạnh mẽ giữa các nhóm nitrile (CN) mà Polyacrylonitrile có một số tính chất nổi bật sau
Polyacrylonitrile (PAN) là một loại nhựa nhiệt dẻo nhưng không bị nóng chảy ở điều kiện bình thường, nó phân hủy trước khi nóng chảy Cụ thể, khi đốt nóng ở 150°C trong hai ngày thì độ bền vẫn không giảm sút; tăng nhiệt độ lên 160–165°C khiến xơ bắt đầu bị vàng; đốt ở 200°C với thời gian trên 60 giờ thì vật liệu chuyển sang màu đen như than nhưng vẫn giữ được độ bền cơ học Những kết quả này cho thấy PAN có khả năng chịu nhiệt cao và phân hủy trước khi nóng chảy, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính ổn định cơ học ở nhiệt độ cao.
Ở khoảng 220 °C, vật liệu bắt đầu mềm và phân hủy Dù nhiệt độ nóng chảy của polyacrylonitrile cao hơn nhiệt độ phân hủy, các nhà khoa học vẫn xác định được vùng nhiệt độ nóng chảy của polyacrylonitrile ở trên 300 °C bằng nhiều cách khác nhau, như phương pháp đo độ pha loãng hoặc khi polyacrylonitrile được ngâm trong nước và đun nóng bằng nồi áp suất cao có thiết kế đặc biệt với tốc độ tăng nhiệt 50 °C/phút hoặc lớn hơn Nước làm ngăn cản điểm nóng chảy (Tm) của polyme nhờ tác dụng hóa dẻo, nhưng đồng thời nước cũng gây thủy phân một số nhóm CN trong quá trình nóng chảy, vì thế khoảng nhiệt độ nóng chảy mang tính tương đối với cấu trúc của polyme.
- Độ bền ánh sáng, sinh học cao:
Polyacrylonitrile là một trong những polyme có độ bền cao nhất và có khả năng chống phân hủy bởi tia UV trong mặt trời Nhờ đặc tính chịu tia UV hiệu quả, vật liệu từ Polyacrylonitrile có tuổi thọ dài và ổn định khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời Ngoài ra, polyacrylonitrile còn có khả năng kháng vi sinh vật và nấm mốc, giúp duy trì chất lượng và hiệu suất của sản phẩm ngay cả trong môi trường có sự hiện diện của các tác nhân sinh học.