TỔNG HỢP PVC TIỂU LUẬN MÔN HÓA HỌC POLYMER Chuyên ngành Hóa Hữu Cơ

Công thức cấu tạo Cl - Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của nguyên tử Clo linh động.. - Trong phân tử VC có liên kết nối đôi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TỔNG HỢP PVC

TIỂU LUẬN MÔN HÓA HỌC POLYMER

Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ

Mã lớp học phần: 420300155001 GVHD: LÊ NHẤT THỐNG NHÓM SV THỰC HIỆN: NHÓM 2

TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022.

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Nguyễn Hồ Mỹ Linh 20018121 Hỗ trợ tìm nội dung

Làm tiểu luận

Võ Lê Trọng Phúc 20020861 Tìm kiếm nội dung

Bùi Thị Hồng Phúc 20026641 Hỗ trợ tìm nội dung

Làm tiểu luận

Phan Thị Như Quỳnh 20021691 Làm ppt

Thuyết trình

Lý Thu Thảo 20012641 Tìm kiếm nội dung

Nguyễn Thị Phương Trinh 20025831 Tìm nội dung

Vẽ sơ đồ công nghệ

MỤC LỤC

Phần 1 GIỚI THIỆU VỀ VINYL CLORUA 1

I Công thức cấu tạo 1

II Phản ứng nối đôi 1

III Phản ứng của nguyên tử Clo 2

Phần 2 POLY VINYL CLORUA 3

I Khái niệm 3

II Lịch sử hình thành 3

III Tính chất của PVC 4

1 Tính chất lý học 4

2 Phản ứng phân hủy 5

2.1 Phản ứng thế các nguyên tử Clo 5

Phần 3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT PVC 7

I Phản ứng trùng hợp 7

II Công nghệ sản xuất PVC 8

1 Các phương pháp sản xuất 8

2 Các yếu tố ảnh hưởng 10

Phần 4 ỨNG DỤNG 11

Phần 1 GIỚI THIỆU VỀ VINYL CLORUA

I Công thức cấu tạo

Cl

- Do có chứa liên kết đôi và nguyên tử Clo linh động nên các phản ứng hoá học của VC là phản ứng của nguyên tử Clo linh động VC không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ như axeton, rượu etylic, cacbon hydro thơm, cacbon hydro mạch thẳng

- Trong phân tử VC có liên kết nối đôi và một nguyên tử Clo linh động, do

đó phản ứng hoá học chủ yếu là phản ứng kết hợp hoặc phản ứng của nguyên tử Clo trong phân tử VC

II Phản ứng nối đôi

- Phản ứng cộng hợp: tác dụng với halogen cho ta 1,2 diclo etan ở điều kiện môi trường khô ở 140÷1500C hoặc ở 800C và có chiếu sáng xúc tác SbCl3 + Khi có xúc tác AlCl3, FeCl3 thì VC phản ứng với HCl

Cl

+ Với H2

Cl

Cl

- Trong phản ứng oxi hóa VC ở nhiệt độ 50 ÷ 1500C có mặt HCl dễ dàng tạo ra monome axetat dehit

CH2 CH

Cl

+ 1/2 O2 CH2 CHO

Cl

- Do phân tử có chứa nối đôi, VC có thể tham gia phản ứng trùng hợp tạo PVC

CH2 CH2

Cl

CH2 CH

Cl

n

III Phản ứng của nguyên tử Clo

- Thủy phân Khi đun nóng với kiềm, HCl bị tách ra khỏi VC cho ta axetylen

CH2 CH

Cl

+ NaOH CH CH + NaCl + HCl

_Tạo hợp chất cơ kim

CH2 CH

Cl

+ Mg CH2 CH

MgCl

+VC trong điều kiện không có không khí ở 4500C có thể bị phân huỷ tạo thành axetylen

và HCl do phản ứng polyme hóa axetylen và có thể phản ứng tiếp tục tạo ra một lượng nhỏ 2- clo- 1,3- butadien

Còn trong điều kiện có không khí VC bị oxi hóa hoàn toàn

CH2 CH

Cl

CH CH + HCl

Phần 2 POLY VINYL CLORUA

I Khái niệm

PVC là một polyme tổng hợp từ vinyl clorua monome (VCM) theo phản ứng trùng hợp

Cl

Số mắt xích trong phân tử PVC khoảng 700-1500 monome Các monome này liên kết tạo thành một mạch duy nhất Những mạch này rất mềm dẻo Ngày nay, PVC được sử dụng rất rộng rãi do nó có rất nhiều công dụng PVC có thể được sử dụng làm màng, tấm chất dẻo, chất dẻo đúc bằng áp lực, keo dán, sơn…Tuy nhiên PVC cũng có một số điểm hạn chế như kém bền nhiệt, chỉ sử dụng tốt trong phạm vi nhiệt độ khoảng 60-700C, khả năng hoà tan trong các dung môi kém, khi gia công

có khí HCl thoát ra gây ra ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường.

II Lịch sử hình thành

- Năm 1835 lần đầu tiên Henri Regnault đã tổng hợp được vinylclorua (VC), nguyên liệu chính để tạo nên PVC

- Polyvinyl clorua được quan sát thấy lần đầu tiên vào năm 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hóa học của nó chưa được xác định

- Năm 1912 là năm PVC được công nhận là do Iwan Ostromislensky (Nga) tìm ra, thực tế cùng năm đó Fritz Klatte (Đức) đã công bố một quy trình sản xuất PVC Tuy nhiên, polyme mới này vẫn không được ứng dụng và không được chú ý quan tâm nhiều, bởi tính kém ổn định, cứng và rất khó gia công

- Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon làm việc cho Công ty B.F Goodrich tìm ra phương pháp dẻo hóa PVC, Waldo Semon đã cố gắng khử hydrat polyvinyl clorua trong dung môi sôi cao để thu được một loại polymer không bão hòa có thể liên kết cao su với kim loại Đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công cho PVC Sau đó lần lượt là các nghiên cứu và sáng chế về chất

ổn định cho PVC được công bố

6

- Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức nhưng phải đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức

và sau đó là ở Mỹ

III Tính chất của PVC

1 Tính chất lý học

- PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt

- PVC là một loại nhựa dẻo chịu nhiệt trong khoảng 80÷1600C

- Trọng lượng phân tử không đồng đều, độ trùng hợp từ 100÷2000 Để có vật liệu bền và

co giãn thì 70% các phần của polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên

- PVC lão hóa rất nhanh, dẫn đến giảm tính co giãn và tính chất cơ học

Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:

- Hằng số điện môi tại 60 Hz và 300C là 3,54

- Hằng số điện môi tại 1000 Hz và 300C là 3,41

- Hệ số công suất tại thời điểm trên là 3,51% và 2,51%

- Cường độ điện môi: 1080 V/ml

- Điện trở suất là 1015W

Từ những số liệu trên cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt, tuy nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất

7

2 Phản ứng phân hủy

Khi gia nhiệt, PVC không chảy mà bị phân hủy tạo liên kết đôi vì dưới tác dụng của nhiệt thì liên kết giữa Cl-C bị gãy vì phân cực mạnh, đồng thời tách cùng với H bên cạnh tạo HCl ( hoặc tạo ra Clo)

- HCl

Cl

Các nối đôi C=C, cùng với HCl đóng vai trò xúc tác phân hủy nhiệt nhanh hơn Chính các liên kết đôi này làm sản phẩm có màu vàng

CH2 CH CH2 CH

CH2 CH

Cl

- HCl CH CH CH CH CH CH

Để lâu ngày các liên kết này phản ứng khâu mạch tạo ra polymer có khối lượng phân

tử rất lớn, cứng và mất tính tan trong dung môi

Cl Cl

2.1 Phản ứng thế các nguyên tử Clo

+ Thế các nguyên tử Clo

+ nAgCl

+ Thế Clo bằng nhóm amin

NH2

+ nHCl Cl

8

+ Thế Clo bởi nhân thơm

CH2 CH CH2 CH

CH2 CH

Cl

CH2 CH CH2 CH CH2 CH

+ AlCl3

Cl

9

Phần 3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT PVC

I Phản ứng trùng hợp

Quá trình trùng hợp VC để tạo thành PVC qua 4 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn khơi mào: gốc hoạt động R của chất khởi đầu kích thích VC thành gốc đầu tiên

Cl

Cl

+ Giai đoạn phát triển mạch: gốc đầu tiên trên tiếp tục tác dụng với monome khác và tiếp tục kéo dài mạch

Cl

Cl

R CH2 CH2+

Cl

Cl

+ Giai đoạn chuyển mạch:

- Chuyển mạch lên monome:

+

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

CH2 CH CH2 CH

CH2 CH

Cl

+ CH 2 CH

Cl

- Chuyển mạch lên chất khơi mào:

Cl

Cl

O

+ Giai đoạn đứt mạch: Tạo thành cao phân tử và có 2 cơ chế đứt mạch là phân ly và kết hợp

- Đứt mạch phân ly

10

+ + CH CH

Cl

CH2 CH

Cl

CH 2 CH

Cl

CH2 CH2

Cl

- Đứt mạch kết hợp

Cl

CH 2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

II Công nghệ sản xuất PVC

1 Các phương pháp sản xuất

PVC có 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

Quá trình sản xuất PVC theo phương pháp huyền phù trong nước:

Phương pháp huyền phù là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất PVC nó chiếm 80% tổng sản lượng PVC được sản xuấty trên toàn thế giới

Phương pháp này có các ưu điểm sau:

+ Chúng tạo ra các hạt PVC lớn hơn, dễ tách sản phẩm hơn

+ Sử dụng nồng độ phụ gia thấp hơn

+ Nước được tách bằng phương pháp lọc

11

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

(autoclave) 1 Nước được nạp vào trước, tiếp theo là tác nhân tạo huyền phù, muối đệm

dưới dạng dung dịch Sau khi không khí được đuổi ra khỏi thiết bị phản ứng bằng khí trơ, MVC và chất khơi mào được nạp vào dưới áp lực.Chế độ khuấy được duy trì sao cho có thể phá vỡ pha lỏng của MVC để tạo ra những hạt nhỏ li ti với kích cỡ mong muốn Quá trình gia nhiệt cũng như làm lạnh được điều chỉnh chính xác theo nhiệt độ yêu cầu để sản xuất mỗi loại sản phẩm (từ 50 – 70 độ C)

Trùng hợp huyền phù về cơ bản là những chuỗi trùng hợp khối nhỏ trong pha nước Cơ chế cũng như động học phản ứng giống như trùng hợp khối.Ngoài ra, các hạt nhỏ li ti được tạo ra ban đầu không nhất thiết phải tồn tại trong suốt cả thời gian phản ứng.Phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của chất tạo huyền phù cũng như chế độ khuấy, những hạt nhỏ li ti có thể liên kết lại với nhau và sau đó lại bị phân tán.Những hạt polyme có thể

12

được tạo thành từ một giọt hoặc từ một số giọt liên kết với nhau tại thời điểm nhất định của phản ứng

Phản ứng được xem là kết thúc khi áp suất trong thiết bị giảm đến một trị số cho trước Hỗn hợp sau phản ứng, được gọi là vữa, không ổn định chứa các hạt polyme trong pha nước và monome chưa phản ứng Ngừng khuấy sẽ dẫn đến việc lắng tụ các hạt polyme Chính vì vậy, vữa PVC vẫn phải tiếp tục được khuấy cho đến khi tháo hết sang bình khác

cũng có máy khuấy 2 Lượng MVC còn lại sau phản ứng chiếm 10-20% khối lượng ban

đầu Phần lớn lượng MVC sẽ được tách ra bằng bay hơi và được thu hồi tại thiết bị ngưng

tụ và bồn chứa 6 Do tính độc hại cao của MVC nên lượng MVC dư cần phải được tiếp tục tách triệt để Vì thế, vữa PVC được chuyển sang bồn chứa 3, gia nhiệt và chưng cất trong tháp 4 và lượng MVC còn lại cũng được thu vào bồn chứa 6 Vữa PVC sau khi tách MVC dư được đưa đến bồn chứa 5, tách nước tại máy ly tâm 7, làm khô tại máy sấy 8 Những chất bay hơi được dẫn qua thiết bị xử lý khí thải 9, phần còn lại không độc hại được thải ra ngoài không khí Bột PVC khô sau khi qua máy sàng 10 để loại những hạt quá cỡ, được khí nén đẩy qua silo chứa 11 và được đóng bao với trọng lượng mỗi bao là

25 kg tại máy đóng bao 12.

2 Các yếu tố ảnh hưởng

Vai trò của nước Vai trò của khuấy trộn

Nước là pha liên tục trong thiết bị phản

ứng, chúng có vai trò:

+ Có khả năng chia khối VCM lỏng

thành các giọt nhỏ, giảm độ nhớt

+ Truyền nhiệt

+ Làm chất mang keo bảo vệ

Khuấy trộn có các vai trò sau:

+ Tạo kích thước hạt cần thiết

+ Duy trì các hạt huyền phù và các hạt PVC

+ Đảm bảo quá trình tryền nhiệt

13

Phần 4 ỨNG DỤNG

Nhựa PVC “bắt màu” khá nhanh nên thường được ứng dụng vào việc sản xuất đồ trang trí nội thất

Nhựa PVC còn được sử dụng để làm dây cáp điên bởi nó có khả năng cấp điện siêu hiệu quả

Ống nước nhựa là một ví dụ điển hình khi nhắc đến ứng dụng của nhựa PVC

14

Đặc tính chống cháy của hạt nhựa PVC đã được tận dụng bằng cách chế tạo vách ngăn giả

gỗ, đem đến sự sang trọng và đẳng cấp

Các tấm trải sàn giả gỗ dùng trong việc decor cũng được tạo thành từ hạt nhựa PVC

15