Quá trình sản xuất polystyrene

Sản phẩm của quá trình là monone được sử dụng như nguyên liệu đầu trong công nghiệp hóa chất dầu mỏ.. Styren được bơm vào thùng phản ứng khuấy một có gia nhiệt để trùng hợp trước theo ki

K IL

M

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung về polystyrene

2 Quá trình sản xuất polystyrene

2.1 Tinh chế styren

2.2 Các phương pháp trùng hợp styren

2.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất styren bằng phương pháp trùng hợp

khối

2.2.2 Trùng hợp huyền phù

3 Nhận xét chùng về hai phương pháp trùng hợp

K IL

.C O

M

1 Giới thiệu chung về polistyren

Poli styren thuộc nhóm nhiệt dẻo tiêu chuẩn, gồm có polystyren, và

poly vinylclorua Polystyren cứng, trong suốt với độ bóng cao polystyren

mà chúng ta sử dụng thông thường nhất là polystyrene đa dạng,

polystyrene tiêu chuẩn, polystyrene trong hoặc polymes styrene

nồng độ thích hợp, tính chất điện môi tốt và bền với nhiều hóa chất khi sử

dụng

PS có thể tái chế và sử dụng lại trong nhiều lĩnh vực Nhiệt độ nhiệt

chỉ việc cắt và làm vụn ra thành những mảnh nhỏ sau đó được nhiệt dẻo,

đem xử lí đóng khuôn để hoàn tất sản phẩm Ngoài ra trong một số trường

hợp ta còn sử dụng phương pháp nhiệt phân hoặc phương pháp phân giải

bởi hiđrôcrackinh Sản phẩm của quá trình là monone được sử dụng như

nguyên liệu đầu trong công nghiệp hóa chất dầu mỏ Điều này có ý nghĩa

quan trọng trong việc bảo vệ môi trường

Một số yêu cầu sử dụng mang tính không thể thiếu như sự cân bằng

quang học tốt hơn, độ cứng, bền với hóa chất và nhiệt độ tốt, độ bền cao

và xử lí linh hoạt, màu sắc… rất phù hợp với polystyrene Vì vậy nó có

ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế Tuy nhiên polystyrene có một nhược

điểm rất lớn là chúng khá giòn, vì thế đã làm giảm một phần phạm vi ứng

dụng của nó

Polystyrene cách điện rất tốt, ngoài ra nó còn bền với kièm, axit

không có tính oxi hóa cũng như dầu khoáng và ancol nên được coi là vật

liệu cách điện lí tưởng Polystyrene cách điện tốt với cả điện thế có tần số

cao nên có thể dùng để bọc những đường dây dẫn điện cao thế hoặc dùng

làm cáp ngầm (Polystyrene bền với axit, kiềm…)

K IL

.C O

M

Một lượng đáng kể polystyrene dùng để làm bọt xốp chống va đập

cho các đồ điện tử Polystyrene được dùng cho nhiều ngành công nghiệp

như công nghiệp điện tử (vỏ máy, các chi tiết cho máy thu hình, radio),

công nghiệp lạnh do tính cách nhiệt cao của polystyrene xốp (tủ lạnh, máy

lạnh, bàn ghế chịu lạnh), công nghiệp chế tạo xe cộ (vỏ ve, vỏ máy) và

dùng cho dân dụng (bao gói, đồ chơi trẻ em…) Ưu điểm nổi bật của

polystyrene là chúng rất ưa màu so với các loại polyme khác và giá thánh

sản phẩm cũng thấp hơn so với nhiều loại polime khác Điều này cũng

giải thích một phần vì sao polystyrene được sử dụng rộng rãi trong thực

tiễn

2 Quá trình sản xuất polystyrene

2.1 Tinh chế Styrene

Styren dùng để sản xuất là loại styrene thô còn lân nhiều tạp chất

Vì vậy tinh chế styren là một khâu quan trọng trong việc sản xuất

polystyrene Các tạp chất trong styren có thể là etyl benzen, cumen,

xylen Nếu trong styren còn lẫn nhiều ethyl benzen thì nó vẫn tiếp tục bay

hơi từ polystyrene, gây ra hiện tượng rạn nứt polyme Nước có lẫn trong

styren cũng làm polystyrene đục và làm giảm điện môi Các tạp chất ethyl

benzen, cumen, xylen làm phân tử khối polystyrene không đồng đều làm

ảnh hưởng đến tính năng cơ lý của sản phẩm Vì vậy chúng ta cần tinh

chế styren đến độ tinh khiết hơn 99,6% mới đem đi trùng hợp

Styren thô được tinh chế bằng chưng chất phân đạm sau khi đã được

trộn với các chất ức chế polyme hóa styren như hiđro quinon, P-tec -

bytyl pirocac tenon…)

2.2 Các phương pháp trùng hợp styren

Trong thực tế styren được trùng hợp theo hai phương pháp là trùng

K IL

.C O

M

độ tinh khiết cao còn trùng hợp nhũ tương thì polyme có phần từ khối

đồng đều nhau

2.2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất styren bằng phương pháp trùng hợp

khối

1.2 Thùng phản ứng

có trùng hợp trước

3 Tháp trùng hợp

4 Máy ép

K IL

.C O

M

Styren đem trùng hợp không cần pha loãng thành dung môi

Styren được bơm vào thùng phản ứng khuấy một có gia nhiệt để

trùng hợp trước theo kiểu không liên tục đến độ chuyển hóa khoảng 40%

sau đó được dẫn xuống tháp phản ứng 3 trùng hợp tiếp đến độ chuyển hóa

100% kiểu liên tục Sản phẩm phản ứng được ép và tạo hạt Để cho giai

đoạn trùng hợp thứ hai thực hiện liên tục, người ta phải dùng hai thùng

phản ứng ở giai đoạn trùng hợp trước

Styren hoặc dung dịch cao su styren tùy theo lượng nhỏ dung môi

và đường ống dẫn dung môi tới lò phản ứng phải chắc chắn, khu vực

phản ứng thực tế có từ 2-5 lò phản ứng Lò phản ứng trùng hợp hiện đại

khác quan tâm tới phương pháp loại bỏ nhiệt trùng hợp (71 KJ/mol) để

phân từ khối đồng đều hơn và sự trộn chất polystyrene hóa nóng chảy

Bên trong thùng phản ứng tự động liên tục, nhiệt bị loại bỏ bởi dòng

chảy ngược Nhiệt của quá trình polime được tận dụng để styren bốc hơi

Monome (styren) ở thể khí được ngưng tụ trong bình ngưng có bề mặt lớn

và quay lại lò phản ứng Máy khuấy mỏ leo, thiét bị đẩy hoặc dây xoắn

được sử dụng Nhiệt độ của lò phản ứng là thông số quan trọng nhất ảnh

hưởng tới khối lượng phân tử pháp luật và như vậy sẽ ảnh hưởng tới tính

chất của sản phẩm Vì vậy nó được kiểm soát bởi sự thay đổi áp lực nhiệt

độ sôi của styren trong thùng Thông thường nhiệt độ của lò phản ứng từ

Tháp phản ứng được trang bị thiết bị cản trở đặc biệt với dòng tác

nhân lạnh để loại bỏ nhiệt trùng hợp Những khu vực có nhiệt độ khác

nhau có thể được bố trí trong lò phản ứng để điều chỉnh nhiệt độ bằng tác

nhân làm lạnh Tháp phản ứng cùng được trang bị máy khuấy mái chèo

K IL

.C O

M

Đôi khi, những lò phản ứng hình ống đoạn nhiệt được sử dụng cho

những sự chuyển đổi lớn, điều kiện nhiệt độ bên ngoài chưa được sử

dụng

Polystyrene ra khỏi lò phản ứng có thành phần 70 - 90% Monome

và dung môi phản ứng được loại bỏ bởi những bước ngăn sự bay hơi hoặc

máy cô màng mỏng Polyme được cho vào thiết bị phân tán, bình đốt

nóng nơi có thành phần dễ bay hơi, nấu chảy rôi bơm ra ngoài, để ép và

tạo hạt sản phẩm phản ứng

2.2.2 Trùng hợp huyền phù:

1 Thùng chứa styren

2 Thùng chứ chất bảo vệ keo có máy khuấy

3 Thùng chứa chất khơi mào có máy khuấy

4 Bộ phận đo lưu lượng chất khơi mào

5 Thùng phản ứng

6 Bộ phận lọc

7 Bộ phận sấy

Trong huyền phù, phản ứng styren được phân tán trong nước ở kích

khơi mào Styren và chất khơi mào được đưa vào thùng phản ứng 5 trong

thời gian 11 - 15 giờ, khi đó phần lớn styren đã tham gia phản ứng trùng

Chất bảo vệ keo có thể là poly vinyl ancol, phot phát kiềm thỏ hoặc

cellulse Nitrin hoặc đinitrin…

Quá trình trùng hợp xảy ra trong các giọt monome Phương pháp

này thực chất tương tự trùng hợp khối Sự khác nhau là các monome được

phân tán trong nước, nhiệt phản ứng được điều hòa bằng môi trường nước

nên không sảy ra hiện tượng tăng nhiệt cục bộ vì vậy khối lượng phân tử

có độ phân bố hẹp

K IL

.C O

M

2.2.3 Cơ chế của quá trình trùng hợp

a Phản ứng khơi mào:

CH3 CH3 CH3

CH3 CH3 CH3 (R*)

CH3 C6H5 CH3 C6H5 (R*1)

b Phản ứng phát triển mạch:

………

c Phản ứng ngắt mạch

Phản ứng ngát mạch có thể sảy ra theo 2 cách

K IL

.C O

M

- Ngắt mạch liên hợp:

C6H5 C6H5 C6H5 C6H5

- Ngắt mạch bất cân đối:

C6H5 C6H5 C6H5 C6H5

K IL

.C O

M

3 Nhận xét chung về hai phương pháp trùng hợp

- Phương pháp trùng hợp khối: sản phẩm có độ phân bố khối lượng

tương đối rộng nên ảnh hưởng xấu tới chất lượng polyme, độ trùng hợp

trung bình khoảng 3000 Polime thu được khá tinh khiết, ít monome, bị

nên không tốn năng lượng để tách dung môi nhưng việc giải tỏa nhiệt của

phản ứng là rất khó khăn

- Phương pháp trùng hợp huyền phù: sản phẩm có độ phân bố khối

lượng tương đối hẹp nên nâng cao chất lượng sản phẩm do có thể khống

chế nhiệt độ của phản ứng Như vậy ta có thể khống chế cả khối lượng

phân tử polime nhờ khống chế nhiệt độ Polime thu được cũng tương đối

tinh khiết do thực tế hạt polime có tính kị nước nên dễ làm khô sản phẩm

Đồng thời còn có thể cắn màu luôn trong quá trình trùng hợp

Mặt khác ta thấy thiết bị của trùng hợp huyền phù đơn giản hơn nên

sử dụng kinh tế hơn nên trùng hợp huyền phù dần được thay thế trong quá

trình sản xuất styren

Ngày nay để cải thiện một cách đáng kể tính chất cơ lý của

polystyrene người ta dùng phương pháp đồng trùng hợp với các monome

khác như acrylonetrin, butadien - 1, 3 người ta đã chế tạo được nhiều sản

phẩm có tính năng cơ lí cao như tính chịu nhiệt, chịu mài mòn… nên đã

nâng cao được khả năng ứng dụng của sản phẩm

K IL

.C O

M

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 http://www.cci.edu.vn/userFiles/doc/21-10-06-Dich-thuan.doc

3 Hóa học các hợp chất cao phân tử - Ngô Duy Cường