bài soạn công nghệ tổng hợp polime

Bảng 1.3-giáo trình/9 *Ý nghĩa trong giá trị nhiệt trong công nghiệp: giá trị nhiệt phản ứng cho phép điều chỉnh, kiểm soát nhiệt độ thích hợp cho từng quá trình sản xuất các loại polyme

Câu 1: Các công đoạn chính trong tổng hợp polymer:

Câu 2: Ưu nhược điểm của các hệ polymer:

trong coposite đắp tay và đúc có hình dạng bất kì

Tỏa nhiệt, độ đa phân tán phân tử lượng cao

Khối, liên tục Kiểm soát được nhiệt đô,

độ đa phân tán

Độ chuyển hóa trên 1 vòng thấp, tách monomer-polymer, có thể cần nhiệt

độ và áp suât cao

Dung dịch-huyển phù đặc Kiểm soát được nhiệt độ,

có thể sử dụng ngay sản phẩm dạng dung dịch

Chi phí dung môi cao, tốn chi phí sấy polymer

sản phẩm là hạt khô

Khó khuấy trộn và tăng kích thước hệ

độ phản ứng nhanh

Hàm lượng chất HĐBM cao, kém bền

Câu 3: So sánh nhiệt từ phản ứng polymer hóa:

*Thông thường, các polymer hóa mạch-trùng hợp có nhiệt phản ứng cao, các polymer hóa bậc-trùng ngưng có nhiệt phản ứng thấp

Bảng 1.3-giáo trình/9

*Ý nghĩa trong giá trị nhiệt trong công nghiệp: giá trị nhiệt phản ứng cho phép điều chỉnh, kiểm soát nhiệt độ thích hợp cho từng quá trình sản xuất các loại polymer khác nhau Nhiệt độ quá cao sẽ làm cho mạch polymer bị giảm cấp hoặc phân hủy  ảnh hưởng đến tính chất của polymer; nhiệt quá thấp thì phản ứng polymer hóa diễn ra chậm Việc kiểm soát nhiệt phản ứng rất quan trọng, có tính chất quyết định trong quá

TH Polymer

Tổng hợp và tinh

chế monomer

Vận chuyển và lưu trữ monomer

Tổng hợp polymer trong hệ phản ứng

Thu hồi polymer

và các sp phụ

trình sản xuất polymer hóa mạch, nhưng trong quá trình sản xuất polymer hóa bậc thì không phản là vấn đề mang tính quyết định  tăng tính chất của polymer, hiệu quả sản xuất và sử dụng nguồn năng lượng đảm bảo phát triển bền vững

Câu 4: So sánh bồn phản ứng khuấy trộn liên tục và dạng ống

Bồn phản ứng khuấy trộn liên tục-CSTR Bồn phản ứng dạng ống-dòng chặn liên

tục-PFR

-Dùng cho phản ứng polymer hoa khối

theo cơ chế gốc tự do

-Có mức độ trộn đảo rất tốt

-Thường có 1 giai đoạn, hoạt động đẳng

nhiệt

-Độ chuyển hóa monomer không đổi

-Có thể tạo thành copolymer,có thành

phần đồng nhất

-Dễ bảo trì, sữa chữa; chi phí thấp

-Có khả năng trộn theo phương bán kính tốt, nhưng không có trộn đảo(backmixed) trừ khi được cho tuần hoàn khép kín -Nhiều giai đoạn, dải nhiệt độ từ 100-170

0C -Có thể tạo thành polymer từ monomer ở qui mô pilot

-Hoạt động trong thời gian dài mà không cần bảo trì

-Khó bảo trì,sữa chữa; chi phí cao Câu 5: Các ưu-nhược điểm của dung môi dễ bay hơi và khó bay hơi trong phương pháp polymer hóa dung dịch:

Ưu điểm Nhược điểm

Dễ bay

hơi

-Tạo sp polymer có độ tinh khiết cao,ko chứa dung môi

-Dễ tách, thu hồi cả polymer, monomer lẫn dung môi

-Dễ dàng kiểm soát nhiệt độ phản ứng bằng cách hoàn lưu

-Gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe công nhân -Dung môi bay hơi làm tăng áp suất hơi bão hòa gây nguy hiểm khi lưu trữ và vận chuyển

Khó bay

hơi

-Kiểm soát tốt độ nhớt của phản ứng ở giai đoạn cuối

-Lượng thất thoát dm thấp, bảo quản dễ dàng, an toàn

-nhiệt độ sôi của dm cao  ko dùng cho các monomer có nhiệt độ sôi thấp

-khó tách loại dm, monomer ra khỏi

sp  tạp chất nhiều; dm chứa trong

sp bay hơi  tạo bọt khí khi gia công ở nhiệt độ cao  giảm tính chất cơ lí

Áp dụng cho cơ chế:

gốc tự do, ion, và phức phối trí

Ưu điểm

Kiểm soát được nhiệt độ quá trình dễ dàng

Có thể sử dụng sản phẩm ở dạng dung dịch

dung môi có tác dụng giảm độ nhớt của hỗn hợp phản ứng

khi polymer còn tan trong dung môi

Thêm chất khơi màu và xúc tác phân bố vào mtruong phản ứng bất kì thời điểm nào quả p/ư -> kiểm soát chính xác

PTL và thành phần copolymer

Nhược điểm

Sp có chứa dung môi ->khi gia công ở nhiệt độ cao -> dm

bay hơi ->bọt khí-> giảm tính chất cơ lí

Hiệu quả kinh tế thấp:tốn chi phí cho dm, chi phí sây khô

sp cao

Dung môi dễ bay hơi ảnh hưởng tới sức khỏe công nhân

và gây ô nhiễm môi trường

Thu hồi dung môi rất khó khăn và tốn kém nhưng hiệu

quả thấp

Câu 6: Quá trình polymer hóa huyền phù đặc( dung môi):

Câu 7: Ưu nhược điểm của hệ khơi màu thế hệ mới ( metallogene-CpMtX2) so với thế hệ

cũ ( Ziegler-Natta- TiCl3 & Al(C2H5)2Cl hay TiCl4 & Al(C2H5)3)cho quá trình tổng hợp

Poly(propylene):

-Hoạt tính khơi mào, tính chọn lọc

cao.(Thế hệ 1: 90% i-PP, 5kg i-PP/1g Ti.Thế

hệ 2: chon lọc và hiệu quả tăng, nhưng làm

i-PP bị nhiễm bẩn muối Ti ko phản ứng.Thế

hệ 3: 98% i-PP, 2400kg/1g Ti)

- Giá thành rẻ ( so với Metallogene)

-Rất nhạy với tạp chất  monomer, dung

môi đều phải tinh chế kĩ

-Hiệu quả khơi màu cao hơn nhiều lần: 100 lần so với Ziegler-Natta

-Tính chon lọc và điều hòa lập thể cao.100% s-PP

-Giá thành cao hơn

Câu 8: Quá trình cho phép tổng hợp Poly(styrene) – PS theo tất cả các cơ chế:

Quá trình polymer hóa dung dịch có thể tổng hợp PS theo tất cả các cơ chế: gốc tự do, ion, phức phối trí.Vì: chỉ cần styrene, chất khơi màu, …hòa tan được trong dm thì phản ứng có thể xảy ra

Câu 9: Tổng hợp poly(butadiene)-PB bằng phương pháp dung dịch và nhũ tương:

-Chất khơi mào:Ziegler-Natta,anion,gốc tự

do,metallocene

Ziegler-Natta,

anion->cis-1,4-butadiene -> elastomer

Ziegler-Natta -> trans

Anion -> ninyl, phải rút ẩm vì hệ rất

nhạy với H2O

-Ziegler rất nhạy với tạp chất  đòi hỏi

mono butadiene phải có độ tinh khiết cao

-Việc loại bỏ nhiệt và kiểm soát nhiệt khó

khăn khi tốc độ phản ứng nhanh

-Phải sấy sp để đảm bảo dư lượng

monomer và dm thấp

-Hóa mạch gốc tự do, tốc độ phát triển mạch cao,sản phẩm có phân tử lượng cao -Kiểm soát nhiệt dễ dàng

Câu 10: Quá trình tổng hợp polymer hóa anion được dùng để tổng hợp các loại polymer

mà monomer của nó có các nhóm thế rút điện tử vì các tâm hoạt tính anion cho phản ứng thân hạch tốt đối với những chất thân điện tử.vd: PS,PMMA

Câu 11: Có thể sản xuất cao su butyl - poly(1,4-butadiene), EPDM bằng phương pháp gốc

tự do nhũ tương được không? Vì sao?

- Poly(butadien): được tổng hợp bằng phương pháp gốc tự do nhũ tương có tốc độ phát triển mạch cao và tạo thành sản phẩm có phân tử lượng cao, đảm bảo chất lượng

elastomer; quá trình nhũ tương cho phép kiểm soát nhiệt độ thích hợp

-Được vì :các mạch gốc tự do phát triển hơi bị cô lập về vật lí tránh được tái hợp nhanh của các gốc tự do.Một hê nhũ gồm: nước, monomer, chất khơi mào, chất tạo nhũ

và chất điều chỉnh phân tử lượng.Các giọt monomer phân tán trong pha nước.Pha nước chứa các chất khơi mào, các giọt monomer phân tán và các micell hình thành từ chất nhũ hóa.Tâm khơi màu sơ cấp hình thành trong pha nước phân tán vào micell và cho phản ứng polymer hóa tại đây.Hạt polymer hình thành trong micell có xu hướng hấp thu monomer từ pha nước xung quanh tăng kích thước hạt polymer và mất các giọt monomer

-Cao su butyl: ko vì có Polymer còn liên kết đôi sẽ phản ứng với kcm anion gây tắt mạch

-EPDM: như trên

Câu 12: Các phương pháp hóa học cần thiết để tổng hợp monomer cho phản ứng điều chế PET:

-Tổng hợp AT-Acid terephtalic (hay PTA-Purified Terephtalic Acid):

+ Oxi hóa p-xylene  PTA Me-OH DMT – dimethyl terephtalate

para-xylene

Petrolium

Phương trình:

-Tổng hợp MEG-Monoethylene Glycol

Axetylene ethylene oxide mono-ethylene glycol

Phương trình:

Câu 13: Ưu nhược điểm của quá trình tổng hợp PET từ AT và DMT-Dimethyl

terephtalate

DMT -DMT hòa tan tốt hơn AT

-DMT có tính acid kém hơn AT-> vận

tốc phản ứng chậm->chất lượng PET

tốt hơn

-Chi phí dung môi cao -Sản phẩm phụ là methanol (thay vì

H2O)

AT

Câu 14: Ưu nhược điểm của phương pháp polymer hóa pha rắn(SPP-solid phase

polimerization):

-Khả năng tạo thành polymer có PTL rất

cao mà ko tăng mức độ giảm cấp nhiệt của

polymer

-Cần thời gian lâu trong quá trình liên tục hoặc xử lí chậm trong quá trình theo mẻ -Phá hủy do nhiệt oxi hóa luôn tăng trong polymer cùng với đi kèm theo làm tăng màu vàng do ko loại bỏ hoàn toàn khỏi bồn phản ứng với chi phí thích hợp

- Tăng chi phí đầu tư thêm so với chi phí của bồn áp suất hoặc CP

Câu 15: Phương pháp tổng hợp nilon-6 và nilon-6,6 khác nhau ở công đoạn nào?

nylon 6,6 tong hop bat dau tu muoi nylon 6,6 tao thanh do ket hop giua acid adipic va

hexamethylenediamine trong nc

(qua trinh theo me or noi ap suat va qt pol hoa lien tuc

nylon 6 dc tong hop bang pu polymer hoa mach mo vong caprolactam o 533k

trong 4-5 h

trong khi quyen nito

Câu 16: So sánh quá trình tổng hợp PC-poly(carbonate) bằng phương pháp liên diện và nóng chảy:

-Sản xuất: Phosgen + BPA/pyridin  PC

-Phản ứng 2 pha: pha khí: phosgen-COCl2;

pha lỏng- CH2Cl2

-Xúc tác R3N

-Tạp chất nhiều

-Phản ứng phụ: ArO-CO-N+R3Cl-

-Trans ester hóa: BPA + DPC(diphenyl carbonate) với xúc tác Na, Li, K, tetraalkyl ammonium

-Không sử dụng dung môi và phosgen -Ưu điểm: sản phẩm cân bằng bền

Độ đa phân tán, oligome hầu như không đổi

Các hợp chất phân tử lượng nhỏ(oligome và mạch thẳng) thấp hơn phương pháp liên diện

Các tạp chất khác giảm -Nhược điểm: Polymer ko hoàn toàn khóa mạch vẫn còn có nhóm phenol cuối mạch tạo màu, oxi hóa, giảm độ bền

Câu 17: Nguyên tắc tổng hợp nhựa UF, MF dùng trong công nghiệp ván ép:

Ván ép là sản phẩm được tạo thành từ hỗn hợp đúc giữa các thành phần : nhựa amine dạng xi rô, cellulose, resin sấy phun

Nguyên tắc tổng hợp:

- Sản xuất theo mẻ

- Điều chế nhựa amine dạng xy rô trước

o Tổng hợp các hợp chất methylol ( -CH 2 OH) từ acryamide(CH 2 =CHCONH 2 )

o Thêm các tác chất, điều chỉnh phản ứng để tạo thành dạng xy rô

- Phối trộn với chất độn – cellulose, keo sấy phun  hỗn hợp đúc – ván ép