Cong nghe tong hop mot so hop chat cao phan tu

Chất cao phân tử là những chất có khối lượng phân tử từ 103 đvC đến 106 đvC mà phân tử của chúng được cấu tạo từ những mắc xích giống nhau gọi là monome, số lượng các mắc xích giống nhau gọi là độ trùng hợp của polyme. Các polyme có thể được điều chế nhân tạo như Buna, PE, PVC, Phenol formaldehyt… Các polyme có thể tạo trong các phản ứng trong tự nhiên như cao su tự nhiên, xenlulozo, tinh bột... Chúng được ứng dụng rộng rãi trong hoạt động sống thường ngày của con người như ứng dụng trong sản xuất nhựa PVC, nhựa pp, nhựa phenol forman dehyt…trong bài tiểu luận này tôi xin giới thiệu về quy trình sản xuất nhựa phenol formandehyt, đây là một trong những quy trình sản xuất nhựa phenol formandehyt phổ biến nhất ở nước ta và một số nước trên thế giới. nhựa phenol formandehyt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất keo dán, sơn, ván ép tầng… Hy vọng rằng bài tiểu luận sẽ đóng góp thêm một phần tri thức cho bạn đọc yêu thích về đề tài này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

HÓA KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP MỘT SỐ HỢP CHẤT CAO PHÂN TỬ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2010

Lời mở đầu

Chất cao phân tử là những chất có khối lượng phân tử từ 103 đvC đến 106 đvC

mà phân tử của chúng được cấu tạo từ những mắc xích giống nhau gọi là monome,

số lượng các mắc xích giống nhau gọi là độ trùng hợp của polyme Các polyme cóthể được điều chế nhân tạo như Buna, PE, PVC, Phenol formaldehyt… Các polyme

có thể tạo trong các phản ứng trong tự nhiên như cao su tự nhiên, xenlulozo, tinhbột Chúng được ứng dụng rộng rãi trong hoạt động sống thường ngày của conngười như ứng dụng trong sản xuất nhựa PVC, nhựa pp, nhựa phenol formandehyt…trong bài tiểu luận này tôi xin giới thiệu về quy trình sản xuất nhựa phenolformandehyt, đây là một trong những quy trình sản xuất nhựa phenol formandehytphổ biến nhất ở nước ta và một số nước trên thế giới nhựa phenol formandehytđược sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất keo dán, sơn, ván ép tầng…

Hy vọng rằng bài tiểu luận sẽ đóng góp thêm một phần tri thức cho bạn đọcyêu thích về đề tài này

Trong quá trình thu thập, lựa chọn cũng như trích lọc tài liệu tôi đã cố gắng,thận trọng trình bài sao quyển tiểu luận là hoàn chỉnh nhất, tuy nhiên do thời gian

có hạn cũng như những hiểu biết bản thân còn nhiều hạn chế nên sẽ không tránhkhỏi những sai xót, mong rằng sẽ thường xuyên nhận được những phản hồi của bạnđọc để tôi có thể bổ sung, chỉnh sửa cho hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

Lời cảm ơn

Để hoàn thành quyển tiểu luận này ngoài sự nổ lực của bản thân, tôi cũng đãnhận được nhiều sự giúp đỡ từ phía nhà trường, thầy cô và các bạn sinh viên lớp.Qua đây tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Trường ĐH Công Nghệp TP Hồ ChíMinh là nơi đã tạo cho tôi điều kiện để trao dồi kiến thức cũng như tạo môi trườnghọc tập tốt để tôi có được như ngày hôm nay Đồng thời tôi xin trân trọng cảm ơnthầy giáo TS Đặng Kim Triết đã tận tình dạy bảo cũng như chỉ dẫn tôi trong suốtthời gian học tập và hoàn thành quyển tiểu luận này Sự ân cần, tận tâm, tận tụy củaThầy là động lực rất lớn giúp tôi vượt qua nhiều khó khăn trong suốt thời gian làmtiểu luận bên cạnh đó những đóng góp chỉ dẫn của Thầy đã giúp tôi hoàn chỉnh tốtbài tiểu luận của mình Ngoài ra tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viênlớp đã giúp đỡ tôi nhiều trong việc tìm kiếm tài liệu và chia sẽ đóng góp ý kiến đểgiúp tôi hạn chế nhiều thiếu xót và có những chỉnh sửa kịp thời gian quy định

Xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Chương I 5

GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 khái niệm 5

1.2 phân loại 5

1.3 Tính chất vật lý 5

1.4 Tính chất hóa học 6

1.4.1 Phản ứng cắt mạch 6

1.4.2 Phản ứng không cắt mạch 6

1.4.3 Phản ứng nối mạch 6

1.5 Phương pháp tổng hợp hợp chất cao phân tử (tổng hợp polymer) 7

1.5.1 Phương pháp trùng hợp 7

1.5.2 Phương pháp trùng ngưng 7

Chương II 8

SẢN XUẤT NHỰA PHENOL-FORMALDEHYT 8

2.1 Nguyên liệu 8

2.1.1 Các phenol 8

2.1.1.1 Phenol (C6H5OH) 8

2.1.1.2 Một số phenol khác 9

2.1.2 Các andehyt 10

2.1.2.1 Formaldehyt (andehyt formic) CH2O 10

2.1.2.2 Các andehyt khác 11

2.2 Lý thuyết trùng ngưng phenol với formaldehyt 12

2.2.1 Phân loại 12

2.2.2 Nguyên tắc trùng ngưng 13

2.3 Quy trình sản xuất nhựa phenol-formaldehyt 15

2.3.1 Nhựa Novolac 15

2.3.2 Nhựa rezolic 16

Chương III 20 ỨNG DỤNG NHỰA PHENOL FORMANDEHYT 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

Dựa vào cấu trúc phân tử người ta chia các polymer thành:

- Các polymer có mạch không phân nhánh: PE, xenlulozo, capron, amilozo…

- Các polymer có mạch phân nhánh: poliisopren, PVC, amilopectin…

- Các polymer có mạch được khâu lại với nhau bằng một cầu nối như cao su thiênnhiên lưu hóa, nhựa bakelit

Căn cứ vào sự phân bố không gian của nhánh của mạch polymer người taphân loại các polymer thành:

Các polymer nguyên chất khi nung nóng biến thành chất lỏng nhớt, khi đểnguội trở thành chất rắn như cũ được gọi là polymer nhiệt dẻo

Các polymer khi nung nóng chảy mà bị phân hủy được gọi là polymer nhiệtrắn

Đa số các polymer không tan trong các dung môi thông thường, một số tanđược trong dung môi tạo thành dung dịch lỏng nhớt: cao su sống trong benzene,clorin trong axeton Với nồng độ rất thấp thì độ nhớt đã rất cao Polymer có tínhdẻo được gọi là chất dẻo, các polymer có tính đàn hồi được gọi là cao su Đa sốpolymer có tính các điện (PE, PVC, bakelit…) hoặc bán dẫn hay dẫn được điện nhưpolyanilin và các dẫn xuất của nó.

do nhiệt hoặc oxi hóa.

Tinh bột, xenlulozo dễ dàng tham gia phản ứng thủy phân trong axits tạothành glucozo

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6Protit, polyamit, polyester dễ dàng thủy phân trong môi trường axits hoặckiềm tạo thành các monomer ban đầu ở dạng muối

(-NH-CH2-CO-)n + nNaOH nH2N-CH2-COONaCác polymer có thể bị nhiệt phân ở nhiệt độ trong khoảng từ 3000C đến

4000C thí dụ từ polystiren nhiệt phân thu được monomer ban đầu là stiren, từpolymetylacrylat dễ dàng thu được metylmetacrylat bằng cách nhiệt phân

đàn hồi cao để làm xăm xe đến cao su có độ dàn hồi thấp làm lốp ô tô cho đến nhựabakelit không đàn hồi…

Nhựa rezol (là nhựa của polymer phenol formandehyt có cấu tạo mạchthẳng) có tác nhân khâu mạch là nhóm CH2

Trùng hợp là quá trinh công hợp liên kết nhiều phân tử nhỏ giống nhau haytương tự nhau thành phân tử lớn

Đặc điểm của phản ứng trùng ngưng là không có bộ phận nào của monomer

bị tách ra trong phản ứng nên khối lượng của polymer bằng với khối lượng củamonomer đã dung.điều kiện để thực hiện phản ứng trùng hợp là phân tử phải cólien kết bội

Phenol tồn tại ở dạng tinh thể hình kim, không màu và có mùi hắc đặc trưng.

Để lâu trong không khí phenol có màu hồng, nếu có mặt đồng, sắt, amoniac thìphenol dễ biến màu nhanh hơn và chuyển sang màu nâu nhạt

* Tính chất hoá học

Phản ứng tạo muối phenolat

Phản ứng thế SE vì nhóm OH- là nhóm thế loại một nên nó định hướng chủyếu vào vị trí octo hay para

Phản ứng halogen hoá

Phương pháp đi từ than đá: khi cốc hoá than đá thu được nhựa than đá, sau đó

chưng nhựa này ta được dầu nhẹ ( hydrocacbon thơm ), dầu trung ( phenol, crezol,xylenol, naphtalen) và dầu nặng

Phương pháp tổng hợp:

+ Phương pháp benzosunfonat: cho sunfo hoá benzen rồi trung hoà benzosunfonicaxit bằng cách đun nóng chảy nó với kiềm, phân giải phenolat và chưng phenol + Phương pháp clobenzen: cho clo hóa benzen, sau đó cho clobenzen tác dụng vớidung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 1 :1,25 với điều kiện phản ứng ở nhiệt độ 400oC + Phương pháp Rasic: cho benzen tác dụng với HCl và không khí ở nhiệt độ 200 -

230 C với xúc tác là muối nhôm, sắt hoặc đồng Tách clobenzen và thuỷ phân trongmôi trường kiềm ở nhiẹt độ 350oC với xúc tác là SiO2 hay Ca3(PO4)2 Sau đó rửaphenol bằng nước, tiến hành chưng cất cuối cùng thu được phenol

+ Phương pháp Cumen: điều chế izopropylbenzen khi có xúc tác, sau đó oxy hoá.izopropylbenzen bằng oxi không khí có thêm chất nhũ hoá ở 85oC Tiếp tục thuỷphân sản phẩm vừa mới tạo ra bằng dung dịch H2SO4 10% thành phenol vàaxeton Sau đó dùng phương pháp chưng cất để tách phenol

2 HO - CH2 - OH HO - CH2 - O - CH2 - OH + H2O

HO - CH2 - O - CH2 - OH + n HO - CH2 - OH HO-(-CH2O-)n+1CH2OH + H2O

- Điều chế formaldehyt

 Oxy hoá rượu metylic:

2CH3OH + O2 2 HCHO + H2O + 36,8 Kcal/mol

CH3OH HCHO + H2 - 28,8 Kcal/mol

 Phương pháp oxy hoá khí metan

CH4 + O2 HCHO + H2O (phản ứng chính)

2 CH4 + O2 2CH3OH (phản ứng phụ)

2.1.2.2 Các andehyt khác

XT 600 0 C – 800 0 C

= 5/6 hoặc 6/7

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng ngưng

+ Cấu tạo hoá học của nguyên liệu

Cấu tạo khác nhau thì độ định chức khác nhau dẫn đến khả năng phản ứng khácnhau Nhựa nhiệt rắn được điều chế từ các nguyên liệu chứa phenol có 3 vị trí hoạtđộng như phenol, m-crezol, 1,3,5-xylenol, và rezorsin Còn các andehyt thì chỉ cóformaldehyt và furfurol là tạo nhựa nhiệt rắn

Nhựa nhiệt dẻo có thể điều chế từ nguyên liệu chứa các phenol có 2 vị trí hoạtđộng như octo và para-crezol; 1,2,3 hay 1,3,4-xylenol Do chỉ có hai vị trí hoạt độngtức là nhóm metyl không làm hoạt hoá các nguyên tử hydro bên cạnh nhân thơm nênkhông có khả năng tạo nhựa nhiệt rắn Các nhóm hydroxyl của phenol không thamgia phản ứng đa tụ

+ Tỷ lệ mol C6H5OH/CH2O

Nếu tỷ lệ mol P:F = 1:1 thì chủ yếu tạo ra các octo và para monometylolphenol Từ các rượu phenol này tiếp tục đa tụ tạo thành nhựa nhiệt dẻo Nếu tỷ lệ molP:F = 1:2 hoăc cao hơn thì chủ yếu tạo ra các di và tri metylol phenol Từ các rượuphenol này tiếp tục ngưng tụ tạo thành nhựa PF không nóng chảy, không hoà tan + Độ pH của môi trường pH < 7 thì các rượu phenol tạo thành không bền, nó nhanhchóng ngưng tụ với nhau hoặc với phenol để tạo nhựa nhiệt dẻo

pH > 7 thì các rượu phenol tạo thành rất bền, các di, tri metylol tiếp tục trùng ngưngvới nhau hoặc với phenol để tạo thành polymer nhiệt rắn

2.2.2 Nguyên tắc trùng ngưng.

+ Novolac

Rất ít dimetylol phenol được tạo:

Vì trong môi trường axit nên tốc độ phản ứng cảu nhóm metylol lớn Phảnứng trùng ngưng tạo nhựa có thể được viết như sau:

Monometylol phenol

Dimetylol phenol

Cầu nối metylen ete khi ép, gia công ở nhiệt độ cao thì bị phân huỷ tạo ra CH2O Công thức tổng quát của nhựa Novolac:

+ Rezolic

Xúc tác là OH- (NaOH, Ba(OH)2, NH4OH )

- NaOH là xúc tác mạnh, làm màu nhựa tối ( nâu sẫm), tan được trong nước khótách lớp tức là ở dạng nhũ tương trong nước

- Ba(OH)2 cho nhựa màu sáng hơn

- NH4OH là xúc tác yếu, nhựa có màu sáng và phân lớp mạnh

Phản ứng tạo nhựa

Trong môi trường OH- thì các nhóm metylol có vận tốc phản ứng bé

Nhựa rezolic có metylol tự do ở vị trí para của phenol nên có khả năng đóng rắn

ở nhiệt độ thích hợp tạo nhành mạng lưới không gian không nóng chảy, không hoàtan

2.3 Quy trình sản xuất nhựa phenol-formaldehyt.

loại nước và hàm lượng phenol tự do còn lại trong nhựa Sấy trong môi trườngchân không p=350 - 410 mmHg nhưng trước khi hút chân không phải tiến hành làmlạnh hỗn hợp nhựa xuống 75 - 78oC

Sau khi sấy tính chất của nhựa phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:

- Nhựa có màu vàng rơm hoặc vàng hơi nâu

- Nhiệt độ nhỏ giọt : 95 - 105oC

- Độ nhớt dung dịch 50% trong rượu C2H5OH: 75 - 160Cp

Tính chất của nhựa sau khi sấy: màu hơi nâu, hàm lượng phenol tự do khôngquá 9%, vận tốc đóng rắn ở 150oC: 75 - 90 giây/1mm chiều dày sản phẩm

Nhựa rezolic thực tế có 3 trạng thái:

+ Nhựa rezol là nhựa chưa đóng rắn nó là một sản phẩm có phân tử thấp mạchthẳng và nhánh

+ Nhựa rezitol là nhựa bắt đầu đóng rắn nhưng có mật độ mạng lưới không

gian ít, có thể hoà tan hoàn toàn trong một số dung môinhư:xilohexanol,phenol,dioxan với điều kiện nhiệt độ của các dung dịch đó

>100oC, lúc này nối ngang bị gãy

+ Nhựa rezit là nhựa đã đóng rắn hoàn toàn tạo thành polime có mạng lưới dày đặc,

ở trạng thái không nóng chảy, không hoà tan trong bất kỳ dung môi nào Mạng lướikhông gian tạo ra do liên kết nhóm metylen và liên kết hydro

2.3.3 Sản xuất bột ép từ nhựa novolac.

*Thành phần nguyên liệu:

- Phụ gia bột gỗ lá kim ( gỗ chắc, ít tạp chất, chứa nhiều xenlulo, không cần dùngxenlulo trực tiếp do sản phẩm bản thân có màu tối còn xenlulo có màu trắng) 43,6(PKL)

- Chất đóng rắn (urotropin) 6,5 (PKL)

- Chất làm trơn, bóng (stearat Zn, Ca ) 0,7 (PKL)

- Chất trợ đóng rắn (CaO, MgO ) 0,9 (PKL)

- Chất màu (chỉ là màu sẫm) 4 - 4,5 (PKL)

* Chuẩn bị nguyên liệu:

Nghiền mịn nhựa Novolac

Nghiền mịn và sàng bột gỗ ( 960 lỗ/1cm2)

* Tiến hành:

- Trộn 1 ít nhựa đã nghiền mịn với urotropin (mẻ nhỏ)

- Trộn 1 ít nhựa đã nghiền mịn với chất màu và các hoá chất khác

- Trộn nhựa và phụ gia (phụ gia được cho vào từ từ) Sau đó cho hỗn hợp chất đóngrắn và hỗn hợp chất màu đã chuẩn bị ở trên vào Đầu tiên trộn trong máy hai trụcnằm ngang có cánh khuấy hình chữ Z, tiếp tục trộn trên máy cán nóng 2 trục có tỷtốc ở nhiệt độ < 105oC hoặc trộn trong máy trục vít liên tục Thời gian trộn trênmáy cán 2 - 3,5 phút/mẻ, nếu trộn trong thời gian dài sẽ xảy ra phản ứng đóng rắnhay bị chảy ra và dính vào trục Sau đó làm nguội và đập, nghiền trên máy nghiền bi

* Quá trình ép, gia công sản phẩm

Nhiệt độ ép 160 - 165oC phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm Áp suất ép 300 –

350 KG/cm2 Khi ép có khí NH3, N2, H2O, CH2O thoát ra nên phải nâng chày éplên 1,2 lần để tránh hiện tượng xuất hiện lỗ xốp do khí thoát ra trong quá trình ép.Thời gian ép 1,5 – 2 phút/1mm chiều dày sản phẩm

Chương III

ỨNG DỤNG NHỰA PHENOL FORMANDEHYT

Nhựa phenolfomanđehit là chất rắn,thành phần chính của nhựa bakelit Nhựabakelit có tính bền cơ học cao,cách điện nên được dùng để chế tạo các bộ phậnmáy móc (bánh răng cưa chạy êm,vỏ máy ) trong ôtô, máy bay,máy điện thoại Nhựa rezolic lỏng (không có nước) áp dụng rộng rãi để tẩm vải, sợi, dùng làmbột 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 vàrezolic Bột ép dùng làm dụng cụ kỹ thuật và sinh hoạt, dùng làm vật liệu cách điện,chịu tác dụng của dòng điện 20kV ở to =200oC

+Vật liệu ép tầng:

Tectolit là chất dẻo lớp, được dùng để chế tạo tà của những tấm vải có tẩm

nhựa rezolic, vải dùng có thể là vải thủy tinh, vải dệt chéo, vải tổng hợp

Tính chất của Tectolit: Có độ bền nén, va đập cao nhưng kém bền nước, chịuxăng dầu tốt nên dùng trong công nghiệp chế tạo máy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Phan Thế Anh, giáo trình bày giảng môn kỹ thuật sản xuất chất dẻo

2 PGS TS Phùng Tiến Đạt, TS Trần Thị Bính, hóa kỹ thuật đại cương, NXB đại học Sư Phạm, năm 2004

3 GV Lê Kim Long, bài giảng luyện thi, Trường đại học khoa học tự nhiên

4 TS Đặng Kim Triết, bài giảng hóa kỹ thuật, Trường ĐHCN TP Hồ Chí Minh

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

Câu 1: Trong quá trình sản xuất nhựa Novolac sau khi loại nước và phenol

tự do còn lại trong nhựa, nhựa được đem sấy ở môi trường chân không với