Bài tập lớn tìm hiểu về sợi polyester

Bài tập lớn tìm hiểu về sợi polyester

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

KỸ THUẬT SẢN XUẤT SỢI HÓA HỌC

Mã môn học: 605005 – Nhóm: 2

MS Nhóm: 8

ĐỀ TÀI 4:

SỢI POLYESTER

GVHD: TS NGUYỄN THỊ LÊ THANH

Ngành: Vật liệu hữu cơ

Năm học 2017 – 2018

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày tháng năm 2017 Cán bộ hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Trường Đại học Tôn Đức Thắng – KhoaKhoa học ứng dụng đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt 4 nămhọc tập tại trường Đặc biệt đối với môn học Kỹ thuật sợi hóa học, chúng em đã nhận được

sự giúp đỡ tận tình của Cô TS Nguyễn Thị Lê Thanh Những góp ý, sự hướng dẫn và giúp

đỡ nhiệt tình của Cô đã giúp chúng em củng cố lại được những kiến thức và kỹ năng củamình Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến Cô

Do khoảng thời gian thực hiện không nhiều và khối lượng chương trình học khá nhiều nênbài tập lớn môn học Kỹ thuật sợi hóa học không thể tránh khỏi những thiếu xót nhất định,chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, sự hướng dẫn của Quý Thầy, Cô để

đề tài bài tập lớn môn học có thể hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

DANH MỤC BẢNG Trang

Bảng 1.1: Thông số đặc trưng của PTA ……….5

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của PTA ……… 6

Bảng 1.3: Điểm bắt lửa và điểm cháy ………7

Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật khác ……….8

Bảng 3.1: Thông số máy đùn trục vít ………17

DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1: Quá trình trùng hợp tạo polyester……….4

Hình 1.2: Hình dạng PTA trong sản xuất……… 7

Hình 1.3 : Hình dạng PCDT dạng tinh thể……… 10

Hình 1.4: Hình dạng PCDT dạng hạt……… 10

Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất sợi filament và xơ……… 11

Hình 2.2: Tổng hợp polyester bằng phản ứng trao đổi theo phương pháp gián đoạn……14

Hình 2.3 Giai đoạn kéo sợi……….15

Hình 3.1: Thiết bị đùn ……… ………… 17

Hình 3.2: Gương sen ……… 18

Hình 3.3: Máy kéo sợi RC ……… 19

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CTA: axit terephthalic thô

DMT: Dimethyl terephthalate

PCDT: poly-1,4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate.PET: polyethylene terephthalate

PTA: Terephthalic Acid

PSF: produce short fibre, sản xuất xơ ngắn

4-CBA: 4-carboxy benzaldehyde

MỤC LỤC Trang

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI POLYESTER 2

1.1 Lịch sử phát triển của sợi hóa học 2

1.2 Khái niệm cơ bản về sợi Polyester 3

1.2.1 Ưu điểm : 3

1.2.2 Nhược điểm : 3

1.2.3 Ứng dụng: 3

1.3 Nguyên liệu thô 4

1.3.1 Sự xuất hiện của PTA ( Terephthalic Acid) 4

1.3.2 Các thông số và đặc tính cơ bản của PTA 5

1.3.3 Tiêu chuẩn PTA bán trên thị trường 8

1.3.4 Sản xuất PTA 8

1.3.5 Tình hình thị trường sản xuất PTA 9

1.4 Các loại Polyester 10

1.4.1 PET Polyester 10

1.4.2 PCDT Polyester 11

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 12

2.1 Nguyên liệu sản xuất chính 12

2.2 Quy trình công nghệ 12

2.3 Sản xuất sợi Filament 15

2.4 Sản xuất xơ ngắn PSF 17

2.5 Sợi Polyester trong tương lai 17

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ TẠO SỢI POLYMER 19

3.1 Thiết bị đùn 19

3.2 Kéo sợi 20

3.3 Máy kéo sợi RC 21

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừngphát triển và chiếm vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất và khoa học kỹthuật Công nghệ nghiên cứu để gia công sản xuất từ các hợp chất cao phân tử là một côngnghệ điển hình, có tốt độ phát triển nhanh và phạm vi sử dụng ngày càng rộng rãi Tuy ra đời

có muộn hơn các ngành khác nhưng ứng dụng của nó là rất quan trọng Hầu hết, các vật liệutrong kỹ thuật và đời sống hiện nay được thay thế bằng nhiều loại vật liệu mới được chế tạo

từ các hợp chất cao phân tử Trong đó, sợi tổng hợp là sản phẩm có sản lượng lớn và giá trịnhất

Ngành sợi tổng hợp Việt Nam thực chất là một ngành kinh tế kỹ thuật về gia công chất dẻo,hiện chưa có khả năng sản xuất ra nguyên vật liệu nhựa, gần như toàn bộ nguyên vật liệu sảnxuất ra sản phẩm nhựa phải nhập từ nước ngoài hay tái chế từ các chai nhựa Ngành sợi tổnghợp có ưu điểm là công nghệ cập nhật hiện đại, tốt độ tạo sản phẩm nhanh, sử dụng lao động

kỹ thuật là chính, sản phẩm đa dạng, phục vụ được nhiều đối tượng của xã hội

Bài tập lớn giúp sinh viên hiểu sâu rộng về tính chất, quy trình tổng hợp của sợi Polyester.Môn học giúp sinh viên giải quyết cụ thể về: yêu cầu công nghệ, thiết bị trong sản xuất hóachất cũng như quy trình công nghệ để tổng hợp sợi Polymer

Bài tập lớn Kỹ thuật sợi hóa học về sợi Polyester gồm các nhiệm vụ:

- Tìm hiểu về nguyên liệu sản xuất sợi

- Phương trình phản ứng tổng hợp

- Sơ đồ khối Qui trình công nghệ

- Thuyết minh Qui trình công nghệ : thông số, mục đích làm, thiết bị

- Video minh hoạ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỢI POLYESTER.

1.1Lịch sử phát triển của sợi hóa học

Từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20 với việc ứng dụng những thành tựu hóa học và

cơ khí, một số sản phẩm xơ sợi nhân tạo được hình thành và phát triển trên thị trường như:viscose, acetate, casein … Vào năm 1926, Công ty EI du Pont de Nemours - Mỹ đã bắt đầunghiên cứu các cao phân tử và sợi tổng hợp Những nghiên cứu ban đầu của W.H Carotherstập trung vào sự hình thành nylon, loại sợi tổng hợp đầu tiên Ngay sau đó, trong những năm1939-1941, một số nhà hóa học Anh đã chú ý đến những nghiên cứu của du Pont và tiến hànhcác nghiên cứu của riêng họ tại các phòng thí nghiệm của Hiệp hội các nhà in ấn Calico, Ltd.Việc này đã dẫn đến sự ra đời của sợi polyester được biết đến ở Anh như Terylene

Năm 1939 đã xuất hiện loại xơ xợi tổng hợp khác như : polyester, polyacrylonitrile

… Năm 1946, du Pont mua bản quyền để sản xuất sợi polyester tại Mỹ Tiếp theo, Công tytiến hành phát triển xa hơn nữa, và trong năm 1951 Công ty đã bắt đầu thị trường hoá sợidưới cái tên Dacron Trong những năm sau đó, một số công ty đã rất quan tâm đến sợipolyester và tự sản xuất các dạng sản phẩm cho các ứng dụng khác nhau

Ngày nay, có hai dạng chính của polyester là PET (polyethylene terephthalate) vàPCDT (poly-1, 4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate) PET là loại phổ biến hơn, hữudụng, đa dạng trong các ứng dụng Nó bền vững hơn PCDT, mặc dù PCDT dẻo hơn và đànhồi hơn PCDT phù hợp để làm rèm cửa và lớp bọc đồ nội thất, còn PET có thể được sử dụngđộc lập hoặc phối trộn với các loại vải khác để làm cho quần áo khỏi nhăn chống bụi bẩn vàkhông co dãn

Hiện nay, trên thị trường đã có hơn 100 sản phẩm sợi nhân tạo khác nhau với nhữngtính chất đặc thù riêng của chúng

Trong thực tế các loại xơ sợi nhân tạo thuộc nhóm cellulose ( viscose, acetate), nhómtổng hợp ( polyamide, polyester, polyacrylic, polyolefine) được sản xuất sử dụng với sốlượng lớn hơn các loại xơ nhân tạo khác Hơn nữa trong những năm gần đây việc nghiên cứu

nhằm nâng cao tính chất sản phẩm và khả năng ứng dụng của các loại sợi kim loại ngày càngrộng rãi trong công nghiệp và thương mại.

1.2Khái niệm cơ bản về sợi Polyester.

Polyester là một loại sợi tổng hợp có nguồn gốc từ than đá, không khí, nước vàdầu mỏ Được phát triển trong phòng thí nghiệm từ thế kỷ 20, sợi polyester được hình thành

từ phản ứng hóa học giữa acid hai chức và rượu hai chức Trong phản ứng này, hai hoặcnhiều phân tử kết hợp với nhau để tạo ra một phân tử lớn có cấu trúc lặp đi lặp lại trong suốtchiều dài của nó

1.2.1 Ưu điểm :

- Sợi Polyester có nhiều ưu thế hơn khi so sánh với các loại vải truyền thống nhưbông Nó không hút ẩm, nhưng hấp thụ dầu Chính những đặc tính này làm cho Polyestertrở thành một loại vải hoàn hảo đối với những ứng dụng chống nước, chống bụi và chốngcháy

- Khả năng hấp thụ thấp của Polyester giúp nó tự chống lại các vết bẩn một cách

tự nhiên Vải Polyester không bị co khi giặt, chống nhăn và chống kéo dãn Nó cũng dễdàng được nhuộm màu và không bị hủy hoại bởi nấm mốc Vải Polyester là vật liệu cáchnhiệt hiệu quả, do đó nó được dung để sản xuất gối, chăn, áo khoác ngoài và túi ngủ

1.2.2 Nhược điểm :

 Độ hút ẩm (0,5%), không biến dạng trong nước

 Trơ với tác nhân ánh sáng, trơ với chất tẩy rửa

 Không thấm mồ hôi, gây cảm giác nóng bức

1.2.3 Ứng dụng:

 Polyester được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp dệt may quần áo

 Đồ nội thất gia dụng như: dệt thảm, rèm cửa, vải công nghiệp

 Máy tính và băng ghi âm, vật liệu cách điện

 Trong công nghiệp: là chất độn trong vỏ xe, băng tải, nhựa composite…

1.3 Nguyên liệu thô

Polyester là một thuật ngữ hóa học mà trong đó Poly có nghĩa là nhiều và este làmột hợp chất hóa học hữu cơ căn bản Thành phần cấu tạo đặc trưng được sử dụng trong sảnxuất polyester là ethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ Quá trình hóa học tạo ra các polyesterhoàn chỉnh được gọi là quá trình trùng hợp

Hình 1.1: Quá trình trùng hợp tạo polyester

Từ trước đây, Dimethyl terephthalate (DMT) được sử dụng để sản xuất polyesterbao gồm: polyethylene terephthalate và polytrimethylene terephthalate DMT được hìnhthành từ một phản ứng giữa terephthalic acid và methanol, ưu điểm là dễ oxi hoá hơn dạngaxit và có thể ngưng tụ trong chân không để tạo ra một sản phẩm tinh khiết

1.3.1 Sự xuất hiện của PTA ( Terephthalic Acid)

Vào năm 1960, Amoco giới thiệu phương pháp sử dụng PTA và đã định giá chiếnlược cho sản phẩm mới này nhằm mục đích thay thế cho DMT và nhằm thúc đẩy phát triểnsản xuất polyester Cho đến giữa những năm 1980, do nắm bắt được công nghệ, một số nhàsản xuất lớn đã chi phối ngành công nghiệp sản xuất PTA Amoco (nay là BP) là nhà sảnxuất hàng đầu, cùng với các đối tác nhượng bản quyền là Mitsui, Mitsubishi và ICI (nay là

Du Pont), cũng là các nhà sản xuất thương mại hàng đầu Amoco, cùng với đối tác công nghệ

Mitsui, rất lựa chọn trong việc nhượng bản quyền của họ để không ảnh hưởng vào hoạt độngkinh doanh.

Tại Mĩ và sau đó ở châu Âu, Amoco đã xây dựng giá sản xuất thực tế của PTA vớimột giá trị thặng dư cố định nhằm đáp ứng chỉ tiêu lợi nhuận, kích thích tăng trưởng thịtrường nhưng vẫn đủ sức cạnh tranh với các nhà sản xuất khác Tuy nhiên, Amoco chỉ thànhcông trong việc thúc đẩy sự phát triển thị trường mà không thành công trong việc bao tiêu thịtrường Khi công nghiệp sản xuất polyester ở châu Á tăng trưởng nhanh chóng thì đôi lúc đãxảy ra việc thiếu hụt PTA, điều này buộc các nhà sản xuất phải tìm kiếm thêm công nghệ hỗtrợ sản xuất Vào giữa những năm 1980, khi bản quyền của Amoco hết hạn, ICI vàMontedison (nay là Dow/Inca) và các công ty khác bắt đầu cung cấp bản quyền Có hàng loạtcông ty xếp hàng mua công nghệ, vì các nhà sản xuất polyester nhận thấy thị trường có lợinhuận cao và mong muốn đảm bảo nguồn cung vật liệu thô đầu vào Vào cuối những năm

1980, sự thiếu hụt PTA toàn cầu đã tạo ra sự đổ xô vào sản xuất của các nhà sản xuấtpolyester châu Á

1.3.2 Các thông số và đặc tính cơ bản của PTA

PTA là dạng bột có tinh thể màu trắng với mùi chua nhẹ, có ảnh hưởng nhẹ tớimắt, da và đường hô hấp của người với các thông số như sau:

Công thức của PTA: C6H4(COOH)2

Bảng 1.1: Thông số đặc trưng của PTA

Độ bốc hơi ở 20oC (không khí = 1,0) 5,74

Đơn vị Số lượng/mô tả

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của PTA

Đơn vị Số lượng

An toàn, không ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người

Bảng 1.3: Điểm bắt lửa và điểm cháy

Điểm cháy và điểm bắt lửa tương đối lớn

Hình 1.2: Hình dạng PTA trong sản xuất

1.3.3 Tiêu chuẩn PTA bán trên thị trường

Gần như việc sản xuất axit terephthalic thương mại đều sử dụng quy trình sản xuấtPTA của Amoco hiện do BP sở hữu Trước đây, Amoco đã mua quy trình hoá học cơ bản từScientific Design Corporation và phát triển thành quy trình thương mại vào cuối những năm1950.

Trong giai đoạn đầu tiên của quy trình, paraxylene được ôxi hoá nhờ không khítrong axit acetic lỏng với các xúc tác côban/măngan/brôm để tạo ra axit terephthalic thô(CTA) Phản ứng ôxi hoá tạo ra một lượng nhiệt lớn, thông thường được thu hồi dưới dạnghơi và được sử dụng cho việc gia nhiệt và phát điện Do CTA chứa các chất trung gian trongquá trình ôxi hoá và các thể màu, bước tiếp theo sẽ được sử dụng để lọc giảm các chất nàyxuống nồng độ yêu cầu Chất trung gian gây khó khăn nhất là 4-carboxy benzaldehyde (4-CBA) có tính hoà tan tương tự axit terephthalic trong hầu hết các dung môi thông thường và

do đó không thể tách ra bằng phương pháp tinh thể hoá Bằng cách chuyển 4-CBA thành axitparatoluic có tính hoà tan cao, các chất trung gian này có thể được tách ra Điều này đượcthực hiện bằng cách hydro hoá trong nước dung dịch dưới nhiệt độ và áp suất cao trên mộtnền palađi với xúc tác carbon

1.3.5 Tình hình thị trường sản xuất PTA

Hiện nay, thị trường châu Á là lớn nhất và năng động nhất và giá của PTA tuânthủ theo cân bằng cung cầu của thị trường này Trong những năm gần đây, Trung Quốc lànước có nhu cầu PTA lớn nhất ở thị trường châu Á và gia nhập PTA của Trung Quốc là mốccho các nhà xuất khẩu của châu Á

Tiêu thụ PTA trên thế giới được dự báo là tăng trưởng 7% hàng năm cho đến

2015, có nghĩa là thị trường sẽ tăng đáng kể từ 35,2 triệu tấn vào 2006 lên 63,7 triệu tấn vào

2015 Trung Quốc đẩy tăng trưởng tiêu thụ của thế giới với dự báo về tăng trưởng tiêu thụcủa Trung Quốc là trung bình 11% hàng năm giữa 2005 và 2006 Vào 2015, tiêu thụ củaTrung Quốc sẽ chiếm khoảng 57% thế giới, so với khoảng 42% của thế giới vào 2006 Cácvùng khác cũng có mức tăng trưởng mạnh là Nam Mĩ 9% từ 2005-2015, Đông Âu khoảng30% nhưng với mức khởi điểm rất thấp, Trung Đông và châu Phi là 11% Tăng trưởng của

Ấn Độ sẽ vào khoảng 7% và cùng với khối lượng thị trường, Ấn Độ sẽ là thị trường quantrọng thứ hai đối với việc tăng trưởng Các vùng khác như Tây Âu và Bắc Mĩ nơi thị trườngcho các sản phẩm cuối dòng đã phát triển lâu hơn sẽ có tăng trưởng thấp hơn nhiều, vàokhoảng 3-3,5% Sau 2012, cần có bổ sung công suất để tránh tỉ lệ công suất vận hành vượtquá 95% vào 2013.

1.4 Các loại Polyester

Các sợi polyester bao gồm PET và PCDT

 PET là sản xuất phổ biến nhất Nó là mạnh hơn PCDT, trong khi PCDT có thêm

độ đàn hồi và khả năng phục hồi PET có thể được sử dụng một mình hoặc pha trộn với các loại vải khác để chống làm nhăn và quần áo có thể giữ lại hình dạng của nó

 PCDT là phù hợp hơn cho các ứng dụng nặng hơn, chẳng hạn như rèm cửa và các tấm phủ đồ nội thất

1.4.1 PET Polyester

Đối với sản xuất PET Polyester, nguyên liệu chính là ethylene có nguồn gốc từ dầu mỏ Nó bị oxy hóa để sản xuất rượu dihydric glycol nó được kết hợp thêm với một monomer khác là axit terephthalic ở nhiệt độ cao trong chân không Trùng hợp, quá trình hóahọc sản xuất polyester hoàn thành, được thực hiện với sự hỗ trợ của các chất xúc tác Các polyester nóng chảy không màu sau đó chảy từ một khe cắm trong bình trên một bánh xe đúc và có hình dạng băng khi nó nguội đến độ cứng Các polymer do đó sản xuất sau đó được cắt thành các chip rất nhỏ, sấy khô để loại bỏ tất cả

độ ẩm và pha trộn để làm cho nó thống nhất cho việc nó đã sẵn sàng để quay thành sợi

1.4.2 PCDT Polyester

Sự thay đổi này của polyester được làm bằng cách ngưng tụ axit terephthalic với 1,4-cyclohexane-dimethano để tạo poly-1,4-cyclohexylene-dimethylene terephthalate hoặc PCDT Polyester Đối với PET Polyester, PCDT được xử lý để kéo sợi chảy

Hình 1.4: Hình dạng PCDT dạng hạt