Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHẦN HAI: TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHÔNG NO

PHẦN HAI: TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHÔNG NO

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester không no



nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng giảm xuống. Giữ phản ứng ở nhiệt độ sôi đến khi nhiệt độ

không thay đổi (khoảng 170⁰C ), tương ứng lúc đó chỉ số acid khơng thay đổi nữa thì

dừng phản ứng.

 Giai đoạn 2: Nâng nhiệt độ tạo polyester

-



Tiếp tục nâng nhiệt độ để các monoester đa tụ tạo thành polyester. Các phản ứng

xảy ra trong quá trình nhày như sau:

COOH

HOOC



CH CH COO CH2 CH2 OH



+

CO O CH2 CH2 OH



HO CH2 CH2 OOC CH CH COO CH2 CH2 OOC

HOOC



-



Phản ứng trùng hợp nối đôi AM:



CH



CH CO

CH



+



CH



O



180OC



CH



CH CO



CH CO



O

CH CO



Hoặc trùng hợp với các nối đôi giữa các mạch phân tử với nhau.



CH



-



CH



+



CH



CH



CH



CH



CH



CH



Các phản ứng trên gây ra hiện tượng gel hóa nhựa, đặc biệt khi có mặt oxy nguyên

tử.



SVTH: Huỳnh Tấn Ln



Trang 29



GVHD: TS. Đồn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1

-



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester khơng no



Phản ứng đóng vòng nội phân tử và ngoại phân tử:

HOOC R OH



HOOC R OH



+



O



HOOC R' OH



C R O

O



+



H2O



C R



O



+



H2O



O R' C O



-



Các phản ứng phụ này xảy ra làm đứt mạch phân tử, làm khối lượng phân tử trung

bình giảm, do đó tính chất cơ lý cũng giảm theo.

Phương pháp tiến hành: Thay hệ thống sinh hàn ngược bằng sinh hàn chưng cất để



tách loại nước và glycol dư. Nâng nhiệt độ lên 200÷250⁰, cho chất ổn định vào để nhựa

khơng bị gel hóa. Sục khí CO 2 vào thiết bị phản ứng để tạo mơi trường khí trơ, tách loại

sản phẩm phụ, quá trình trộn hợp được tốt hơn. Để nước được lôi cuối tách ra nhanh hơn,

người ta cho xylen vào nồi phản ứng vì nó tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, như vậy nhựa

tạo ra có khối lượng phân tử trung bình lớn.

1.2. Ưu, nhược điểm của mỗi phương pháp tổng hợp

-



Đối với phương pháp một giai đoạn thì thời gian phản ứng ngắn hơn, chi phí đầu tư

thấp. Tuy nhiên, do thất thốt các chất ở nhiệt độ cao nhiều làm thay đổi tỷ lệ các cấu

tử ban đầu, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc mạch phân tử, khối lượng phân tử giảm đi và

độ nhớt cao hơn.



-



Đối với phương pháp hai giai đoạn thì nhiệt độ được khống chế tốt hơn nên hạn chế

được sự thất thốt các chất và có thể điều chỉnh cấu trúc mạch đều hơn, tính chất nhựa

được cải thiện tốt hơn.



-



Để khống chế phản ứng khi chỉ số acid đạt yêu cầu khoảng 30÷35, người ta thêm chất

hãm trùng hợp Hydrroquinon vào với hàm lượng 0.01% so với nhựa.



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



Trang 30



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester không no



Bảng 4. Ảnh hưởng phương pháp tổng hợp đến tính chất sản phẩm [6]

Tính chất



Phương pháp 1



Phương pháp 2



Đơn vị



Tỷ trọng (200C)



1,125



1,091



g/cm3



Chiết suất (280C)



1,321



1,325



%



Thời gian (0,4% Co2+, 1% MEKP)



32



45



Phút



Độ nhớt



182



160



cP



Hiệu suất



81,5



87,4



%



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



Trang 31



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester khơng no



2. Q TRÌNH ĐĨNG RẮN NHỰA POLYESTER KHƠNG NO [3]

Nhựa UPE có liên kết đơi của AM nên có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp với

các monomer khác để tạo mạng lưới không gian. Khi tạo mạng lưới khơng gian thì tính

chất cơ lý của nhựa sẽ ổn định hơn. Q trình tạo mạng lưới khơng gian gọi là q trình

đóng rắn nhựa. Q trình này xảy ra theo cơ chế gốc, nghĩa là tạo ra các gố hoạt động.

Các gốc này sẽ tương tác với các polymer để chuyển thành các gốc đại phân tử (trung tâm

hoạt động) và gây hoạt hóa cho phản ứng trùng hợp với các monomer khâu mạch tạo

thành mạch nhánh trong phân tử.

Q trình tạo ra gốc hoạt tính có thể sử dụng chất kích động hay bức xạ. Tuy nhiên,

dùng bức xạ thì chi phí cao nhưng năng suất khơng cao, do đó ở đây ta dùng chất kích

động. Chất đóng rắn ở đây là styren với hàm lượng khoảng 35%.

2.1. Chất khơi mào

Chất khơi mào có tác dụng phân hủy tạo ra gốc tự do khơi mào cho phản ứng đồng

trùng hợp polyester không no và styren. Người ta thường sử dụng các hợp chất sau:

-



Các hợp chất chứa ni tơ (azo và diazo)

+



Được sử dụng phổ biến nhất là 2,2-azo-bis iso butylonitril (ANBN).



CH3

N C



C



N N C



CH3

+



CH3



CH3

C N



2N C



C*



+ N2



CH3



CH3



N-nitroso acetanilide.



O

N



C



CH3



N O

+



Tri-phenyl azobenzen (Tác nhân khơi mào này ít sử dụng).



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



Trang 32



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester không no



C N N



-



Hợp chất peroxyde và hydroperoxyde.

+



+



Peroxyde benzoyl.

C O O



C



O



O



Peroxyde diacetyl.



H3C C O O

O



+



C CH3

O



peroxyde ditertbutyl.

CH3



CH3

H3C C



C O O



CH3 O



+

H3C



C



C CH3



O



CH3



CH3

2 H3C C



C O*



CH3 O



Peroxyde acetic.

C



O OH



O



+



Tert-butyl hydroperoxyde.

CH3



H3C C



C



O



OH



CH3 O



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



Trang 33



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1

+



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester không no



Hydro cyclohexyl peroxyde.

O



O



OH HO



+



Methyl ethyl ketone peroxyde (MEKP) là hỗn hợp gồm các chất:

CH3



CH3



OH

C



C2H5



O



C

OH



C2H5



CH3



O



CH3



OOH HOO



C2H5



HO



O



C



C

C2H5



CH3



O



C

OOH



CH3



O



C



C



C2H5



CH3



O



OH HOO



C2H5



C2H5



Mỗi loại peroxyde, hydroperoxyde có một chế độ làm việc nhất định.

2.2. Cơ chế đóng rắn nhựa polyester khơng no

Nhựa UPE có thể đóng rắn bằng phản ứng đồng trùng hợp với các monomer khi có

mặt các chất khơi mào. Q trình đóng rắn diễn ra theo ba giai đoạn:

-



Giai đoạn khơi mào: Ở giai đoạn này tạo ra các gốc tự do.

RO*



RO OR

C6H5



C O



+



RO*



60÷140oC

C C6H5



O



O



2 C6H5



C



O*



O



O



Khi có mặt chất xúc tiến là muối Cobalt thì:

RO OH

RO OH



2+



+ Co

3+

+ Co



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



RO*



+



RO O*



Trang 34



OH-



3+



+ Co

+

2+

+ H + Co



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester khơng no



Hay:

2+



2 RO OH



Co



RO O*



+



RO*



+ H2 O



Sau đó các gốc tự do này tấn công vào monomer styren và polyester không no để tạo

ra trung tâm hoạt động.

R-O* +



M1



→ R- O-M1*



R-O* +



M2



→ R- O-M2*



Với M1: Monomer Styren.

M2: Polyester khơng no chưa đóng rắn.

-



Giai đoạn phát triển mạch: Ở giai đoạn này các gốc tự do tấn công vào các phân tử

M1, M2 để kéo dài mạch.



-



R- O-M1*



+



M1







R- O-M1M1*



R- O-M1*



+



M2







R- O-M1M2*



R- O-M2*



+



M1







R- O-M2M1*



R- O-M2*



+



M2







R- O-M2M2*



Giai đoạn ngắt mạch: Giai đoạn này xảy ra chủ yếu theo cơ chế tái hợp gốc, là sự kết

hợp giữa hai gốc tự do hoạt động tạo ra những phần tử khơng có khả năng tham gia

phản ứng với quá trình trùng hợp.

M1* +



M1* →



M1M1



M1* +



M2* →



M1M2



M2* +



M1* →



M2M1



M2* +



M2* →



M2M2



Sau khi đóng rắn thì nhựa thu được có tính chất cơ lý khá cao.



SVTH: Huỳnh Tấn Luân



Trang 35



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester không no



 Yêu cầu của monomer khâu mạch:

-



Khả năng tương hợp với UPE cao.



-



Khả năng tự trùng hợp thấp và đồng trùng hợp với nối đôi của UPE cao.



-



Phổ biến, ít độc hại, mùi nhẹ.



-



Độ bay hơi thấp, khả năng bắt cháy thấp.



-



Giá thành phù hợp.



2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đóng rắn nhựa polyester khơng no

2.3.1.



Hàm lượng Styren



Hàm lượng Styren phải phù hợp với số lượng nối đơi trong AM để q trình đóng

rắn xảy ra hồn tồn và khoảng cách giữa các nối đơi là thích hợp để đảm bảo độ linh

động của nhựa. Khi tăng dần hàm lượng styren thì thời gian gel hóa kéo dài, nhựa trở nên

linh động hơn và khi đó độ nhớt giảm. Mặc khác, hàm lượng styren tăng lên thì nhựa

đóng rắn cũng hồn tồn hơn, độ bền uốn giảm, độ ẩm và độ co ngót giảm. Vì vậy, cần

phải lựa chọn hàm lượng styren thích hợp, từ 30÷40%, vừa đủ để nhựa đóng rắn và phản

ứng xảy ra hoàn toàn.

2.3.2.



Hàm lượng xúc tác



Khi tăng hàm lượng xúc tác lớn thì tốc độ phản ứng đóng rắn nhanh gây tích lũy

nhiệt lớn, khơng tốt cho hệ thống phản ứng. Mặc khác, do q trình đóng rắn nhanh,

khơng đồng nhất về cấu trúc mạch nên khối lượng phân tử giảm, dẫn đến tính chất cơ lý

cũng giảm. Khi hàm lượng xúc tác q bé thì thời gian đóng rắn kéo dài hơn, năng suất

của nhà máy sẽ giảm. Vì vậy, người ta điều chỉnh lượng xúc tác sao cho thời gian gel hóa

đạt khoảng 40÷60 phút là phù hợp.



SVTH: Huỳnh Tấn Ln



Trang 36



GVHD: TS. Đồn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester khơng no



PHẦN 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT NHỰA POLYESTE KHƠNG NO

1. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ

1.1. Lập luận quy trình cơng nghệ

Lựa chọn dây chuyền công nghệ quyết định năng suất, chất lượng, giá thành sản

phẩm và cũng là yếu tố quyết định đến thành bại của một nhà máy sản xuất. Các thiết bị

trong dây chuyền cơng nghệ sản xuất đóng góp tích cực vào việc giảm nhẹ cơng việc của

nhân cơng, hiện đại hóa quy trình sản xuất, đưa chỉ tiêu kinh tế nhà máy đi lên. Vì vậy,

việc lựa chọn quy trình cơng nghệ sản xuất phải đảm bảo được các yêu cầu trong quá

trình sản xuất, thuận lợi trong việc bố trí các cơng đoạn sản xuất để cơng nhân thao tác

được dễ dàng và đảm bảo được an toàn lao động

Các thiết bị sản xuất cần đạt hai yêu cầu chính:

-



Yêu cầu về các chi tiêu kỹ thuật.



-



Năng suất.



Hệ số tiêu hao: nguyên liệu và năng lượng gồm nhiên liệu, nước,hơi nước khơng

khí, điện năng tiêu thụ. Tiêu hao cho mỗi đơn vị tính theo khối lượng hoặc thể tích trên

một sản phẩm phụ thuộc vào các yếu tố như:

-



Giá cả nguyên liệu.



-



Chi phí vận hành.



-



Giá thành sản phẩm.



1.2. Yêu cầu về kết cấu

-



Tính năng cơ giới của thiết bị sản xuất bao gồm: tính bền, tính cứng, tính lâu

dài và tính an tồn.



SVTH: Huỳnh Tấn Ln



Trang 37



GVHD: TS. Đồn Thị Thu Loan



Đồ án cơng nghệ polymer 1

-



Tìm hiểu tổng quan nhựa polyester khơng no



Tính năng cơng nghệ của thiết bị sản xuất: dễ chế tạo, kết cấu đơn giản, gọn

nhẹ ít dùng vật liệu q hiếm khó tìm.



-



Tính năng vận hành: vận hành đơn giản, hiệu quả cao.



1.3. Chọn quy trình cơng nghệ sản xuất

Ta chọn quy trình sản xuất UPE với dây chuyền hai giai đoạn.

-



Giai đoạn 1: Phản ứng tạo các monoester.



-



Giai đoạn 2: Phản ứng đa tụ sâu tạo nhựa.



Với dây chuyền này có các ưu, nhược điểm sau:

 Ưu điểm:

-



Lượng chất thất thoát ra ngồi ít.



-



Hiệu suất tổng hợp nhựa cao.



-



Q trình vận hành, khống chế phản ứng dễ dàng.



-



Nhựa thu được có khối lượng phân tử cao.



-



Chất lượng sản phẩm được nâng cao.



 Nhược điểm:

-



Chi phí đầu tư sản xuất ban đầu lớn.



-



Thời gian vận hành kéo dài.



Trong quy trình sản xuất này, ta sử dụng hỗn hợp diphenyl để gia nhiệt cho thiết bị

phản ứng vì hỗn hợp diphenyl khơng những đáp ứng được khả năng tải nhiệt cho phản

ứng, dễ điều chỉnh nhiệt độ cho từng giai đoạn của phản ứng mà còn phù hợp với tính

năng kinh tế cũng như ít ảnh hưởng đến mơi trường.



SVTH: Huỳnh Tấn Ln



Trang 38



GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHẦN HAI: TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHÔNG NO

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×