KILOBOOKS.COM 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 http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 1 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 thơng thường nhất là polystyrene đa dạng, polystyrene tiêu chuẩn, polystyrene trong hoặc polymes styrene. Dưới 100 0 C ngun liệu PS đóng rắn lại giống như thủy tinh với nồng độ thích hợp, tính chất điện mơi 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 dẻo của polystyrene khoảng 80 - 100 0 C nên trong việc tái chế trực tiếp, ta chỉ việc cắt và làm vụn ra thành những mảnh nhỏ sau đó được nhiệt dẻo, đem xử lí đóng khn để hồn tất sản phẩm. Ngồi ra trong một số trường hợp ta còn sử dụng phương pháp nhiệt phân hoặc phương pháp phân giải bởi hiđrơcrackinh. Sản phẩm của q trình là monone được sử dụng như ngun liệu đầu trong cơng nghiệp hóa chất dầu mỏ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ mơi trường. Một số u cầu sử dụng mang tính khơng 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, ngồi ra nó còn bền với kièm, axit khơng có tính oxi hóa cũng như dầu khống 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…). http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN KILOBOOKS.COM 2 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 hợp khối và trùng hợp nhũ tương bởi vì trùng hợp khối thì polystyrene có http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 3 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. http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 4 Styren đem trùng hợp khơng cần pha lỗng thành dung mơi. Styren được bơm vào thùng phản ứng khuấy một có gia nhiệt để trùng hợp trước theo kiểu khơng 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 mơi và đường ống dẫn dung mơi 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 q 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 thơng 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 sốt bởi sự thay đổi áp lực nhiệt độ sơi của styren trong thùng. Thơng thường nhiệt độ của lò phản ứng từ 100-170 0 C tương ứng với áp lực 0,2 - 5 bar. 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. http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN KILOBOOKS.COM 5 ụi khi, nhng lũ phn ng hỡnh ng on nhit c s dng cho nhng s chuyn i ln, iu kin nhit bờn ngoi cha c s dng. Polystyrene ra khi lũ phn ng cú thnh phn 70 - 90%. Monome v dung mụi phn ng c loi b bi nhng bc ngn s bay hi hoc mỏy cụ mng mng. Polyme c cho vo thit b phõn tỏn, bỡnh t núng ni cú thnh phn d bay hi, nu chy rụi bm ra ngoi, ộp v to ht sn phm phn ng. 2.2.2. Trựng hp huyn phự: 1. Thựng cha styren 2. Thựng ch cht bo v keo cú mỏy khuy 3. Thựng cha cht khi mo cú mỏy khuy 4. B phn o lu lng cht khi mo. 5. Thựng phn ng. 6. B phn lc 7. B phn sy. Trong huyn phự, phn ng styren c phõn tỏn trong nc kớch thc nh ri. Vic trựng hp c tin hnh 70 - 90 0 C nờn cn cht khi mo. Styren v cht khi mo c a vo thựng phn ng 5 trong thi gian 11 - 15 gi, khi ú phn ln styren ó tham gia phn ng trựng hp hiu sut chuyn cao hn ta nõng tip nhit lờn 90 - 120 0 C. Cht bo v keo cú th l poly vinyl ancol, phot phỏt kim th hoc cellulse. Nitrin hoc initrin Quỏ trỡnh trựng hp xy ra trong cỏc git monome. Phng phỏp ny thc cht tng t trựng hp khi. S khỏc nhau l cỏc monome c phõn tỏn trong nc, nhit phn ng c iu hũa bng mụi trng nc nờn khụng sy ra hin tng tng nhit cc b vỡ vy khi lng phõn t cú phõn b hp. http://kilobooks.com THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN KILOBOOKS.COM 6 2.2.3. Cơ chế của quá trình trùng hợp. a. Phản ứng khơi mào: CH 3 CH 3 CH 3 NC - C - N = N - C - CN  2NC - C * + N 2 CH 3 CH 3 CH 3 (R * ) CH 3 CH 3 NC - C * + CH 2 = CH  NC - C - CH 2 - C * H CH 3 C 6 H 5 CH 3 C 6 H 5 (R * 1 ) b. Phản ứng phát triển mạch: R * 1 + CH 2 = CH  R 1 - CH 2 - C * H C 6 H 5 C 6 H 5 (R * 2 ) R * 2 + CH 2 = CH  R 2 - CH 2 - C * H C 6 H 5 C 6 H 5 (R * 3 ) ………. R * n-1 + CH 2 = CH  R n - CH 2 - C * H C 6 H 5 C 6 H 5 (R * n ) c. Phản ứng ngắt mạch. Phản ứng ngát mạch có thể sảy ra theo 2 cách. http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 7 - Ngắt mạch liên hợp: ~ CH 2 - C * H + CH 2 - C * H  ~ CH 2 - CH - CH - CH - C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 - Ngắt mạch bất cân đối: ~ CH 2 - C * H + C * H - CH 2 ~  ~ CH = CH + CH 2 - CH 2 - C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 C 6 H 5 http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 8 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 mềm khi nhiệt độ quá 80 0 C. Do không dùng chất khơi mào và dung môi 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. http://kilobooks.com THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN KILOBOOKS.COM 9 TI LIU THAM KHO 1. http://www.cci.edu.vn/userFiles/doc/21-10-06-Dich-thuan.doc 2. Hoỏ k thut T 2 (Quyn c). 3. Húa hc cỏc hp cht cao phõn t - Ngụ Duy Cng http://kilobooks.com THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN