Đồ án chuyên nghành thiết kế đề tài thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PS theo PP TH nhũ tương năng suất 5500tnăm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG

Đồ Án Chun Nghành Thiết Kế
Đề Tài Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất
Nhựa PS Theo PP TH Nhũ Tương Năng
Suất 5500T/năm

Sinh viên thực hiện

:

Chu minh chính

Lớp

:

115191

Mã sv

:

11519011

Giảng viên giảng dạy :

Nguyễn Trọng Quang

MỤC LỤC.
Trang
LỜI MỞ ĐẦU…............................................................................................................... 3

Lựa chọn phương pháp sản xuất................................................................................33
5.2 Cân bằng vật chất…...................................................................................................33
5.2.1 Tính cân bằng vật chất cho 1 tấn polystyren sản phẩm............................................33
5.2.2 Cân bằng vật chất cho đoạn sấy…...........................................................................38
5.2.3 Cân bằng vật chất cho một mẻ sản xuất...................................................................40
5.2.4 Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất…............................................................41
5.2.5 Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất…..............................................................41

Trang 1


LỜI MỞ ĐẦU.
Từ xưa đến nay, con người đã biết dùng các vật liệu thiên nhiên để phục vụ cho các
nhu cầu của đời sống. Xã hội ngày càng tiến bộ thì con người càng tìm ra nhiều loại vật liệu
hữu hiệu hơn để thay thế cho các vật liệu truyền thống. Từ nửa sau thế kỉ XX, ngành công
nghiệp hóa học có một vị trí quan trọng trong cuộc sống của con người, sản phẩm của nó xâm
nhập hầu hết vào các lĩnh vực của cuộc sống cũng như khoa học- kỹ thuật khác nhờ các tính
năng ưu việt mà các loại vật liệu khác không thể so sánh được như: độ bền cơ học, độ đàn
hồi, khả năng cách âm, cách nhiệt độ, cách điện, giá thành rẻ, nhẹ và dễ gia cơng.
Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách, khi chưng
cất với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu, tỷ lệ thành phần nguyên tử C và
H giống như trong benzen.
Polystyen thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo. Do có những tính năng đặc biệt của nó
polystyren ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật.
Polystyren được sản xuất bằng cách trùng hợp styren. Việc sản xuất có tiến hành bằng nhiều

Trang 2


phương pháp khác nhau như: trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp huyền phù,
trùng hợp nhũ tương.
Hiện nay, polystyren được sản xuất chủ yếu bằng hai phương pháp là: trùng hợp nhũ
tương và trùng hợp huyền phù. Hai phương pháp này có tính dẫn nhiệt tốt, tính cách điện cao,
độ đa phân tán nhỏ, khối lượng phân tử cao.
Để hiểu rõ hơn về công nghệ và dây chuyền sản xuất nhựa polystyren. Sau đây, em xin
trình bày chi tiết hơn về thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa polystyren nhũ tương với năng
suất 12.000 tấn/năm.

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NHỰA.

1 Khái niệm.
Polystyren (viết tắt là PS) là một loại nhựa nhiệt dẻo, được tạo thành từ phản ứng trùng
hợp styren.
CH=CH 2

CH

CH

2

C
H

n
n

2 Phân loại.
Theo cấu trúc thông thường PS được chia làm 3 loại sau:

 PS tinh thể (GPPS).
 PS chịu va đập (HIPS).
Trang 3


1

 PS xốp (EPS).

PS tinh thể (GPPS).

PS tinh thể thường được sử dụng cho các mục đích thơng dụng (GPPS) có khối lượng
phân tử lớn, mang tính nhiệt dẻo rõ ràng đó là: cứng, bền, khơng mùi, khơng vị. Là chất dễ
tác động bởi nhiệt, ổn định nhiệt, trọng lượng riêng thấp và có giá thành thấp là do chi phí rất
thấp của phân xưởng có sử dụng khn đúc, ép, màng mỏng. Ngồi ra vật liệu PS có tính chất
chất nhiệt và tính điện tốt, đây là lý do mà chúng được sử dụng như vật liệu cách điện rẻ tiền.
Về phương diện thương mại thì PS tinh thể được gia công và chế biến bằng một loạt
công nghệ, ứng dụng của PS tinh thể được trình bày dưới đây:
PS TINH THỂ (MỤC ĐÍCH THƠNG DỤNG).

Đúc khn kiểu phụt








Làm vỏ bao bì
Hộp lọ đựng mỹ phẩm
Cánh quạt/tán đèn
Đồ nhựa rắn
Các mặt hàng văn
phịng phẩm
 Dây quay đĩa máy
tính
 Vật dụng y tế

2

Ép khn

 Làm vỏ bao bì
 Thùng catton
 Khay đựng thịt gia

cầm
 Hộp đựng thực phẩm ăn
nhanh
 Hộp xốp
 Bao bì thực phẩm

Ứng dụng mới

 Lắp kính
 Chiếu sáng

 Vật trang trí
nhà

PS chịu va đập (HIPS).
Chất đàn hồi được trộn vào polystyren, chủ yếu để làm tăng tính bền cơ học. Kết quả

là tạo ra vật liệu thường được gọi là PS chịu va đập (HIPS) và có giá trị cho nhiều thứ khác
Trang 4


nhau. Chất đàn hồi Polybutadiene có cấu trúc lập thể điều hịa được sử dụng để điều chỉnh
tính chịu va đập. Độ bền, tính chịu va đập, độ trong, và các cơng nghệ chế biến khác nhau có
ảnh hưởng tới hình dáng sợi và sự phân tán trong pha nền polymer.
Polystyren chịu va đập có thể được xử lý một cách dễ dàng bởi các công nghệ chế biến
nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ tấm và các cơng nghệ: ép nóng, ép
biên, đúc phun, đúc phun áp lực và đúc thổi cấu trúc.
Một số ứng dụng của HIPS:

3














Bao bì dập nóng.
Đựng thức ăn nhanh.
Cốc và nắp đậy.
Hộp đựng nước ép trái cây và các sản phẩm sữa.
Đường ống cho tủ lạnh.
Các bộ phận của máy điều hịa khơng khí.
Cáp nối TV/băng ghi âm.
Đồng hồ treo tường.
Phụ kiện đồ điện.
Đĩa video và băng catset.
Đồ chơi, gót giày...
PS xốp (EPS).
PS xốp là thuật ngữ chung để chỉ PS và copolymer styren được tạo ra như một hợp

chất với các chất tạo khí và các phụ gia khác, nó có thể được chế biến thành các sản phẩm
xốp có tỷ trọng thấp. Các loại vật liệu EPS có thể chế tạo các sản phẩm như cốc cà phê, giảm
sóc cho ơ tơ. Mục đích chính của EPS là chế tạo ly dùng 1 lần, vỏ chống rung và vật liệu cách
nhiệt.

Do có ứng dụng rộng rãi trong sinh hoạt cũng như trong công nghiệp, polystyren đã trở

thành vật liệu quan trọng và thiết yếu đối với cuộc sống con người. Việc nghiên cứu các công
nghệ mới nhằm đẩy mạnh sản xuất polystyren để chế tạo ra các vật phẩm ngày càng được
quan tâm và phát triển.
1.3 Nguyên liệu tổng hợp.
1.3.1 Styren.
Trang 5

Có cơng thức phân tử:

C8H8

Cơng thức cấu tạo:
CH=CH2

vinyl benzen
1.3.1.1 Tính chất vật lý.
Styren là một chất lỏng trong suốt, không màu đến hơi vàng có mùi hắc, khúc xạ ánh
sáng mạnh. Khi styren tiếp xúc với người gây ra kích ứng về đường hô hấp như co thắt cổ
họng và phổi, gây kích ứng mắt và da, gây các biểu hiện chống mặt. Styren có thể trộn lẫn với
các dung môi hữu cơ nhất định với tỷ lệ bất kỳ. Nó là dung mơi tốt cho cao su tổng hợp,
polystyren và các polymer có liên kết ngang khơng lớn khác. Styren ít hịa tan trong các hợp
chất hydroxyl và nước.
Khối lượng riêng ở 25°C: d = 0,9045 g/cm^
Độ nhớt (25°C): PS rất dễ trùng hợp vì có nối đơi và vịng thơm, trong q trình bảo
quản nên hạn chế tiếp xúc với ánh sáng, oxy, nhiệt độ. Thông thường khi bảo quản ta cho 0,5
- 1,5% khối lượng hydroquinon vào làm chất ức chế trùng hợp.
Nhiệt độ sôi: ts = 145,2 °C
Nhiệt độ nóng chảy: tnc = -30,63 °C
Nhiệt độ bùng cháy: tbc = 34 °C
Nhiệt hóa hơi: 86,9 kcal/mol
Nhiệt trùng hợp: 16,5 kcal/mol
Giới hạn cháy nổ trong khơng khí (%V): 1,1 - 6,1

Trang 6

Độ co thể tích khi trùng hợp: 17%
1.3.1.2 Tính chất hóa học.

a Phản ứng cộng.
Halogen (Cl2, Br2) và hydro Halogen (HCl, HBr) cộng vào nhóm vinyl ở styren tương
tự như cộng vào ankan:
C 6H 5- C H = C H

2

+ B r2

C 6H 5 - C H - C H
Br

C 6H 5 - C H = C H

2

+ HCl

2

Br

C 6H 5 - C H - C H
Cl

2

H

b Phản ứng oxy hóa.
Giống như etylen, styren làm mất màu KMnO4 và bị oxy hóa nhóm vinyl có vịng
benzen giữ ngun.
C 6H 5 - C H = C H

2

+ 2 K M n O 4 + 4 H 2O

CH=CH2 + O

2

3 C 6H 5 - C H O H - C H 2O H + 2 M n 2O + 2 K O H

C 6H 5-C O O H +

C6H5

c Phản ứng cộng H2.

Trang 7

C O 2 + H 2O


C 6H 5 - C H = C H

2

+ H2

Ni
to ,3 a tm

C 6H 5 - C H 2 - C H

3

d Phản ứng trùng hợp và đồng trùng hợp.
CH=CH2
C6H5

x t,to

. . . - C H - C H 2 - C H - C H 2 - C H - C H 2 - . . .C
H

5

C 6H

Trang 8

5

C6H5

6

C H -C H
C

6H 5

2

n


Và phản ứng đồng 2 hay nhiều loại monomer gọi là phản ứng đồng trùng hợp styren.
n C H 2= C H -C H = C H 2 + n C H = C H

x t,to
2

- C H 2-C H = C H -C H

2-C

H -C H

2

-. ..

C H 2-C H = C H -C H

2

-C H -C H
C6H5

Styren rất dễ trùng hợp vì có nối đơi và vịng thơm. Trong quá trình bảo quản nên hạn
chế tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, oxy. Thông thường, người ta bảo quản bằng cho
0.5-1.5 % khối lượng hydroquinon làm chất ức chế.
1.3.1.3 Ứng dụng.
Sản xuất polymer, polystyren là một chất dẻo trong suốt, dùng chế tạo dụng cụ gia
đình , văn phòng.
Poly (Butadien-Styren) sản phẩm đồng trùng hợp của styren và butadien, chúng dùng
để sản xuất Buna-S có độ bền cơ học cao hơn cao su Buna.
1.3.2 Điều chế.
Từ sản phẩm cracking và chưng cất dầu mỏ, khí hóa than cốc.
Bã nhựa nhận được sau khi chưng khô than ta thu được một lượng styren trong đó. Sau
đó tiếp tục chưng cất bã nhựa ta sẽ thu được luôn styren ngun chất, nhưng ít có giá trị về
kinh tế nên ít được sử dụng.
Tổng hợp:

 Điều chế styren từ cloete và benzen.
 Điều chế styren từ benzen và etylen.
 Đề hydro hóa trực tiếp từ etylbenzen.
1.3.2.1 Điều chế styren từ cloete và benzen.
Trước tiên là phản ứng tạo thành clorua.

Trang 9

2

CH2
+

CH3

CH3

AlCl3

CH2Cl

+

HCl

Xúc tác sử dụng AlCl3 dưới dạng bột hay loại phôi vụn.
Phản ứng tiến hành trong 3h về cuối nâng nhiệt độ lên 90oC và ngừng phản ứng khi
khơng có HCl thốt ra nữa.
Chuyển etyl benzen thành styren.
+ Xà phịng hóa clo etylbenzen tạo thành fenyletylcacbinol rồi khử nước để chuyển
thành styren.
CH2

CH3

CH3

CHCl
Cl2

PCl5

Dưới tác dụng của xúc tác PCl5, clo đính vào đúng vị trí.
+ Xử lí Clo etyl benzen bằng dung dịch NaCO2 Ở 70oC-100oC, 4÷6h có chất nhũ hóa.
Cl
CH

OH

CH3
HOH

CH

CH3

Na2CO3

+ Khử nước của fenylmetylcacbinol thêm chất tách nước mang tính axit.

Trang 10


OH
CH

CH3

CH

CH2

H2O

Phản ứng ở 150oC-200oC.
Dùng hơi nước trực tiếp chưng cất styren ra khỏi nồi phản ứng. Sấy khô styren thô rồi
lại chưng cất.
Để quá trình khử nước tiến hành dễ hơn người ta thêm 1% axit tereclophalic.
1.3.2.2 Điều chế styren từ benzen với etylen.
CH

CH2

CH2

+ CH2

CH3

CH2

Nhiệt độ phản ứng toC: 85oC.
Áp suất P: 1atm .
AlCl3 làm xúc tác.
Sau khi tách hết xúc tác, tiến hành chưng tách thì thu được etyl benzen khá tinh khiết.
Khử hydro của etyl benzen.
Phương pháp này sử dụng chủ yếu trong sản xuất styren vì nó mang lại hiệu quả.
CH2

CH3 H2

Trang 11

CH

CH2


Phương pháp này tỏa nhiệt nên thường tiến hành ở nhiệt độ cao (t oC: 500-650) và áp
suất riêng phần của etyl benzen thấp. Do vậy để giảm áp suất riêng phần trong q trình trùng
hợp có thể dùng chân khơng (P: 0.1-0.3 atm), hoặc pha lỗng etyl benzen bằng khí khơ, hoặc
bằng nước.
1.4 Các ngun liệu khác.
Nước: là mơi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt phản ứng tỏa
ra.
Chất nhũ hóa: để giữ polymer và monomer mãi ở trạng thái phân tán trong pha nước,
chất nhũ hóa thường dùng là các loại xà phịng như: oleat kali, natri, stearat hay các sunfoaxit
của rượu cao béo, xà phịng nhựa thơng, nikan…..
Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H2O2, pesulfat amon và
kali…) với hàm lượng 0,1-1% trọng lượng monomer.
Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt của hệ
thống tức có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.
Chất ổn định: là các polymer hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,
metylxenluylo,…..Chúng phải hoàn tồn khơng tan trong monomer. Vai trị của nó là làm
tăng độ nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polymer dính vào nhau.

Trang 12


CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP NHỰA.

2.1 Các phản ứng xảy ra khi tổng hợp nhựa.
2.1.1 Giai đoạn khơi mào.
Các chất khơi mào phân huỷ thành các gốc tự do.

Trang 13


Gọi R. là gốc tự do nói chung, gốc này sẽ tấn cơng vào phân tử vinyl nói chung bắt đầu
quá trình tạo gốc tự do mới giữa gốc khởi đầu và monomer.

Electron chưa ghép đơi có xu hướng ghép đơi. Nếu nó có thể tìm thấy electron để ghép
đơi nó sẽ tấn cơng ngay, vì vậy liên kết đơi của nhóm vinyl nó dễ dàng tấn cơng để tạo thành
trùng hợp gốc tự do. Electron chưa ghép đôi khi đến gần cặp electron π của nhóm vinyl sẽ tạo
thành liên kết hoá học mới giữa chất khởi đầu và monomer. Tồn bộ q trình phát triển
mạch là sự phân huỷ chất khơi mào tạo thành gốc tự do, theo sau là phản ứng giữa gốc và
phân tử monomer, quá trình này gọi là sự khơi mào từng bậc.
2.1.2 Giai đoạn phát triển mạch.
Các gốc tự do lần lượt đính liên tiếp các phân tử monomer vào tiếp tục quá trình phát
triển mạch.

2.1.3 Giai đoạn đứt mạch.
Đứt mạch theo cơ chế kết hợp.

Trang 14


2.1.4 Giai đoạn chuyển mạch.
Xảy ra do gốc đang phát triển tác dụng với các chất chứa các liên kết có khả năng bị
phá vỡ và tạo gốc tự do mới.
Có 3 loại phản ứng chuyển mạch:

2.1.4.1 Chuyển mạch lên monomer.

2.1.4.2 Chuyển mạch lên dung môi.

Trang 15


Nếu các loại peroxyt, hydroperoxyt tạo thành ổn định trong điều kiện phản ứng thì sẽ
làm chậm quá trình trùng hợp, ngược lại nếu chúng đã bị phân huỷ thành gốc tự do thì sẽ tăng
nhanh quá trình trùng hợp.
Trong nhiều trường hợp oxy kéo dài thời gian phản ứng (ví dụ: clorua vinyl,
metylmetacrylat, styren...) nhưng sau đó lại xúc tiến quá trình trùng hợp do sự phân huỷ các
peroxyt tạo thành trong giai đoạn hãm.

Các tạp chất trong monomer có tác dụng tương tự của oxy. Tác dụng của chúng được
xác định bởi bản chất hoá học, khả năng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp. Tuy nhiên dù
hàm lượng chỉ có rất ít nhưng đóng vai trị quyết định trong quá trình trùng hợp.
Do những ảnh hưởng phức tạp của oxy và tạp chất như đã nói ở trên nên trong quá
trình trùng hợp bắt buộc phải điều chế monomer thật tinh khiết và phản ứng cần tiến hành
trong mơi trường khí trơ.
2.2 Các phương pháp tổng hợp nhựa.
2.2.1 Lý thuyết về trùng hợp styren.

Trang 16


Trong sản xuất, styren chỉ trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc và thu được polymer
có cấu tạo chủ yếu là liên kết đầu - đuôi và ở dạng vơ định hình. Trong nghiên cứu, người ta
có sử dụng trùng hợp ion tạo PS tinh thể hầu hết ở dạng Izotactic, một phần ở dạng
syndiotactic, rất ít ở dạng atactic.

Styren dễ trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền
phù. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm của nó.
2.2.1.1 Trùng hợp khối.
Thành phần trùng hợp khối gồm có: monomer, chất khởi đầu.

 Đặc điểm:
Trùng hợp Styren thành khối có thể tiến hành khi đun nóng có chất khởi đầu hoặc
khơng có chất khởi đầu.
Chất khởi đầu thường là các peroxit hữu cơ. Benzoyl peroxit là chất khởi đầu rất phổ
biến nhưng khơng thích hợp khi trùng hợp styren vì nó làm vàng sản phẩm. Hiện tượng này
cũng xuất hiện khi có peroxit tạo thành do styren bị oxy hóa.
Khi khơng có chất khởi đầu thì sau một thời gian cảm ứng thì styren bắt đầu trùng hợp.
Tốc độ trùng hợp tăng theo nhiệt độ ở nhiệt độ dưới 50 oC vận tốc trùng hợp rất chậm
(có khi đến hàng năm), ở 150oC phản ứng kết thúc trong vài giờ. Nhưng khi chuyển hóa được
khoảng 90% thì phản ứng hầu như khơng xảy ra nữa. Điều đó có nghĩa là polymer có trọng
lượng phân tử cao không thu được với hiệu suất cao. Nếu cịn lại nhiều monomer thì nhiệt độ
chảy mềm của PS sẽ giảm xuống, vật phẩm trở nên đục do monomer chuyển lên bề mặt và
bốc hơi từ từ đơi khi làm vàng sản phẩm.
Để thu được polymer có trọng lượng phân tử trung bình cao tương đối và chứa
monomer cịn lại ít nhất ta dùng chế độ trùng hợp hai giai đoạn:

Trang 17


+ Giai đoạn đầu: tạo ra xirop (PS có trọng lượng phân tử thấp tan trong monomer)
với hiệu suất 30 - 40%.
+ Giai đoạn hai: đổ vào khn (có thể tích nhỏ 5-10 lít) sau đó trùng hợp tiếp tục cho
đến khi kết thúc. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn đem đập, nghiền, sàng hay tạo hạt.
2.2.1.2 Trùng hợp dung dịch.
Thành phần dung dịch gồm có: monomer, dung mơi, chất khởi đầu.

 Đặc điểm:
Dung mơi có vai trị giải tỏa năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng trùng
hợp làm giảm hiện tượng quá nhiệt gây đứt mạch, chuyển mạch.
So với trùng hợp khối thì phản ứng trùng hợp trong dung dịch xảy ra với vận tốc bé (ở
điều kiện khơng có chất khởi đầu) và polymer tạo ra có trọng luợng phân tử thấp hơn. Giá trị
trọng luợng phân tử trung bình của PS phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp và loại dung mơi.
Qua thí nghiệm thấy benzen, xiclohexan, toluen trùng hợp tốt hơn các dung môi khác.
Điều chế polymer trong dung dịch thuận lợi để làm sơn, cịn với mục đích khác thì
thêm chất lắng để kết tủa polymer.
2.2.1.3 Trùng hợp huyền phù.
Thành phần huyền phù gồm có: monomer , nước, chất kích động, chất ổn định và chất
hoạt động bề mặt. Ở đây chất kích động peroxit hữu cơ khơng tan trong nước mà tan trong
monomer.
+ Nước: dùng để tách monomer ra thành từng hạt riêng đồng thời cũng là môi trường
trao đổi nhiệt.
+ Chất ổn định: là các polymer hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,
metylxenluylo... chúng phải hồn tồn khơng tan trong monomer. Vai trị của nó là làm tăng
độ nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polymer dính vào nhau.
Trang 18


 Đặc điểm:
Dễ điều chỉnh nhiệt độ.
Khoảng nhiệt độ trùng hợp, cho polymer có khối lượng phân tử phân bố đồng đều.
Dễ điều khiển hàm lượng monomer dư bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp.
Cho sản phẩm chịu được nhiệt độ cao.
2.2.1.4 Trùng hợp nhũ tương.
Thành phần nhũ tương gồm có: monomer, nước, chất nhũ hóa, chất khởi đầu và chất
điều chỉnh sức căng bề mặt.

Cơ chế trùng hợp nhũ tương: chất nhũ hóa khi tan trong nước tạo thành các Mixen
hình cầu mà ở đó các đầu khơng ưa nước của phân tử nhũ hóa sẽ hướng vào trong và các đầu
ưu nước hướng ra ngoài. Các phân tử chất khởi đầu tan trong nước tạo thành các gốc tự do
nhờ phần ưa nước của chất nhũ hóa đi vào Mixen và tiếp tục với các phân tử monome để xảy
ra các phản ứng trùng hợp.
+ Nước: là môi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt phản ứng
tỏa.
+ Chất nhũ hóa: để giữ monomer và polymer mãi ở trạng thái phân tán trong pha
nước. Chất nhũ hóa thường dùng là các loại xà phịng như: oleat kali, natri, stearat, xà phịng
nhựa thơng…
Nếu giảm nồng độ chất nhũ hóa thì vận tốc phản ứng giảm, nhưng thời gian trùng hợp
và trọng lượng phân tử trung bình polymer tăng. Vì vậy muốn điều chỉnh trọng lượng phân tử
trung bình polymer trước hết nên thay đổi nồng độ chất khởi đầu chứ không nên thay đổi
lượng chất nhũ hóa. Vì chất nhũ hóa chỉ thay đổi trọng lượng phân tử trung bình của PS một
ít nhưng lại tăng thời gian trùng hợp lên rất nhiều.

Trang 19


+ Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H 2O2, kali...) với
hàm lượng 0,1 - 1% trọng lượng monomer.
Khi thêm chất xúc tiến (các muối kim loại có tính axit: Ag +) làm phân hủy chất kích
động vào hỗn hợp phản ứng thì thời gian trùng hợp giảm.
Nếu dùng hệ thống oxy hóa - khử: chất oxy hóa (Chất kích động) và chất khử (muối
kim loại) có hóa trị thay đổi thì vận tốc của q trình trùng hợp có thể tăng và giảm nhiệt độ
phản ứng xuống.
+ Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt của hệ
thống tức là có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.

 Phương pháp tổng hợp.

Liên tục hay gián đoạn nhưng hiện nay, phương pháp gián đoạn phổ biến rộng rãi ở
nhiều nước trên thế giới.
Quá trình trùng hợp xảy ra qua các giai đoạn sau:
+ Khử chất hãm khỏi styren.
+ Trùng hợp styren.
+ Kết tụ polymer.
+ Tách nước bẩn và rửa polymer.
+ Chưng ly tâm.
+ Sấy.
+ Nghiền nhỏ, sấy khơ và đóng bao.

 Đặc điểm:

Trang 20


Thơng thường latex thương mại có từ 30-150% thể tích rắn, thể tích rắn này hiếm khi
thấp hơn và có kinh tế cao.
Khối lượng phân tử phân bố không đồng đều.
Tốc độ phản ứng nhanh hơn trong môi trường đồng thể và dung môi, dễ dàng kiểm tra
và điều chỉnh.
Sản phẩm chứa hàm lượng monomer nhỏ và sản phẩm ở dạng bột thuận lợi cán hay
đóng bánh.
Trong bài, phương pháp này được áp dụng rộng rãi vì phương pháp này cho phép tiến
hành quá trình ở nhiệt độ vừa phải với tốc độ phản ứng lớn và polymer nhận được có trọng
lượng phân tử cao.

 So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp
Phương pháp trùng hợp

Trùng hợp khối

Trùng hợp dung dịch

Trùng hợp nhũ tương

Ưu điểm

Nhược điểm

-Phương pháp đơn giản.
-Tạo sản phẩm tinh khiết.
-Vận tốc phản ứng cao, năng
suất lớn.
-có thể trùng hợp ngay trong
khn mẫu tạo sản phẩm có hình
thù phức tạp.

-Dễ bị nhiệt cục bộ do độ nhớt
cao.
-Tính dẫn nhiệt kém.
-Sản phẩm dạng khối nên lấy
sản phẩm và gia cơng khó.
-Tăng độ đa phân bố về khối
lượng phân tử.

-Khơng có hiện tượng nhiệt cục
bộ.
-Dễ khống chế nhiệt độ phản
ứng.

-Dung môi làm giảm độ nhớt
giúp phản ứng xảy ra êm dịu
hơn.

-Dung môi hữu cơ độc, đắt
tiền, dễ cháy.
-Khối lượng phân tử thấp do
lẫn dung mơi hịa tan.

-Sản phẩm cuối cùng là latex có -Polymer bị nhiễm bẩn bởi
nồng độ cao (70-80%).
chất nhũ tương hóa (là chất
Trang 21


-Thoát nhiệt phản ứng dễ dàng
hơn.
-Phản ứng xảy ra ở độ nhớt thấp: điện ly ) nên làm giảm tính
+ Tạo polymer có khối lượng điện của polymer.
phân tử cao.
+ Độ chuyển hóa cao.
-Tính dẫn nhiệt tốt.
-Độ đa phân tán nhỏ.
Trùng hợp huyền phù -Khối lượng phân tử cao.
-Có thể căn màu ln trong q
trình trùng hợp.
2.3 Q trình đóng rắn nhựa.
Vì polystyren là nhựa nhiệt dẻo nên chỉ cần hạ nhiệt độ xuống là nhựa tự đóng rắn,
khơng cần sử dụng chất đóng rắn.
Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm T m thì nó chảy

mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp.
Các công đoạn gia công nhựa nhiệt dẻo: gia nhiệt, tạo hình, làm nguội, khơng có phản
ứng đóng rắn xảy ra.
Nhựa nhiệt dẻo là nhóm vật liệu polymer có khả năng lặp lại nhiều lần quá trình chảy
mềm dưới tác dụng nhiệt và trở nên đóng rắn (định hình) khi được làm nguội. Trong quá trình
tác động nhiệt của nó chỉ thay đổi tính chất vật lý khơng có phản ứng hóa học xảy ra.
Do đặc tính như vậy mà nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần, chính vì vậy
mà những phế phẩm phát sinh trong q trình sản xuất đều có khả năng tái chế được.
2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nhựa.
Khi trùng hợp styren trong nhũ tương ổn định nhờ các xà phịng q trình tiến hành
với tốc độ khơng đổi cho đến khi trong hệ thống khơng cịn chứa các hạt nhũ tương. Do
monomer chuyển vào các phân tử polymer nồng độ monomer giảm nên tốc độ trùng hợp
giảm.

Trang 22


Tốc độ phản ứng: tốc độ phản ứng trong các giọt nhũ tương cũng gần với tốc độ phản
ứng trong khối monomer nhưng bé hơn 2-3 lần bé hơn tốc độ phản ứng trong các phân tử
mixel và polymer.
Bản chất và lượng chất nhũ hố: có ảnh hưởng quyết định đến trùng hợp và tính chất
polymer.
Nồng độ chất nhũ hóa: Khi nồng độ chất nhũ hố giảm thì tốc độ phản ứng giảm
nhưng thời gian trùng hợp và trọng lượng phân tử polymer tăng. Các yếu tố ảnh hưởng đến
trùng hợp gốc.
2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ.
Nhiệt độ tăng thì vận tốc các phản ứng khơi mào, phát triển mạch, chuyển mạch, đứt
mạch đều tăng nhưng mức độ tăng khác nhau. Do đó q trình trùng hợp sẽ kết thúc sớm khi
tăng nhiệt độ. Nhưng nhiệt độ cao làm độ trùng hợp giảm làm cho cấu trúc thiếu trật tự, sản
phẩm có trọng lượng tương đối thấp, có nhiều mạch nhánh.

2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ monomer.
Khi tiếng hành trùng hợp trong dung mơi hay trong mơi trường pha lỗng, tốc độ trùng
hợp và trọng lượng phân tử tăng theo nồng độ monomer. Nếu monomer bị pha lỗng nhiều có
khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch, do đó cũng làm giảm trọng lượng phân tử.
Trong trường hợp dung môi hoạt tính sự phụ thuộc giữa vận tốc trùng hợp và nồng độ
monomer trở nên phức tạp hơn.
2.4.3 Ảnh hưởng của oxy và tạp chất.
Oxy khơng khí hấp thụ trong monomer chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng. Tùy thuộc
vào bản chất của monomer và điều kiện trùng hợp, oxy có thể làm dễ dàng hay khó khăn cho
quá trình trùng hợp.

Trang 23


Các tạp chất trong monomer có tác dụng tương tự oxy. Tác dụng độc của chúng được
xác định bởi bản chất hóa học, khả năng phản ứng với nhân hoạt tính trùng hợp. Hàm lượng
các tạp chất này dù chỉ một lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình trùng hợp.
Do những ảnh hưởng phức tạp của oxy và tạp chất nên đòi hỏi monomer phải thật tinh
khiết và phản ứng cần tiến hành trong mơi trường khí trơ N2.

CHƯƠNG 3: CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHỰA.
3.1 Tính chất.
3.1.1 Tính chất vật lý.
Polystyren là chất dẻo trong suốt, cứng chắc, không mùi, không vị, khi cháy cho ngọn
lửa khơng ổn định có nhiều khói, giá thành rẻ, dễ gia công bằng phương pháp ép và đúc dưới
áp suất, chịu hóa chất và nước cao (nhiệt độ gia cơng vào khoảng 180-2000C)…
Tỷ trọng
Chiết suất
Độ nhớt
T0 sơi

T0 nóng chảy
T0 bùng cháy
T0 bắt lửa
T0 bay hơi
Nhiệt cháy
Nhiệt trùng hợp
Tỷ nhiệt ở 250C
Giới hạn nổ trong khơng khí
Độ co sau khi trùng hợp

g/cm3
^25
cP
C
C
0
C
0
C
0
C
Cal/g
Cal/g
Cal/g.độ
%V
%V
0
0

0.90458

1.54389
0.75
145.2
-30.6
31
34
86.9
10.04
168
0.407
1.1-6.1
17

Vì
có
ngun tử
H ở C bậc
3

linh

động nên
H này dễ
tham gia

phản ứng oxy hóa, vì thế polystyren nhanh bị lão hóa trong khơng khí khi có ánh sáng trực
Trang 24