tìm hiểu về chất dẻo và công nghệ sản xuất nhựa pvc

1






TÌM HIỂU VỀ CHẤT DẺO VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC

Trước tiên chúng em xin cảm ơn PGS.TS Phan Minh Ngọc đã hướng dẫn,
giúp đỡ tận tình chúng em hoàn thành đồ án.

Hiện nay chất dẻo là một loại vật liệu không thể thiếu trong cuộc sống,
chúng ta có thể thấy nó hiện diện hầu như tất cả trong những vật dụng hằng
ngày cho đến những cỗ máy và cả những phi thuyền cực kì hiện đại. Từ khi
xuất hiện cho tới nay chất dẻo đã thực sự tạo nên một cuộc cách mạng rất lớn
về công nghệ vật liệu, có muôn vàn những sản phẩm khác nhau, chủng loại
khác nhau được làm ra từ chất dẻo, và tất cả chúng đều cho thấy được những ưu
việt của nó so với vật liệu truyền thống. Dưới đây là bài tìm hiểu về chất dẻo và
một loại chất dẻo cụ thể là nhựa PVC do nhóm sinh viên ( Nguyễn Văn Dũng,
Mai Khương Duy, Nguyễn Đình Đạo, Nguyễn Văn Cường ,Quách Văn
Đức, Nguyễn Tiến Bắc) thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Phan
Minh Ngọc.





Hà Nội 12/2011

2




Mục lục
Trang
Lời mở đầu……………………………………………………… 1

I. Khái quát chung về chất dẻo………………………………… 3
1.Khái niệm………………………………………………………………3
2.Phân loại……………………………………………………………… 3

II.Một số chất dẻo thông dụng………………………………… 4
1.Nhựa epoxy…………………………………………………………….4
2. Nhựa phenol-formandehyt……………………………………………7
3.Polyetyle……………………………………………………………….10
4.Nhựa ABS…………………………………………………………… 11
5.Nhựa polymetacrylat(PMMA)……………………………………… 14
6.Polystiren(PS)…………………………………………………………16

III.Sơ lược về nhựa PVC……………………………………… 17
1.Lịch sử phát triển…………………………………………………… 17

IV.Sản xuất Pvc trong công nghiệp…………………………… 19
1.Nguyên liệu………………………………………………………… 19
2.Phản ứng tổng hợp……………………………………………………22
3.Các phương pháp sản xuất……………………………………………25
4.Sơ đồ tổng hợp PVC bằng phương pháp huyền phù……………… 26

5.Tính chất và ứng dụng……………………………………………….29

Tài liệu tham khảo…………………………………………… 37










3



І. Khái quát chung về chất dẻo.
1. Khái niệm [3]
Chất dẻo là một loại vật liệu có thành phần chính là polime ngoài ra còn có
các phụ gia khác . Chúng là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi
chịu tác dụng của nhiệt, áp suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác
dụng.
2. Phân loại [4]
a. Theo hiệu ứng của polyme với nhiệt độ.
٭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. Nhựa nhiệt dẻo có
khả năng tái sinh được nhiều lần

٭ Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng
thái không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và
sau đó không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái
sinh.
٭Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su.
b .Phân loại theo ứng dụng
٭ Nhựa thông dụng : là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng
nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,
٭ Nhựa kỹ thuật : Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại
nhựa thông dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như : PC, PA
٭Nhựa chuyên dụng : Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt
cho từng trường hợp.






4



IІ) Một số loại chất dẻo thông dụng
1. Nhựa epoxy
1.1, Khái niệm về nhựa epoxy [3]
Nhựa epoxy là những oligome có ít nhất một nhóm - epoxy trong phân
tử, có khả năng chuyển hoá thành dạng nhiệt rắn có cấu trúc không gian.
1.2. Cấu trúc,phân loại và tính chất của nhựa epoxy.[8]
a. Cấu trúc
Nhựa epoxy – dian là sản phẩm của phản ứng giữa bisphenol A và

epiclohidrin Bisphenol A được tạo ra từ phản ứng của axeton và phenol trong
môi trường axit mạnh từ 10 – 50°C.
CÊu tróc cña nhùa epoxy – dian cã d¹ng :
C
CH
3
CH
3
OH
HO
CH
2
- CH - CH
2
- Cl
O
(n + 1)
(n + 2)
+

C
CH
3
CH
3
O-CH
2
-CH-CH
2
OH

O
n

CH
2
-CH-CH
2
O
O
C
CH
3
CH
3
O-CH
2
-CH-CH
2
O
(10)

Nhùa epoxy – dian

b.Phân loại.
- Nhựa epoxy mạch thẳng
RCH CHRCH
CHR
O
O

5



- Nhựa epoxy mạch vòng
R
R
HC
HC
CH
CH
O
O

c. Tính chất hóa học của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động là epoxy và hydroxyl, có thể
tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau. Nhóm epoxy rất dễ phản ứng với
các tác nhân ái nhân (nucleophin). Với các tác nhân ái điện tử (electrophin),
phản ứng xảy ra thuận lợi khi có xúc tác proton như rượu, phenol, axit … Do
nhóm hydroxyl hoạt động kém hơn nhóm epoxy nên phản ứng tiến hành phải
có xúc tác hoặc nhiệt độ cao
d. Tính chất lý học của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là loại nhựa nhiệt dẻo không màu hoặc có
màu vàng sáng . Tuỳ thuộc khối lượng phân tử mà nhựa epoxy có thể ở dạng
lỏng(M<450), đặc (M<800) và rắn(M > 800).
Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ: xeton, axetat,
hydrocacbon clo hoá, dioxin.Nhựa epoxy không tan trong các hydrocacbon

mạch thẳng (White Spirit, xăng, …).
Nhựa epoxy có thể phối trộn với các loại nhựa khác như : phenol –
formaldehyt, nitroxenlulo, polyeste, polysunfit …
1.3 Một số ứng dụng chính của nhựa epoxy [5]



6



1.3.1. Màng phủ bảo vệ
Màng phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy được dùng để bảo vệ cho
các thiết bị bằng thép trong nhà máy hóa chất,lọc hóa dầu,thực phẩm,giấy … và
nhiều kết cấu xây dựng như cầu cống đập.…
Các thùng chứa kim loại và bể bê tông được sơn phủ bằng sơn epoxy chống
ăn mòn có thể giữ được độ tinh khiết của các chất chứa trong nó như rượu vang,
bia, chất tẩy rửa
Hệ sơn giàu kẽm từ epoxy – nhựa than đá được dùng nhiều trong công
nghiệp đóng tàu biển. Màng phủ epoxy cũng được sử dụng rộng rãi trong bảo
vệ bề mặt ống thép dẫn khí, dầu thô, nước muối, dung dịch kiềm, sản phẩm dầu
mỏ.
1.3.2. Keo dán.
Keo dán epoxy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công
nghiệp hàng không, tự động hóa, điện – điện tử. Ngành kiến trúc và nghệ thuật
cũng sử dụng nhiều do những tính năng nổi bật của loại vật liệu này. Ngoài
việc chủ yếu là để gắn kim loại kim, gỗ, sứ, bê tông, chất dẻo …, keo dán epoxy
còn được dùng trong ngành y tế để gắn xương gãy, chữa răng.
1.3.4. Vật liệu compozit.
Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường bằng sợi thuỷ tinh đã

được sử dụng để chế tạo các thùng chứa chuyên chở axit, dung dịch kiềm, dầu
mỏ … với giá thành thấp hơn thép, nhẹ hơn và có độ bền ăn mòn cao hơn .Việc
sử dụng những đường ống chế tạo từ chất dẻo epoxy – thuỷ tinh không những
dễ bảo quản, vận chuyển dầu thô, nước, khí thiên nhiên mà còn dùng vận
chuyển nước thải, khí độc trong nhà máy hoá chất.
1.4 Sản lượng và giá thành của nhựa epoxy.




7



Bảng giá nhập khẩu các loại nhựa epoxy của Việt Nam [6]

Thời điểm Chủng loại Giá cả/kg Địa điểm
1/2010 Nhựa tổng hợp A-(epoxy resin-784A) 3.41 USD Cảng Cát Lái
3/2010 Nhựa epoxy nguyên sinh –Epoxy resin
SN300A-5
1000 JPY Chi cục HQ KCX
Long Bình(Đ
ồng Nai)
7/2010 Nhựa lỏng epoxy resin 3550 7.42 USD Cảng Sài Gòn KV1
Nhựa lỏng epoxy resin 2798SA 11.67 USD
5/2011 Nhựa epoxy nguyên sinh 6101 dạng lỏng 0.4 USD Cảng Cát Lái
7,8/2011 Hạt nhựa epoxy resin E12 2.9 USD Cảng Hải Phòng
10/2011 Nhựa epoxy nguyên sinh (EPORITE
5502A)
3.71 USD Cảng Tân cảng

2.Nhựa Phenol-formaldehyt.
2.1 Nguyên liệu [4]
Nguyên liệu chính để sản xuất phenol-formaldehyt là phenol,
focmaldehyt. Ngoài ra người ta đi từ một số dẫn xuất của phenol như: crezol,
xilenol, rezolsin. Còn các aldehyt thì ngoài formaldehyt người ta còn dùng
furfurol.
2.2 Phân loại nhựa Phenol-formaldehyt [8]
Phenol - formaldehyt có 3 loại :
٭ Novolac: là nhựa Phenol - formaldehyt nhiệt dẻo, không có khả năng
tự đóng rắn tạo thành polime mạng lưới không gian.
٭Nhựa rezol : là nhựa chưa đóng rắn, nó là một hỗn hợp sản phẩm phân
tử thấp mạch thẳng và nhánh.
٭Nhựa rezit <nhựa Bakelit>:Là loại nhựa tổng hợp thương mại đầu tiên
do một nhà hóa học người Đức tên là Bakelats phát minh ra Nhựa đã đóng rắn
hoàn toàn tạo thành polime có mạng lưới không gian dày đặc, ở trạng thái
không nóng chảy không hòa tan trong bất kỳ dung môi nào.
2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới việc tạo nhựa và tính chất [3]


8


a. Cấu tạo hoá học của nguyên liệu .
Phenol có độ chức khác nhau do vị trí hoạt động của các nhóm thế.
Phenol đơn chức gồm : phenol m - crezol và 1,3,5 m - xilenol, rezorsin và có 3
vị trí hoạt động là nguyên liệu để điều chế tạo nhựa nhiệt rắn.

Các nhóm chức hydroxyl của phenol không tham gia phản ứng đa tụ. Chỉ
có formaldehyt và furfurol mới có khả năng tạo nhựa không nóng chảy, không
hoà tan với phenol có 3 vị trí hoạt động. Còn những Aldehyt khác như :
acetaldehyt, aldehyt butyric do chiều đi phân tử lớn hơn, có hoạt tính kém
hơn nên không có khả năng tạo nhựa có cấu trúc không gian.
b. Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyt.
Nếu tỉ lệ mol giữa phenol: formandehyt là 1:1
Ở giai đoạn của phản ứng chủ yếu tạo thành nhựa o và p, m – oxybenzoic
trong đó o- oxybebzenoic chiếm đa số.
Trong trường hợp tạo nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc thẳng gọi là nhựa
xaliheninic .










OH

Phenol
CH
3

OH

m-Crezol

OH

1,3,5-xilenol
H
3
C


OH

Rezolsin







CH
3






OH

OH
+

OH
CH
2
OH
HCHO


Hoặc
c

OH

CH
2
OH

OH
CH
2


OH

OH
CH

2
OH
+

OH

OH
HH
CH
2

OH


9


Nếu tỉ lệ giữa phenol: formanldehyt là 1:2 hoặc cao hơn thì tạo thành
các metylol phenol ở giai đoạn đầu, và phản ứng tiếp tục sẽ tạo thành nhựa
không nóng chảy, không hoà tan



c.Độ PH của môi trường.
+ Nếu tiến hành trùng ngưng trong môi trường axit (pH< 7) thì các rượu
oxybenzolic tạo thành từ phenol và HCHO không bền nó nhanh chóng ngưng tụ
với nhau hoặc với phenol (đặc biệt khi đun nóng ) để tạo thành nhựa nhiệt dẻo.
+ Nếu tiến hành trùng ngưng trong môi trường bazơ (pH >7) thì các rượu
oxybenzolic tạo từ phenol và HCHO tạo ra di, tri metylol phenol và cứ tiếp tục
trùng ngưng với nhau hoặc phenol để tạo thành nhựa nhiệt rắn.

Nhựa nhiệt rắn ở trạng thái ban đầu có khả năng nóng chảy và hoà tan gọi
là rezol. Rezol là sản phẩm không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chuyển nhanh hay
chậm sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan.
Nhựa ở giai đoạn cuối cùng gọi là rezit, nhựa này hoàn toàn không nóng
chảy, không hoà tan.
d. Ảnh hưởng của xúc tác và lượng đến tính chất.
Xúc tác axit: tạo thành nhựa nhiệt dẻo novolac, không có khả năng tự
đóng rắn và không tạo ra mạng lưới không gian.
Xúc tác là bazơ :sản phẩm tạo thành là nhựa rezolic.
+ Nếu là kiềm mạnh (NaOH, KOH) thì lượng HCHO tham gia vào phản ứng
nhiều hơn, vận tốc phản ứng lớn nhưng sản phẩm có màu tối hơn và tạo sản
phẩm có khả năng hoà tan trong nước.
+ Nếu xúc tác NH
4
OH dư thì nó dễ bay hơi, sản phẩm có màu vàng sáng
nhưng phản ứng ở nhiệt độ cao.




+
CH
2
OH

OH

OH

HCHO

HO-H
2
C
10



2.4- Ứng dụng của nhựa phenol - formaldehyt: [8]
Nhựa rezolic lỏng (không có nước) sử dụng rộng rãi để tẩm vải, sợi,
dùng làm bột 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 và rezolic. Bột ép sử dụng trong kỹ thuật và sinh hoạt, dùng làm vật
liệu cách điện có thể chịu tác dụng của dòng điện 20kv ở t
o
=200
o
C.
+ Vật liệu ép tầng:
Tectolit là chất dẻo lớp, được dùng để chế tạo từ những tấm vải có tẩm nhựa
rezolic, vải dùng có thể là vải thủy tinh, vải dệt chéo, vải tổng hợp.
+ Keo dán và sơn: Nhựa phenol - formaldehyt có ý nghĩa quan trọng dùng
để sản xuất keo dán và sơn.
Keo phenol - formaldehyt có độ bền mối nối cao, chịu ẩm và vi khuẩn nhưng
có nhược điểm là màng dán dòn.
Nhựa phenol - formaldehyt là loại nhựa tổng hợp dùng để sản xuất sơn.

3. Polyetylen.

3.1 Khái niệm.[4]

Polyetylen ( PE ) là 1 loại nhựa dẻo được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi
trên thế giới. PE là một hợp chất hữu cơ gồm nhiều nhóm –(CH2-CH2)-liên kết
với nhau bằng liên kết hidrô no.Polyetylen được điều chế bằng cách trùng hợp
các monomer etylen (C2H4)
nCH2=CH2 -(CH2-CH2)n-
3.2 Tính chất.[3]
3.2.1 Tính vật lý
PE màu trắng,hơi trong,không dẫn điện và không dẫn nhiệt,không cho
không khí và nước thấm qua,trong suốt, hơi có ánh mờ,có bề mặt láng
bóng,mềm dẻo.

11


Chống thấm khí CO2 , O2 , N2 và dầu mỡ đều kém nhưng chống thấm nước
và hơi nước tốt.Chịu được nhiệt độ cao (dưới 230 độ C) trong thời gian ngắn.
Bị căng phồng và hỏng khi tiếp xúc với tinh dầu thơm hoặc các chất tẩy
rửa như axeton,nước 0xy già
Khi đốt PE cháy chậm với ngọn lửa màu xanh,có một đầu màu vàng và
mùi dầu hoả.
3.2.2 Tính chất hoá học.
PE có tính chất như hydrocacbon no,nhưng không tác dụng với
axít,kiềm,thuốc tím,nước brôm.Ở nhiệt độ cao hơn ,PE hoà tan kém trong các
dung môi hữu cơ như toluene,ete,glierin
3.3 Phân loại và ứng dụng[7]
3.3.1 Ứng dụng của polyethylene
+ Dùng để sản xuất màng co, màng căng, găng tay bảo hộ, tham gia quá
trình biến đổi các loại chất dẻo khác.
+ Làm đồ đựng cứng và mềm(có thể dùng để làm sọt đựng rác hay màng
gói hoa quả).

+ Được ứng dụng nhiều trong công nghiệp đóng gói,chế tạo bao bì,vỏ bọc
dây điện,đồ chơi trẻ em,ống dẫn nước ,túi nhựa,màng nhiệt
+ Làm sợi và lớp lót thùng đạn,áo chống đạn
3.3.2 Phân loại.
Dựa vào khối lượng phân tử tỷ trọng,độ phân nhánh,đô kết tinh và mức
độ khâu mạch,PE được chia thành 8 loại :

VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp)

LDPE (PE tỷ trọng thấp)

LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng)

MDPE (PE tỷ trọng trung bình)

HDPE (PE tỷ trọng cao)

UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao)

.PEX hay XLPE (PE khâu mạch)

HDXLPE (PE khâu mạch tỷ trọng cao)
12


+Dựa vào điều kiện tổng hợp,PE được chia làm 3 loại : PE áp suất cao,PE áp
suất trung bình,PE áp suất thấp.
3.4 Sản lượng và giá thành.[6]

Nước ta vẫn chưa sản xuất được PE nên phải nhập hạt nhựa PE nguyên

sinh từ nước ngoài,chúng ta mới chỉ sản xuất được hạt nhựa PE tái sinh.

-Tình hình năm 2010-2011:
+ Trong 3 tháng đầu năm 2010, khối lượng nhựa PE nguyên liệu
nhập khẩu chỉ đạt 151,5 nghìn tấn, giảm so với cùng kỳ năm 2009. Do
giá nhập khẩu trung bình tăng lên, nên giá trị nhập khẩu trong quý I
năm nay tăng mạnh so với cùng kỳ năm ngoái, đạt 216,1 triệu USD.
+ Theo thống kê của tổng cục hải quan,6 tháng đầu năm 2010,lượng
PE nhập khẩu đạt 360,3 nghìn tấn,trị giá 519,5 triệu USD ,chiếm 32,9%
trong tổng khối lượng nhập khẩu chất dẻo nguyên liệu.

-So với cùng kì năm ngoái ,nhập khẩu PE tăng 10% khối lượng và
55% trị giá nhập khẩu. Giá nhựa PE có biến động mạnh, giá nguyên liệu
các loại nhựa PE nhập khẩu từ 27/10 đến 2/11/2011 như sau:


Hạt nhựa HDPE :1,45USD/kg(cảng Hải Phòng).

Hạt nhựa LLDPE: 1,5USD/kg(cảng Hải Phòng).

Hạt nhựa LDPE: 1,64USSD/kg(cảng Cát Lái-HCM).

Hạt nhựa PE-LDPE :1,31USD/kg(cảng Cát Lái-HCM).

Hạt nhựa HDPE - BORSTAR FB1460 HD POLYETHYLENE
:1,38USD/kg(cảng Cát Lái-HCM).

Hạt nhựa PE - High Density Polyehtylene Resins LH606
:1,51USD/kg(cảng cát lái-HCM).


Hạt nhựa PE 2045.11G (POLYETHYLENE RESIN):1,5USD/kg(cảng
Cát Lái-HCM).

So với tháng 8 và tháng 9 thì giá hạt nhựa PE đã giảm cụ thể
trong 8/2011:

Hạt nhựa PE nguyên sinh : LDPE 2426K :1,62USD/kg(cảng Hải
Phòng)

Hạt nhựa PE $2.21/kg(cảng lát lái-HCM)

Nhựa hạt Polyethylene (mới 100%):1,6USD/kg(cảng Hải Phòng)





13



4. Nhựa ABS.
4.1 Khái niệm. [4]
Acrylonitrile Butadien Styrene ( ABS ) là một polymer được tìm thấy
lần đầu tiên vào thế chiến thứ II và nó được dùng thay thế cho cao
su trong một số lĩnh vực. Sản phẩm nhựa ABS thương mại đầu tiên
được sản xuất vào năm 1950. ABS là một loại nhựa nhiệt dẻo, khoảng
nhiệt độ sử dụng của nó vào khoảng -25◦C đến 60◦C, nóng chảy ở
nhiệt độ khoảng 105◦C. Thành phần nhựa ABS gồm có ba monomer
Acrylonitrile, Butadien, Styrene, tỉ lệ ba monomer này có thể thay đổi từ

15%-35% Acrylonitrile, 40%-60% Styrene và 3%-30% Butadien.

4.2 Công thức [9]
* Cấu trúc ABS: đó là một chuỗi dài các polybutadien đan chéo
với các chuỗi ngắn poly( Styren- CO-Acrylonitrile).CTPT : (C
8
H
8
·
C
4
H
6
·C
3
H
3
N)
n

4.3 Tính chất của nhựa ABS.[9]
a.Tính chất vật lí.
+ Nhựa ABS cứng, rắn, nhưng không giòn,cách điện, không thấm
nước
+ Tính chất đặc trưng của ABS là khả năng chịu va đập và độ
dai. Khả năng chịu va đập và độ dai của nó thay đổi không đáng kể ở
nhiệt độ thấp, độ ổn định dưới tác dụng của trọng lực rất tốt.
b.Tính chất hóa học
Nhựa ABS có khả năng kháng dung dịch axit hydrochloric tập trung
kiềm và axit phosphoric, rượu, dầu thực vật, động vật. Khi tiếp xúc với

hydrocarbon thơm thì nhựa ABS sẽ bị trương lên và khi trong môi
trường axit sunfuric, nitoric thì bị phá hủy tính chất vật lý. Nhựa ABS bị
hòa tan trong axeton, este, ehtylence dichloride.

4.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của nhựa ABS .[3]
*Ưu và nhược điểm của nhựa ABS.
+. Ưu điểm.
Nhựa ABS dễ mạ điện, dễ gia công, giá thành ở mức chấp nhận
được, nhiều mẫu mã, chủng loại ,tuổi thọ khá lâu , ít bị phá hỏng do ảnh
hưởng của môi trường.
+ Nhược điểm.
Nhựa ABS không chịu được nhiệt độ cao, khả năng chịu ẩm và
chống lão hóa ở mức trung bình.
-Với các đặc tính như,cách điện, khả năng ép phun không giới
hạn… nhựa ABS được ứng dụng vào rất nhiều các lĩnh vực trong đời
sống.
14



+ Trong kĩ thuật điện, điện tử: làm vỏ các thiết bị, làm một số phụ
kiện, làm thiết bị cách điện ( vỏ ổ điện, bảng điện ).
+ Trong kĩ thuật nhiệt lạnh: làm vỏ cho các thiết bị nhiệt lạnh
+ Trong công nghiệp oto, xe máy: làm một số chi tiết máy của xe
hơi, xe máy
+ Trong công nghiệp bao bì: làm thùng chứa, bao bì đặc biệt, mũ bảo
hiểm
+ Trong vật liệu xây dựng: ống dẫn nước, ống gen…
+ Một số sản phẩm được ép phun như: phím máy tính, vỏ điện thoại,…

4.4 Tình hình sản xuất, sản lượng, giá cả nhựa ABS ở nước ta. [6]

Hiện nay ở nước ta chưa có nhà máy sản xuất loại nhựa này, do vậy
chúng ta phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài về dưới dạng hạt nhựa.
Do đó giá thành hạt nhựa ABS ở nước ta khá cao, theo giá báo tại trang chủ
của tập đoàn hóa chất Việt Nam thì giá hạt nhựa nhập khẩu vào 9/06/2010 là
2USD/kg, tới tháng 2/2011 giá hạt nhựa này đã tăng lên 2.1USD/kg. Theo
dự báo của các nhà đầu tư thì giá hạt nhựa sẽ tăng lên do đang khó khăn
trong nhập nguyên liệu đầu vào, đó là còn chưa kể đến một số nhà máy còn
xin hoạt động với công suất khoảng 50% do bảo dưỡng và đại tu nhà máy ,
trang thiết bị.

5 Poli mety metacrylat(PMMA)
5.1 Khái niệm [4]

Chất dẻo PMMA( poli mety metacrylat) là chất dẻo đi từ dẫn xuất
của axit meta acrylic.PMMA(hay thủy tinh hữu cơ PEXIG
LAS)là
nhựa nhiệt dẻo trong suốt có cấu trúc vô định hình,có công thức
(C
5
O
2
H
8
)
n
.

15




5.2 Tính chất.[3]
5.2.a Tính chất vật lí.

Tính chất quan trọng nhất của PMMA là trong suốt, không màu,
đồng thời bền vững trước tác dụng của thời tiết và khí hậu. PMMA có chỉ
số bức xạ cao nhất( cho lọt qua 92% ánh sáng thường, đặc biệt có thể lọt
qua 75-76% tia cực tím và phần lớn các tia hồng ngoại.Chỉ đứng sau
thủy tinh thạch anh).Vì vậy thường ứng dụng PMMA để sản xuất các
dụng cụ quang học.
Song thủy tinh hữu cơ chỉ có 1 nhược điển so với kính vô cơ là dễ
bị xước bề mặt do độ cứng cao.

5.2.b Tính chất hóa học.
Loại chất dẻo này hòa tan tốt trong este,xeton,cacbua hidro thơm
hoặc cacbua hidro được clorua hóa.Chúng không tan trong rượu có phân
tử lượng thấp và trong cacbua hidro béo,xong các chất này có thể dùng
để làm loãng các dung dịch trên với một số lượng nào đó
Poli metta crylat là polimer có mạch cacbon chứa este ở mạch nhánh, vì
vậy ở nhiệt độ bình thường nó bền vững với nhiều chất trong đó có cả axit
loãng, kiềm loãng,không tác dụng với nước, rượu, dầu khoáng và dầu thực
vật.

5.3 Phạm vi ứng dụng.
+ Thủy tinh hữu cơ thường được sử dụng làm chất thay thế (không vỡ và
nhẹ)cho thủy tinh , ví dụ làm vỏ hộp đèn ở xe cộ hoặc kính bảo hộ , kính chắn
gió máy bay,cửa sổ trần nhà.
+ Trong Y tế công nghệ và cấy ghép :Cấy ghép xương giả, làm kính áp
tròng,răng giả,phẫu thuật thẫm mỹ(làm giảm nếp nhăn hay vết sẹo vĩnh viễn).
+ Sử dụng nghệ thuật và thẫm mĩ : làm đồ nội thất, làm sơn,đồ trang sức.
+ Ứng dụng khác : đèn led chiếu sáng,dĩa CD,DVD.[2].

5.4 Giá thành và sản lượng.[6]
Hiện nay nước ta vẫn phải nhập khẩu hạt nhựa PMMA nguyên sinh
để sản xuất vật liệu. Tính đến ngày 29/10/2010 giá thành nhựa PMMA tại
Việt Nam được nhập khẩu từ các hãng của Đài Loan và Hàn Quốc là
43.000
đ
/kg.
Giá thành nhập khẩu nhựa PMMA là:
1. R001 nhựa hạt trong suốt PMMA VH001: 2,43 USD/kg HQ
2. R003 nhựa hạt màu đỏ PMMA VH 121: 2,71 USD/kg HQ
3. Hạt nhựa PMMA VH083T013 Smoke 5,2 USD/kg HQ


16



6. Poly stiren(PS)
6.1.Định nghĩa. [4]
Poly stiren(PS) là polime được tổng hợp từ mono stiren(SM), có thể
trùng hợp bằng phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp nhũ tương hoặc huyền

phù.
+Nguyên liệu để sản xuất PS là Styren có công thúc phân tử là. C8H8.

6.2 Tính chất của PS.[3]

PS là chất dẻo, trong suốt, cứng , không mùi , khi cháy có nhiều khói.
Vì PS có nguyên tử H ở C bậc 3 linh động nên dễ tham gia phản ứng o xi
hóa vì thế PS nhanh bị lão hoá trong không khí khi có ánh sáng trực tiếp.Vòng
benzen có thể tham gia phản ứng sunfo hoá, nitro hoá…
-PS không phân cực do đó bền với các hoá chất phân cực và phân cực
mạnh.

6.3 Ứng dụng của PS. [7]

+ PS đươc làm vật liệu cách điện (điều kiện không tải hoặc tải trọng bé và
tĩnh).
+ Làm các sản phẩn khác dùng trong dân dụng và công nghiệp phải biến
tính bằng cách hoá dẻo hoặc đòng trùng hợp với các monomer khác.
+ PS xốp được dùng làm vỏ đựng máy khi vận chuyển, cách âm và nhiệt
thấp trong xây dựng.

6.4 Sản lượng và giá thành.[6]

٭Trong nước chưa có dự án sản xuất PS nhưng đến nay công ty Poly
stiren đã đầu tư dây chuyền sản xuất dự kiền 11\2011 sẽ đưa vào sản xuất vòi
công suất khoảng 4.000 tấn\tháng (công suất thực tế của dây chuyền đạt
6.000tấn\tháng) đáp ứng 100% nhu cầu về PS trong cả nước.
٭ Giá thành:
+Giá nhập khẩu PS hiện nay khoảng 1.500-1.700USD/ tấn.
+Giá bán PS trong nước khoảng 1.820USD/tấn.

17



III. Sơ lược về nhựa PVC.[1]
1. Lịch sử phát triển.
1 1. PVC trên thế giới
PVC có quá trình phát triển hơn 100 năm nay. Năm 1835 lần đầu tiên
nhà hóa học Liebig đã tổng hợp được vinylclorua. Vào năm 1872 Baumann lần
đầu tiên tổng hợp ra PVC. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở
Mỹ và Đức. Tuy nhiên, đến năm 1937 PVC mới được sản xuất trên quy mô
công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức. Nếu như năm 1947 lượng PVC tiêu thụ ở
Anh là khoảng 6.600 tấn, thì 10 năm sau là 66.000 tấn. Năm 1979 Anh tiêu
thụ hơn 440.000 tấn PVC, còn năm 1990 là 615.000 tấn .Sự tăng trưởng và
phát triển kinh tế là yếu tố quyết định đến nhu cầu tiêu thụ PVC.

Bước sang thế kỷ 21nhu cầu PVC lớn hơn nhiều so với dự báo. Sản lượng
PVC của thế giới năm 2006 đạt tới hơn 32 triệu tấn và mức tăng trưởng trong
giai đoạn 2001-2006 là hơn 5% năm.Dự kiến đến năm 2012, công suất PVCcủa
thế giới sẽ đạt 50 triệu tấn/năm. Khu vực châu Á được dự báo dẫn đầu thế giới
với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hàng năm là khoảng 7%/ năm trong giai
đoạn từ nay đến những năm 2010 và đến năm 2012 sẽ chiếm 50% tổng công

suất của thế giới, trong đó cao nhất là Trung Quốc, tiếp đến Malaysia, Việt
Nam và Ấn độ

Đơn v
ị:1.000 tấn


Bảng 1:Sản Lượng PVC trên thế giới.


STT

Khu vực 1991 2001 2006 2011
1 Tây Âu 6.030 5.500 5.800 6.100
2 Trung Âu 2.440 500 700 1.000
3 CIS 300 800 1.700
4 NAFTA 6.090 6.500 7.300 7.800
5 Nam Mỹ 940 1.100 1.500 1.600
6 Châu phi-Trung Đông 830 1.400 2.100 2.700
7 Châu Á-Châu Đại Dương 5.860 10.600 14.600 19.800
Cộng: 22.190 25.900 32.800 40.700
18



1.2. PVC ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cho đến những năm sáu mươi của thế kỷ trước PVC
cũng như các chất dẻo khác vẫn còn xa lạ với hầu hết mọi người. Trong
những năm 1959 – 1962, tại nhà máy hóa chất Việt Trì, Trung Quốc đã
giúp ta xây dựng một dây chuyền sản xuất PVC bằng công nghệ đi từ

cácbua canxi (đất đèn -CaC
2
) qua axetylen (CH≡CH) với công suất thiết kế
ban đầu là 350 tấn/năm, sau đó đến lên 500 tấn/năm. Sau 9 năm vận hành
do công suất quá nhỏ, công nghệ lạc hậu,năng suất thiết bị thấp (trung
bình khoảng trên 30%), sản phẩm có chất lượng không ổn định và nhất
là giá thành quá cao(hơn nhập khẩu nhiều lần) người ta đành phải dẹp
bỏ.

Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam lúc ấy được hiểu là công
nghiệp gia công chế biến nhựa. Tất cả các loại nhựa (trong đó có PVC)
đều phải nhập khẩu. Những sản phẩm nhựa thời kỳ này vừa đơn điệu về
mẫu mã lại thiếu chủng loại và số lượng. Chính vì vậy, trong những
năm đầu của thập kỉ 80,hàng nhựa của nước ngoài tràn ngập thị trường
Việt Nam.
Bắt đầu từ những năm 1990, tức là từ khi đất nước bước vào thời
kỳ đổi mới, ngành công nghiệp này mới thực sự có sự bứt phá và hơn
mười năm trở lại đây đã dành lại được thị trường trong nước. Không
những thế hang nhựa Việt Nam đang từng bước vươn ra thị trường quốc
tế và khu vực. Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm nhựa đã
vượt 500 triệu USD và đạt khoảng 1 tỉ USD vào năm 2010.Tuy nhiên với
việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập thì khả năng cạnh
tranh của sản phẩm nhựa Việt Nam là rất yếu, nhất là trong giai đoạn
toàn cầu hóa hiện nay.
Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với
sự hiện diện của liên doanh TPC Vina (tiền thân là Mitsui Vina). Đây là liên
doanh giữa Công ty Cổ phần Nhựa và Hóa chất Thái Lan (TPC), Tổng Công
ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Công ty Nhựa Việt Nam (Vinaplast).

19



Như vậy, cho đến năm 2010 - 2011 và cả các năm sau đó, Việt Nam vẫn còn
phải nhập khẩu PVC nếu như ngay từ bây giờ không có nhà đầu tư nào quan
tâm đến lĩnh vực này.

IV. Sản xuất PVC trong công nghiệp.[1]

1.Nguyên liệu
1.1.Monome vinyclorua(MVC).CH2=CHCl.
Mặc dù đã được biết đến từ hơn 100 năm nhưng Vinylclorua (VC) chỉ
trở thành một hóa chất quan trọng vào những năm 20 và 30 của thế kỷ trước,
khi sản phẩm trùng hợp của VC cho ta Polyvinylclorua (PVC) với nhiều ứng
dụng khác nhau. Dưới đây là một vài tính chất hóa lý của MVC:

•
Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, MVC là một chất khí không
màu dễ cháy, dễ nổ.
•
Nhiệt độ nóng chảy: -153,7
0
C

•
Nhiệt độ sôi: - 13,9
0
C

•
Tỉ trọng hơi: 2,15 (không khí = 1)

Để thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quản, MVC thường được nén
ở áp suất khoảng 3
kg/cm
2
.
Tại áp suất này MVC là một chất lỏng trong suốt,
không màu,có tỉ trọng 0,92 g/ml (ở 25
0
C).

MVC tan rất ít trong nước,dễ hoà tan trong các dung môi hữu cơ.

20


1.2 Một số thông số kỹ thuật của MVC:
Vinyl clorua, hàm lượng tối thiểu: 99,99%
Axit clohydric (HCl), tối đa: 1 ppm
Sắt (Fe), tối đa: 1 ppm
Hợp chất axetylen, tối đa: 10 ppm
Hợp chất
clorua(Cl
-
),
tối đa: 100 ppm
Nước, tối đa: 100 ppm

1,3-Butadien,
tối đa: 10 ppm
Chất ức chế, tối đa: 5
ppm
Chấ
t không bay hơi, tối đa : 5 ppm
1.3 Tổng hợp MVC.
*Từ axetilen.
CH ≡CH + HCl → CH
2
= CHCl (1)
I
*Từ ethylen (II) quá trình xảy ra theo hai bước: Trước tiên là clo hóa
ethylen để tạo ra 1,2- ethylen- diclorua(EDC-III), tiếp theo là nhiệt phân EDC
thành MVC và axit HCl :
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
→ CH
2
Cl – CH
2
Cl (2)
II III


CH

2
Cl – CH
2
Cl →CH
2
= CHCl + HCl
(3)


Như vậy, chỉ một nửa phần tử Clo tham gia vào phản ứng để tạo thành
MVC, nửa còn lại tạo thành HCl. Lượng HCl này đôi khi không có nơi tiêu thụ
đòi hỏi phải xử lý rất tốn kém.

21


Có nhiều hướng để khắc phục vấn đề của HCl. một trong những hướng đó
là sử dụng kết hợp cả axetilen và ethylene, khi ấy HCL đề hydroclo hóa axetilen
tức là kết hợp các phản ứng (1), (2), (3)
H-C≡C-H + CH2=CH2 + Cl2 = 2 CH2=CHCl (4)
*Sơ đồ khối của quá trình trên.



Quy trình tổng hợp MVC từ acetylen và ethylen

Ngày nay, do yếu tố kinh tế trong quá trình tổng hợp acetylen (đi từ than
cốc, đá vôi với
bướ
c

trung
gian là cácbua can xy - CaC
2
- cần rất nhiều
năng lượng) nên hầu hết các nhà sản xuất đã sử dụng HCl dư này để oxy -
clo hóa ethylen với sự có mặt của xúc tác:

CH
2
= CH
2
+ 2HCl + ½ O
2
→ CH
2
Cl – CH
2
Cl + H
2
O (5)
Kết hợp cả 3 phản ứng (2), (3) (lấy hệ số 2) và (5) ta có:
2 CH
2
= CH
2
+ Cl
2
+ ½ O
2
→ 2 CH

2
= CHCl + H
2
O (6)
22




Sơ đồ qúa trình sản xuất MVC kết hợp oxyclo hóa ethylene

2.Phản tổng hợp PVC.
2.1. Phản ứng trùng hợp.

n CH
2
= CHCl → (- CH
2
– CHCl -)
n (7)

Trong công nghiệp, PVC được tổng hợp bằng cách polyme hóa monome
vinylclorua (MVC)
vớ
i
xúc
tác (phản ứng (1)). Ở điều kiện phản ứng, xúc tác
sẽ phân hủy, tạo thành những gốc tự do có một electron không cặp đôi.
Electron này có hoạt tính cao. Nó tham gia vào phản ứng tách liên kết đôi của
MVC để tạo ra một gốc tự do mới hợp thành bởi gốc ban đầu và phân tử

MVC. Đến lượt, gốc tự do mới này lại phản ứng với một phân tử MVC khác.
Quá trình lập lại nhiều lần tạo ra một đại phân tử bao gồm nhiều phân tử
monome VC được gọi là quá trình trùng hợp (hay polyme hóa. Số lượng phân
tử MVC có trong đại phân tử PVC được gọi là độ trùng hợp. Độ trùng hợp
phụ thuộc vào điều kiện phản ứng trùng hợp. Xúc tác quá trình polyme hóa là
những chất có khả năng tạo gốc tự do như các peroxit, peraxit, perester, hợp
chất azo….

2.2.Các bước của quá trình trùng hợp.

Quá trình trùng hợp gồm các bước sau:

•
Phản ứng khơi mào

•
Phản ứng lan truyền




23




•
Phản ứng chuyển mạch

•

Phản ứng ngắt mạch (kết thúc)
a. Phản ứng khơi mào:

Phản ứng khơi mào xảy ra khi chất xúc tác hay còn gọi là chất khơi mào
(I*) phân hủy thành gốc tự do (R.), gốc tự do này tác dụng với một phân tử
MVC tạo ra một gốc tự do mới.

I* → 2R. (8)




H
Cl

׀
׀
R. + CH
2
= CHCl → R – C –
C.

׀



׀
(9)

H

H

(IV)

b. Phản ứng lan truyền.

Là phản ứng tiếp theo, trong đó nhiều đơn vị monome được thêm vào
gốc hoạt động (IV) để cho một gốc tự do mới có mạch phân tử lớn hơn (V):


H Cl H Cl H Cl
׀ ׀ ׀ ׀ ׀ |
R – C – C. + CH
2
= CHCl → R – C – C – C – C.
(10)

׀ ׀ ׀ ׀ ׀ |
H H H H H H
(V)
c. Phản ứng chuyển mạch:


Ở bước chuyển mạch, một gốc tự do có mạch phân tử lớn (VI) tự kết
thúc phản ứng bằng cách tác dụng với một phân tử monome để cho một đại
phân tử (VII) và một gốc tự do mới (VIII). Gốc này sau đó khởi động một
phản ứng lan truyền khác.

H Cl H Cl

׀ ׀ ׀ ׀
R’ – C – C. + CH
2
= CHCl → R’ – C – C – H + CH
2
= C.Cl (11)
׀ ׀ ׀ ׀
H H H H
(VI) (VII) (VIII)
24



hoặc:

H Cl H Cl
׀ ׀ ׀ ׀
R’ – C – C. + CH
2
= CHCl → R’ – C – C – Cl + CH
2
= C.H (12)
׀ ׀ ׀ ׀
H H H H
(VI) (VII’) (VIII’)


hoặc:

H Cl Cl
׀ ׀ ׀
R’ – C – C. + CH
2
= CHCl → R’ – C = C – H + CH
3
–.CHCl (13)
׀ ׀ ׀
H H H

d.Phản ứng kết thúc:

Phản ứng kết thúc khi các mạch ngừng phát triển cùng với việc t
ạo
thành
sản phẩm cuối cùng. Quá trình này có thể xảy ra bằng:

•
Phản ứng bất cân xứng:


R’CH
2
-C.HCl + R’CH
2
-C.HCl → R’CH = CHCl + R’CH
2
-CH
2

Cl (14)

hoặc

•
Phản ứng kết hợp:

R’CH
2
-C
.
.HCl + R’CH
2
-C.HCl →
R’CH
2
-CHCl
- CHCl – CH
2
R’ (15)


2.3. Một số yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng trong tổng hợp PVC.
a. Nhiệt độ phản ứng:
Qua nghiên cứu và thực tiễn, người ta rút ra kết luận là khối lượng phân
tử của polyme được quyết định bởi nhiệt độ phản ứng. Vì vậy, một khi khối
lượng phân tử của PVC đã được lựa chọn thì chúng ta ít có khả năng thay đổi
nhiệt độ.
25

Nhiệt độ phản ứng càng cao khối lượng phân tử càng thấp và ngược l
ạ
i.
Trong
thực tế nhiệt độ phản ứng tổng hợp PVC được lựa chọn trong
khoảng từ 35 – 70
o
C.
b. Tác nhân chuyển mạch:

Như đã nói ở trên, trong trường hợp cần polyme có khối lượng phân tử
nhỏ thì phải chọn nhiệt độ phản ứng cao. Tuy nhiên, nhiệt độ cao thì khó
khống chế tốc độ phản ứng và có nguy cơ gây nổ do
áp

suấ
t tạo ra trong quá
trình trùng hợp. Áp suất cao cũng đòi hỏi thiết bị phản ứng phải có độ dày
lớn, gây tốn kém và giá thành cao.
Để khắc phục nhược điểm trên trong thực tế người ta thêm vào quá
trình phản ứng một số hóa chất có tác dụng điều chỉnh khối lượng phân tử
theo ý muốn ở nhiệt độ vừa phải,
gọ
i là tác nhân chuyển mạch. Đó là các
hợp chất hữu cơ có chứa clo hoặc mercaptan. Những tác nhân chuyển mạch
khi thêm vào cũng sẽ làm chậm tốc độ phản ứng một cách đáng kể, thậm
chí với nồng độ cao, chúng có thể làm ngừng quá trình polyme hóa. Mặt
khác các tác nhân chuyển mạch cũng làm giảm độ tinh khiết của polyme, do

đó chỉ nên sử dụng chúng khi thật cần thiết.
c. Chất khơi
mào


Mặc dù phản ứng trùng hợp của MVC đầu tiên phát hiện nhờ tác dụng
khơi mào của ánh sáng, nhưng trong công nghiệp, người ta chỉ sử dụng các
tác nhân khơi mào là hóa chất. Các nhóm
chấ
t
chính
thường được sử dụng
nhất là các peroxit hữu cơ và các hợp chất azo, như:
Benzoyl peroxit, lauroyl peroxit, caproyl peroxit, t-butyl perpivalat,
2,4-dicloobenzoyl peroxit, di-izopropyl peroxydicacbonat, 1,1-azo-bis-
isobutyrat

Các gốc tự do từ peroxit hữu cơ có độ hoạt động rất mạnh so với từ hợp
chất azo. Các hợp chất azo lại có giá cao hơn các peroxit hữu cơ. Chính vì vậy
trong thực tế, peroxit hữu cơ được dùng phổ biến hơn nhiều. Trong một vài
trường hợp, do yêu cầu cụ thể có thể dùng hỗn hợp chất khơi mào để cho
polyme có khối lượng phân tử khác nhau.

3.Các phương pháp sản xuất PVC
Các phương pháp trùng hợp được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuất
PVC
٭Trùng hợp khối:là phương pháp đơn giản để sản xuất PVC ,nhưng PVC
tạo thành được hòa tan trong pha vinyl cloru