bài tiểu luận hoá học cao phân tử tìm hiểu về buradien-1,3 và 2-metylbutadien-1,3

TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
TỔ HỮU CƠ - KHOA HÓA

TIỂU LUẬN MÔN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ
NHÓM 6: TÌM HIỂU VỀ BUTADIEN- 1,3 VÀ 2- METYLBUTADIEN-1,3
Giáo viên bộ môn : Phan Thảo Thơ
DANH SÁCH THÀNH VIÊN TRONG NHÓM:
1. Võ Thị Ngọc Hiếu.
2. Nguyễn Thị Thu Hiến.
3. Lê Thị Bích Ngọc.
Đà Nẵng tháng 10/2014
Lời Mở Đầu
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 1
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Ngày nay, những vật liệu được sản xuấ từ cao su chiếm một thị phần rất lớn trên thế
giới đâu cũng cần đến cao su nhưng cây cao su chỉ thích hợp sinh trưởng ở vùng nhiệt đới.
Hơn thế nữa cây cao su sinh trưởng khá chậm, sản lượng cũng không thỏa mãn hết nhu cầu
của con người và con người đã nghĩ ra cách chế tạo cao su nhân tạo. Những năm 20 của thế
kỷ XIX, Faraday và những người khác biết rằng phân tử cao su có liên quan đến iso
valeryldien, đã mở ra cánh cửa đi đến con đường tổng hợp cao su. Nhưng để kết nối các
phân tử iso valeryldien cần có các biện pháp riêng đặc thù. Đến năm 1909, Mendeleep đã
dùng butadien làm nguyên liệu trùng hợp cao su và thu được một loại cao su có tính chất
như cao su thiên nhiên gọi là polybutadien. Đó là cao su tổng hợp nhân tạo có khả năng thay
thế cho cao su thiên nhiên nhưng giá thành cao su polybutadien lúc bấy giờ còn quá đắt.
Năm 1926, Mendeleep dùng cồn chế tạo butadien và dùng butadien tổng hợp nên cao su
butan natri (gọi tắt là cao su Buna ). Những năm sau đó một loạt các thí nghiệm nghiên cứu
về cao su nhân tạo bắt đầu phát triển mạnh và dần áp dụng vào đời sống.
Cho đến ngày nay, công việc nghiên cứu và phát trỉển ngành công nghiệp sản xuất
các loại cao su tổng hợp nói chung và cao su polybutadien, cao su isopren nói riêng vẫn

được các nước trên thế giới quan tâm rất lớn. Vì những tính năng và khả năng ứng dụng
rông rãi của loại vật liệu này. Chính vì vậy việc tìm hiểu về butadien và isopren nói chung
và quá trình điều chế cao su polybutadien, cao su isopren nói riêng là cực kỳ hữu ích.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 2
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Phần I: Tìm hiểu về Butadien-1,3 .
1. Cấu tạo
- CTPT: C
4
H
6
- Khối lượng phân tử: 54,0916 g/mol
- Tên IUPAC : But-1,3-diene
- CTCT:
2. Tính chất vật lý:
- Butadien là chất khí không màu ở điều kiện thường, mùi khó chịu, tạo với không khí
hỗn hợp nổ ( 2,07-11,3%)
- Nhiệt độ sôi: -4,4
0
C
- Nhiệt độ nóng chảy: -108,9
0
C
- Không tan trong nước, nhưng tan kém trong rượu, tan tốt trong các dung môi hữu cơ
như benzene , clorofoc, CCl
4
…
- Không độc lắm, gây kích thích niêm mạc dạ dày, ở nồng độ cao có thể gây mê. Hàm
lượng cho phép là 0,1 mg/l.

3. Tính chất hóa học:
3.1. Phản ứng Oxi hóa:
- Oxi hóa hoàn toàn:
- Oxi hóa không hoàn toàn:
3.2. Phản ứng cộng:
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 3
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Butadien có 2 nối đôi liên hợp có thể tham gia nhiều phản ứng , có thể gắn vào vị trí
nối đôi 1,2 và 1,4 ( sự trùng hợp) và với nhiều chất phản ứng khác để đime hóa hoặc trime
hóa và vòng hóa.
Sự trùng hợp gắn vào vị trí nối đôi 1,2 và 1,4 là phản ứng quan trọng nhất của butaduen.
- Phản ứng cộng H
2
:

- Phản ứng cộng halogen:
• Tỷ lệ 1:1:
• Tỷ lệ 1:2
Chú ý: Ở nhiệt độ thấp cộng vào vị trí 1,2
Ở nhiệt độ cao cộng vào vị trí 1,4
- Phản ứng cộng hidro halogenua:
- Phản ứng trùng hợp:
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 4
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
- Phản ứng tạo vòng:
4. Điều chế:
- Phương pháp điều chế:
 Đề hydro hóa:

Không có xúc tác xảy ra ở nhiệt độ cao, có nhiều sản phẩm phụ như metan, etan…
nếu thêm vào xúc tác như oxid Molipden, Tori, nhôm, kẽm…sẽ làm giảm nhiệt phản
ứng cũng như sản phẩm phụ
 Hydro hóa :
 Tách loại dẫn xuất halogen :
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 5
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
 Đối với ancol :
4.1. Phương pháp phòng thí nghiệm:
- Từ điclobutan
- Nhiệt phân xyclohecxan
- Đehdrat hóa butylglycol-1,3
- Hỗn hợp 15,5g glycol, 67g anhydrite phtalic và benzosulfonic acid đun hồi lưu đến
sôi, khi butadiene tạo thành được thu qua một bình kín, hiệu suất khoảng 29%.
4.2. Phương pháp công nghiệp
Ở các nước Đông Âu, Trung Quốc và Ấn Độ butadiene dược sản xuất từ rượu etanol
qua sự lên men được phát sinh từ những loại men đặc biệt có trong nước đường.
Bằng phương pháp Sergei Lebedev khi cho hơi etanol đi qua xúc tác gồm Magie oxit
và Kaolin với một lượng nhỏ các oxit sắt, titan và kẽm đóng vai trò chất khơi mào và tiêns
hành ở nhiệt độ 400-450
0
C. Hiệu suất thu được tới 50-60% butadiene có chứa khoảng 10%
buten. Xúc tác vừa có tác dụng dehydrat hóa vừa dehydro hóa
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 6
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Một tiến trình khác cũng tạo nên butadiene do nhà hóa học người Nga Ivan
Ostromislensky phát minh. Sự lên men rượu thông thường từ nước đường gốc thực vật như
củ cải đường… đã dẫn đến ancol etylic, etanol bị oxi tạo nên axetaldehid với sự tham gia

của chất xúc tác là tantali-silicon dioxide (SiO
2
) tiến hành ở 325-350
0
C, axetaldehid tiếp tục
tác dụng với etanol tạo butadien.
CH
3
CH
2
OH + CH
3
CHO → CH
2
= CH-CH = CH
2
+ 2 H
2
O
5. Quá trình tinh chế butadiene:
Butadien thô được giao dịch trên toàn cầu và có thể được chế biến bằng một vài cách
khác nhau. Nó có thể được tuần hoàn trở lại lò cracking (có thể cùng hoặc không cùng với
quá trình hydro hoá); hydro hoá để sản xuất dòng giàu isobutylen/1-buten, hoặc tinh chế
thành butadien có độ tinh khiết cao. Một số trong các sản phẩm được sản xuất trong quá
trình chế biến sau butadien thô là: butadien, isobutylen, metyl-tert-butyl-ete (MTBE), 1-
buten, metyl etyl xeton (MEK), sec-butyl alcohol, propylen và alkylat. Butadien được tinh
chế qua quá trình chưng trích ly. Quá trình chưng trích ly cần thiết vì điểm sôi của các cấu
tử của butadien thô rất gần với nhau. Quá trình điển hình bao gồm một hoặc hai bước chưng
cất trích ly, theo sau bởi một hoặc hai bước chưng cất thông thường. Có một vài quá trình
đang sử dụng bao gồm: Hydro hoá axetylen và chưng trích ly sử dụng dung dịch nước

methoxyproprionitrile/fufuran (C
4
H
3
O-CHO).
 Trích ly/chưng cất thông thường sử dụng dung dịch nước n-metyl-2-pyrolidon.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 7
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
 Quá trình trích ly dung môi dimetylformamide (không nước)
 Quá trình tách nước và quá trình trích ly acetonitril.
Trong quá trình chưng trích ly, butadien thô được nạp liệu vào trong tháp mà ở đó nó
được rửa bởi một dung môi trích ly. Phần nhẹ hơn, các cấu tử ít hoà tan (chủ yếu là
butan/buten) đi ra trên đỉnh của tháp được coi như một chất gọi chung là C4 Rafinat 1 hoặc
Raff 1. Sản phẩm đáy của tháp có chứa dung môi trích ly, butadien và một thêm một vài cấu
tử hoà tan khác. Dòng giàu butadien ở đáy này được nạp liệu vào một tháp mà ở đó dung
môi được phục hồi và tuần hoàn trở lại tháp trích ly. Dòng giàu butadien ở trên đỉnh được
đưa đi chưng cất sâu để loại bỏ axetylen và các cấu tử khác. Sau khi loại bỏ các tạp chất
cuối cùng, butadien tinh chế thường > 99.5% butadien. Butadien tinh chế sau đó được đưa
đến bể chứa hydrocacbon nhẹ hình cầu. Một chất ổn định/chất ức chế, thường sử dụng tert-
butyl catechol (TBC), được thêm vào butadien độ tinh khiết cao để ngăn chặn phản ứng
trùng hợp không mong muốn.
6. Điều chế PolyButadien:
Sự
polyme hóa những olefin liên hợp như buta-1,3-dien có thể được thực hiện trực tiếp thông
qua việc lựa chọn những thành phần và tỉ lệ xúc tác để đạt được những polyme chứa một số
lượng ưu đãi những đơn vị cơ cấu cis-1,4-, tran-1,4 hay -1,2-( 3,4-).
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 8
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ

6.1. Quá trình trùng hợp polybutadien.
6.1.1. Trùng hợp dung dịch
6.1.1.1. Trùng hợp anion
Phản ứng trùng hợp anion là phản ứng xảy ra dưới tác dụng của xúc tác mang điện
tích âm, tạo thành trung tâm hoạt động mang điện tích âm. Trùng hợp anion thường được
chia ra thành trùng hợp anion đơn thuần và trùng hợp ion – phối. Mỗi loại xúc tác trong
trùng hợp anion cho ta tỉ lệ sản phẩm polibutadien khác nhau.
a. Xúc tác Litium kim loại
Litium kim loại cực kì hữu dụng trong việc trực tiếp polime hóa buta-1,3-dien thành
những polyme chứa phần lớn những đơn vị cơ cấu -1,4 Xúc tác litium được sử dụng dưới
dạng phân tán trong dầu hỏa hay trong những hidrocacbon trơ như parafin.
Dung môi được sử dụng trong quá trình polyme hóa có thể là ete dầu hỏa, n-pentan,
ciclohexan…Những hợp chất hữu cơ chứa oxi như este, dioxan … được tách khỏi hỗn hợp
vì chúng ảnh hưởng tới cấu trúc polyme.
Sự polyme hóa được thực hiện trong một bầu không khí heli hay argon ở nhiệt độ từ
0
0
C hay thấp hơn, đến 100
0
C. Khối lượng phân tử và tỷ lệ của những polime có cơ cấu cis-
1,4- tăng khi nhiệt độ của sự polime hóa giảm. Tuy nhiên, giai đoạn cảm ứng gia tăng và tốc
độ phản ứng giảm khi nhiệt độ giảm thấp. Nồng độ xúc tác cũng có thể thay đổi từ 0,001
tới 1% khối lượng của của monome, lượng xúc tác càng lớn thì tốc độ polyme hóa càng
nhanh và khối lượng phân tử của chất polime thu được càng thấp. Hỗn hợp phản ứng đi qua
một giai đoạn làm gia tăng bề dày và trở nên rắn trong khối polyme hay ở dạng keo trong
dung dịch polime hóa. Chất xúc tác sẽ được khử bằng nước, rượu và một chất chống oxi
được thêm vào nhằm làm giảm thiểu sự hủy hoại polime.
b. Xúc tác là các hợp chất cơ kim
Dưới tác dụng của hệ xúc tác cơ kim kali và natri sản phẩm polyme được phần lớn là
poli-1,2-butadien.

LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 9
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
nCH
2
CH CH
CH
2
KR hay NaR

CH
2
CH CH
2
CH CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH

CH
CH
2
CH
CH
2
CH
CH

2
Nhưng dưới tác dụng của xúc tác cơ kim liti (LiR) trong môi trường không phân cực
polime tạo thành có cấu hình cis – 1,4 đến 90%.
Trong môi trường phân cực với sự tham gia của hệ xúc tác (LiR) ảnh hưởng của kim
loại đến quá trình trùng hợp giảm nhiều do sự hình thành phức kim loại – dung môi.
c.

CH
2
CH CH
CH
2
CH
2

CH
2
CH CH
CH CH
CH
2
CH
2
Trùng hợp dưới tác dụng của xúc
tác ZIEGLER-NATTA -Trùng hợp đặc thù lập thể
Xúc tác Ziegler-Natta gồm 2 thành phần:
 Thành phần thứ nhất là các muối halogen (đặc biệt Clorua) kim loại chuyển tiếp từ
nhóm IV đến nhóm VI trong bảng hệ thống tuần hoàn. Trong đó đặt biệt hơn cả là
TiCl
4

, TiCl
3
, CoCl
2
, NiCl
2
, VCl
4
…
 Thành phần thứ hai là các hợp chất cơ kim, kim loại nhóm I – III có công thức
chung:
 KLR
 KL ( Li, Na, K, Ca,…Al…)
 R là ankyl ( R là –C
2
H
5
, –C
4
H
9
)
Trong việc kết hợp với trialkil nhôm như chất đồng xúc tác, sự thay thế tetraclorua
titanium bằng tetraiodua hay alkoxid chuyển hóa một lượng đáng kể trans-1,4-polybutadien
lần lượt thành cis-1,4-polybutadien và cơ cấu -1,2 Mặc khác hệ xúc tác trietil nhôm
tetraflourua titanium đã thất bại trong việc polyme hóa butadien . Trong sự kết hợp với
tetraclorua titanium như thành phần của xúc tác Ziegler, sự thay thế alkyl nhôm bằng hidrua
nhôm litium chuyển hóa cơ cấu trans-1,4- thành cơ cấu -1,2 Sự thay thế alkyl nhôm bằng
hidrua nhôm litium trong thành phần xúc tác chứa tetraiodua titanium chuyển hóa cis-1,4-
thành trans-1,4

LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 10
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
6.1.2. Trùng hợp nhũ tương
Trong công nghiệp người ta điều chế cao su Buna bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương với sự có mặt của epoxit.
Một hệ nhũ tương điển hình thường chứa nước, các monome, chất khơi mào, chất
nhũ hoá (xà phòng) và chất điều chỉnh khối lượng phân tử. Sau khi khuấy trộn mạnh, một
hệ nhũ tương bao gồm các giọt monome phân tán trong pha nước được tạo thành. Pha nước
chứa chất khơi mào, các giọt monome phân tán và các mixen được hình thành từ chất nhũ
hoá. Tâm khơi mào gốc, được hình thành trong pha nước, khuếch tán vào trong các mixen
nơi quá trình polyme hoá diễn ra. Các hạt polyme hình thành trong các mixen sau đó có xu
hướng hấp thụ monome từ pha nước bao quanh bởi các monome trong vùng lân cận của các
hạt polyme đã được tiêu thụ bởi quá trình polyme hoá. Tiếp tục hấp thụ các monome dẫn
đến sự phát triển của các hạt polyme và sự tiêu thụ các giọt monome. Khi các hạt polyme
phát triển, chất nhũ hoá hấp phụ lên diện tích bề mặt ngày càng tăng và cuối cùng dẫn đến
sự biến mất của các mixen xà phòng cũng như pha các giọt monome. Một cách tương đối
nhỏ polyme được cho là hình thành trong pha nước hoặc trong pha các giọt monome.
Trong một quá trình liên tục, butadien, xà phòng, chất khơi mào, và chất hoạt hoá
(một tác nhân phụ trợ khơi mào) được bơm liên tục từ bể chứa qua một chuỗi các thiết bị
phản ứng có khuấy ở tốc độ nào đó sao cho độ chuyển hoá mong muốn sẽ đạt được ở thiết
bị phản ứng cuối cùng. Một thiết bị kết thúc được thêm vào, cao su được làm ấm bởi hơi
nước và butadien không phản ứng chảy ra ngoài. Sau khi bổ sung chất chống oxi hoá, cao
su được đông tụ lại bởi sự bổ sung nước muối, sau đó là axit sulfuric loãng hoặc nhôm
sulfat. Các hạt đông tụ được rửa sạch, làm khô và đóng kiện để vận chuyển
6.1.3. Quá trình trùng hợp pha khí
Trùng hợp pha khí là quá trình mới nhất trong các quá trình trùng hợp thương mại
các dien liên hợp. Mặc dù chủ yếu được sử dụng cho quá trình trùng hợp các monome
etylen và propylen, các quá trình pha khí thương mại đang được mở rộng để bao gồm quá
trình sản xuất polybutadien. Nhiều nhà sản xuất polyme đã báo cáo nghiên cứu các quá trình

pha khí cho các monome dien, và một số đã thành lập các danh mục cấp bằng sáng chế đáng
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 11
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
kể bao gồm Amoco, Bayer, Exxon, Mitsui, và Union Carbide. Cho đến ngày nay, Bayer
dường như là gần nhất với việc thương mại hoá một quá trình pha khí để sản xuất cao su
polybutadien.
Những lợi ích có mục đích của công nghệ pha khí bao gồm giảm toàn bộ các dòng
thải, bao gồm không nước thải, chất thải rắn thấp hơn, và giảm toàn bộ khí thải.
Các chất hoá học được sử dụng trong công nghệ pha khí sử dụng xúc tác Ziegler-
Natta và xúc tác single-site (metallocene). Trong hệ thống pha khí, tuy xúc tác thường là
chất mang rắn, nhưng tạo ra cùng một khoảng cấu trúc vi mô polybutadien vốn gắn liền với
xúc tác không có chất mang.
6.2. Quy trình điều chế và tổng hợp polybutadien:
Sự hình thành của cao su polybutadiene gồm 5 bước cơ bản sau: (1) tinh chế
butadiene và dung môi; (2) phản ứng; (3) cô đặc; (4) loại bỏ dung môi; (5) sấy khô và thành
phẩm. sơ đồ ở hình 5-2 chỉ ra quá trình này.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 12
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
 Bước 1: nguyên liệu và dòng hồi lưu butadiene được làm khô và tinh chế thành
butadiene nguyên liệu, còn dung môi được sử dụng là hexane và xiclohexane cùng
với dòng dung môi hồi lưu được tiến hành làm khô.
 Bước 2: dòng butadiene tinh chế và dung môi khô ở trên được làm nguyên liệu cho
lò phản ứng, ở đây quá trình polymer hóa diến ra. Với 1 dung dịch, 1 chất xúc tác ví
dụ như là Li, Na, Co, K,…Hiệu suất chuyển đổi của quá trình này có thể đạt tới 98%.
 Bước 3: sản phẩm của quá trình polymer hóa làm nguyên liệu cho quá trình cô đặc.Ở
đây hầu hết butadiene chưa phản ứng được tách và hồi lưu lại cùng tính chế
butadiene ở khu vực 1. Sản phẩm của quá trình cô đặc là polybutadiene hòa tan trong
dung môi, thường được gọi là “xi măng”. Dòng xi măng ra khỏi thiết bị cô đặc chứa

không đáng kể butadiene.
 Bước 4: xi măng được tách ra khỏi dung môi, dung môi sau khi được tách sẽ hồi lưu
lại khu vực tinh chế dung môi.
 Quá trình tách xảy ra nhờ sự tiếp xúc trực tiếp với hơi nước, kết quả là các
polybutadiene được sấy khô thành các mảnh vụn, được nén lại và đóng gói ở phân
đoạn 5. Quá trình này được chạy liên tục.
7. Sự lưu hóa cao su
Cao su khi chưa lưu hóa sẽ có các khuyết điểm sau: kém bền, kém đàn hồi, dễ chảy
dính khi nhiệt độ cao và cứng giòn ở nhiệt độ thấp.
Chế hoá cao su với một lượng nhỏ lưu huỳnh (3-4%) ở nhiệt độ trên 100 độ, tạo ra
những cầu nối phân tử S-S giữa các phân tử polime hình sợi của cao su. Cao su sau khi lưu
hoá là những phân tử khổng lồ, chúng có cấu trúc mạng không gian. Cao su có tính đàn hồi,
bền, lâu mòn, khó tan trong các dung môi hữu cơ hơn cao su không lưu hoá.
Tác dụng chính của lưu hóa cao su là phản ứng khâu mạch tạo thành liên kết sunfua
giữa các phân tử khi nối đôi bị bẻ gãy, liên kết sunfua có thề hình thành theo nhiều cách
khác nhau :

CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH CH CH
2
CH

2
CH CH CH
2
+
2S
CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH CH CH
2
S
CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH CH CH
2
S
Nối đôi bị bẻ gãy :
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 13
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ

CH
2

CH CH CH
2
S
CH
2
CH CH CH
2
+
H
2
S
CH
2
CH CH CH
2
CH
2
CH CH CH
2
+
2S
Phản ứng thế nguyên
tử hidro và tạo sản phẩm phụ hidro sunfua :

CH
2
CH CH CH
2
CH
2

CH CH CH
2
+
S
CH
2
CH
CH
2
CH
CH CH
2
S
CH CH
2
Lưu huỳnh tác
dụng tạo vòng 5 cạnh chứa lưu huỳnh :
Để tăng tốc độ lưu hóa, tăng hiệu suất lưu hóa người ta cho thêm một số chất gọi là xúc
tác tiến :
R
2
N C
S
S
2
Zn
 Thiuramsunfua :
R
2
N C

S
S S C
S
NR
2
 Đithiocacbanat :

S
N
C S
n
Zn
Bensthiazol :
8. Ứng dụng của polibutadien:
Polybutadien được sử dụng làm lốp xe, và phần lớn là sử dụng kết
hợp với các loại polymer khác như cao su thiên nhiên.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 14
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Độ ma sát của lốp xe trên băng vào mùa đông có thể được cải thiện bằng cách sử dụng hàm
lượng polybutadien cao trong hỗn hợp cao su mặt lốp.
Ở các ứng dụng khác, cao su butadien được sử dụng trong hỗn
hợp cao su, nhằm mục đích tăng tính chịu mài mòn và độ uốn
dẻo ở nhiệt độ thấp của sản phẩm, ví dụ như giày, băng tải, dây
đai.
Khoảng 25% của polybutadiene sản xuất được sử dụng
để cải thiện các tính chất cơ học của nhựa, đặc biệt là tác
động cao polystyrene(HIPS) và một mức
độ ít hơn acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
Ngoài ra polybutadien còn dùng để sản xuất bóng golf, việc

sản xuất bóng golf tiêu thụ khoảng 20.000 tấn Polybutadiene
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 15
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
mỗi năm.
Cao su Polybutadiene có thể được sử dụng
trong các ống bên trong của vòi phun nước cho phun
cát, cùng với cao su tự nhiên. Ý tưởng chính là
để tăngkhảnăng phục hồi.
Cao su này cũng có thể được sử dụng trong các tấm
lót đường sắt, các khối cầu, vv.
Cao su Polybutadiene có thể được pha trộn với cao su nitrile để
chế biến dễ dàng. Tuy nhiên tỷ lệ lớn sử
dụng có thể ảnh hưởng đến sức đề kháng dầu caosu nitrile.
Phần II. Tìm hiểu về 2-metylbutadien-1,3.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 16
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
1. Cấu tạo
- CTPT: C
5
H
8
- Khối lượng phân tử: 68.12 g · mol
-1
- Tên IUPAC : 2-methylbuta-1,3-diene
- Tên thị trường
- CTCT
2. Tính chất vật lý:
- Là chất lỏng không màu ở điều kiện thường, dễ cháy nổ, dễ bay hơi ở nhiệt độ 34

0
C,
tan hầu hết trong các dung môi Hydrocacbon tuy nhiên không tan trong nước, có thể
tạo hỗn hợp đẳng phí với nhiều chất khác nhau như nước, methanol, axeton,
axetonitril, etyl ete…
- Khối lượng riêng: 0,681g/cm
3
- Nhiệt độ nóng chảy: -143,95
0
C
- Nhiệt độ sôi: 32,6
0
C
- Điểm bốc cháy: -48
0
C
- Nhiệt độ tự bốc cháy: 220
0
C
- Độc hơn Butadien-1,3
3. Tính chất hóa học:
- Do trong phân tử isoprene có chứa các lien kết đôi do vậy nó có thể tham gia nhiều
phản ứng khác nhau đặc trưng của các hợp chất không no như phản ứng cộng, phản
ứng oxy hóa và phản ứng trùng hợp
3.1. Phản ứng Oxy hóa:
3.2. Phản ứng cộng:
3.2.1. Phản ứng cộng phân cực:
 Cộng Halogen:
- Phụ thuộc vào điều kiện phản ứng có thể xảy ra cộng một phân tử hay hai phân tử.
Cộng một phân tử sản phẩm cộng chủ yếu là cộng 1,4

LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 17
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
 Cộng HX:
 Cộng H
2
O:
 Cộng H
2
S:
 Cộng HOX:
3.2.2. Phản ứng cộng không phân cực:
 Cộng H
2
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 18
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
3.3. Polyme hóa:
4. Điều chế
Isopren có thể tổng hợp từ :
- Phương pháp tách isopren từ phân đoạn C5 bằng quá trình cracking hơi nước
- Phương pháp dehydro hóa isopentan
- Phương pháp dehydro hóa isoamyl
- Phương pháp đi từ axetilen và axeton
- Phương pháp đi từ isobuten và focmandehit
- Phương pháp Isome hóa Propylen
4.1. Quá trình dehydro hóa Isopentan
Isopentan chiếm một lượng lớn trong trong phân đoạn C5 từ quá trình cracking hơi
nước, isopren có thể được sản xuất bởi từ n-pentan
4.2. Quá trình dehydro hóa isoamyl

Phân đoạn Naphta của quá trình cracking xúc tác bao gồm 30 – 40% isoamylen 2 –
metyl 1- buten và 2- metyl 2-buten ,bằng quá trình chiết 2 bậc (2 bước) chúng có thể đạt độ
tinh khiết 95-99%.
- Đầu tiên là với dung môi axit sunfuric
- Sau đó bằng các HC như n-C7, hoạt động trên pha lỏng trong bước 1, sau đó
được thu hồi lại bằng quá trình chưng đơn giản.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 19
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Liên kết đôi được isome hóa trong suốt quá trình này, bởi vậy hỗn hợp sản phẩm cuối
cùng chứa ~ 90% 2-mety 2-buten và 10% 2metyl – 1buten. Cả 2 isome này đều có thể được
dehydro hóa tạo isopren bằng phương trình:
CH
2
=C(CH
3
)-C
2
H
5
hoặc (CH
3
)
2
-C=C
2
H
5
-> CH
2

=C(CH
3
)-CH=CH
2
+ H
2
Sự chuyển hóa này tương tự như quá trình từ Buten thành Butadien được đưa ra bởi
Shell với sự có mặt của hơi nước, trên xúc tácFe
2
O
3
/Cr
2
O
3
/K
2
CO
3
ở nhiệt độ khoảng 600
o
C.
4.3. Sản xuất isopren từ axetilen và axeton
Nguyên liệu sử dụng trong công nghệ này là axetilen và axeton. Các bước chính của quá
trình chuyển hóa như sau:
• Phản ứng cộng:
CH
3
-CO-CH
3

+ C
2
H
2
→ (CH
3
)
2
C(OH)CCH ∆H
298
o
=-63 kJ/mol
(metylbutynol)
• Hydro hóa chọn lọc:
(CH
3
)
2
C(OH)CCH + H
2
→ (CH
3
)
3
C(OH)CHCH
2
∆H
298
o
= -167kJ/mol

• Dehydrat hóa
(CH
3
)
3
C(OH)CHCH
2
→ CH
2
=C(CH
3
)-CH=CH
2
∆H
298
o
= 33 kJ/mol
Phản ứng cộng hợp được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ từ 10-40
o
C, áp suất 2.10
6
Pa (20
atm), chất xúc tác là dung dịch kali cacbonat ( K
2
CO
3
). Quá trình xảy ra trong dung dịch
(môi trường) NH
3
lỏng, lượng axetilen dư (2/1) để ngặn chặn sự hình thành các sản phẩm

phụ từ axeton.,
Phản ứng hydro hóa tiến hành trực tiếp trên hỗn hợp đẳng phí, áp suất 0.5-1.10
6
Pa, nhiệt
độ 30-80
o
C, chất xúc tác là Palladium (Pd). Quá trình chuyển hóa xảy ra hoàn toàn.
Quá trình hydrat hóa (tách nước) tiến hành ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 250-
300
o
C, trên xúc tác Alumina (Al).
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 20
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
4.4. Quá trình sản xuất Isopren từ isobuten và formaldehyde
Nguyên tắc sản xuất sản phẩm: sử dụng phân đoạn C4 có chứa isobuten, isobuten tác
dụng với Formandehyde ở giai đoạn đầu tạo thành dioxane, sau đó cracking xúc tác dioxane
ở giai đoạn thứ hai :
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 21
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Trong giai đoạn đầu, phân đoạn C4 gây ra phản ứng với một pha dung dịch bao gồm
dung dịch axit sunfuric loãng (1-10% khối lượng, phụ thuộc vào quá trình) và
formaldehyde. Quá trình này diễn ra với dòng chảy đối lưu trong một loạt thiết bị cánh
khuấy và lò phản ứng làm mát hay với dòng chảy cùng chiều trong một loại tháp chiết được
cung cấp một hệ khuấy trộn, trong đó nhiệt của phản ứng được lấy ra bằng cách đi qua phản
ứng trung gian thông qua thiết bị trao đổi nhiệt.
• Nhiệt độ khoảng 65-70
o
C

• Áp suất khoảng 1.10^6 Pa.
Isobuten chyển hóa thành 4-4-dimetyl 1,3-metadioxane. Phản ứng phụ tạo ra t-butyl
ancol.
Trong giai đoạn thứ hai,dioxanes được bay hơi quá nhiệt,và sau đó phân tán trên xúc tác
rắn(hỗ trợ của axit photphoric)trong sự có mặt của hơi nước.
• Phản ứng thu nhiệt diễn ra ở 200 -250
o
C
• Áp suất 0,1-0,2.10^6 Pa.
Nhiệt cần thiết được cung cáp bằng dòng hơi nước quá nhiệt hay bằng cách gia nhiệt
chất xúc tác.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 22
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
4.5. Công nghệ tách isopren từ phân đoạn C5 của quá trình cracking hơi nước.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 23
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
Thành phần C5 được cho trong bảng dưới đây
Hydrocacbon Nguồn
Cracking Hơi nước Cracking xúc tác
C
4
–
N- pnetan
Isopentan
n- penten
Metylbuten
Cyclopenten
Isopren

Pentadien (piperylen)
Cyclopentadien
C
6
–
Tổng
1,0
26,0
24,0
4,5
12,0
1,5
13,5
9,0
7,5
1,0
100,0
2,0
5,5
31,5
22,5
37,5
-
-
-
-
1,0
100,0
Công nghệ xản xuất isopren từ phân đoạn C5 bằng quá trình Cracking hơi nước sử
dụng dung môi N-Metylpyrolidon. Công nghệ BASF bao gồm các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1 : Dime hóa 90% xyclopentadien, trong giai đoạn này 4% isopren trong
nguyên liệu ban đầu cũng bị polyme hóa.
- Giai đoạn 2 : Trích ly diolefin và acetylen bằng cách tiếp xúc lỏng /lỏng, phần
rafinat bao gồm pentan, penten, dicyclopentadien thu được ở đỉnh tháp.
- Giai đoạn 3 : Chưng cất phần trích hỗn hợp parafin, olefin còn dư (đặc biệt 2-
metyl-2-buten) và một lượng nhỏ isopren thu được ở đỉnh tháp chưng cất . Hỗn hợp
hydrocacbon này được đưa đến tháp tách butan, tháp này tách sản phẩm nhẹ, ở đỉnh tháp
thu được sản phẩm nhẹ bao gồm C4, 1,4-pentadien. Hỗn hợp olefin, parafin còn lại được
đưa trở lại tháp trích ly, tiếp tục lại quá trình trích ly. Phần nặng thu được ở đáy tháp chưng
cất được đưa sang tháp stripping để thu hồi dung môi và tuần hoàn trở lại tháp trích ly. Ở
tháp stripping thu được isopren, cyclopenten, xyclopentadien còn dư, piperylen, dẫn xuất
acetylen và một lượng nước dư được đua sang tháp hấp thụ
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 24
TIỂU LUẬN HÓA HỌC CAO PHÂN TỬ GV: PHAN THẢO THƠ
- Giai đoạn 4 : Hấp thụ ở áp suất thường với dung môi là N-metylpyrolidon, isopen
và một số sản phẩm như 2 butyl không bị hấp thụ được tách ra trên đỉnh tháp. Phần ra ở đáy
được xuống tháp chưng cất phần trích để thu sản phẩm nhẹ quay trở lại tháp hấp thụ còn
dung môi được dưa sang tháp stripping, sản phẩm piperylen, dẫn xuất acetylen thu được ở
tháp stripping, đáy tháp là dung môi tuần hoàn về tháp hấp thụ.
- Giai đoạn 5 : Tinh chế phần giàu isopren thu được từ đỉnh tháp hấp thụ bằng 2 tháp
chưng chất tách sản phẩm nhẹ và chưng cất tách sản phẩm nặng. Tháp thứ nhất tách 2-butyl
ra ở đỉnh tháp, tháp thứ 2 tách sản phẩm cyclopentadien, clyclopenten, vết của piperylen ra
ở đáy. Isopren tinh khiết được thu trên đỉnh tháp chưng cất.
LỚP 11CHD - NHÓM 6
Trang 25