Nghiên cứu chế tạo bột má phanh từ dầu vỏ hạt điều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP



Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Vịnh Ngày sinh: 22-01-1991
MSSV : 1052010248 Lớp: DH10H1
Địa chỉ : 935/7/21A Bình Giả, Phường 10, thành phố Vũng Tàu.
E-mail :
Trình độ đào tạo : Đại học
Hệ đào tạo : Chính quy
Ngành : Công nghệ hóa học và thực phẩm
Chuyên ngành : Hóa dầu
1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bột má phanh từ dầu vỏ hạt điều
2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Toàn
3. Ngày giao đề tài: 10-02-2014
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 06-07-2014


Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng… năm
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
 Tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong đồ án này là do bản thân
thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của ThS. Nguyễn Văn Toàn.
 Mọi tham khảo được sử dụng trong đồ án là có nguồn gốc, được trích dẫn rõ
ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm công bố và không sao chép các công
trình nghiên cứu khác để làm sản phẩm của riêng mình.
 Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm
về lời cam đoan này.


Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2014
SVTH

Nguyễn Thanh Vịnh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Văn Toàn đã tận tình hướng dẫn và
cung cấp những trang bị cần thiết giúp tôi hoàn thành luận văn này
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn chuyên ngành Hóa dầu và toàn thể
các thầy cô giáo trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đa tận tình dạy bảo tôi trong
suốt thời gian học tập tại trường.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn đã luôn giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như thời gian thực hiện luận văn
Trong quá trình hoàn thành luận văn mặc dù tôi đã rất cố gắng nhưng chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự góp ý
của thầy hướng dẫn và các thầy cô giáo trong hội đồng để luận văn này được hoàn
chỉnh hơn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Vịnh









MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2 Tình hình nghiên cứu 1
1.3 Mục đích nghiên cứu 2
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu 2
1.6 Lịch sử nghiên cứu 3
1.7 Cấu trúc của đồ án 3
Chương 1: TỔNG QUAN 4
1.1 Thành phần nguyên vật liệu chế tạo hệ thống má phanh 4

1.1.1 Polymer 4
1.1.2 Chất độn 6
1.1.3 Phụ gia 6
1.2 Cơ sở hóa lý của quá trình tổng hợp nhựa Phenol Formandehyde 7
1.2.1 Cơ sở hóa lý của quá trình ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde 7
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp 11
a. Alkyl Phenol 11
b. Tỷ lệ mol giữa DVHĐ:Formandehyde 12
c. Độ pH của môi trường 13
d. Ảnh hưởng của chất xúc tác 14
1.2.3 Cơ sở hóa học của quá trình đóng rắn nhựa Phenol Formandehyde 15
1.3 Cơ sở hóa học của quá trình tổng hợp bột má phanh từ DVHĐ 16
1.3.1 Thành phần hóa học của DVHĐ 16
1.3.2 Quy trình tổng hợp bột má phanh từ DVHĐ 21
a. Giai đoạn trùng hợp DVHĐ 21
b. Giai đoạn ngưng tụ với Formandehyde 22
c. Giai đoạn đóng rắn nhựa Novolac bằng HMTA 23
Chương 2: THỰC NGHIỆM 25
2.1 Nguyên liệu và hóa chất 25
2.2 Dụng cụ thí nghiệm 25
2.3 Quy trình tổng hợp 26
2.4 Thực nghiệm 27
2.4.1 Quá trình trùng hợp DVHĐ 27
a. Mục đích và kế hoạch thí nghiệm 27
b. Tiến hành thí nghiệm 27
2.4.2 Quá trình ngưng tụ với Formandehyde kết hợp với đóng rắn bằng HMTA
28
a. Mục đích và kế hoạch thí nghiệm 28
b. Tiến hành thí nghiệm 28
2.5 Các phương pháp phân tích kết quả 29

2.5.1 Phương pháp xác định độ nhớt của Polymer 29
a. Mục đích 29
b. Nguyên tắc 29
c. Kết quả 30
d. Thực nghiệm 30
2.5.2 Phương pháp xác định kích cỡ hạt 30
a. Mục đích 30
b. Nguyên tắc 30
c. Kết quả 31
d. Thực nghiệm 31
2.5.3 Phương pháp xác định hàm lượng chất dễ bay hơi 31
a. Mục đích 31
b. Nguyên tắc 31
c. Kết quả 32
d. Thực nghiệm 32
2.5.4 Phương pháp xác định độ ẩm 32
a. Mục đích 32
b. Nguyên tắc 32
c. Kết quả 33
d. Thực nghiệm 33
2.5.5 Phương pháp xác định hiệu suất chuyển hóa 33
a. Mục đích 33
b. Nguyên tắc 34
c. Kết quả 34
d. Thực nghiệm 34
2.5.6 Phương pháp xác định hàm lượng tro sunfat 34
a. Mục đích 34
b. Nguyên tắc 34
c. Kết quả 35
d. Thực nghiệm 35

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1 Giai đoạn trùng hợp DVHĐ 36
3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ axit:DVHĐ tới độ nhớt của hỗn hợp 36
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của hỗn hợp 38
3.2 Phản ứng ngưng tụ với Formandehyde và đóng rắn bằng HMTA 40
KẾT LUẬN 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu của bột ma sát từ DVHĐ ở nước ta 5
Bảng 1.2: Sự khác nhau giữa nhựa Novolac và nhựa Rezolic 10
Bảng 1.3: Thành phần các chất có trong DVHĐ 19
Bảng 1.4: Các thông số vật lý của DVHĐ 19
Bảng 1.5: Các ứng dụng chính của DVHĐ 20
Bảng 1.6: Khối lượng DVHĐ sử dụng để chế biến các sản phẩm công nghiệp
21
Bảng 3.1 Tỷ lệ axit:DVHĐ ảnh hưởng đến độ nhớt của hỗn hợp 36
Bảng 3.2 Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 38
Bảng 3.3: Sản phẩm thu được phụ thuộc vào tỷ lệ
DVHĐ:Formandehyde:HMTA 40
Bảng 3.4: Kết quả đánh giá chất lượng bột ma sát từ DVHĐ 41

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Cấu tạo của nhớt kế loại B1 29
Hình 3.1: Sự biến đổi độ nhớt của hỗn hợp phản ứng theo thời gian phụ thuộc
vào tỷ lệ axit:DVHĐ 37
Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự biến đổi độ nhớt của hỗn hợp theo thời
gian 39

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1. ASTM: American Society for Testing and Materials
2. DVHĐ: Dầu vỏ hạt điều
3. EPA: Environmental Protection Agency
4. HMTA: HexaMethylene TetrAmine
5. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 1 Khoa ha học v công nghệ thc phm

MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Vỏ hạt điều trước đây hầu như đem đốt hay vứt bỏ gây ô nhiễm môi trưng thì
ngy nay đã trở thành một nguồn nguyên liệu quý cho công nghiệp hóa dầu. Chính
vì thế mà các ngành công nghiệp sản xuất từ DVHĐ ra đi, n như một tất yếu
diễn ra bởi giá trị vô cùng phong phú. Và ngày nay, khi mà các vấn đề về ô nhiễm
môi trưng từ các nhà máy thải ra, các hóa chất chưa được xử lý kịp thi hay các
phương tiện đi lại tạo ra lượng khí độc rất lớn thì con ngưi đã dần hoàn thiện và
ý thức được tầm ảnh hưởng của nó nên đã nghiên cứu và chế tạo ra các vt liệu
thay thế nhằm giảm thiểu lượng ô nhiễm môi trưng. Một trong những ứng dụng
đ của DVHĐ l sản xuất bột má phanh, công nghệ mang lại hiệu quả cao như khả
năng ma sát v chịu nhiệt tốt, đáng chú ý l không gây ô nhiễm môi trưng, có thể
sử dụng để thay thế cho các vt liệu từ nha Phenol – Formaldehyde hay Amiant.
Ngoi ra, đây cũng l một nguyên liệu t nhiên có thể tái sinh được mà nhiều
ngưi quan tâm. Vì vy, đề tài nghiên cứu ny l cơ sở ban đầu cho giải pháp tn
dụng nguồn nguyên liệu DVHĐ để sản xuất bố thắng và vừa giúp giảm thiểu ô
nhiễm môi trưng.
1.2 Tình hình nghiên cứu
Trước đây, má phanh dùng cho xe ôtô chủ yếu là vt liệu Amiant. Nhưng vì
bụi của Amiant dễ gây ung thư phổi cho con ngưi và ô nhiễm môi trưng nên con

ngưi đã nghiên cứu chế tạo một vt liệu mới có thể thay thế cho Amiant. Việc tìm
kiếm, sản xuất vt liệu ma sát thay thế cho Amiant là rất cần thiết.
Nước ta c lượng nhân điều xuất khu hàng thứ hai trên thế giới (chỉ sau Ấn
Độ). Với trên 100 cơ sở chế biến nhân điều xuất khu đã chế biến đã chế biến được
hơn 300000 tấn/năm hạt điều (kể cả trồng trong nước và nhp khu). Một tấn hạt
điều, khi chế biến sẽ thu được khoảng 220 kg nhân, 80 ÷ 120 kg DVHĐ tùy theo
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 2 Khoa ha học v công nghệ thc phm

công nghệ, qua đ cho thấy lượng dầu có thể thu được là khá lớn, đủ dùng cho sản
xuất má phanh trong lắp ráp và sản xuất, bảo trì xe ôtô ở nước ta.[3]
Thành phần DVHĐ c chứa các phenol t nhiên như Cardanol, Cardol v các
Polymer của chúng. Da vào các thành phần hóa học này thì ngày nay các nhà
khoa học đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều sản phm có giá trị kinh tế và phục vụ
cho hoạt động đi sống của con ngưi.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Mục đích của quá trình nghiên cứu này là nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi
trưng và an toàn sử dụng đối với con ngưi. Má phanh làm từ DVHĐ c đặc tính
giống như Amiant v khi phát tán ra môi trưng thì có thể t hủy mà không gây ô
nhiễm môi trưng, không gây bệnh cho con ngưi. Từ những quan tâm trên mà
trong đồ án ny tôi đã tiến hnh “nghiên cứu chế tạo bột má phanh tử DVHĐ” (một
trong những ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho con ngưi).
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Nhiệm vụ của quá trình nghiên cứu này là:
- Nghiên cứu phản ứng trùng hợp của DVHĐ
- Nghiên cứu phản ứng ngưng tụ giữa DVHĐ với Formandehyde
- Nghiên cứu quá trình đng rắn của nha Novolac bằng HMTA
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ axit đến độ nhớt của hỗn hợp theo

thi gian.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ axit đến hiệu suất chuyển hóa
thành nha Novolac.
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ DVHĐ:Formandehyde:HMTA đến chất lượng
của sản phm.
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 3 Khoa ha học v công nghệ thc phm

Nghiên cứu các phương pháp xác định độ nhớt, phương pháp xác định hàm
lượng tro, độ m v phương pháp trích ly.
1.6 Lịch sử nghiên cứu
Ngày 09/04/2007, TS. Trịnh Văn Dũng đã thnh công trong việc nghiên cứu
công nghệ sản xuất bột má phanh (bột ma sát) từ DVHĐ.
1.7 Cấu trúc của đồ án
Đồ án gồm c 3 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Thc nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo lun
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 4 Khoa ha học v công nghệ thc phm

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Thành phần nguyên vật liệu chế tạo hệ thống má phanh
Má phanh được chế tạo từ nhiều hỗn hợp tạo thnh, tùy theo điều kiện làm việc
hay loại động cơ m ta sử dụng các loại vt liệu khác nhau để chế tạo má phanh.
Cụ thể được thể hiện qua những nguyên vt liệu sau:
1.1.1 Polymer

Polymer là loại vt liệu chính để chế tạo má phanh, khả năng lm việc của má
phanh da trên tính chất của loại vt liệu này. Các loại Polymer thưng dùng để
chế tạo má phanh như nha phenol – Formaldehyde, Amiant Crizotil, nha biến
tính Epoxy – Novolac, và một vt liệu có khả năng lm việc tốt nhưng lại gây ô
nhiễm môi trưng và gây hại cho con ngưi, vt liệu đ l Amiant. Dù EPA đã đưa
ra lệnh cấm vo năm 1993 nhưng tht kh tìm ra được một vt liệu có những tính
năng kỹ thut như Amiant v quan trong l giá cả phải mang tính cạnh tranh với
Amiant. Vì vy việc tìm kiếm, sản xuất vt liệu ma sát thay thế cho Amiant trong
má phanh là rất cần thiết. Có rất nhiều vt liệu có thể thay thế cho Amiant. Hầu hết
chúng không giống Amiant nhưng c thể đáp ứng cho những tính chất của Amiant
như Wollastonite (Calcium Silicate); Vermiculite (Hydrated Calcium Aluaminum
Silicate); Mica (Aluminum Silicate); sợi Eibefrax Ceramic; Polyacrylonotrilc
(PAN); Polyester; sợi thủy tinh và sợi Aramid… Trong đ đáng chú ý hơn cả là
bột ma sát được tổng hợp từ Cardanol của DVHĐ. Bột ma sát từ DVHĐ chịu va
đp, chịu mài mòn, dẫn nhiệt tốt hơn Amiant. Hơn thế nữa nó có khả năng chống
thấm nước cao hơn, mềm dẻo hơn, khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn. Quan trọng
nhất là giá cả thấp hơn giá của Amiant (đến 3 lần) [5]. Ngoài ra, việc tăng tính ma
sát khiến phanh làm việc êm hơn.
Các loại Polymer dùng để sản xuất má phanh thưng ở dạng nha nhiệt dẻo
hay nha nhiệt rắn.
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 5 Khoa ha học v công nghệ thc phm

Nha nhiệt dẻo: là loại Polymer có thể chảy mềm khi tăng nhiệt độ lên v đng
rắn lại khi làm nguội. Nha nhiệt dẻo có thể tái sinh nhiều lần, một số loại nha
nhiệt dẻo như: polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl clorua,
polymetyl meta acrylat…
Nha nhiệt rắn: là loại polymer khi bị tác động của nhiệt hoặc các phương pháp
xử lý hóa học khác sẽ trở nên cứng rắn hay nói một cách khác dưới tác động của

nhiệt, chất đng rắn và áp suất nha này xảy ra phản ứng hóa học chuyển từ cấu
trúc mạch dài sang cấu trúc không gian ba chiều. Nha nhiệt rắn sau khi đng rắn
thì không còn khả năng chuyển sang trạng thái chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt
nữa. Một số nha nhiệt rắn: nha Novolac, nha Phenolic, nha melamin, nha
alkyl, nha epoxy, nha polyuretan…
Nh các Polymer c tính ưu việt như khối lượng riêng thấp, độ bền cao, chịu
nhiệt v môi trưng tốt. Các loại plolymer có cấu trúc phân tử lớn và liên kết chặt
chẽ với nhau bởi phản ứng trùng hợp v trùng ngưng nên cấu trúc của nó rất chặt
chẽ, không thua gì những vt liệu kim loại. Ngoài ra, khi phát tán ra môi trưng thì
nó có thể t hủy một cách dễ dàng mà không gây ô nhiễm môi trưng. Đây l một
trong những tính chất quan trọng trong việc chế tạo các vt liệu ma sát.
Chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của bột ma sát được thể hiện qua bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu của bột ma sát từ DVHĐ ở nước ta [3]
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị
Phương pháp thử
1
Cỡ hạt
mesh
ASTM
20-150
2
Màu

Nâu đến đen
3
Hm lượng chất dễ bay hơi
%Max
3

4
Hm lượng m
%Max
1
5
Hiệu suất chuyển hóa
%Max
5
6
Hm lượng tro
%Max
3

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 6 Khoa ha học v công nghệ thc phm

1.1.2 Chất độn
Chất độn là chất đng vai trò chịu ứng suất tp trung vì độn thưng có tính
chất cơ lý cao hơn nha. Ngưi ta đánh giá chất độn da trên những tính chất sau:
- Tính tăng cưng độ bền cơ học.
- Tính kháng hóa chất, môi trưng, nhiệt độ.
- Phân tán vào nha tốt.
- Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
- Thun lợi cho quá trình gia công.
Tùy thuộc vào từng loại yêu cầu cho từng loại sản phm m ngưi ta la chọn
vt liệu độn thích hợp. Có hai dạng độn:
- Độn dạng sợi: sợi c tính năng cơ lý ha cao hơn độn dạng hạt, thưng để
chế tạo các loại vt liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi silic, sợi amide…
- Độn dạng hạt: thưng được sử dụng là: silica, CaCO

3
, vy mica, độn khoáng,
cao lanh, đất sét hay graphite, cacbon,…
Vai trò của chất độn được sử dụng làm má phanh:
- Tăng độ bền cơ lý, ha, nhiệt, điện…
- Dễ đúc khuôn, giảm s tạo bọt khí, trong nha c độ nhớt cao.
- Cải thiện tính chất bề mặt vt liệu, chống co rút khi đng rắn, che khuất sợi
trong cấu tạo tăng cưng sợi, giảm tỏa nhiệt khi đng rắn.
1.1.3 Phụ gia
Phụ gia gồm một số chất như chất róc khuôn, chất làm kín, chất ty bọt khí hay
các loại xúc tác, là những vt liệu nhằm cải thiện một số tính chất của má phanh
như:
- Chất róc khuôn có tác dụng ngăn cản nha bám dính vào bề mặt khuôn. Một
số chất rc khuôn như: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo,…
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 7 Khoa ha học v công nghệ thc phm

- Chất làm kín có tác dụng làm kín bề mặt má phanh, tăng đồ bền chặt của cấu
trúc má phanh. Một số chất lm kín như: Cellulose acetate, wax, silicon, stearic
acid, nha furane, vecni, sơn mi,…
- Chất ty bọt khí giúp sản phm làm giảm độ chịu lc, độ chịu thi tiết và
thm mỹ bề mặt. Chất thấm ướt sợi có tác dụng lm tăng chất độn nhiều hơn,…
- Các chất xúc tác cho vào nha trước khi gia công có tác dụng tạo gốc t do
kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp. Có thể sử dụng chất xúc
tác peroxide như di-t-butyl peroxide, di-acetyl peroxide, hydro peroxide,
cumen,…hay xúc tác azo, diazo như: diazo aminobenzen, dinitric của acid
dizobutylric,…
Ngoài ra còn sử dụng một số phụ gia khác như: chất pha loãng, chất tăng độ
phân tán, chất ngăn thoát hơi styrene,…

1.2 Cơ sở hóa lý của quá trình tổng hợp nhựa Phenol Formandehyde
1.2.1 Cơ sở hóa lý của quá trình ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde
Phản ứng ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde tạo thành nha Novolac hay
Rezolic tùy theo điều kiện phản ứng, môi trưng xúc tác, tỷ lệ.
Cơ sở của quá trình tạo nhựa Novolac:
Điều chế nha Novolac bằng cách ngưng tụ Phenol và Formandehyde với xúc
tác axit ( H
2
SO
4
, HCl,…), tỷ lệ P/F > 1. Nếu Phenol c hm lượng thấp thì dễ tạo
thành nha Rezolic ngay trong môi trưng chứa axit, nhưng nếu Phenol có hàm
lượng quá lớn thì sẽ làm giảm trọng lượng phân tử của nha.
Cơ chế hình thnh oligomer novolac trong môi trưng axit, khi sử dụng lượng
dư DVHĐ so với Formandehyde có thể xảy ra theo bốn bước.
Đầu tiên, Formandehyde bị ion ha do axit c trong môi trưng phản ứng tạo
ra ion methylene cacbonium (
+
CH
2
– OH) theo phản ứng sau:
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 8 Khoa ha học v công nghệ thc phm

H
2
C O
+ H
2

O
H2
C
OHHO
H
2
C
OH
+ H
2
O

Ion này lại tiếp tục phản ứng như một tác nhân alkyl hóa thông qua phản ứng
thế với Phenol bằng cách tấn công vào vị trí giu điện tử trong vòng thơm. Sau đ,
ion hydro trong vòng benzene bị tách ra v đồng thi hình thành hợp chất trung
gian theo những phản ứng sau:
OH
H
2
C
OH
+
OH
H
CH
2
OH
OH
CH
2

OH
+ H
+
Slow
Fast
OH
H
2
C OH
+
Slow
OH
CH
2
OHH
Fast
OH
+ H
+
CH
2
OH

Nhóm methylol của Phenol đã bị methyl hóa không ổn định dưới môi trưng
axit nên dễ mất nước để tạo thành một ion benzylic cacbonium như phản ứng:
OH
CH
2
OH
+ H

+
OH
CH
2
OH
2
OH
CH
2
+ H
2
O
OH
+ H
+
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
2
OH
CH
2
+ H
2
O

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 9 Khoa ha học v công nghệ thc phm

Sản phm của các phản ứng trên lại tiếp tục phản ứng với phân tử Phenol khác
thông qua cầu methylene nối với vị trí giu điện tử trong vòng benzene của Phenol.
Quá trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết Formandehyde, theo phản ứng:
OH
CH
2
OH
H
2
C
+
OH
OH
+ H
+
OH
CH
2
OH
+
OH
H
2
C
OH
+ H

+

Cơ sở của quá trình tạo nhựa Rezolic:
Để phản ứng tạo nha Rezolic thì phải thc hiện với xúc tác kiềm (Ba(OH)
2
,
NaOH, NH
4
OH,…), tỷ lệ P/F < 1 thì ta thu được các sản phm như Rezol, rezitol,
rezit,…
- Nha Rezol: là nha chưa đng rắn, có thể là chất lỏng hoặc chất rắn. Là một
hỗn hợp sản phm phân tử thấp, mạch thẳng và thấp, có thể tan được trong dung
môi hữu cơ đơn giản và có thể nóng chảy.
- Nha Rezitol: là nha bắt đầu đng rắn, nhưng c mt độ mạng lưới không
gian ít, có thể hòa tan trong một số dung môi như: xiclohexanol, phenol,
đioxan…với điều kiện sôi của dung môi đ > 100
O
C.
- Nha Rezit: là nha đng rắn hoàn toàn tạo thành polymer có mạng lưới
không gian dy đặc, ở trạng thái không nóng chảy, không hòa tan trong bất kỳ
dung môi nào. Mạng lưới không gian tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học
mà còn do liên kết vt lý.
Phương trình phản ứng tạo nha Rezolic được thể hiện như sau:
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 10 Khoa ha học v công nghệ thc phm

OH
CH
2

CH
2
OH
n
OH
CH
2
*
+
n
150
o
C
OH
CH
2
H
2
C
n
OH
CH
2
*
n
+ nH
2
O
rezol
rezit

Ưu điểm: C độ nhớt thấp, thấm ướt tốt. Khi tạo polymer dạng lưới thì có tính
ổn nhiệt cao, có khả năng chịu được hóa chất và chống lão hóa cao.
Nhược điểm: Giòn, không thể tái sinh, không thể dùng để gia công các sản
phm bằng phương pháp đúc. Nha Rezolic có nhiều nhóm metylol t do, nó có
thể phản ứng với nhau dưới tác dụng của nhiệt để t trùng ngưng hoặc phản ứng
với các thành phần khác. Do vy nha Rezolic kh đng bao v bảo quản.
Từ những đặc điểm trên, ta có thể thấy được điều kiện làm việc để tạo nha
Novolac và nha Rezolic là hoàn toàn khác nhau, s khác nhau đ được thể hiện
qua bảng 1.2.
Bảng 1.2: S khác nhau giữa nha Novolac và nha Rezolic
Nha Novolac
Nha Rezolic
- Dùng xúc tác axit
- Dùng xúc tác kiềm
- Tuổi thọ sử dụng vô hạn
- Tuổi thọ sử dụng ít hơn 1 năm
- Thưng là chất rắn
- Thưng là chất lỏng
- Kích thước có s ổn định
- Kích thước không ổn định
- Tỷ lệ C/F > 1
- Tỷ lệ C/F < 1
Từ bảng 1.2 cho thấy s khác nhau giữa nha Novolac và nha Rezolic thì ta
thấy nha Novolac c ưu điểm hơn để chế tạo vt liệu sản xuất bột má phanh. Vì
vy, ta sử dụng những điều kiện làm việc của nha Novolac nêu trên để áp dụng
cho quy trình.
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 11 Khoa ha học v công nghệ thc phm

Tính chất của nha Phenol – Formandehyde dùng để chế tạo bột má phanh:
- Tính ổn định nhiệt tốt: Chịu được nhiệt tốt, khi đã đng rắn thì sản phm
cứng, ổn định kích thước ngay cả trong điều kiện khắc khe. Vì thế nha Phenol –
Formandehyde để sản xuất các sản phm chịu nhiệt, chịu mài mòn.
- Khả năng liên kết cao: Nha Phenol – Formandehyde là chất kết dính, liên
kết chắc với nhiều hợp chất hữu cơ hay vô cơ v các chất gia cưng tạo ra các loại
vt liệu lý tưởng. Do đ, nha Phenol – Formandehyde dễ dàng thấm sâu vào cấu
trúc của các chất nền. Khi đng rắn n c các đặc tính bền cơ, nhiệt, ha nên được
sử dụng nhiều cho nhiều mục đích khác nhau.
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nhựa Novolac
a. Alkyl Phenol
Phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của nguyên liệu mà khả năng phản ứng khác
nhau.
Phenol c độ chức khác nhau được giải thích bởi cấu trúc vị trí hoạt động của
các nhóm thế. Phenol đơn chức gồm: phenol, m-crezol và 1,3,5 m-xilenol, rezorsin
và có ba vị trí hoạt động là nguyện liệu để điều chế tạo nha nhiệt rắn.
OH
OH
OH
OH
CH
3
CH
3
H
3
C
OH
Phenol

m-Crezol
1,3,5-xilenol
rezorsin

Còn phenol có hai chức như o-crezol, p-crezol dùng để chế tạo nha nhiệt dẻo.
Các xilenol khác (1,2,6 và 1,2,4-xilenol) là loại đa chức.
Các nhóm chức hydroxyl của phenol không tham gia phản ứng đa tụ. Chỉ có
Formandehyde mới có khả năng tạo nha không nóng chảy, không hòa tan với
phenol có ba vị trí hoạt động. Còn những aldehyde khác như: Acetaldehyde,
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 12 Khoa ha học v công nghệ thc phm

aldehyde butylric…do phân tử lớn hơn, hoạt tính kém hơn nên không c khả năng
tạo nha có cấu trúc không gian…
b. Tỷ lệ mol giữa Phenol:Formandehyde
Sản phm ban đầu phụ thuộc vào tỷ lệ mol giữa Phenol và Formandehyde. Ta
cần khống chế tỷ lệ này sao cho các sản phm ban đầu của phản ứng tách ra được
và có những nét đặc trưng.
- Nếu tỷ lệ mol giữa Phenol – Formandehyde là 1:1
Ở giai đoạn đầu của phản ứng chủ yếu tạo thành nha o và p, m-oxybenzoic,
trong đ o-oxybenzoic chiếm đa số.
Rượu monoxybenzoic có một nhóm metylol có khả năng tham gia phản ứng
với Phenol và giữa chúng với nhau. Khi phản ứng với nhạu tạo thnh các đồng
phân dioxydiphenyl metan.
Trong trưng hợp nha tạo nhiệt dẻo có cấu trúc thẳng gọi là nha xaliheninic.
OH
+ HCHO
OH
CH

2
OH
OH
CH
2
OH

OH
CH
2
OH
+
H
2
C
OH
OH
OH
H
2
C
OH
OH

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 13 Khoa ha học v công nghệ thc phm

- Nếu tỷ lệ mol giữa Phenol – Formandehyde là 1:2 hoặc cao hơn thì tạo các
metylol phenol ở giai đoạn đầu, và phản ứng tiếp tục sẽ tạo thành nha không nóng

chảy, không hòa tan.
OH
+ HCHO
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
OH
CH
2
OHHOH
2
C
OH
CH
2
OH
HOH
2
C
CH
2
OH

c. Độ pH của môi trường
Độ pH của môi trưng quyết định đến quá trình phản ứng
- Nếu tiến hnh trùng ngưng trong môi trưng acid (pH<7) thì các rượu

oxybenzolic tạo thành từ Phenol và Formandehyde không bền nó nhanh chóng
ngưng tụ với nhau tạo thành nha nhiệt dẻo.
- Nếu tiến hnh trùng ngưng trong môi trưng bazơ (pH>7) thì các rượu
oxybenzolic tạo từ Phenol và Formandehyde tạo ra di-tri metylol Phenol và cứ tiếp
tục trùng ngưng sẽ tạo thành nha nhiệt rắn.
- Nếu tỷ lệ khác nhau giữa Phenol v Formandehyde nhưng ở trong môi trưng
kiềm thì chỉ có tạo ra nha nhiệt rắn. Nếu không đủ Formandehyde thì phần Phenol
còn lại sẽ tan vào nha ở dạng t do.
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 14 Khoa ha học v công nghệ thc phm

d. Ảnh hưởng của chất xúc tác
Tùy thuộc vào loại v lượng xúc tác mà phản ứng sản phm thành nha nhiệt
rắn hay nha nhiệt dẻo.
- Xúc tác acid: Sản phm tạo thành nha nhiệt dẻo Novolac, không có khả năng
t đng rắn và không tạo ra mạng lưới không gian để chuyển sang trạng thái không
nóng chảy, không hòa tan (mang đặc tính để sản xuất bột má phanh).
+ Xúc tác là acid hữu cơ (HCOOH, (COOH)
2
, CH
3
COOH…) cho sản phm có
mu sáng hơn so với xúc tác acid vô cơ nhưng lại có hoạt tính xúc tác thấp.
+ Nếu Xúc tác l acid vô cơ (HCl, H
2
SO
4
, H
3

PO
4
) thì cho sản phm có màu tối
hơn nhưng lại có hoạt tính xúc tác cao.
- Xúc tác l bazơ: Sản phm tạo thành là nha Rezolic
+ Nếu là kiềm mạnh (NaOH, KOH) thì lượng Formandehyde tham gia vào
phản ứng nhiều hơn, vn tốc phản ứng lớn nhưng sản phm có màu tối hơn v tạo
sản phm có khả năng hòa tan trong nước vì hydro linh động trong nhóm hydroxyl
của Phenol có tính acid yếu, trong NaOH tạo ra muối có liên kết (-ONa) phân cc
mạnh nên hòa tan trong môi trưng nước phân cc.
ONa
CH
2
T
n

+ Nếu xúc tác là Ba(OH)
2
thì vn tốc phản ứng không lớn, dễ khống chế quá trình
phản ứng, sản phm có màu vàng sáng.
+ Nếu xúc tác là NH
4
OH thì nếu NH
4
OH dư thì nó sẽ dễ bay hơi, sản phm có
mu vng sáng nhưng phản ứng ở nhiệt độ cao.
Xúc tác NH
4
OH, Ba(OH)
2

là loại xúc tác tạo sản phm tan trong cồn bởi vì
hydro linh động trong nhóm hydroxyl của Phenol có tính acid yếu, trong môi
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trưng ĐHBRVT

Ngnh công nghệ k thut ha học 15 Khoa ha học v công nghệ thc phm

trưng NH
4
OH tạo ra muối có liên kết (-ONH
4
) phân cc yếu do đ tan trong môi
trưng phân cc yếu. [7]
ONH
4
CH
2
T
n

Như vy, phụ thuộc vo độ hoạt động của nguyên liệu ban đầu, tỷ lệ cấu tử
tham gia phản ứng và pH của môi trưng mà tạo thành nha nhiệt rắn hay nha
nhiệt dẻo.
1.2.3 Cơ sở hóa học của quá trình đóng rắn nhựa Phenol Formandehyde
Để đng rắn nha Novolac chế tạo bột má phanh ngưi ta thưng sử dụng chất
đng rắn Urotropin.
Urotropin, hay còn gọi là HexaMethylene TetrAmine (HMTA) là bột màu
trắng không mùi, c tính bazơ yếu. Hòa tan tốt trong nước, chloroform, sunfua
cacbon và acid yếu nhưng kh tan trong rượu và không tan trong este. Khi dùng
Urotropin làm chất đng rắn thì nó thiết lp cầu nối -CH
2

- khâu mạch và giải phóng
khí NH
3
. Phản ứng khâu mạch rất quan trọng đối với nha nhiệt rắn.
H
2
C O
H
2
C
CH
2
6
N
4
+ 6H
2
O
6HCHO + 4NH
3

Việc sử dụng HMTA trong việc sản xuất các chế phm bột hoặc chất lỏng nha
phenolic và các nha phenolic đúc hợp chất, nơi n được thêm vo như một thành
phần cứng. Những sản phm ny được dùng làm chất kết dính, ví dụ như trong các
má phanh và ly hợp, sản phm mài mòn, hàng dệt may, các bộ phn hình thành
được sản xuất bởi quá trình đúc, vt liệu chịu lửa,…