Phương pháp tổng hợp nhựa PS

Mục lục
Phần I : Mở đầu
Phần II : lý thuyết chung
2.1.Tng hp monome.............................................................................
Nguyờn liu sn xut Polystyren...............................................
Xỳc tỏc tng hp monome..............................................................
Tớnh cht vt lý ca Polystyren......................................................
2.2.Lý thuyết trùng hợp nhựa PolyStyren.
2.2.1.Trùng hợp gốc.
Cơ chế của quá trình trùng hợp gốc.
Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc.
2.2.2.Trùng hợp ion.
Trùng hợp cation.
Trùng hợp anion.
Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp ion.
2.3.Các phơng pháp trùng hợp nhựa PS.
Trùng hợp khối.
Trùng hợp dung dịch .
Trùng hợp huyền phù.
Trùng hợp nhũ tơng.
Đơn phối liệu cho công nghệ trùng hợp nhũ tơng.
Cơ chế của quá trình trùng hợp.
Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp nhũ tơng.
Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Tính chất và ứng dụng của của sản phẩm.
2.3.S dõy chuyn sn xut..................................................................
2.4.Tớnh cht v ng dng ca nha PolyStyren...................................
2.5.ng dng v phng phỏp gia cụng sn phm...............................
- 1 -
Sn phm ỳc ộp di ỏp sut...............................................................
Sn phm ộp ựn...................................................................................

Sn xut PS bt.....................................................................................
Phần III:Tính toán kỹ thuật.
3.1.Tính toán kích thớc thiết bị chính.
Tính cân bằng vật chất.
Tính kích thớc thiết bị phản ứng.
Tính các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng.
Cánh khuấy.
Tính tai treo.
Tính cân bằng nhiệt lợng.
3.2.Tính bơm vận chuyển.
3.3.Tính toán thiết bị sấy.
3.4.Tính toán thiết bị lọc ly tâm.
3.5.Tính các thùng lờng nớc, chất nhũ hoá, xà phòng dầu ve.
Phần iv: phần xây dựng
4.1: Lời nói đầu.
4.2.Xác định địa điểm xây dựng.
Yêu cầu chung.
Yêu cầu khu đất
4.3.Thiết kế tổng mặt bằng.
Yêu cầu chung
Nguyên tắc phân vùng.
Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
4.4.Căn cứ để thiết kế phân xởng.
- 2 -
PhÇn i: më ®Çu
Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC . Do
có những tính năng đặc biệt của nó PS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
đời sống cũng như trong kỹ thuật.
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 và tỷ lệ thành phần nguyên tử C và H giống như trong benzen.
Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên.
Năm 1839 E.Simon là người đầu tiên xác định được tính chất của
Styren và ông đã đặt tên cho monome. Ông đã quan sát được sự chuyển hoá
từ từ của Styren trong dung dịch lỏng nhớt ở trạng thái tĩnh.
Năm 1845 hai nhà hoá học người Anh là Hoffman và Btyth đã nhiệt
phân monome Styren trong một cái ống thuỷ tinh được bịt kín đầu ở 200
o
C và
thu được một sản phẩm cứng gọi là meta-styren .
Năm 1851 Bertherlot sản xuất ra Styren bằng cách nhiệt phân các
hydrocacbon trong một cái ống nóng đỏ để khử hyđro . Phương pháp này là
cách thông dụng nhất để sản xuất Polystyren thương phẩm.
Năm 1911 F.E Matherws Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và
xúc tác cho quá trình tổng hợp PolyStyren tạo thành loại nhựa cơ bản cho quá
trình sản xuất các vật phẩm mà từ rất lâu đờI chúng được làm từ xenllulo,thuỷ
tinh, cao su cứng,gỗ.
Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản xuất ra bởi
công ty Naugck Chemical sản xuất nhưng nó chỉ phát triển trong một thời
gian ngắn .
Năm 1930 Farbenindustry in Germany đã bắt đầu gặt hái được những
thành công trong công việc kinh doanh cả mônme và polyme thương phẩm
với sản lượng 6000 tấn/tháng bằng cách alkyl hoá với nhôm clorua tinh chế
bằng phương pháp chưng cất nhiều lần .
- 3 -
Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt Polystyren dân dụng hay
còn gọI là Styrol . Đây là một công ty lớn của Mỹ và năm 1938 đã sản xuất
được 100.000 tấn .
Theo những thống kê gần đây cho biết chất dẻo chiếm khoảng 1/8 các
sản phẩm từ Fe , và kim loại với tỉ trọng lớn gấp 7 lần và chúng ngày càng

được sử dụng rộng rãi và thay thế kim loại .
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngoài các loại nhựa truyền thống
của polystyren người ta còn tạo được nhiều loại copolyme của nó như:
+PS trong suốt có độ tinh khiết cao
+PS dùng để sản xuất các vật phẩm dân dụng có tính chất kém hơn
+PS xốp đi từ nguyên liệu tinh khiết chứa cacbua hydro nhiệt độ sôi
thấp với hàm lượng 6% .
+Các copolyme đi từ Styren và acrylonitryl, butadien tạo thành
những loại vật liệu có tính năng kỹ thuật cao hơn hẳn PolyStyren về độ cách
điện , bền nhiệt , độ bền va đập … Nhưng loại có ý nghĩa về mặt kỹ thuật nhất
là copolyme Styren acrylonitryl sau đó là Styren butadien .
Nhựa PS ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân
cả trong đời sống cũng như trong kỹ thuật . Vì vậy trong đồ án môn học này
em sẽ trình bày toàn bộ phương pháp tổng hợp ra nhựa này .
- 4 -
PHẦN II : LÝ THUYẾT CHUNG
2.1.Tổng hợp monome
Nguyên liệu để sản xuất Polystyren là styren có công thức
C
6
H
5
CH=CH
2
còn gọI là Vynylbenzen.
Styren là chất lỏng không màu có mùi đặc biệt không hoà tan trong
nước, hoà tan theo bất cứ tỉ lệ nào trong rượu, keton, ete, este,cacbuahydro
thơm, Cacbonhydro clo ho¸ , nitro paraphin.
• Nguyên liệu
 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 nguyên chất. nhưng ít có giá trị kinh tế nên
ít được sử dụng.
 Cracking dầu mỏ và nhiệt phân một số chất hữu cơ khác.
 Đi từ benzen và cloetan
- Trước tiên là phản ứng tạo thành clorua etan
+ CH
2
ClCH
3
AlCl
3
CH
2
CH
3
HCl
+
Xúc tác sử dụng AlCl
3
dưới dạng bột hay phoi vụn
Phản ứng tiến hành trong 3
h
về cuối nâng nhiệt độ lên 90
o
C và ngừng phản
ứng khi không có HCl thoát ra nữa.
- Chuyển etyl benzen thành styren .
+ Xà phòng hoá clo etyl benzen tạo thành fenyl etyl cacbinol rồI khử nước
để chuyển thành styren

CH
2
CH
3
Cl
2
PCl
5
CHCl
CH
3
Dưới tác dụng của xúc tác PCl
5
clo đính vào đúng vị trí.
+ Xử lý Clo etyl benzen bằng dung dịch Na
2
CO
3
ở 70÷100
o
C
- 5 -
4÷6
h
có chất nhũ hoá
HOH
Na
2
CO
3

CH
CH
3
Cl
CH
CH
3
OH
+ Khử nước của fenylmetylcacbinol thêm chất tách nước mang tính axít
CH
CH
3
OH
H
2
O
CH
CH
2
Phản ứng ở 150
o
÷200
o
; 3% bisunfatkali.
Dùng hơi nước trực tiếp chưng cất styren ra khỏi nồi phản ứng. Sấy khô
styren thô rồi lại chưng cất lại.
Lưu ý: Để quá trình khử nước tiến hành dễ hơn người ta thêm 1% axit tere
clophalic.
Đi từ benzen và etylen
CH

CH
2
+
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
Nhiệt độ phản ứng ở 85
o
C, P=1atm
AlCl
3
làm xúc tác
Sau khi tách hết xúc tác tiến hành chưng tách sau đó thu được etyl benzen khá
tinh khiết.
+) Phương pháp 1
Sau đó quá trình được lặp lại đối với phương pháp này như phương pháp 2.3
+) Phương pháp 2
Khử hydro của etyl benzen
Phương pháp này hiệu quả nên đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất
Styren
- 6 -
CH
2
CH
3

H
2
CH
CH
2
Phản ứng này toả nhiều nhiệt nên thường tiến hành ở nhiệt độ cao và áp suất
riêng phần của etyl benzen nhá.
Do vậy để giảm áp suất trong quá trình trùng hợp có thể dùng chân không
hoặc pha loãng etyl benzen bằng khí trơ hay pha loãng bằng hơi nước
• Xúc tác tổng hợp monome
Ở một số nước phát triển người ta sản xuất styren với các loại xúc tác
khác nhau:
 Ở Nga :
- Khử H
2
của etyl benzen ở 650
o
C có xúc tác Cu, Cr, N
2
hay CO
2
làm chất pha
loãng cho độ nhớt của dung dịch 50÷55%
- Khử H
2
ở 650
o
C xúc tác Zn: Al
2
O

3
= 1: 9, P= 13mmHg, độ nhớt của dung
dịch 80%.
- Hơi etyl benzen cho đi qua thiết bị đun nóng trước rồi vào thíêt bị phản ứng
đun nóng đến 650-700
o
C. trong thiết bị phản ứng chất đầy Silicagen, than
hoạt tính tầm chất xúc tác. Hơi đi ra khỏi thiết bị phản ứng qua máy làm lạnh
để ngưng tụ lại. Độ nhớt của Styren, thời gian làm việc của xúc tác phụ thuộc
vào thành phần, độ mịn của xúc tác, bản chất của chất mang, tỷ lệ giữa hơi
nước và etyl benzen.
 Ở Đức
- Xúc tác oxyt Zn (77,4%) hoạt tính bằng kiềm
- Thiết bị phản ứng hình ống
Hơi nước và etyl benzen lấy theo tỉ lệ phân tử. khi xúc tác còn mới người ta
duy trì nhiệt độ phản ứng 380
o
C, về sau khi xúc tác gỉm hoạt hoá thì nhiệt độ
610
o
C
 Ở Mỹ
- Các oxyt kiềm của Fe hoá trị 3 (85%) vớI một ít oxyt crom người ta lấy
theo tỉ lệ 1kg etyl benzen hỗn hợp vớI 2,8 kg hơi nước, duy trì nhiệt độ trong
- 7 -
thiết bị phản ứng 630
o
C, nhiệt độ của hơi nước đi ra 365
o
C hơi đi ra H

2
, CO,
CO
2
, CH
4
, C
2
H
6
- 8 -
Tớnh cht vt lý ca polystyren

T trng g/cm
3
0,90458
Chit sut

25
1,54389
nht cP 0,75
T
o
sụi
o
C 145,2
T
o
nc
o

C -30,6
T
o
bựng chỏy
o
C 31,0
T
o
bt la
o
C 34,0
T
o
bay hi
o
C 86,9
Nhit chỏy cal/g 10,04
Nhit trựng hp cal/g 168
T nhit 25
o
c cal/g. 0,407
Gii hn n trong khụng khớ %V
1,1ữ6,1
co sau khi trựng hp %V 17,0
2.2. Tổng hợp polyme.
Cấu tạo và triển vọng phát triển của nhựa trong tơng lai.
PS là loại nhựa không đắt và nặng chính vì vậy nó không đợc sử dụng
rộng rãi nh nhựa Polyetylen . Nhựa PS chủ yếu đợc ứng dụng rộng rãi trong các
nghành công nghiệp nh để sản xuất vỏ máy tính , máy bay, bọc gói sản phẩm,
vật liệu cách điện.

PS thuộc loại nhựa vinylpolyme. Cấu trúc nói chung của nó là mạch
hyđrocacbon dài với sự có mặt của nhóm phenyl đợc gắn vào mỗi nguyên tử
cacbon khác nhau một cách có qui tắc. Nhựa PS là sản phẩm của quá trình trùng
hợp gốc tự do nhóm vinyl.
Nhựa PS có nhiều đồng phân lập thể:
PS syndiotactic là polyme có nhóm phenyl của mạch đợc phân bố xen kẽ về hai
phía của mặt phẳng mạch cacbon.
PS atactic nhóm phennyl phân bố một cách lộn xộn không có trật tự về hai phía
của mặt phẳng mạch cacbon.
PS izotactic nhóm phenyl phân bố một cách đều đặn về một phía của mặt phẳng
mạch cacbon.
- 9 -
Cấu trúc syndiotactic cho vật liệu polyme có cấu trúc tinh thể hơnvà vật liệu
polyme có tính năng cơ lý tốt hơn vì vậy nó là cấu trúc mong muốn của sản
phẩm. Nhng quá trình trùng hợp này rất khó và chi phí lớn do đó phơng pháp
này chủ yếu đợc dùng để sản xuất PS dùng cho các mục đích yêu cầu kỹ thuật
cao.
Các copolyme của Styren nh copolyme Butadien- Styren, copolyme Styren-
Acrilonitryl là những loại có giá trị kinh tế cao. Phần lớn những sản phẩm này
thu đợc ở dạng copolyme ghép đây là một polyme mà một mạch chính dài của
một loại mắt xích đợc đính vào nó một mạch polyme của một loại mắt xích
khác.
Mạch chính
Mạch nhánh
- 10 -
Mạch tựa nh cao su mang đến cho cấu trúc của PS nhiều u điểm.
Polybutadien( PB) và PS ở trạng thái đồng thể không thể trộn lẫn nhng PB mạch
nhánh có thể trộn lẫn tuyệt vời với pha PS vì vậy chúng sẽ kết hợp với các pha
PS để hấp thụ năng lợng khi PS chịu va đập và làm cho copolyme này có những
tính chất cơ lý tốt hơn hẳn PS đơn thuần về độ bền kéo đứt. Loại vật liệu này đ-

ợc gọi là vật liệu chịu độ va đập cao hay HIPS.
Không phải tất cả các mạch của HIPS đều là mạch nhánh giống nh vậy nó có
hai mạch rõ ràng của PS và PB cũng trộn lẫn trong đó. Khi đó HIPS này chúng
ta gọi là hỗn hợp không thể trộn lẫn của PS và PB. Nhng nó là polyme ghép của
phân tử PS-PB mà chúng tạo thành hệ thống bởi sự nối kết
giữa hai pha.
HIPS có thể trộn lẫn với polyme gọi là polyphenylenoxit hoặc PPO. Hỗn
hợp của HIPS và PPO đợc tạo thành bởi GE và đợc bán ra với tên thơng mại
Noryl.
2.2.1.Trùng hợp gốc.
Giải thích khả năng trùng hợp của Styren theo cơ chế gốc
ch = ch
2



+

Do có nhóm vinyl trong phân tử nhóm này có tính chất đẩy đôi e trong liên
kết của liên kết đôi C=C nh trên hình vẽ. Nh vậy mật độ điện tích trên các
nguyên tử cacbon của nhóm vinyl cũng thay đổi nh ký hiệu trên hình vẽ. Mặt
- 11 -
PS
Pha PB
Pha PS
khác nhóm phenyl có tính chất hút điện tử về phía vòng benzen mà mật độ điện
tích âm tập trung ở vị trí octo và para. Chính vì sự chênh lệch điện tích nh vậy
mà liên kết của liên kết C=C trở nên kém bền hơn và thích hợp cho quá trình
trùng hợp gốc. Có nhiều phơng pháp trùng hợp cho PS nh:
Trùng hợp gốc tự do

Trùng hợp ion
Trùng hợp xúc tác Zittler- Natta
Trùng hợp xúc tác metallocen
Thông thờng phơng pháp phổ biến và hữu hiệu nhất là quá trình trùng theo
cơ chế gốc . Để tạo ra gốc tự do ngời ta sử dụng chất khởi đầu thông thờng ngời
ta sử dụng các loại chất khơi mào sau.
Peroxyt:

C - O - O - C
O
O
Peroxyt benzoil
Peoxyt
Hydropoxyt:H
2
O
2
HO OH
Peoxyt tertbutyl
C - O - O - H
ch
3
ch
3
Hợp chất azo:
Pesunphat Kali.
S
O
O
O

O
K
O
S
O
O
O
K
- O
O
Pesunfat amoni
S
O O
S
O
O -
O
nh
4
O -
nh
4
Cơ chế chung của quá trình trùng hợp gốc.
Giai đoạn khơi mào
- 12 -
Các chất khơi mào phân huỷ thành các gốc tự do

Gọi R
.
là gốc tự do nói chung: Gốc này sẽ tấn công vào phân tử vinyl nói

chung bắt đầu quá trình tạo gốc tự do mới giữa gốc khởi đầu và monome.

Electron cha
ghép đôi có xu hớng ghép đôi. Nếu nó có thể tìm thấy electron để ghép đôi nó
sẽ tấn công ngay vì vậy liên kết đôi của nhóm vinyl nó dễ dàng tấn công để tạo
thành trùng hợp gốc tự do. Electron cha ghép đôi khi đến gần cặp electron của
nhóm vinyl sẽ tạo thành liên kết hoá học mới giữa chất khởi đầu và monome.
Toàn bộ quá 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 monome, quá trình này gọi là sự
khơi mào từng bậc.
Giai đoạn phát triển mạch
Các gốc tự do lần lợt đính liên tiếp các phân tử monome vào tiếp tục quá
trình phát triển mạch.
R ch
2
ch
n ch
2
= CH
+
- CH
ch
2
R ch
2
ch
n

Giai đoạn đứt mạch
- 13 -

ch = ch
2
+

r
ch ch
2
R
r ch ch
2
Chủ yếu
ít hơn
Đứt mạch theo cơ chế kết hợp
+
n
R ch
2
ch
ch
2
- CH
m
R ch
2
ch
ch
2
- CH
- CH
ch

2
ch
2
ch
m
- CH
ch
2
R ch
2
ch
n
- R

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:
Chuyển mạch lên monome:
3
CH
=
CH
2
3
CH
=
CH
2
S

+
3
C
CH
2
S
3
CH
2
CH
2
.
+
3
CH
CH
2
3
CH
CH
2
S
3
CH
CH
2
3
CH
CH
2

S
+
.
Chuyển mạch lên dung môi.
Nếu các loại peroxyt, hydroperoxyt tạo thành ổn định trong điều kiện phản
ứng thì sẽ làm chậm quá trình trùng hợp, ngợc lại nếu chúng đã bị phân huỷ
thành gốc tự do thì sẽ tăng nhanh quá trình trùng hợp.
- 14 -
S
S
S
3
CH
2
CH
S
3
CH
CH
2
S
.
S
3
CH
2
CH
2
3
C

CH
2
.
+
+
Trong nhiều trờng hợp oxy kéo dài thời gian phản ứng (ví dụ clorua vinyl,
metylmetacrylat, styren)... nhng 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 monome có tác dụng tơng tự của oxi. Tác dụng độc của
chúng đợc xác định bởi bản chất hoá học, khả năng phản ứng với nhân hoạt tính
trùng hợp. Tuy nhiên dù hàm lợng chỉ có rất ít nhng đóng vai trò quyết định
trong quá trình trùng hợp.
Do những ảnh hởng phức tạp của oxi và tạp chất nh đã nói ở trên nên trong
quá trình trùng hợp bắt buộc phải điều chế monome thật tinh khiết và phản ứng
cần tiến hành trong môi trờng khí trơ.
Các yếu tố ảnh hởng đến trùng hợp gốc.
ảnh hởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ của các phản ứng hoá học trong đó có các phản
ứng của quá trình trùng hợp.Tốc độ phản ứng tăng nhanh nếu năng lợng kích
động càng cao.
Tuy nhiên ở nhiệt độ cao trọng lợng phân tử giảm không phải chỉ do phản ứng
đứt mạch mà còn do phản ứng chuyển mạch. Vì ở nhịêt độ cao tốc độ phản ứng
chuyển mạch tăng do có năng lợng kích động phát triển mạch. Do đó ở nhiệt
cao trọng lợng phân tử giảm đồng thời có nhiều mạch nhánh .
Ví dụ: Khi trùng hợp Styren ở 20
o
C dới tác dụng của peroxytbenzoyl phản ứng
kéo dài hàng năm và trọng lợng phân tử trung bình 550 000.
ở 120
o

C phản ứng kết thúc trong 2
h
nhng trọng lợng phân tử giảm xuống
167 000. Điều này đợc thể hiện trong đồ thị sau:
ảnh hởng của nồng độ và bản chất khởi đầu:
Từ động học của trùng hợp gốc:
[ ]
IKv
dd
.
=
[ ]
IKv
KMMK
.
=
- 15 -
CH
CH
S
CH
CH
S
2
2
CH
CH
S
CH
CH

S
2
2
O
O
O
O
[ ]
[ ]
[ ]
MRK
dt
Md
v
pp
..
.
==
[ ]
[ ]
2/1
'
2/12/1
1
.
.
.
I
K
KK

MK
P
KMd
p
==
v
d
là vận tốc phân huỷ chất khơi mào.
v
p
là vận tốc phát triển mạch.
v
KM
là vận tốc khơi mào.
P là độ trùng hợp trung bình.
I, R
.
, M lần lợt là chất khơi mào, gốc tự do, monome.
Theo công thức tính độ trùng hợp trung bình ta thấy độ trùng hợp trung bình tỷ
lệ nghịch với căn bậc hai của nồng độ chất khởi đầu. Nh vậy tăng nồng độ chất
khởi đầu có tác dụng làm tăng tốc độ phản ứng nhng lại làm giảm trọng lợng
phân tử trung bình của polyme.
ảnh hởng của nồng độ monome.
Khi tiến hành phản ứng trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha
loãng tốc độ trùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độ monome. Nếu
monome bị pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó
cũng làm giảm trọng lợng phân tử.
ảnh hởng của nồng độ monome:
Khi tiến hành trùng hợp trong dung môi hay trong môi trờng pha loãng tốc độ
trùng hợp và trọng lợng phân tử tăng theo nồng độ monome. Nếu monome bị

pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do đó cũng làm
giảm trọng lợng phân tử.
Nếu dung môi trơ tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ monome theo công
thức sau: v=K.M
x
x thờng bằng 1,5.
Trong trờng hợp dung môi hoạt tính sự phụ thuộc giữa vận tốc trùng hợp và
nồng độ monome trở nên phức tạp hơn.
2.2.2.Trùng hợp ion.
Trùng hợp cation: Xúc tác trùng hợp cation thờng là những loại sau:
Xúc tác Fridels-Crafts: BF
3
, AlCl
3
,SnCl
4
, TiCl
4
, SbCl
5
.
- 16 -
Các axit: Axit sunfuric,clohydric,fotforic...
Đa số các phản ứng trùng hợp cation ngời ta cho rằng có sự tham gia của chất
đồng xúc tác. Chúng là các chất dễ cho proton nói chung,hoặc hợp chất
halogenua ankyl có khả năng tạo thành ioncacboni. Tác dụng của chúng khi kết
hợp với xúc tác tạo thành hợp chất trung gian dễ cho proton.
Cơ chế của trùng hợp cation qua 3 giai đoạn
sau:
Giai đoạn kích động:

Giai đoạn phát triển mạch:
Nhân hoạt động tạo thành lần lợt kết hợp với các phân tử monome. Phản ứng
phát triển mạch kèm theo sự truyền theo mạch điện tích dơng.
Giai đoạn đứt mạch:
- 17 -
BF
3
HOR+
F
3
B
O
H
R
F
3
B
O
H
R
+
CH
=
CH2
B
F
3
OR
_
CH

CH
3
+
AlCl
3
RCl
CH
CH2
+
AlCl
4
_
R
CH
CH2
+
B
F
3
OR
_
CH
CH
3
+
CH
CH2
+
CH
=

CH2
+
CH
CH
CH
CH
3
2
B
F
3
OR
_
n
Là phản ứng bậc nhất không có phần đứt mạch kết hợp do 2 mạch phát triển tác
dụng với nhau nh trong trùng hợp gốc.
Giai đoạn chuyển mạch :
Mạch đang phát triển nhờng proton cho phân tử monome hoặc dung môi trở
thành phân tử polyme bất động có liên kết đôi ở cuối mạch.
Nếu dung môi thuộc hydrocacbon thơm thì phản ứng chuyển mạch qua giai
đoạn trung gian trớc hết tạo thành phức chất với phân tử dung môi.
Dung môi là yếu tố quyết định đến tiến trình phản ứng .
Cấu tạo dung môi có ảnh hởng lớn đến tốc độ và độ trùng hợp . Nghiên cứu
phản ứng chuyển mạch ngời ta thấy dung môi tham gia trong giai đoạn trung
gian của phản ứng chuyển mạch do đó tốc độ của phản ứng trung gian có ảnh h-
ởng đến toàn bộ tốc độ phản ứng chuyển mạch nói chung . Độ phân cực của
- 18 -
AlCl
3
RCl

+
AlCl
3
RCl
CH
CH2
+
CH
CH
CH
CH
2
2
B
F
3
OR
n
R
CH
=
CH2
+
CH
CH
3
+
CH
CH2
CH

CH
CH
CH
2
2
n
R
AlCl
4
+
CHX
CH2
S
+
+
CH
CH2
S
+
X
_
CH
CH2
+
SnCl
5
_
CH
=
CH

S
+
SnCl
4
+ HCl
CH
CH
S
2
Cl
SnCl
4
+
dung môi càng lớn tốc độ trùng hợp càng cao . Do trong dung môi phân cực
phức chất của chất xúc tác và đồng xúc tác dễ phân ly cho proton kích động
trùng hợp.
Độ phân cực dung môi lớn làm tăng trọng lợng phân tử của nhựa PS . Nghiên
cứu ảnh hởng của dung môi đến trọng lợng phân tử của nhựa PS ta có bảng sau:
Các yếu tố ảnh hởng khác nh nhiệt độ, nồng độ monome cũng nh trùng hợp
gốc.
Trùng hợp anion:
Xúc tác của quá trình anion thờng là các hợp chất mang tính bazơ:
Các bazơ: NaOH,KOH,KNH
2
.
Hợp chất cơ kim:C
4
H
9
Li.

Trùng hợp PS trong môi trờng amoniac lỏng dới KNH
2
thể hiện cơ chế của quá
trình trùng hợp anion.
Giai đoạn kích động:
- 19 -
Dung môi
Hằng số điện môi của
dung môi
Trọng lợng phân tử của PS
Cyclohexan 1,9 2040
Benzen 2,3 2190
Brombenzen 5 -
Dicloetan 10 4200
Nitroetan 28 4950
Nitrobenzen 36 8400
CH
2
CH
KNH
2
+
+
NH
3
CH
3
CH
2
K

NH2
2
+
+
NH
2
_
CH
2
CH
NH
2
_
CH
2
CH
+
Giai đoạn phát triển mạch:
Giai đoạn chuyển mạch:
Cũng nh trùng hợp cation dung môi, nhiệt độ,bản chất của monome ảnh hởng
lớn đến quá trình trùng hợp.
Trong quá trình trùng hợp nhiệt của quá trình phản ứng thoát ra khá mạnh. Vì
vậy để giảm nhiệt của phản ứng thoát ra ngời ta sử dụng thêm hệ oxihoá khử :
H
2
O
2
+Fe
2+
hoặc peoxytdicumyl+ Fe

2+
.
HO OH + Fe
2+
Fe
3+
+ OH + OH
HO +Fe
2+
HO
-
+ Fe
3+

Để giảm phản ứng không mong muốn ngời ta khống chế lợng Fe
2+
cho
vào với hàm lợng 0,001%so với monome.
2.3.Các phơng pháp trùng hợp.
Khử chất hãm khỏi Styren trớc khi trùng hợp.
Vì Styren có khả năng tự trùng hợp làm giảm phẩm chất của monome.
Để bảo quản monome khỏi trùng hợp sớm ngời ta đa thêm một lợng chất hãm
vào Styren và bảo quản chúng trong những chai màu tối . Chúng là hydroquinol.
Trớc khi trùng hợp ngời ta loại bỏ chất hãm bằng dung dịch kiềm loãng.
Thiết bị khử chất hãm làm bằng gang tráng men có lắp cánh khuâý . Trớc
hết cho nớc vào nồi phản ứng sau đó cho xút vào rồi khuấy thêm nửa giờ sau đó
cho Styren vào . Tiếp theo chng cất trong chân không.
- 20 -
NH
2

_
CH
2
CH3
CH
2
CH
n
+
NH
2
_
CH
2
CH
_
_
CH
2
CH
_
CH
2
CH
n
_
CH
2
CH
S

+
NH
3
_
CH
2
CH
S
+
NH
2
3.2 C¸c ph¬ng ph¸p trïng hîp
 Trùng hợp trong khối
Thành phần hỗn hợp đem trùng hợp khối
Monome
Chất khởi đầu (có thể có hoặc không )
Đặc điểm:
.Thường người ta dùng chất khởi đầu là peroxyt benzoil, nhưng không
thích hợp với Styren vì polystyren nhận được bị vàng. Hiện tượng này cũng
xuất hiện khi có peroxyt tạo thàh do styren bị oxyt hoá.
- Khi không có chất khởi đầu thì sau một thời gian cảm ứng styren bắt đầu
trùng hợp.
- Tốc độ của phản ứng trùng hợp trở nên không đáng kể khi mức độ
chuyển hoá khoảng 90% như vậy ta không thêt nhận được polyme trọng
lượng phân từ cao khi thời gian kéo dài.

Khi mức độ chuyển hoá cao thì dung dịch càng nhớt do đó nhiệt khó thoát
khỏi khối phản ứng do đó để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ gây gãy mạch,
chuyển mạch … Người ta dùng phương pháp trùng hợp qua 2 giai đoạn
 Trùng hợp dung dịch

Thành phần dung dịch
Monome
- 21 -
10
20
30
50
40
60
70
131,5
o
100,5
10
20
30 40 50 60 70
t(h)
% ch.hoá
113,5
Dung môi
Chất khởi đầu
Dung môi có vai trò giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình phản
ứng trùng hợp làm giảm hiện tượng quá nhiệt gây đứt mạch, chuyển mạch.
Đặc điểm của trùng hợp dung dịch
- Tốc độ phản ứng chậm hơn so với trùng hợp khối, Polyme tạo thành có
trọng lượng phân tử thấp hơn.
- Trọng lượng phân tử của polyme phụ thuộc vào loạI dung môi, nhiệt độ
hay nói cách khác phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp.
- Với các loại dung môi khác nhau như benzen,xylen,toluen … hằng số
chuyển mạch khác nhau rõ rệt mặc dù tốc độ phát triển mạch gần bằng nhau.

- Polyme được lấy ra bằng cách thêm chất kết tụ polyme ( chỉ hoà tan
monome không hoà tan polyme ) chúng là cacbua hydro của dầu mỏ, rượu
metylic, etylic.
Tách P.S ra khỏi dung dịch còn áp dụng phương pháp chưng cất dung môi
dưới chân không hay chưng bằng hơi nước trực tiếp.
 Trùng hợp huyền phù
Hỗn hợp phản ứng :
Styren
Chất khởi đầu
Môi trường phân tán là nước
- Trong nồi phản ứng có lắp cánh khuấy, vỏ bọc ngoài để đun nóng hoặc làm
lạnh và thiết bị làm lạnh kèm theo.
-Cần khống chế nhiệt độ trong nồi phản ứng chặt chẽ để giảm hiện tượng đứt
mạch, chuyển mạch ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm.
-Lọc sản phẩm, rửa nước và chuyển đến máy quay ly tâm để tách hết nước đi
-Sấy polyme trên băng chuyền chấn động gặp dòng không khí nóng hay sấy
trong thiết bị kiểu thùng quay.
-Sản phẩm sấy xong trộn với chất màu trong thiết bị làm bằng thép không gỉ
rồi đóng vào bao bì.
- 22 -
Các giai đoạn của quá trình trùng hợp

-Hiệu suất chuyển hoá trên 99,5%. -Giai đoạn đầu độ nhớt không cao nhờ sự
khuyâý trộn monome không tan trong môi trường nước được phân bố thành
những giọt nhỏ kích thước 5-10µm.
-Chất khởi đầu tan trong monome.
-Phản ứng trùng hợp xảy ra trong các giọt monome . Môi trường phân tán là
nước để giải toả năng lượng nhiệt sinh ra trong quá trình trùng hợp.
- Tuỳ thuộc vào tốc độ khuấy mà kích thước các hạt cũng khác nhau.

-Sản phẩm phản ứng dưới dạng hạt nhỏ do đó để thu được polyme tạo thành
người ta phải loại nước và rửa chất khởi đầu. Khi đó các giọt dễ có khả năng
keo tụ với nhau do đó người ta phải bổ xung thêm chất ổn định vào chúng là
rượu polyvinylic.
- Các phân tử polvinylic sẽ bao phủ bên ngoài các giọt polyme không cho
chúng keo tụ với nhau.
- 23 -
SL
hạt
tốc
độ
lớn
nhỏ
d(µm)
poly
me
PVR
H
2
O
Đặc điểm của trùng hợp huyền phù
-Dễ điều chỉnh nhiệt độ
-Khoảng nhiệt độ trùng hẹp, cho polyme có khối lượng phân tử phân bố đồng
đều.
-Dễ điều khiển hàm lượng monome dư bằng hệ xúc tác và nhiệt độ thấp .
-Cho sản phẩm chịu được nhiệt độ cao.
 Trùng hợp nhũ tương
Hỗn hợp phản ứng gồm có :
Styren 30-60% so với nước

Chất khởi đầu pesunphat kali.
Môi trường phân tán là nước.
Chất nhũ hoá 1-5 % so với khối lượng monome
Muối đệm ổn định pH.
Phương pháp tổng hợp
Liên tục hay gián đoạn nhưng phương pháp gián đoạn phổ biển rộng rãi ở
nhiều nước trên thế giới.
Quá trình trùng hợp qua các giai đoạn sau:
+Khử chất hãm khỏi Styren
+Trùng hợp Styren
+Kết tụ polyme
+Tách nước bẩn và rửa polyme
+Chưng ly tâm
+Sấy
+Nghiền nhỏ, sấy khô và đóng bao
- 24 -
Cht nh hoỏ l mui ca axit bộo : x phũng hoc cỏc sulfoaxit . Cht nh
hoỏ cú tỏc dng lm gim sc cng b mt gia hai pha lm cho monome d
dng phõn tỏn trong mụi trng nc.
Xà phòng dầu ve có công thức nh sau:

CH
3
CH
2
CH
CH
2
CH
5

OH
CH
CH
2
7
COOH
Cht nh hoỏ cú hai phn : phn a nc v phn k nc.

Cht nh hoỏ c hp ph trờn b mt nh tng , mt phn nh ho tan
trong nc cũn li kt hp vi nhau to thnh cỏc Mixel. Cỏc Mixel dng tm
hoc cu.


dng tm dng cu
Phn ln cỏc Mixel tn ti dng git cú kớch thc 1-10
à
m , nng 10
10
-
10
11
/ml.
Chất khởi đầu pesunphatkali có công thức nh sau:
S
O
O
O
O
K
O

S
O
O
O
K
Chất khởi đầu phân ly thành các gốc tự do nh sau:
S
O
O
O
O
K
O
S
O
O
O
K
S
O
O
O
O
2K
+
.
+
2
Quỏ trỡnh phn ng nh sau :
- 25 -

k nc
a
nc