Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng sản xuất PVC- S

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 4
PHẦN I ...................................................................................................................................... 7
LÝ THUYẾT ............................................................................................................................. 7
CHƯƠNG I. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP NHỰA PVC .................................................... 7
1.1. Nguyên liệu tổng hợp PVC ..................................................................................... 7
1.1.1. Monome vinyl clorua (VCM) ............................................................................ 7
1.1.2. Chất ổn định huyền phù .................................................................................... 9
1.1.3. Chất khơi mào (khởi đầu) ............................................................................... 10
1.1.4. Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3) ................................................................. 12
1.1.5. Chất ổn định nhiệt (AD-5)............................................................................... 12
1.1.6. Chất bảo quản .................................................................................................. 13
1.1.7. Chất dập tắt phản ứng. .................................................................................... 14
1.1.8. Chất chống đông. ............................................................................................. 14
1.1.9. Chất kìm hãm phản ứng (AD-1). .................................................................... 14
1.1.10. Dung dịch đệm ................................................................................................. 15
1.2. Lý thuyết trùng hợp .............................................................................................. 15
1.2.1. Khái niệm phản ứng trùng hợp (phản ứng polyme hóa) ............................... 15
1.2.2. Điều kiện phản ứng ......................................................................................... 15
1.2.3. Đặc điểm phản ứng trùng hợp ........................................................................ 15
1.3. Lý thuyết trùng hợp PVC ..................................................................................... 15
1.4. Cơ chế trùng hợp PVC .......................................................................................... 16
1.5.

Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp gốc ........................................................ 19

1.5.1. Ảnh hưởng của ôxi tạp chất ............................................................................ 19

1.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................................. 20
1.5.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào ......................................................... 20
1.5.4. Ảnh hưởng của áp suất ................................................................................... 20
1.6. Cấu tạo và tính chất của PVC .............................................................................. 21
1.6.1. Cấu tạo ............................................................................................................. 21
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

1.6.2. Tính chất của PVC........................................................................................... 21
1.6.3. Ứng dụng của PVC .......................................................................................... 24
1.6.4. Biến tính nhựa PVC ........................................................................................ 31
1.7. Các phương pháp sản xuất nhựa PVC ................................................................ 32
1.7.1. Trùng hợp khối ................................................................................................ 33
1.7.2. Trùng hợp dung dịch ....................................................................................... 34
1.7.3. Trùng hợp huyền phù ...................................................................................... 34
1.7.4. Trùng hợp nhũ tương ...................................................................................... 36
CHƯƠNG II: DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ .............. 40
2.1. Dây chuyền công nghệ ............................................................................................. 40
2.2. Thuyết minh sơ đồ.................................................................................................... 40
PHẦN II: ................................................................................................................................. 44
TÍNH TOÁN ........................................................................................................................... 44
CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................. 44
3.1. Các số liệu ban đầu .................................................................................................. 44
3.2. Tính cân bằng vật chất cho 1 tấn PVC thành phẩm. ............................................ 46

3.3. Cân bằng vật chất cho một mẻ sản phẩm.............................................................. 53
3.4. Cân bằng vật chất cho một năm sản xuất .............................................................. 53
CHƯƠNG IV: TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH .................................................... 54
4.1. Tính thể tích thiết bị phản ứng ............................................................................... 54
4.2. Tính chiều cao và đường kính thiết bị.................................................................... 56
4.3. Tính chiều dày thân thiết bị .................................................................................... 57
4.4. Tính chiều dày của đáy và nắp elip có gờ .............................................................. 60
4.5. Tính kết cấu vỏ áo gia nhiệt .................................................................................... 61
4.6. Tính cách khuấy ....................................................................................................... 64
4.7. Tính chọn bích, bulông, chân đỡ ............................................................................ 66
CHƯƠNG V: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .................................................................. 70
5.1. Giai đoạn đun nóng hỗn hợp đầu ........................................................................... 71
5.1.1. Xác định hệ số cấp nhiệt  ............................................................................... 71
5.1.2. Tính nhiệt lượng Q1 của nước truyền từ vỏ áo vào thiết bị ........................... 73
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

5.1.3. Tính nhiệt lượng Q2 truyền cho hỗn hợp phản ứng ....................................... 74
5.1.4. Tính nhiệt lượng Q3 đã đun nóng vỏ áo của thiết bị phản ứng ..................... 74
5.1.5. Tính tổn thất nhiệt Q4 trong quá trình gia nhiệt ............................................ 75
5.1.6. Tính nhiệt lượng Q5 truyền cho cánh khuấy .................................................. 76
5.1.7. Tính nhiệt lượng Q6 do VCM phản ứng tỏa ra trong quá trình gia nhiệt ... 76
5.1.8. Tính nhiệt lượng Q cần cung cấp cho thiết bị phản ứng ............................... 77
5.1.9. Tính lượng nước cần dùng để gia nhiệt ........................................................... 77

5.2. Giai đoạn duy trì phản ứng ở 580C ........................................................................ 77
CHƯƠNG VI: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................. 79
6.1. Tính và chọn thiết bị ngưng tụ VCM ..................................................................... 79
6.2. Tính kết cấu thiết bị tách VCM tự do .................................................................... 84
6.3. Tính và chọn bơm..................................................................................................... 89
6.4. Tính và chọn calorife cho thiết bị sấy ..................................................................... 97
6.5. Tính và chọn xyclon ............................................................................................... 105
6.6. Tính bồn chứa ......................................................................................................... 106
CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ XÂY DỰNG ............................................. 107
7.1. Chọn địa điểm xây dựng ........................................................................................ 107
7.2. Tính diện tích của các hạng mục .......................................................................... 108
7.3. Thuyết minh thiết kế mặt bằng phân xưởng ....................................................... 112
7.4. Giải pháp kết cấu nhà ............................................................................................ 114
7.5. Thông gió và chiếu sáng ......................................................................................... 114
PHẦN III:

AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH MÔI TRƯỜNG ............................ 115

KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 121

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

LỜI MỞ ĐẦU
Trước đây, khi ngành công nghệ hóa học cao phân tử chưa được phát hiện thì con
người chỉ biết dùng những vật liệu từ tự nhiên như tre, nứa, gỗ, hoặc các vật liệu truyền thống
như gốm, sứ để sản xuất những vật dụng sinh hoạt hằng ngày. Nhưng ngày nay, khi kinh tế
ngày càng phát triển, cuộc sống ngày càng được cải thiện thì những vật dụng mang tính tự
nhiên và thủ công trước đó không còn đáp ứng được, mà dần dần được thay thế bằng những
vật dụng được làm từ chất dẻo.
Tổng hợp chất dẻo là ngành công nghiệp đang trên đà phát triển, nó hoàn toàn dựa trên
sự gia công vật liệu cao phân tử. Chất dẻo có nhiều tính chất đặc biệt có thể đáp ứng nhu cầu
về tính thẩm mỹ, tính kinh tế, tính năng sử dụng của khoa học kĩ thuật và đời sống hằng ngày.
Hơn nữa, nguyên liệu để tổng hợp nên chất dẻo cũng tương đối dồi dào như: than đá, khí
thiên nhiên, phế liệu công nghiệp, nhất là với sự ra đời của nhà máy lọc dầu nên nguồn
nguyên liệu càng ổn định hơn.
Hiện nay, người ta đã tổng hợp được rất nhiều loại nhựa có tính chất cơ lý tốt như:
nhẹ, bền cơ học, bền hóa học, bền nhiệt, cách điện, cách nhiệt tốt, lại dễ gia công, giá thành
tương đối thấp…Do vậy, ngày nay các sản phẩm thông dụng được chế tạo từ chất dẻo như:
bao bì, áo mưa, dày dép, ống nước,…được sử dụng rất rộng rãi và đa dạng.
Trong số đó, Polyvinylclorua (PVC) là loại nhựa được phát hiện tương đối sớm và có
nhiều tính năng tốt như: ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản phẩm
thông dụng.
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. Việc tiến sĩ hóa học
người Đức Waldo Simon vô tình phát hiện ra những đặc tính quý báu của PVC có thể thay
thế cao su trong hàng loạt ứng dụng và nhất là nhu cầu to lớn về nguyên vật liệu phục vụ cho
cuộc chiến tranh thế giới thứ hai cũng như sau đó là phục vụ cho việc khắc phục hậu quả
chiến tranh, phát triển đất nước đã thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất PVC phát triển
nhanh chóng ở nhiều nước như Mỹ, Đức, Anh và Nhật Bản.
Có thể lấy nước Anh để minh họa cho nhận xét trên. Nếu như năm 1947 lượng PVC

tiêu thụ ở Anh là khoảng 6.600 tấn, thì 10 năm sau đã là 66.000 tấn, tức là cứ sau mỗi 3 năm
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

lượng tiêu thụ PVC gần như tăng gấp đôi. Năm 1979 Anh tiêu thụ hơn 440.000 tấn PVC, còn
năm 1990 là 615.000 tấn [1]
Bước sang thế kỷ 21, kinh tế trên toàn cầu đã được cải thiện và vì thế nhu cầu sử dụng
PVC rất lớn, lớn hơn rất 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%. Dự kiến đến năm
2012, công suất PVC của thế giới đạt 50 triệu tấn/năm. Khu vực châu Á được dự báo dẫn đầu
thế giới với mức tăng trưởng nhu cầu bình quân hằng năm là khoảng 7% 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 tiểu lục địa Ấn Độ. [2]
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. Ngành công nghiệp nhựa ở Việt Nam lúc ấy
được hiểu là ngành 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.
Chỉ bắt đầu từ những năm 1990, tức là khi đất nướcbước vào thời kỳ đổi mới, ngành
công nghiệp này mới thực sự có sự bức phá và hơn mười năm trở lại đây đã dành lại được thị
trường trong nước. Không những thế hàng nhựa Việt Nam đang từng bước vươn ra thị trường
trong nước. Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm nhựa đã vượt 500 triệu USD và
năm 2010 kim ngạch xuất khẩu sản phẩm nhựa có thế đạt khoảng 1,3 tỷ USD. Tuy nhiên với
việc hầu như tất cả nguyên liệu đầu vào đều phải nhập khẩu thì khả năng cạnh 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). Nhờ liên doanh này lượng PVC nhập khẩu giảm từ 74,000 tấn năm
1997 xuống còn 61,000 tấn vào năm 1999 và chỉ còn trên dưới 50,000 tấn vào những năm
sau này. Từ năm 2003 công suất của TPC Vina là 120.000 tấn/năm [3]. Năm 2009 công ty
đầu tư thêm dây chuyền thứ 2 tăng công suất của nhà máy lên trên 200.000 tấn/năm [4]. Cuối
năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ hai là PMPC (Liên doanh giữa Petromas Maylasia với
Bà Rịa – Vũng Tàu) công suất 100.000 tấn/năm cũng bắt đầu tham gia vào thị trường. Sự tiêu
thụ cũng như khả năng cung cấp nhựa PVC ở Việt Nam được biểu diễn dưới biểu đồ sau
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

(Hình 1)

Hình 1: Khả năng cung-cầu PVC của Việt Nam [5]
Trong mấy năm qua công nghiệp gia công chất dẻo trong nước phát triển mạnh với tốc
độ tăng bình quân tới 28%/năm. Toàn bộ nhựa nguyên liệu là nhập khẩu, trong số đó PVC
chiếm trung bình 1/3 nguyên liệu nhựa. PVC nhập dưới 2 dạng: bột PVC (PVC resin) và hạt
PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn đinh, chất màu. Nguồn cung cấp PVC
nguyên liệu, cũng như bán thành phẩm PVC và phụ gia chủ yếu là chất hóa dẻo DOP là các
nước Đông Nam Á và Đông Á ( Nhật Bản, Thái Lan, Hàn Quốc, Singapo,…).
Sản xuất PVC hiện nay có rất nhiều phương pháp như: dung dịch, nhũ tương, huyền

phù, khối. Trùng hợp huyền phù và nhũ tương là hai phương pháp được sử dụng phổ biến.
Việc phải nhập khẩu nguyên liệu PVC từ nước ngoài làm cho giá thành sản phẩm tăng
cao chính vì thế mà việc thiết kế nhà máy sản xuất nhựa PVC là rất cần thiết ở Việt Nam. Đặc
biệt là nhà máy sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương pháp trùng hợp huyền phù. Đó là
lý do em chọn đề tài “thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Polyvinylclorua theo phương
pháp trùng hợp huyền phù với công suất là 50.000 tấn/năm”.

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

PHẦN I
LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP NHỰA PVC
1.1. Nguyên liệu tổng hợp PVC
1.1.1. Monome vinyl clorua (VCM)
 Công thức cấu tạo: C2H3Cl (CH2 = CH – Cl )
H

H
C

C

H

Cl

 Tính chất:
Khối lượng phân tử: 62,5 đvC. Ở điều kiện thường VCM là một chất khí không màu.
VCM dễ hoá lỏng, tan rất ít trong nước (0,11% khối lượng ở 20oC) nhưng tan trong dung môi
hữu cơ như: Axeton, rượu etylic, hydrocacbon thơm, hydrocacbon mạch thẳng.
VCM không gây ăn mòn ở nhiệt độ thường trong điều kiện khô. Khi tiếp xúc sẽ sinh ra
một lượng nhỏ HCl có thể gây ăn mòn sắt thép. VCM có mùi đặc trưng giống Clorofom
(CHCl3).
Một số thông số vật lý của PVC:
- Nhiệt độ sôi: ts = - 13,9oC
- Nhiệt độ nóng chảy: tnc = - 159oC
- Trọng lượng riêng: d = 0,9692g/cm3 (ở - 12,96oC)
- Độ nhớt: µ = 2,81 cP (ở - 20oC)
- Ẩn nhiệt hoá hơi: 85,7 Kcal/kg
- Áp suất hơi ở nhiệt độ trùng hợp (50 – 70oC): 800 – 1200 kPa
- Nhiệt hoá hơi: 20,6 kJ/mol
- Nhiệt dung riêng: 1,352 kJ/(kg.K)
- Độ dẫn nhiệt: 0,116 kcal/mol. độ
- Độ tan trong nước: 25,7mg/100ml (ở 20oC)
- VCM tạo hỗn hợp nổ với không khí ở giới hạn 3,6 – 26,4% về thể tích

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Ở nhiệt độ thường, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời có thể xảy ra phản ứng trùng
hợp ngay trong bình chứa nhưng tốc độ rất chậm. VCM có thể tạo thành hợp chất acetylen
clorua đồng. Do vậy, không nên sử dụng các thiết bị bằng đồng tiếp xúc với VCM. VCM có
thể chuyên chở trong bình thép chịu áp suất bảo quản ở nhiệt độ thấp (-200C). Trong trường
hợp không có chất ổn định và dưới áp suất của khí N2 thì có thể bảo quản ở nhiệt độ thường.
 Các phương pháp điều chế vinyl clorua
- Khử hiđrô và clo của đicloetan bằng dung dịch kiềm

Phương pháp này không kinh tế do tốn nhiều NaOH, rượu và thiết bị phải lớn.
- Clo hoá etylen ở nhiệt độ cao
Phương pháp này chưa được sử dụng do chưa có quá trình lấy nhiệt của phản ứng ra
một cách có hiệu quả.

- Nhiệt phân đicloetan

Phương pháp này rất kinh tế, dây chuyền sản xuất đơn giản nhưng xúc tác không bền,
không tái sinh được. Ở nhiệt độ cao tạo sản phẩm phụ như C2H2, đien . . .
- Hiđro và clo hóa C2H2

Xúc tác sử dụng là Ni hay HgCl2 ở nhiệt độ cao. Phương pháp này được sử dụng nhiều
trên thế giới, gần đây bị hạn chế sử dụng do giá thành của C2H2 cao hơn giá thành của Etylen.
Khí C2H2 và HCl sau khi được làm sạch và sấy khô, được cho vào thiết bị phản ứng
tiếp xúc tỷ lệ mol 1:1, tốc độ 100 lít/giờ. Cho chất xúc tác vào trong ống của thiết bị phản
ứng, khoảng giữa các ống cho dầu tuần hoàn vào ở 70 1300C để gia nhiệt cho phản ứng. Tuỳ
theo mức độ giảm hoạt tính của xúc tác mà nâng dần nhiệt độ của dầu lên.
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Hỗn hợp sau khi phản ứng (gồm VCM, đicloetan, axêtylen, HCl) được đưa qua thiết bị
phun để hấp thụ HCl. Sau đó, cho vào tháp sấy bằng KOH rồi qua thiết bị làm lạnh đến –400C
để ngưng tụ VCM và tách khỏi hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao hơn. Ngưng tụ xong cho qua tháp
tinh luyện hoạt động liên tục để đuổi axêtanđêhyt, đicloetan và sản phẩm phụ khác.
1.1.2. Chất ổn định huyền phù
Suốt trong quá trình phản ứng độ nhớt của hỗn hợp phản ứng, giọt monome chuyển
dần sang trạng thái nhầy sệt. Kết thúc phản ứng độ nhớt của hỗn hợp gồm VCM và hạt PVC
tăng lên, các hạt PVC có xu hướng đông tụ, nhất là vùng ít chịu tác động của cánh khuấy. Sự
đông tụ các hạt polyme tạo thành tảng làm cản trở quá trình khuấy và giảm hiệu quả truyền
nhiệt mất khả năng kiểm soát nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng. Để khắc phục hiện tượng này
người ta sử dụng chất ổn định huyền phù. Trong hỗn hợp phản ứng chất ổn định huyền phù
tiến tới bề mặt phân giới giữa hai pha làm giảm sức căng bề mặt giữa hai pha. Một số chất ổn
định huyền phù thường được sử dụng như polyvinyl alcol, polyvinyl axetat, tinh bột, bột
talc,…
 Loại 1 (Agent-1)
-

Công thức cấu tạo:

-

Độ trùng hợp n = 700

-

Độ nhớt dung dịch 4 % là

-

:

5,4  0,4 cP (ở 20 oC)

Chỉ số xà phòng hóa

:

71,0  1,5

Thành phần dễ bay hơi

:

3,0 % khối

Hàm lượng tro

:

1,0 % khối

mol (% nhóm OH)
lượng (tối đa)
lượng (tối đa)

Điều kiện sử dụng:
-

Áp suất nạp: 10 kG/cm2

-

Nhiệt độ: nhiệt độ phòng

-

Loại này được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 7 %.

 Loại 2 (Agent-2)
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

-

Công thức cấu tạo của nó như sau

-

Độ trùng hợp: n = 2000

:
Độ

-

nhớt

dung

dịch

4%

là

: 32,0  38,0 cP (ở 20 oC)
-

: 78,5  81,5 % mol

Chỉ số phòng hóa

Độ trong suốt của dung dịch

-

4%

: tối thiểu 90 %

-

Thành phần dễ bay hơi

: 5,0 % khối lượng (tối đa)

-

Hàm lượng tro

: 1,0 % khối lượng (tối đa)

Điều kiện sử dụng:
-

Áp suất nạp: 10 kG/cm2

-

Nhiệt độ: nhiệt độ phòng

-

Loại này được sử dụng ở dạng dung dịch có nồng độ là 5 %.

1.1.3. Chất khơi mào (khởi đầu)
Chất khơi mào được sử dụng với mục đích tạo ra các gốc tự do. Ở đây ta sử dụng hai
loại chất khơi mào có nhiệt độ, thời gian phân hủy khác nhau, như thế nó có tác dụng phân
hủy từ từ và đều trong quá trình phản ứng. Như vậy quá trình phản ứng xảy ra được ổn định,
êm dịu và dễ kiểm soát.

 Chất khơi mào 1 (Di-2-etylhexyl peroxidecarbonate)
Công thức phân tử:
Ο

C2H 5
CH 3

CH 2

CH
3

CH 2

O

C

O
2

Tính chất vật lý:
-

Màu sắc: trắng

-

Trọng lượng riêng

0,928 kg/l ở 10 oC

-

Độ nhớt

1,3

poa ở 10 oC

1,7

poa ở -15 oC

-

Ăn mòn: không

-

Khả năng hòa tan: dễ tan trong nước

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Sự phân hủy: khí CO2, CO được tạo ra bởi sự phân hủy C - 19 ở nhiệt độ
phòng. Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi có tiếp xúc với kim loại như là sắt.

-

Khả năng cháy: không cháy

-

Nổ: không

-

Điểm cháy: 72 oC

Điều kiện sử dụng:
-

Trạng thái nhũ tương

-

Nồng độ 60 %

 Chất khơi mào 2 (Cumyl peroxyneodecanoate)
Công thức phân tử:

Tính chất vật lý:
-

Màu sắc: trắng

-

Trọng lượng riêng:

0,963 kg/m3 ở -15 0C
0,927 kg/m3 ở 20

-

Độ nhớt:

5,6

poa ở

0

0

18

poa ở -15

0

-

Ăn mòn :

không

-

Nổ

:

không

-

Điểm cháy:

49 oC

-

Khả năng hòa tan:

dễ tan trong nước

-

Khả năng cháy:

không cháy

0

C

C
C

Sự phân hủy: khí CO2, CO được tạo ra bởi sự phân hủy Cumyl peroxyneodecanoate ở
nhiệt độ phòng.
Phản ứng oxy hóa khử xảy ra khi có tiếp xúc với các kim loại có hóa trị như là sắt,
mangan, đồng…
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Điều kiện sử dụng:
- Trạng thái nhũ tương nồng độ 50%.
1.1.4. Chất ngắt mạch phản ứng (AD-3)
Mục đích của nó cho vào nhằm ngừng phản ứng đang xảy ra ở áp suất tháo liệu (6,0
kg/cm2) và ổn định pH của hỗn hợp huyền phù.
-

Tên gọi: 2,2-Diphenylol propane

hoặc 2,2-Di-p-hydroxyphenyl propane

-

Công thức phân tử:
CH3
HOC6H4 - C - C6H4OH
CH3

Tính chất vật lý:
-

Màu sắc:

bột màu trắng

-

Mùi:

phenol nhẹ

-

Điểm nóng chảy:

156,6 oC

-

Điểm sôi:

217oC

-

Nhiệt dung riêng:

0,35 cal/g/oC

-

Độ tan:

không tan trong nước, tan trong rượu với tỷ lệ 150,5

g/100 g etanol và dung dịch kiềm pha loãng.
Điều kiện sử dụng:
-

Dung dịch 10 % trong NaOH

-

Thuộc nhóm có độc tính thấp, gây dị ứng da, kích thích đối với mắt.

1.1.5. Chất ổn định nhiệt (AD-5)
- Tác dụng của AD-5 là tăng cường khả năng ổn định nhiệt của mạch PVC. Tác
dụng ổn định nhiệt của AD-5 chủ yếu là ở trong quá trình xử lý sản phẩm sau khi trùng hợp
như ở các giai đoạn thu hồi, tách nước, sấy tiến hành ở 100 ÷ 110 0C. Còn trong quá trình

trùng hợp, phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ 55 ÷ 58 0C nên ảnh hưởng không đáng kể đến mạch
phân tử PVC.
- Tên gọi: Octadecyl - 3 - (3,5- di - t - butyl - 4 - hydroxyl phenyl) propionate
- Công thức phân tử:
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Chất lượng:
- Chất không bay hơi : 50,0  1,5% khối lượng
- Độ nhớt ở 25oC

: 300 cP (lớn nhất)

- Độ pH (dung dịch AD -5 10% với nước) 7  1,5
Điều kiện sử dụng:
-

Trạng thái nhũ tương

-

Tính chất vật lý:

-

Màu sắc:

nhũ tương trắng

-

Mùi:

không mùi

-

Điểm nóng chảy:

49  54 oC

-

Điểm sôi:

100 oC

-

Độ tan của bột

không tan trong nước

-

Chất rắn phân tán:

tan 26% khối lượng (KL) trong axeton.
tan 57% KL trong benzen
tan 57% KL trong CHCl3
tan 42% KL trong etyl acetate ( C2H5OCO-CH3 )
tan 31% KL trong hexane
tan 0,6% KL trong metanol.

1.1.6. Chất bảo quản
 Chất này được sử dụng với mục đích ngăn ngừa không cho phản ứng tự trùng hợp xảy
ra trong quá trình thu hồi và làm tinh vinyl clorua trong bồn chứa. Ở đây ta dùng hợp chất có
tên là thương mại là Inhibitor-1 (INH-1).
 Inhibitor-1 (INH-1)
Tên gọi : p-tert-butylcatechol
Công thức cấu tạo

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S
CH3

OH

CH3 C
CH3

OH

INH-1 có điểm nóng chảy 53,20C, điểm sôi là 2580C điểm bắt cháy là 1290C, điểm
bùng cháy là 1600C, trọng lượng riêng d=1,048, khả năng hoà tan tốt trong Metanol và
Hyđrocacbon clo hoá.
1.1.7. Chất dập tắt phản ứng.
Chất này được sử dụng với mục đích ngăn không cho phản ứng tiếp tục xảy ra trong
trường hợp có sự cố, áp suất bên trong thiết bị tăng lên đột ngột mà ta không thể kiểm soát
được quá trình, dễ xảy ra nguy cơ cháy nổ. Ở đây ta sử dụng hợp chất có tên thương mại
Inhibitor-3 (INH-3) tên gọi (α-metyl Styren)
Công thức phân tử C6H5-C(CH3)=CH2
Công thức cấu tạo:
CH 3
C
CH 2

Loại này được sử dụng dưới dung dịch không màu, khối lượng riêng d=0,9092 g/cm3 ở
250C, độ nhớt 94 cP ở 200C điểm nóng chảy –23,210C, điểm sôi là 1620C, điểm bắt cháy là
53,90C, giới hạn nổ là 0,9% thể tích trong không khí.
1.1.8. Chất chống đông.
Trong quá trình sản xuất nhựa PVC, ở giai đoạn hóa lỏng VCM và ở bồn chứa chất
khơi mào trước khi cho vào thiết bị phản ứng ta sử dụng VCM ở 50C. Do đó phải dùng chất
chống đông trong nước để ngăn chặn nước chuyển trạng thái rắn va đập với cánh quạt làm
hỏng cánh khuấy. Chất chống đông ở đây ta sử dụng là dung dịch Etylen Glycol.
Etylen Glycol là một chất lỏng không màu, không mùi, điểm nóng chảy là 130C, điểm sôi là
197,20C, điểm bắt cháy là 1160C, tỷ trọng d =1,113 ở 200C, tan được trong nước.
1.1.9. Chất kìm hãm phản ứng (AD-1).

Tên gọi: 2,2-Diphenyl propane.
Công thức phân tử: HOC6H4 – CH2 - C6H4OH

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Mục đích của nó cho vào nhằm làm ngừng phản ứng đang xảy ra ở áp suất tháo liệu
(6,0 kg/cm2) và ổn định pH của hỗn hợp huyền phù.
AD-1 ở dạng bột màu trắng, điểm nóng chảy 156,60C điểm sôi 2170C. Khả năng hòa
tan trong nước rất kém, tan trong rượu và dung dịch kiềm pha loãng 150,5 g/100g Etanol.
Loại này thường sử dụng dưới dạng dung dịch 10 % trong NaOH.
1.1.10.Dung dịch đệm
Quá trình trùng hợp không thể tránh khỏi sự hình thành HCl, thêm vào đó một số chất
khởi đầu khi phân huỷ tạo ra một số axit. Quá trình này xảy ra ngoài sự kiểm soát, khi pH
tăng lên thì xảy ra hiện tượng vận tốc phản ứng giảm do H+ sinh ra tác dụng với gốc tự do
trong hệ phản ứng, thậm chí làm tắt phản ứng. Vì vậy mà trong hệ phản ứng người ta cho
thêm vào một số muối vô cơ NaHCO3, Na2CO3 hoặc dung dịch kiềm loãng. Sự có mặt của
các muối này sẽ duy trì pH của hỗn hợp luôn lớn hơn 7.
1.2. Lý thuyết trùng hợp
1.2.1. Khái niệm phản ứng trùng hợp (phản ứng polyme hóa)
Phản ứng trùng hợp là quá trình cộng hợp các phân tử monome với nhau để hình thành
phân tử polyme mà không tách ra sản phẩm thấp phân tử.
1.2.2. Điều kiện phản ứng
Monome dùng cho phản ứng trùng hợp là những hợp chất chứa nối đôi hay những hợp

chất vòng không bền.
1.2.3. Đặc điểm phản ứng trùng hợp
- Phản ứng trùng hợp là phản ứng cộng
- Trong suốt quá trình phản ứng, tổng số phân tử trong hệ giảm, do đó độ chức (độ
không no) của hỗn hợp phản ứng giảm.
- Các phân tử polyme được hình thành rất sớm với vận tốc lớn, ngay khi độ chuyển hóa
còn thấp.
- Hỗn hợp sản phẩm thường chứa cả polyme và monome.
- Không có sản phẩm phụ và sản phẩm trung gian không bền.
1.3. Lý thuyết trùng hợp PVC
Quang trùng hợp VCM dưới ánh sáng mặt trời không có chất khởi đầu, phản ứng xảy
ra chậm. Nhưng dưới tác dụng tử ngoại thì diễn ra nhanh hơn và khi lượng Peroxit tăng thì
tốc độ trùng hợp sẽ tăng lên. Nếu không có oxi và chất khởi đầu thì trùng hợp nhiệt VCM
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

không xảy ra. Khi có mặt ôxi thì polyme tạo ra tương đối nhanh sau một thời gian cảm ứng.
Trong thời gian cảm ứng, o xi kết hợp với VCM tạo ra Peroxit, Peroxit này phân huỷ thành
các gốc và kích động trùng hợp.
Phản ứng trùng hợp xảy ra rất nhạy với các tạp chất như C2H2 và C2H5OH. Còn HCl
làm chậm vận tốc của quá trình trùng hợp, Stiren, Hiđroquinol, Phenol và KMnO4 có khả
năng làm ngừng phản ứng.
Trùng hợp VCM trong dung môi thường thu được polyme có khối lượng phân tử thấp
và vận tốc phản ứng bé. Nếu tiến hành trùng hợp VCM trong điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn 750C

thì khó tách khí HCl ra khỏi PVC. Hiện tượng này dễ xảy ra khi có dung môi.
Khi nghiên cứu trùng hợp khối có chất khơi mào thì thấy rằng trùng hợp xảy ra theo cơ
chế gốc chuỗi bình thường nhưng có 2 điểm nổi bật:
- Vận tốc trùng hợp tăng từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi đạt được 50% monome đã
chuyển hoá.
- Vận tốc chuyển mạch lớn hơn rất nhiều so với trùng hợp các hợp chất Vinyl khác.
Cả hai đặc điểm này rất có ý nghĩa trong thực tế. Đặc điểm thứ nhất là nguyên nhân
không ổn định của vận tốc trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền phù. Đặc điểm thứ hai có
ảnh hưởng lớn đến khối lượng phân tử của polyme thu được. Xuất phát từ nguyên nhân này
mà trong công nghiệp người ta thường điều chỉnh khối lượng phân tử của PVC bằng cách
thay đổi nhiệt độ trùng hợp chứ không thay đổi nồng độ chất khơi mào. Nhiều nhà nghiên
cứu trùng hợp VCM có Peroxit Benzoil cho rằng khối lượng phân tử của polyme (M) thu
được như sau:
-

M không phụ thuộc vào nồng độ chất khơi mào trong giới hạn dưới 2%, nếu
nồng độ cao hơn thì giảm nhanh.

-

M không phụ thuộc vào mức độ chuyển hoá monome.

-

M giảm khi tăng nhiệt độ trùng hợp.

Ngoài ra, để điều chỉnh khối lượng phân tử ta có thể thêm vào các hợp chất có khả
năng chuyển mạch hoặc dùng phương pháp làm giảm nồng độ của monome trong hệ thống
phản ứng. Trường hợp này có thể dùng phương pháp trùng hợp VCM trong nhũ tương ở áp
suất thấp hơn áp suất hơi bão hoà của VCM trong điều kiện nhiệt độ nhất định. Làm như vậy

tức là làm giảm nồng độ monome trong pha nước làm giảm M và vận tốc trùng hợp.
1.4. Cơ chế trùng hợp PVC
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Đối với một monome tham gia phản ứng trùng hợp thì nhất thiết phân tử phải có ít nhất
một liên kết đôi. Đối với VCM phản ứng trùng hợp xảy ra theo cơ chế gốc gồm ba giai đoạn:
giai đoạn khơi mào, giai đoạn phát triển mạch, giai đoạn ngắt mạch.
1.4.1. Giai đoạn khơi mào tạo ra các gốc hoạt tính
Trong trùng hợp gốc, trung tâm hoạt động chủ yếu là gốc tự do, nhờ có cặp điện tử
không cặp đôi nên gốc tự do rất dễ dàng tham gia phản ứng với monome tạo ra các trung tâm
hoạt động. Các trung tâm hoạt động được tạo ra bằng các phương pháp phá vỡ liên kết đôi
trong monome.
 Khơi mào bằng nhiệt
Trùng hợp nhiệt xảy ra rất chậm phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Polyme thu được dễ
bị phân huỷ nhiệt và có khối lượng phân tử thấp. Thực tế nhiều monome không trùng hợp nếu
không có tạp chất.
 Khơi mào bằng quang
Thường sử dụng bức xạ có năng lượng lớn như tia tử ngoại, phân tử monome hấp thụ
năng lượng ánh sáng và chuyển sang trạng thái bị kích thích. Do sự chuyển hoá đơn phân tử,
phân tử bị kích thích biến thành lưỡng gốc. Trong trùng hợp bằng tác nhân khơi mào quang
hóa cũng như trong trùng hợp bằng tác nhân là nhiệt, lưỡng gốc tiếp tục phát triển thành đơn
gốc polyme.
Khi khơi mào quang hóa, phản ứng trùng hợp đôi khi vẫn tiếp tục một thời gian nữa

mặc dù đã ngừng chiếu sáng.
 Khơi mào tạo gốc hoạt động bằng chất khởi đầu
Chất khởi đầu tạo ra các gốc hoạt động do sự phân rã của chúng. Các gốc hoạt động
này được đưa vào hoặc hình thành trong hệ phản ứng, kích thích phản ứng xảy ra, đây là
phương pháp dùng rộng rãi nhất trong công nghiệp. Các chất khởi đầu thường dùng trong
công nghiệp peroxit, hydroperoxit, các hợp chất azo, diazo . . .
- Peroxit benzoil: (C6H5COO)2
Quá trình phân huỷ tạo ra gốc tự do
(C6H5COO)2

2C6H5COO*

2C6H5* +2CO2

- Peroxit axetyl: (CH 3 COO)2
(CH3COO)2
SVT:Phạm Thị Trường Giang

2CH3COO*

2CH3* +2CO2
Trang 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

- Tert-butyl hydro peroxit: (CH3)3COOH
(CH3)3 COOH

+ CH*3 + HO*

(CH3)2 C=O

- Hyđro peroxit: H2O2
2HO*

H2 O2

- Điazoaminobenzen: C6H5—NH—N=N—C6H5
C6H5—NH—N=N—C6H5
*

C6H5—NH* + *N=N—C6H5

C6H5*+N2

N=N—C6H5

Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm, phương pháp trùng hợp mà ta chọn chất khởi đầu cho
thích hợp. Đối với phương pháp trùng hợp VCM huyền phù thì chất khởi đầu thường dùng
là peroxit benzoil và peroxit axetyl.
 Giai đoạn hình thành gốc hoạt động
2C6H5* +2CO2

(C6H5COO)2

Gọi R* là gốc tự do C6H5*, ta có phản ứng:
R* + CH2 CH

Cl

R CH2

CH
H*
Cl

 Giai đoạn phát triển mạch

R

*
CH2 CH + CH2 CH
Cl

R CH2 CH
Cl

R

Cl

*
CH2 CH + (n-1) CH2 CH
Cl
Cl

CH2 CH
Cl

*
CH2 CH
Cl

*
R( CH CH )n CH CH
2
2
Cl
Cl

 Giai đoạn ngắt mạch
Sự ngắt mạch của phản ứng gắn liền với sự bão hoà điện tử không cặp đôi cho nên
thông thường sự ngắt mạch là kết quả của sự tương tác giữa hai gốc tự do. Giai đoạn này có:
- Tái hợp gốc:

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Phản ứng này làm cho phân tử lượng của polyme thu được tăng lên.
- Bất tỷ phân:
R1 CH2

CH

*
CH
+ R CH2
2
Cl

n CH2

Cl
R1 CH2

CH

n CH2

Cl

CH

*
CH

m CH2

Cl

Cl

CH2 + R CH2
2

CH

Cl

Cl

m CH

CH
Cl

Kết quả hỗn hợp thu được có cả polyme no và không no có khối lượng phân tử thấp.
- Phản ứng phụ: phản ứng phụ thường xảy ra ở giai đoạn này là các phản ứng chuyển
mạch sang polyme, monome và tạp chất và dung môi (nếu có). Ví dụ phản ứng truyền
mạch sang polyme xảy ra như sau:

Đây là các phản ứng không mong muốn vì polyme thu được có nhánh, phân tử lượng
và thành phần hoá học không đồng nhất. Phản ứng chuyển mạch sang monome thường tạo ra
gốc mới có hoạt tính hoá học kém hơn các gốc tham gia phản ứng. Gốc này kém hoạt động
làm cho vận tốc của phản ứng chậm đi. Bằng cách đưa vào môi truờng phản ứng các chất dễ
dàng tiếp nhận sự chuyển mạch, người ta có thể điều chỉnh khối lượng phân tử trung bình của
polyme và polyme thu được có độ đa phân tán và độ phân nhánh thấp. Các chất đó được gọi
là chất điều chỉnh, thường sử dụng là CCl4, C2H2Cl4, C2Cl6,…
1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến trùng hợp gốc
1.5.1. Ảnh hưởng của ôxi tạp chất
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Tuỳ theo bản chất của monome và điều kiện phản ứng mà ôxi và tạp chất có mặt trong
hệ phản ứng có thể ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp bằng cách tác dụng với monome, tạo
nên những hợp chất bền gây cản trở phản ứng. Từ đó yêu cầu đối với monome khi trùng hợp
là phải thật tinh khiết và tiến hành trùng hợp trong môi trường khí trơ.
1.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
- Nhiệt độ tăng dẫn đến quá trình phân hủy chất khơi mào tăng tạo trung tâm hoạt động
tăng, làm tăng tốc độ phát triển mạch và do đó làm tăng vận tốc chung của quá trình chuyển
hóa monome thành polyme. Do khi các trung tâm hoạt động tăng thì khả năng va chạm giữa
các trung tâm hoạt động lớn, làm tăng các phản ứng ngắt mạch nên khối lượng phân tử
(KLPT) trung bình của polyme thu được giảm. Vì vậy người ta chỉ tăng nhiệt độ cuối quá
trình trùng hợp để phản ứng đứt mạch xảy ra nhanh.
- Khi nhiệt độ thấp tốc độ trùng hợp chậm sản phẩm có KLPT cao, nhưng thời gian dài sẽ
tạo nhiều sản phẩm phụ, làm giảm chất lượng sản phẩm. Do đó cần phải gia nhiệt phù hợp
khi trùng hợp đồng thời phải khống chế nhiệt độ đồng đều tránh không cho xảy ra nhiệt cục
bộ vì dễ làm phân huỷ PVC sinh ra HCl làm sản phẩm bị vàng, và nếu khống chế nhiệt không
tốt thì sản phẩm có KLPT không đều.
1.5.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
Khi tăng nồng độ chất khơi mào số gốc tự do tạo thành khi phân hủy tăng lên dẫn đến
làm tăng số trung tâm hoạt động và vì vậy vận tốc phản ứng tăng, nhưng độ trùng hợp trung
bình giảm nên khối lượng phân tử trung bình M p giảm.
Do khi tăng nồng độ chất khơi mào thì số trung tâm hoạt động tăng lên. Tuy nhiên xác
suất gặp gỡ của các trung tâm hoạt động tăng lên làm cho tốc độ ngắt mạch lớn. Do đó khối
lượng phân tử của polyme giảm.

1.5.4. Ảnh hưởng của áp suất
- Áp suất thấp và trung bình thì không ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp.
- Áp suất lớn làm tăng khá nhiều tốc độ phản ứng trùng hợp. Và sự tăng tốc độ phản ứng
không kèm theo sự giảm khối lượng phân tử của polyme tạo thành. Tuy nhiên áp suất làm
giảm quá trình bay hơi của VCM và trong quá trình phản ứng ta cũng phải tăng áp suất
đến một giới hạn để trung tâm hoạt động có thể di chuyển được và tiếp cận với monome
để quá trình trùng hợp xảy ra.
SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

1.6. Cấu tạo và tính chất của PVC
1.6.1. Cấu tạo
PVC là loại polyme nhiệt dẻo có cấu tạo vô định hình, ít phân nhánh. Trong công
nghiệp sản xuất thường ở dạng bột có khối lượng riêng 1,4g/cm3, hệ số chiết suất ở 200C
n=1,544. PVC được trùng hợp theo cơ chế gốc, đó là sự kết hợp giữa các phân tử VCM theo
kiểu đầu nối đuôi thành mạch phân tử. Trong mạch đại phân tử các nguyên tử Cl chiếm vị trí
1,3.
CH2 CH

CH2 CH

Cl

CH2 CH

Cl

Cl

Người ta cũng dùng nhiều phương pháp như: hoá học quang học vật lý để chứng minh
điều này. Cho tia phóng xạ xuyên qua PVC thì xảy ra quá trình khử HCl và tạo ra các nối
cách một trong mạch đại phân tử polyme .
CH2 CH CH CH CH CH
2
2
Cl
Cl
Cl

CH CH CH CH CH2 CH
Cl

+ 2 H Cl

Khử Clo trong PVC bằng cách đun nóng PVC trong dung dịch Dioxan với bột Zn thì thấy
nhóm Cyclopropan tạo ra.
CH2 CH CH CH CH CH CH CH CH2 CH CH
2
2
CH2
Cl
CH2
CH2

Tuỳ theo điều kiện khử Cl mà trong phân tử pôlyme còn lại 13  6% Cl ở dạng nguyên tử
riêng biệt.
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
Cl

CH2

CH CH2 CH

Ở trạng thái kéo không căng PVC hoàn toàn vô định hình, chỉ khi nào kéo căng thật mạnh
mạch mới có khả năng định hướng một phần. Phân tử PVC cũng có cấu tạo mạch nhánh
nhưng rất ít từ 50  100 mắt xích mới có một nhánh.
1.6.2. Tính chất của PVC

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

PVC có độ trùng hợp nằm trong khoảng 300  950, phân tử lượng 10.000  59.000.
Tuỳ theo nhiệt độ và phương pháp trùng hợp mà hai giá trị này có giá trị khác nhau. Với
phương pháp trùng hợp trong huyền phù thu được PVC có các tính chất sau:
Độ trùng hợp của Dp=670
Khối lượng phân tử M=42.000
Trọng lượng riêng d=1,38  1,4 (g/cm3)
Nhiệt độ hoá thuỷ tinh Tg=73  800C

Giới hạn bền kéo kéo =400  600 (kg/ cm2)
Giới hạn bền uốn uốn =800  1600( kg/cm2)
Giới hạn bền nén nén= 70  160(kg/cm2)
Độ giãn dài tương  =10  15 %
 Độ hoà tan
PVC là pozlyme phân cực nên có thể hòa tan trong các dung môi như este,
Hydrocacbon clo hóa Nitrobenzen. Tuy nhiên PVC chỉ hòa tan khi khối lượng phân tử thấp
có độ trùng hợp Dp=300  500, còn khi khối lượng phân tử cao thì tan rất hạn chế và không
hoà tan trong cáczz dung môi không phân cực. Để tăng độ hòa tan cho PVC người ta tiến
hành biến tính PVC như đồng trùng hợp với Vinylaxetat hoặc clo hóa PVC.
Ở điều kiện thường PVC hầu như không tan trong trong các chất hoá dẻo, nhưng ở
nhiệt độ cao thì bị trương nhiều và có khả năng tan trong một số chất hoá dẻo. Khối lượng
phân tử càng tăng thì độ hoà tan càng giảm. Độ hoà tan phụ thuộc vào các phương pháp sản
xuất, PVC nhũ tương có độ hoà tan kém hơn PVC huyền phù.
 Tính ổn định nhiệt
Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ít so với nhiệt độ phân huỷ. Ngay cả ở nhiệt
độ 1400C đã bắt đầu phân huỷ và đến 1700C thì quá trình phân huỷ xảy ra nhanh hơn. Khi
tăng nhiệt độ, HCl được tách ra và xuất hiện màu. Màu của PVC sẽ chuyển dần từ sáng đến
vàng, da cam, nâu và đen. Sự xuất hiện màu được giải thích là sự hình thành các nối cách.
CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2
Cl
Cl
Cl

SVT:Phạm Thị Trường Giang

CH CH CH CH CH2 CH
Cl

+2HCl

Trang 22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Và kèm theo đó là sự giảm khả năng hoà tan của PVC, điều này được giải thích là do sự tạo
thành liên kết ngang giữa các phân tử PVC.
CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
Cl
Cl
Cl
CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
Cl
Cl
Cl

CH 2 CH CH 2 CH CH 2 CH
Cl
Cl
CH 2 C
Cl

CH 2 CH CH 2 CH
Cl
Cl

Sự phân hủy PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng, chuỗi trung tâm bắt đầu phân hủy là ở

những mạch mà ở đó có liên kết yếu C - H, C - Cl. Những phần đó có thể là những nhóm cuối
của mạch đại phân tử. Với PVC khi tiến hành gia công có thể xảy ra sự phân huỷ một phần
tạo ra HCl và tạo ra các polyme có nối đôi, khi đó tạo ra các cầu nối giữa các phân tử. Để
tăng độ ổn định nhiệt của PVC, người ta thêm vào các chất ổn định có tác dụng làm chậm
hoặc kìm hãm sự phân hủy.
Theo tác dụng thì chia chất ổn định làm 4 nhóm: Chất trung hoà HCl, chất ngăn chặn
tác dụng của O2, chất hấp thụ HCl, chất hấp thụ tia tử ngoại.
Theo cấu tạo thì chất ổn định được chia làm ba loại: chất ổn định hữu cơ, vô cơ và kim
loại. Trong đó chất ổn định vô cơ và kim loại là quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định
nhiệt chúng còn ngăn ngừa PVC bị phân huỷ trong điều kiện gia công ở nhiệt độ cao. Ngoài
ra, chúng còn có khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng.
Thường dùng chất ổn định vô cơ PbCO3, PbO2, NaCO3 . . . Chất ổn định cơ kim là muối axit
béo của các kim loại Mg, Ca…
 Một số tính chất khác
PVC sẽ bị lão hóa dưới tác dụng của tia tử ngoại, biến đổi cấu tạo của polyme, làm cho
polyme kém co giãn, khó hoà tan. Mức độ lão hoá tuỳ thuộc vào cường độ của tia tử ngoại.
Ở điều kiện thường, PVC bền dưới tác dụng của các axit như HCl, H2SO4, HNO3
loãng, dung dịch NaOH 10%. Tính cách điện của PVC cũng khá tốt và phụ thuộc vào nhiệt
độ, nhiệt độ càng cao thì hằng số điện môi tăng.
 Trộn với chất hoá dẻo và các nhựa khác
Chất hoá dẻo trộn với PVC có tác dụng làm mềm, dễ làm giảm độ dòn ở nhiệt độ thấp,
làm giảm nhẹ điều kiện gia công và tăng thời gian sử dụng của sản phẩm. Nguyên nhân của

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

việc dùng chất dẻo là do PVC là polyme có mạch phân tử cứng, ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ
hoá thuỷ tinh mới có tính đàn hồi. Cơ chế của việc hoá dẻo được giải thích như sau:
Trong phân tử PVC có hai nhóm, nhóm có cực H-C-Cl và nhóm không có cực H-C-H.
Độ cứng của PVC không hóa dẻo là do lực liên kết nội tại giữa các phân tử.

Khi đun nóng làm chuyển động của các phân tử tăng lên, làm suy yếu dần lực liên kết
giữa các phân tử và làm mềm polyme.
Với PVC, chất hóa dẻo được chia thành ba loại chính:
- Chất hoá dẻo thực (loại1) có khả năng trương PVC không hạn chế, gồm các chất
như: dioctyl phtalat (DOP), dibutyl phtalat (DBP) . . .
- Nhóm 2: Có khả năng trộn lẩn kém với PVC (phần lớn kết hợp với nhóm 1) như:
Polypropylen Adipat, Dibutyl Adipat.
- Nhóm 3: Loại này không có khả năng trộn với PVC, nên sử dụng kết hợp với nhóm1
như: Pafin, clo hoá các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao.
Với chất hóa dẻo thấp phân tử có khả năng trộn lẫn tốt thì độ bền giảm nhanh, độ giãn
dài tăng khi hàm lượng chất dẻo tăng.
1.6.3. Ứng dụng của PVC
Do những ưu điểm của PVC: ổn định hóa học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản
phẩm thông dụng,…Chính vì vậy hiện nay PVC được ứng dụng rất nhiều trong đời sống sinh
hoạt.
 PVC trong ngành xây dựng
Lĩnh vực xây dựng là nơi mà PVC được sử dụng nhiều và rộng rãi nhất. Trong đó, các
loại ống dẫn và phụ kiện chiếm đến hơn một phần ba tổng sản lượng PVC trên toàn thế giới,
tấm và màng chiếm 17%, bọc dây cáp điện chiếm 7%. Năm 2007, con số này là 39% trong
tổng số 33,5 triệu tấn nhu cầu PVC trên thế giới [6] (Hình 2).

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa PVC-S

Hình 2: Các lĩnh vực ứng dụng của PVC trên thế giới
Ở Việt Nam, ứng dụng làm ống và phụ kiện chiếm 47% của 240,000 tấn chủ yếu nhựa
PVC được dùng làm ống và phụ kiện, cửa sổ và tấm trần chiếm 15%, tấm và màng mỏng
chiếm 14%, dây và cáp điện chiếm 5%. Nhìn chung, nhựa PVC ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển (Hình 3).

Hình 3: Các lĩnh vực ứng dụng của PVC tại Việt Nam
Ống PVC được sử dụng trong những điều kiện kỹ thuật cũng như môi trường khắt khe
đã chứng tỏ là một loại vật liệu có độ bền cao. Chúng được dùng rộng rãi để cấp thoát nước
sinh hoạt, thuỷ lợi, lưu chuyển hóa chất, bảo vệ cáp điện và các loại cáp trong ngành bưu
chính viễn thông…

SVT:Phạm Thị Trường Giang

Trang 25