POLYSTYREN Báo cáo thí nghiệm hóa học

POLYSTYREN
2

m acid =153.6 M

Khái niệm:
Polystyrene (PS) là loại polymer được tổng hợp từ styrene monomer( SM). Có thể
được tổng hợp từ phương pháp trùng hợp khối, trùng hợp nhũ tương hoặc huyền phù.
Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ tiến hành theo phương pháp trùng hợp nhũ
tương.
II.
Nguyên liệu:
1. Styren monomer (SM):
I.
•

•
•

Nguyên liệu chính để trùng hợp tạo polystyrene là styrene monmer (SM).
Trong điều kiện thường (30) và tránh tiếp xúc không khí, sau một thời gian bảo quản
khoảng 18 tháng thì SM bị trùng hợp một phàn tạo oligomer styrene.

(8.1)
n=35
•

Olygomer này tồn tại trong SM dạng hòa tan, nó ngăn cản quá trình trùng hợp tạo PS
theo phương pháp huyền phù. Vì vậy, cần phải loại bỏ oligomer styrene ra khỏi SM
trước khi trùng hợp.
2. Hệ tạo nhũ tương:

• Hệ tạo nhũ tương được sử dụng là dung môi phân tán ( chủ yếu là ) và chất hoạt động
bề mặt dưới dạng muối của axit béo hữu cơ với natri.
• Thành phần hệ thường sử dụng:
Acid oleic

1.5kg

NaOH

0.21 kg

O

100kg

3. Hệ chất khơi màu:
• Chất khơi màu được sử dụng là các peroxyd có khả năng phân hủy tạo gốc tự do ở

nhiệt độ thấp. Thường sử dụng persulfat kali . Trong một số trường hợp, có thể sử
dụng hệ MEKP-C(naphthanat cobalt 10% trong xylen ) ở điều kiện phòng thí nghiệm.
MEKP có khả năng tạo gốc tự do lớn, nhiệt phản ứng tạo ra mạnh. Nhưng trong điều
kiện công nghiệp ít sử dụng do quá trình giải nhiệt khó khăn.
III.
Phản úng tổng hợp:
• Phản ứng tổng hợp PS xảy ra theo cơ chế gốc tự do:
+ Giai đoạn khơi màu:


+ Giai đoạn phát triển mạch:

+Giai đoạn ngắt mạch:
Dị li:

Tái hợp:

Truyền mạch:

•

Đặc điểm của phản ứng:

Phản ứng (8.3), (8.4) tỏa nhiệt G -4 kcal/mol. Cần giải nhiệt khi tổng hợp mẻ lớn trên
50kg.
Phản ứng (8.5) làm cho phân tử PS có nối đôi cuối mạch.
Phản ứng (8.6) làm cho của PS tăng gấp đôi và có đô đa phân tán cao.


Phản ứng (8.7) làm cho phan tử PS có mạch nhánh và có độ đa phân tán cao hơn so với
phản ứng (8.6) rất nhiều.
Trong sản xuất người ta cón cho chất ổn định nhiệt cho phản ứng và chất khử gốc hoạt
động để điều khiển trọng lương phân tử.
IV.
Tính chất của PS và ứng dụng:
• PS là nhựa hiệt dẻo, không màu, có độ cứng cao hơn so với PE, PA. PS có độ kết tinh

•
•
•
V.
1.

a.
•

•
•
b.
•
•
•

rất kém nên trong xuốt, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PS khoảng 70100. Nhiệ độ chảy
mềm của PS khoảng 168190 tùy theo trọng lượng phân tử.
Trong điều kiện nhiệt độ trên 280 và không có không khí, PS dễ bị depolymer hóa tạo
ra các monomer ban đầu.
PS tan trong SM hoặc toluen. Trong môi trường tử ngoại PS dễ bị giòn.
PS được sử dụng để sản xuất nhửng sản phẩm theo công nghệ ép phun là chủ yếu.
Quy trình công nghệ tổng hợp:
Tính toán công thức tổng hợp:
Tách oligomer styren:
Styrene monomer dạng công nghiệp hoặc thí nghiệm sau thời gian bảo quản thường
có oligomer theo phản ứng (8.1). Mặt khác, đôi khi nhà sản xuất còn cho chất bảo vệ
HQ. Do đó cần tách chất này ra trước khi tổng hợp. Phương pháp chủ yếu là phương
pháp chưng cất phân đoạn.
Khối lượng riêng của SM khoảng 0.88g/
Thể tích chưng cất trong bằng ½ thể tích ban đầu.
Công thức tổng hợp PS:
PS được tổng hợp bắng phương pháp trùng hợp nhũ tương. Khối lượng riêng của nhũ
tương được tạo khoảng 0.97g/.
Thể tích phản ứng bằng ½ lần thể tích ban đầu. khối lượng tổng hợp môt mẻ là M(g).
Công thức tổng hợp PS:

Acid oleic

2g

NaOH

0.4g
100g

SM

50g

MEKP

1g
0.2g

Tổng

153.6g

Khối lượng các chất cần thiết:
macid =

2
M
153.6

mNaOH =

0.4
M
153.6


mH 2O =

100
M
153.6

mSM =

50
M
153.6

mMEKP =

mCo2+ =

1
M
153.6

0.2
M
153.6

2. Quá trình tổng hợp:
a. Chưng cất SM:
• Cân SM cho vào bình cấu theo tính toán, cho vài viên đá bọt. lắp hệ thống theo dạng

chưng cất phân đoạn, cho vào 0.01%HQ so với SM.
Gia nhiệt để chưng cất SM. Lấy SM đỉnh ở phân đoạn 145145.7.
Khi lượng háo chất trong bình cầu còn 1520% so với ban đầu độ nhớt sẽ tăng lên rõ
rệt. Dừng chưng cất, tháo dụng cụ, đổ phần còn lại ra ngoài và rửa bình cầu.
b. Tong hop PS:
•
•



Giải thích quy trình:
•

được cho vào bình cầu theo công thức đã tính toán, lắp hệ thống theo dạng tổng hợp
hoàn lưu. NaOH được hòa tan vào nước. sau đó acid oleic được đưa vào từ từ và
khuấy mạnh để tạo nhũ.
• Sau 30 phút, được đưa vào để phân tán trong hệ nhũ hóa.
• Sau đó SM được đưa vào để phân tán trong hệ. Gia nhiệt đến 90, nhập MEKP vào tiến
hành phản ứng trùng hợp.
• Sau thời gian 3h, lấy mẫu ra kiểm tra: mẫu được lấy khoảng 1 ml vào cốc 50 ml, nhỏ
HCl 20% vào từ từ và lắc đều cho đến khi nhũ bị phá hoàn toàn. Nếu có xuất hiện hạt
rắn thì phản ứng có thể xem là kết thúc.
• Hạ nhiệt độ phản ứng còn 30. Cho HCl 20% vào từ từ để phá nhũ. Sau đó hỗn hợp
được đỗ ra cốc và tách hạt PS bắng phương pháp lắng, ly tâm hoặc lọc.
• Sau đó rữa hạt rắn lại nhiều lần với nước cất. Sấy hạt ở 80 trong 6h.

VI.
Kiểm tra mẫu:
• Mẫu PS sau khi tổng hợp được hòa tan trong dung môi rồi đo độ nhớt đặc trưng, và
đo độ phân tán cở hạt bằng rây.
• Đo DSC của mẫ để xác định nhiệt độ chuyển thủy tinh và nhiệt độ chảy mềm của sản
phẩm.