Polystyrene (PS) Styren s
dng yêu cu  tinh khit

Polystyrene (PS)
PHAN THẾ ANH

KTSX Chất dẻo

Nguyên liệu
-

Styren sử dụng yêu cầu độ tinh khiết > 99,6% (tạp chất:

ethylbenzene, cumene và xylenes), thông thường 99,9%.
- Chất ức chế: 4-tert-butylcatechol

- Xúc tác: CKM tạo gốc tự do (benzoyl peroxyde, tertiobutyl
hydroperoxyde...)
-Tác

nhân tạo huyền phù (nếu có):
+ các chất tan được trong nước
+ các chất không tan trong nước (Ca3(PO4)2 )

- Chất hóa dẻo: các loại dầu
2


Một số loại PS:
- PS standard (PS cristal): vô định hình, trong suốt, giòn.
- PS chịu lực (HIPS): copolymer polybutadien/styren
- Copolymer bloc styren/butadien.

3

Tổng hợp HIPS
-

Cao su sử dụng cho tổng hợp HIPS là các medium cis-polybutadiene với Tg = -

85 oC.
- Thông thường polybutadiene có mạch nhánh dài để tránh hiện tượng chảy lạnh
trong quá trình lưu kho.
-

Những loại cao su khác như loại high-cis, copolymer khối styrene-butadiene hay

cao su EPDM.
- Yều cầu: kích thước hạt cao su
-

Polybutadiene hòa tan trong styrene và một số phụ gia như chất pha loãng, tác

nhân chuyển mạch hay chất khơi mào.
-

Styrene hay các chất pha loãng khác được xem là dung môi cho pha cao su và pha

PS (nhũ tương dầu trong dầu)
4


- HIPS: Kích thước hạt cao su
0.5-9 µm → ↓ độ trong suốt

của PS

5

Các phương pháp tổng hợp
Có 3 phương pháp được sử dụng phổ biến:
+ Trùng hợp gốc theo phương pháp huyền phù
Quá trình làm việc gián đoạn, môi trường phân tán là nước (yêu cầu
nghiêm ngặc), thường sử dụng để sản xuất PS xốp, ABS, PS đặc biệt(M
cao, chống xốc tốt-EPDM) hoặc PS crystal
+ Trùng hợp anionic theo phương pháp dung dịch
Quá trình làm việc gián đoạn trong TBPU bình khuấy trộn, dung môi
HC, để tổng hợp copolymer (CLIPS-clear impact polystyren), có giai
đoạn khử hoạt tính xúc tác (chất phân cực)
+ Trùng hợp gốc theo phương pháp khối.
Dùng để sản xuất PS cristal, PS choc (HIPS), năng suất chi phí đầu tư
thấp hơn so với phương pháp huyền phù, thay thế cho pp huyền phù.
6


Các phương pháp tổng hợp
Trùng hợp huyền phù
- Thường được sử dụng để sản xuất xốp polystyrene (expandable).
- Vật liệu đúc PS cũng có thể được sản xuất theo phương pháp này
khi mà loại bỏ các tác nhân tạo bọt.
- Quá trình với sự kết hợp giữa trùng hợp khối và trùng hợp huyền
phù thỉnh thoảng cũng được sử dụng để sản xuất cho HIPS.
Styrene được phân tán trong nước, hình thành các giọt nhỏ bởi sự
khuấy trộn và được ổn định bởi các tác nhân tạo huyền phù như
poly(vinyl pyrrolidone), poly(vinyl alcohol), alkaline-earth

phosphates hay celluloses.
-

- tpư =

80 – 110oC thấp hơn so với quá trình trùng hợp khối

7

- Tiến hành dưới N2
- T =95 oC, 1h
Duy trì tiếp tục trong 3h
đến khi đạt độ chuyển hóa
khoảng 96%.
-

Thêm vào 1 peroxyde khác
có td cao, nâng t =120 oC,
sau 1h còn khoảng 0.05%
styren chưa phản ứng.
-

Làm lạnh t =
chuyển sang B.
-

60

oC,

8


N2

(4-6 wt%)

V = 30-50 m3
P = 10 bar

T = 90 oC, 4h

9

Để tạo ra 1 tấn PS crystal

M = 110 000 –
350 000; 0.05
wt% styren

10


Các phương pháp tổng hợp
Trùng hợp khối
- PS thu được có chất lượng, độ tinh khiết cao và hàm lượng monomer dư thấp (<
500 ppm).
- Khó khăn: độ nhớt và tải nhiệt ra ngoài trong quá trình phản ứng ( 71 kJ/mol)
hay ethylbenzene được đưa vào với một tỉ lệ nhỏ (~ 5 - 15 %) để điều
chỉnh tốc độ phản ứng, độ nhớt của polymer nóng chảy và sự hình thành liên kết

ngang của pha cao su → trùng hợp dung dịch, nhưng lượng dmôi ít nên có thể gọi
là trùng hợp khối
→Toluene

11

Các phương pháp tổng hợp
- PS crystal: ebullient single stirredtank reactor, nhưng với second
stirred-tank reactor hay tubular plugflow reactor làm tăng độ chuyển
hóa.
- HIPS: gồm 3 đến 5 TBPU
(prepolymerization,
postpolymerization), one or two
stirred-tank reactors, tower reactors,
loop reactors with static mixers hoặc
kết hợp.
- t = 100 - 150 oC với độ chuyển hóa
15 - 30 %.

Figure 3. Various reactor configurations for
HIPS production
a), b), d), e), g) Stirred-tank reactors;
c) Horizontal plug-flow reactor;
f) Tower reactors
12


C=70%
T=130-180 oC

13

90-175oC
5-9h
60-110oC

230-260oC

14