Tải bản đầy đủ (.docx) (38 trang)

Công nghệ sản xuất polycarbonat

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (727.02 KB, 38 trang )

ĐỀ TÀI:
“SẢN XUẤT POLYCARBONATE”

Lời mở đầu

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, cuộc sống của con người ngày
càng được trợ giúp nhiều hơn bởi các thiết bị hiện đại, đặc biệt là các thiết bị điện,
điện tử, viễn thông. Sự phát triển bùng nổ của những ngành này trong những năm
gần đây đã tạo ra lượng phế thải điện tử khổng lồ, gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy
việc xử lý loại rác thải này đang là yêu cầu cấp thiết của xã hội.
Nhờ có những tính năng ưu việt như độ bền cơ lý cao, chịu nhiệt, trơ về mặt hóa
học... trong khoảng 60 năm qua polycarbonate (PC) đã được đưa vào sử dụng với
lượng ngày càng lớn trong kỹ thuật và dân dụng, đặc biệt là trong ngành công nghệ


số. Ứng dụng chính của PC trong ngành công nghiệp này là sản xuất đĩa CD, vỏ
máy vi tính và vỏ điện thoại di động.Polycarbonate được phát hiện lần đầu tiên
bởi Tiến sĩ Hermann Schnellvào năm 1953 tại Bayer Munich, Đức. Nó lần đầu tiên
được giới thiệu ra thị trường vào năm 1958 bởi Bayer Mobay, và General Electric. Sau
một thời gian dài nghiên cứu và phát triển, với các đặc tính ưu việt mà nhựa thường
không có được như:
+ Độ truyền sáng cao, (tối đa: 90%)
+ Cách nhiệt tốt (tối đa: Ug ~ 1 W/m2.oC)
+ Độ bền va đập cao, hơn 200 lần so với kính xây dựng thông thường.
Polycarbonate đang dần thay thế các loại nhựa thông thường: PE, PP, PS trong các
ứng dụng cho đời sống hàng ngày cũng như trong công nghiệp. Tiểu luận này nhóm
chúng em xin trình bày đề tài: “Sản xuất Polycarbonate”

Phần I/ Giới thiệu chung về Polycarbonates
I.1/ Giới thiệu
Polycarbonates được biết đến với tên thương mại như Lexan,Mackroclear và một số


tên khác,là một polymer dẻo. Polycarbonate là một chất có trọng lượng nhẹ, rất linh
hoạt, bền, chịu nhiệt, chống vỡ, và trong suốt. Nó là vật liệu được lựa chọn cho một
loạt các ứng dụng để sản xuất các sản phẩm cuối đa dạng như DVD, kính và ống kính


quang học, đèn pha xe hơi và các bộ phận, mái nhà trong suốt trong xây dựng, hoặc
các thiết bị y tế. Ưu điểm chính của loại này trên các loại nhựa là độ bền cao kết hợp
với trọng lượng nhẹ. Trong khi acrylic mạnh hơn kính 17%, polycarbonate gần như
không thể phá vỡ.. Thêm vào đó là lợi thế là khối lượng của nó chỉ là 1/3 trọng lượng
của acrylic, hoặc 1/6 trọng lượng của thủy tinh, và nhược điểm duy nhất là nó đắt hơn.
I.2/ Lịch sử phát triển
Polycarbonate có nguồn gốc từ BPA được phát hiện tại Bayer bởi Tiến sĩ Hermann
Schnellvào năm 1953 và ngay tại General Electriccủa Daniel Fox . Nó lần đầu tiên
được giới thiệu ra thị trường vào năm 1958 bởi Bayer Mobay, và General Electric.
Nghiên cứu về nhựa polycarbonate có tăng đều trong hai thập kỷ qua , với hơn 5000
ấn phẩm về chủ đề này từ năm 1995, và gần 20.000 bằng sáng chế đã xuất hiện trên
toàn cầu. Bayer AG , là người đầu tiên báo cáo các tính chất của một loạt nhựa
polycarbonate, đã có bằng sáng chế phát hành.
Sản xuất thương mại polycarbonate của Bayer AG bắt đầu ở Đức vào năm 1958, và ở
Hoa Kỳ vào năm 1960. General Electric (GE) bắt đầu sản xuất thương mại của Mỹ
trong năm 1960. Sau khi một thời gian kiện tụng, bằng sáng chế Mỹ đã cấp cho Bayer
AG , đã tuyên bố một quá trình chuẩn bị bềnhựa polycarbonate và có nhiều tuyên bố
khác nhau polycarbonat. GE bằng sáng chế cơ bản tuyên bố quá trình ester và các sản
phẩm polycarbonate để hình thành. Kể từ đó nghiên cứu sâu rộng đã được thực hiện
trên nhựa polycarbonate. Hiện nay Hơn một chục nhà sản xuất Polycacbonate tồn tại
trên toàn thế giới
I.3/ Tính chất của polycarbonate
I.3.1/Côngthứccấutạo

I.3.2/ Các đặc tính của nhựa polycarbonates

Polycarbonate (PC) là tên chung của của một nhóm nhựa nhiệt dẻo


(thermoplastics). Tên gọi polycarbonate là do trong phân tử polyme các
monome được liên kết với nhau bằng nhóm cacbonat (-O-CO-O-) tạo
thành một mạch phân tử dài. Polycarbonate phổ biến nhất là loại được làm từ
Bisphenol A.

Nhóm cacbonat
Hình 1.1: Một đoạn mạch polycarbonate
Polycarbonate do nhà hoá học người Đức, Eihorn tìm ra lần đầu tiên
vào năm 1898. Trong khi điều chế hợp chất cacbonat vòng từ phản ứng của
Hiđroquinon với Photgen, Eihorn đã thấy chất rắn không tan, khó nóng chảy.
Năm
1902, Bischoff và Hedenstom đã xác định được sự liên kết mạch có nhóm
cacbonat của hợp chất cao phân tử polycarbonate. Đến năm 1953, phòng thí
nghiệm của công ty Bayer đã sản xuất được nhựa nhiệt dẻo polycarbonate.
Năm 1957, cả hai công ty Bayer và General Electric đã độc lập phát triển các
ứng dụng của polycarbonate và sản xuất polycarbonate với số lượng lớn. Đến
mùa hè năm 1960, cả hai công ty đều bắt đầu sản xuất polycarbonate thương
mại.
Nhựa polycarbonate bền nhiệt, tính chất cơ lý cao, bền hoá học (bảng
1.1) nên được sử dụng rộng rãi trong đời sống như làm vỏ điện thoại di động,
vỏ máy vi tính, dụng cụ thể thao, đồ điện, đĩa CD, DVD, đồ dùng gia đình,
kính chống đạn, vât liệu chống cháy, cách nhiệt cách âm. Trong kỹ thuật hạt
nhân được dùng làm vách che trong lò phản ứng hạt nhân. Nhờ có khả năng
cho ánh sáng truyền


qua tốt nên polycarbonate còn được sử dụng làm nhà kính trồng cây trong nông

nghiệp do có độ trong suốt cao, chiết suất 1,585  0,001, ánh sáng truyền qua
90%  1% nên Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, thay thế kính
trong các công trình xây dựng, làm tấm lợp lấy sáng, làm đồ trang trí, v.v…
Bảng 1.1: Một số thông số của
Polycarbonate
Polycarbonat
e
Khối lượng riêng:

1220 kg/m 3

Mođun đàn hồi (E)

2000-2200 MPa

Độ bền kéo đứt (σt)

60-65 MPa

Độ dãn dài khi đứt

80-150%

Nhiệt độ nóng chảy

270-300°C

Hệ số truyền nhiệt (λ)

0.21 W/m.K


Hệ số nở dài (α)

6.5 10 -5 /K

Nhiệt dung riêng (c)

1.3 kJ/kg.K

Nhiệt độ sử dụng

từ -100oC đến +235oC

Tính chất của polycarbonate là tổ hợp tính chất của các cấu tử có
mặt trong vật liệu. Tính chất của cấu tử polyme trong vật liệu
polycarbonate phụ thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tần số của sự biến
dạng hay tải trọng tác dụng lên và được biểu diễn qua cơ tính: Modun xé
rách và hệ số Poison đặc trưng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu.
Độ bền kéo và độ bền nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu. Hệ số giãn
nở nhiệt đặc trưng cho sự thay đổi kích thước dưới tác dụng của nhiệt độ và
tải trọng. Ngoài các yêu cầu về tính


chất cơ lý còn phải biết các thông số như độ dẫn điện, độ thấm chất lỏng
hoặc khí, hệ số khuyếc tán….
Tính chất nổi bật của vật liệu polycarbonate so với các vật liệu khác
là nhẹ, bền, chịu môi trường, dễ lắp ráp. Không giống như hầu hết các nhựa
nhiệt dẻo, polycarbonate có thể trải qua biến dạng dẻo lớn mà không bị nứt
gãy. Vì vậy chúng được gia công và tạo thành các tấm kim loại kỹ thuật sử
dụng ở nhiệt độ phòng, ví dụ như làm các đường cong trên phanh xe. Thậm chí

để làm những góc uốn cong sắc nét với bán kính hẹp cũng không cần gia nhiệt.
Tính chất cơ lý của vật liệu polycarbonate phụ thuộc các yếu tố sau:
+ Tính chất cơ lý của sợi tăng cường.
+ Sự thay đổi hàm lượng sợi – nhựa.
+ Khả năng kết hợp giữa pha nhựa và sợi .
+ Các khuyết tật và tính không liên tục của nhựa nền.
Polycarbonate còn được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tương thích với
nhiều loại polyme làm tăng khả năng chịu va đập. Blend của polycarbonate và
polybutadien có cơ tính cao trong khoảng nhiệt độ rất rộng. Blend có ý
nghĩa quan trọng nhất là của Polycarbonate với ABS (Acrylonitrin Butadien
Styren) vì PC/ABS có nhiệt độ nóng chảy cao, độ dai rất cao ở nhiệt độ thấp và
khả năng tránh bị rạn nứt cao hơn hẳn so với polycarbonate nguyên chất.

a. Tính chất vật lý
- Khối lượng riêng: 1,20 – 1,22 g/cm3
- Chỉ số Abbe (V): 34,0
- Chỉ số khúc xạ (n): 1,584 – 1,586
- Tính dễ cháy: V0 – V2
- Chỉ số oxy giới hạn: 25 – 27%
- Khả năng hấp thụ nước trong 24h: 0,1%


- Giảm bức xạ: tốt
- Giảm tia cực tím (1-380 nm): tốt
b. Tính chất cơ học
- Modun đàn hồi (E): 2,0-2,4 Gpa( mô tả đàn hồi dạng kéo, hoặc xu hướng của một vật
thể bị biến dạng dọc theo một trục khi các lực kéo được đặt dọc theo trục đó; nó được
định nghĩa bằng tỷ số giữa ứng suất kéo cho biến đạng kéo )
- Độ bền kéo: 55-75 Mpa( là tỷ số giữa lực kéo đứt vật liệu F cho vật có tiết diện là A)
- Cường độ nén: >80 Mpa

- Khả năng kéo dài: 80-150%
- Tỉ số Poisson: 0,37 (là tỉ số giữa độ biến dạng (độ co, biến dạng co) tương đối và biến
dạng dọc trục tương đối (theo phương tác dụng lực)
- Độ cứng – Rockwell: M70
- Tốc độ truyền âm: 2270 m/s
- Chịu mài mòn: 10-15 mg/1000 chu kỳ
- Hệ số ma sát: 0,31
c. Tính chất khác
- Nhiệt độ nóng chảy (Tm): 155oC (311oF)
- Nhiệt độ thủy tinh chuyển tiếp: 147oC (297oF)
- Giới hạn làm việc trên: 115oC – 130oC
- Giới hạn làm việc dưới: -40oC
- Nhiệt dung riêng: 1,2-1,3 kJ/kg
- Cường độ điện môi: 15-67 kV/mm
d. Khả năng chịu hóa học
- Axit đặc: kém


- Axit loãng: tốt
- Rượu: tốt
- Hydrocacbon thơm: kém
- Halogen: kém
- Hợp chất hydrocacbon và halogen: trung bình
- Giá thương mại: 2,6 - 2,8 €/kg
I.4/ Ứng dụng
a/ Linh kiện điện tử
Polycarbonate được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng điện tử mà tận dụng các tính
năng an toàn của mình. Là một chất cách điện điện tốt và có đặc tính chống cháy chịu
nhiệt và nó được sử dụng trong các sản phẩm khác nhau liên quan đến phần cứng điện
và viễn thông. Nó cũng có thể phục vụ như là một điện môi cao-ổn định tụ .Tuy nhiên,

sản xuất thương mại của tụ polycarbonate chủ yếu dừng lại sau khi nhà sản xuất duy
nhất Bayer AG ngừng sản xuất bộ tụ cấp polycarbonate vào cuối năm 2000.
b/ Vật liệu xây dựng.
Người tiêu dùng lớn thứ hai của polycarbonat là ngành công nghiệp xây dựng, ví dụ như
cho domelights, kính phẳng hoặc cong, và bức tường âm thanh .
c/ Lưu trữ dữ liệu
Một ứng dụng chính của polycarbonate là việc sản xuất đĩa Compact , DVD , và đĩa
Blu-ray . Các đĩa này được sản xuất bởi ép phun polycarbonate vào một hốc khuôn có
một bên một stamper kim loại có chứa một hình ảnh tiêu cực của các dữ liệu đĩa, trong
khi phía bên nấm mốc khác là một mặt gương. Sản phẩm tiêu biểu của sản xuất tấm /
phim bao gồm các ứng dụng trong quảng cáo (bảng hiệu, hiển thị, bảo vệ poster).
d/ Ô tô, máy bay, và các thành phần bảo mật
Trong ngành công nghiệp ô tô, polycarbonate đúc có thể sản xuất các bề mặt rất trơn tru
mà làm cho nó rất phù hợp cho Sputter lắng đọng hoặc bay hơi lắng đọng nhôm mà
không cần cơ sở-lông. Bezels trang trí và phản xạ quang học thường được làm bằng


polycarbonate. Do trọng lượng thấp và chịu va đập cao, polycarbonate là vật liệu chủ
đạo để làm ống kính đèn pha ô tô. Tuy nhiên, do sức đề kháng đầu thấp và nhạy cảm với
suy thoái cực tím (ố vàng), đèn pha ô tô yêu cầu chất phủ bề mặt bên ngoài. Việc sử
dụng polycarbonate trong các ứng dụng ô tô được giới hạn trong các ứng dụng căng
thẳng thấp. Căng thẳng từ ốc vít, hàn nhựa và khuôn làm polycarbonate dễ bị ăn mòn
ứng suất nứt khi nó tiếp xúc với accelerants nhất định như nước muối và plastisol .
Nó có thể được ép để làm đạn "thủy tinh" , mặc dù "đạn chống" là chính xác hơn cho
các cửa sổ mỏng hơn, như được sử dụng trong cửa sổ đạn kháng trong xe ô tô. Những
rào cản dày của nhựa trong suốt được sử dụng trong các cửa sổ và các rào cản trong các
ngân hàng rút tiền cũng là polycarbonate.
Cái gọi là "chống trộm" bao bì nhựa lớn cho các hạng mục nhỏ hơn, trong đó không thể
mở được bằng tay, được thống nhất làm từ polycarbonate.Tán buồng lái của F-22 Raptor
máy bay chiến đấu được làm từ một mảnh chất lượng quang học cao polycarbonate, và

là phần lớn nhất của loại hình của nó được hình thành trên thế giới.
Các công ty an ninh Nam Phi đã phát động "minh bạch thanh tên trộm 'dưới nhiều tên
tuổi bán lẻ, được làm từ polycarbonate
e. Ứng dụng thích hợp
Polycarbonate, là một vật liệu linh hoạt với các đặc tính vật lý chế biến và hấp dẫn, đã
thu hút được vô số ứng dụng nhỏ hơn. Việc sử dụng tiêm đúc chai uống, kính và hộp
đựng thức ăn là phổ biến, nhưng việc sử dụng BPA trong sản xuất polycarbonate đã
khuấy động tranh cãi nghiêm trọng (xem các mối nguy hiểm tiềm năng trong các ứng
dụng tiếp xúc thực phẩm ), dẫn đến sự phát triển và sử dụng "BPA-free" nhựa trong các
công thức khác nhau.
Polycarbonate thường được sử dụng trong bảo vệ mắt, cũng như trong các ứng dụng
xem và ánh sáng đạn chống khác mà thông thường sẽ cho thấy việc sử dụng kính ,
nhưng yêu cầu tác động kháng cao hơn nhiều. Ống kính polycarbonate cũng bảo vệ mắt
khỏi tia cực tím ánh sáng. Nhiều loại ống kính được sản xuất từ polycarbonate, bao gồm
cả ống kính ô tô đèn pha, ống kính chiếu sáng, kính mát / kính ống kính , kính bơi và
mặt nạ SCUBA, và kính an toàn / kính / kính che mặt bao gồm kính che mặt trong thể


thao mũ bảo hiểm / mặt nạ và cảnh sát chống bạo động bánh răng . Kính chắn gió trong
xe có động cơ nhỏ thường được làm từ polycarbonate, chẳng hạn như xe máy, ATV, xe
golf, và máy bay nhỏ và máy bay trực thăng.
Trọng lượng ánh sáng polycarbonate như trái ngược với thủy tinh đã dẫn đến sự phát
triển của màn hình hiển thị điện tử để thay thế kính polycarbonate, để sử dụng trong các
thiết bị di động và cầm tay. Hiển thị như vậy bao gồm mới hơn e-ink và một số màn
hình LCD, mặc dù màn hình CRT, màn hình plasma và công nghệ LCD khác thường
vẫn yêu cầu thủy tinh cho nhiệt độ nóng chảy cao hơn và khả năng của nó sẽ được khắc
trong chi tiết tốt hơn.
Khi ngày càng nhiều chính phủ đang hạn chế việc sử dụng kính trong quán rượu và câu
lạc bộ do sự gia tăng của glassings , kính polycarbonate đang trở nên phổ biến để phục
vụ rượu vì sức mạnh của họ, độ bền, và cảm giác giống như thủy tinh.

Các mục linh tinh khác bao gồm bền, hành lý gọn nhẹ, MP3/digital trường hợp máy
nghe nhạc , ocarinas , trường hợp máy tính, khiên chống bạo động , bảng chỉ dẫn,
container tealight nến và bình máy xay sinh tố. Nhiều đồ chơi và các mặt hàng sở thích
được làm từ các bộ phận polycarbonate, ví dụ như vây cá, con quay hồi chuyển gắn kết,
và flybar khóa để sử dụng với máy bay trực thăng điều khiển vô tuyến .
Để sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc với thời tiết hoặc tia cực tím bức xạ, xử lý bề
mặt đặc biệt là cần thiết. Này, hoặc có thể là một lớp phủ (ví dụ như tăng khả năng
kháng mài mòn), hoặc một coextrusion tăng cường sức đề kháng thời tiết.
Polycarbonate cũng được sử dụng như một chất nền in ấn nhãn và các hình thức khác
của lớp công nghiệp theo sản phẩm in. Polycarbonate cung cấp một rào cản để mặc, các
yếu tố, và mờ dần.
f. Ứng dụng y tế
Nhiều lớp polycarbonate được sử dụng trong các ứng dụng y tế và thực hiện theo cả hai
tiêu chuẩn ISO 10.993-1 và các tiêu chuẩn USP Lớp VI (đôi khi được gọi là PC-ISO).
Lớp VI là nghiêm ngặt nhất trong sáu xếp hạng USP. Các lớp có thể được tiệt trùng bằng
hơi nước ở 120 ° C, bức xạ gamma , hoặc do ethylene oxide (EtO) phương pháp. Tuy
nhiên, nghiên cứu khoa học chỉ ra vấn đề có thể với biocompatibility . Dow Chemical


hạn chế nghiêm ngặt tất cả các sản phẩm nhựa của nó có liên quan đến các ứng dụng y
tế với.
g. Điện thoại
Một số nhà sản xuất điện thoại thông minh lớn sử dụng polycarbonate. Nokia đã sử
dụng polycarbonate trong điện thoại của họ bắt đầu với N9 trường hợp unibody 's vào
năm 2011. Thực hành này tiếp tục với các điện thoại khác nhau trong Lumia loạt.
Samsung đã bắt đầu sử dụng polycarbonate với Galaxy S III nắp pin 's vào năm 2012.
Thực hành này tiếp tục với các điện thoại khác nhau trong Galaxy loạt. Apple đã bắt đầu
sử dụng polycarbonate với iPhone 5c trường hợp unibody 's vào năm 2013.Cụ thể như:
1. Cửa sổ chống đạn:
Tấm Polycarbonate là bền hơn rất nhiều so với thủy tinh hoặc acrylic. Điều này làm cho

chúng lý tưởng trong các ứng dụng an ninh, bảo vệ. Cửa sổ chống đạn cho xe ô tô, các
ngân hàng và văn phòng được làm bằng các tấm polycarbonate dày hoặc đa lớp.
2. Mái lấy sáng, mái che:
Khả năng lọc tia cực tím là tính chất quan trọng cần xem xét khi chọn vật liệu làm mái
tại khu vực lấy sáng. Tấm Polycarbonate có khả năng chặn đến 99.9% tia cực tím, trong
khi cho phép ánh sáng thường đi qua. Những tính chất này làm cho tấm polycarbonate
tấm lý tưởng cho phần lấy sáng như: mái lấy sáng, mái hiên, mái nhà kính, giếng trời,
mái nhà xe...


3. Bảng quảng cáo:
Tấm Polycarbonate có khả năng chịu thời tiết với các yếu tố môi trường và ánh sáng mặt
trời khắc nghiệt. Tấm có thể sử dụng nhiều năm ở ngoài trời và vẫn còn trông như mới.
Đồng thời, so với tấm MICA thì khả năng chịu va đập cao hơn nhiều lần. Bởi vì các đặc
tính này, tấm polycarbonate được sử dụng rộng rãi trong các quảng cáo, và hầu hết các
bảng quảng cáo, áp phích lớn.

4. Tường cách âm:
Cách âm kết hợp với khả năng chịu va đập và thời tiết là một lợi thế đáng kể của các
tấm polycarbonate. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các bức tường,


các vách ngăn văn phòng, tòa nhà chính phủ và các tòa nhà thương mại, khu dân cư
khác hoặc tại các đường ray, đường cao tốc.

5. Tấm khiên cho cảnh sát:
Tính dẻo dai và chịu va đập tốt của tấm polycarbonate là vật liệu được lựa chọn cho sản
xuất khiên chống bạo động của cảnh sát. Những tấm không vỡ trong bất kỳ tình huống
nào, làm cho nó an toàn hơn cho người dân và cảnh sát ở cả hai bên của tấm khiên.



6. Nhà kính:
Tấm Polycarbonate là sự lựa chọn lý tưởng cho các nhà kính vì nhiều lý do khác nhau.
Tính chất quang học của chúng cho phép trong ánh sáng mặt trời đi xuyên qua nhiều
cho các nhu cầu quang hợp của cây xanh, đồng thời lọc các tia cực tím có hại.

7. Sử dụng cho mục đích an ninh trong ngân hàng:


Yêu cầu an ninh cao trong các tổ chức ngân hàng là điều tất yếu. Tấm Polycarbonate sử
dụng như một lớp tường an toàn và trong suốt cho các ngân hàng, cả bên ngoài và bên
trong tòa nhà. Khối lượng nhẹ của các tấm polycarbonate làm cho dễ dàng trong dễ dàng
vận chuyển, lắp đặt. Thông thường, chi phí lắp đặt cho polycarbonate thấp hơn so với
kính xây dựng.

8. Mái che cho bể bơi:
Tấm polycarbonate rất phù hợp với làm mái hồ bơi, vì nó có khả năng bảo vệ khỏi tia
cực tím cho người bơi bên trong. Điều này làm cho khu vực bơi an toàn hơn cho người
bơi, và làm giảm nguy cơ bị cháy nắng và các biến chứng khác từ tiếp xúc quá nhiều với
ánh nắng mặt trời. Ngoài ra, khả năng kháng thời tiết làm cho các mái che này sử dụng
trong nhiều năm mà không có hư hại hoặc bị lão hóa.

9. Mái hiên, giếng trời:


Với các tính chất đặc trưng là: nhẹ, dễ uốn, dễ lắp đặt và bền thời tiết. Vì vậy, tấm
polycarbonate là vật liệu được sử dụng rất phổ biến trong các hạng mục lấy sáng trong
các trong công trình dân dụng: Mái hiên, giếng trời và sân phơi tại Việt Nam.

I.5/ Tình hình sản xuất và tiêu thụ

I.5.1/ Sản xuất và tiêu dùng polycarbonate ở châu Âu.
Đức là nhà sản xuất chính của polycarbonate ở châu Âu: khoảng 40% tổng sản lượng
châu Âu được sản xuất ở đây, tạo ra khoảng 900 Euro mio giá trị gia tăng. Một thặng dư
thương mại khoảng 560 mio Euro được tạo ra bởi lưới xuất khẩu polycarbonate. Do
chức năng của nó như là một phép công nghệ, gần như 120.000 việc làm ở Đức có liên
quan đến sản xuất và tiêu thụ polycarbonate.
Tiêu thụ quốc gia Đức polycarbonate lớn liên tục hơn 4% mỗi năm trong những năm
qua và đạt khoảng 22% tổng lượng tiêu thụ của EU trong năm 2010. 90% tiêu thụ của
Đức polycarbonate tập trung trong năm lĩnh vực kinh tế trọng điểm: trong truyền thông
quang học, Xây dựng Xây dựng, Điện & Điện tử, ô tô và Lĩnh vực thiết bị y tế.Người ta
ước tính rằng khoảng 8,1 tỷ Euro của giá trị gia tăng phụ thuộc vào polycarbonate Công
Nghệ Đức.
Tiêu thụ polycarbonat ở Đức năm 2010


- Xây dựng: 22%
- Truyền thông quang: 29%
- Điện / Điện tử: 21%
- Ô tô: 10%
- Thiết bị y khoa: 8%
- Khác: 10%
I.5.2/ Sản xuất polycacbonate ở Châu Á
Sản xuất polycarbonate của Trung Quốc được dự báo sẽ tăng 10-15 phần trăm mỗi năm
trong vài năm tới và đạt 1,2 triệu tấn vào năm 2015, trong khi nhu cầu sẽ đạt 2 triệu tấn
vào năm 2015, theo Trung Quốc Công nghiệp hóa chất News.
Tờ báo cho biết Trung Quốc hiện đang tiêu thụ 1,3 triệu tấn polycarbonate mỗi năm,
chiếm khoảng 30 phần trăm của mức tiêu thụ toàn cầu. Tuy nhiên, thị phần của Trung
Quốc trong sản xuất polycarbonate toàn cầu là thấp hơn rất nhiều.
Đến năm 2015, tỷ lệ sản xuất để tiêu thụ sẽ đạt 50-60 phần trăm, báo cáo cho biết.
Phần II: Nguyên liệu cho quá trình

II.1/ Bisphenol A
II.1.1/ Giới thiệu
Công thức cấu tạo của Bisphenol A (hình 1.2):


Hình 1.2: Công thức cấu tạo phân tử
Bisphenol A
trong mặt phẳng và trong không
gian
Tài liệu tổng hợp Bisphenol A được công bố chính thức đầu tiên là
của Thomas Zincke thuộc đại học Marburg, Đức. Năm 1905, Zincke
đã đưa ra phương pháp tổng hợp Bisphenol A từ phenol và axeton.
Zincke đã chỉ ra các tính chất vật lý cơ bản của Bisphenol A (cấu trúc
phân tử, nhiệt độ nóng chảy, tính tan trong các dung môi khác nhau như
trong bảng 2). Tuy nhiên, Zincke không đưa ra ứng dụng cũng như công
dụng nào của Bisphenol A hay các vật liệu mà ông đã tổng hợp được.
Đến năm 1953, tiến sĩ Hermann Schnell thuộc hãng Bayer của Đức
và tiến sĩ Dan Fox của General Electric của Mỹ đã độc lập phát triển sản
xuất vật liệu nhựa mới polycarbonate sử dụng nguyên liệu là Bisphenol A.
Quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp được bắt đầu năm 1957 ở Mỹ
và 1958 ở châu Âu. Cùng thời gian đó, nhựa epoxy cũng được phát triển
nhờ những ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chính nhờ sự phát triển
mạnh mẽ của polycarbonate và nhựa epoxy nên Bisphenol A cũng được
18
18


sản xuất với số lượng lớn từ những năm 50 của thế kỷ XX và ngày càn g
phát triển[10,14].


19
19


Bisphenol A là một hoá chất công nghiệp quan trọng được sử dụng chủ
yếu để sản xuất polycarbonate và nhựa epoxy. Năm 1980, sản lượng Bisphenol
A trên toàn thế giới đạt 1 triệu tấn/năm và tới năm 2009 đã đạt hơn 2,2 triệu
tấn năm. Năm 2007 chỉ tính riêng nước Mỹ đã tiêu thụ hết 1.088.000 tấn
Bisphenol A, trong đó 74% được sử dụng để sản xuất nhựa polycarbonate và
20% cho nhựa epoxy.
Ngoài ra Bisphenol A còn được sử dụng làm chất cháy chậm, sản xuất
nhựa polyeste không no, nhựa polysunfo, các polyeteimit và polyacrylat.
Trong đó polycarbonate và nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau. Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, dụng cụ y
tế, chai nhựa, các sản phẩm cộng nghệ số (như đĩa CD, DVD, V.V…), vỏ
điện thoại di động, vật liệu điện, vỏ máy vi tính và các vật dụng khác. Nhựa
epoxy được sử dụng làm sàn công nghiệp, keo dán, chất bảo vệ bề mặt v.v...
[10].
Bảng 1.2: Một số thông số vật lý của Bisphenol A

CAS No
Danh pháp
Công thức phân tử

Bisphenol
A
80-05-7
4,4’-(1-metyletyliden) bisphenol
4,4’-Isopropylidendiphenol
C15H16O2


Khối lượng phân tử 228,29 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy 155 – 161oC
o
Nhiệt độ sôi
220 C (493 K) ở 4 mmHg
Khối lượng riêng
1,195 g/ml ở 25oC


Tính chất vật lý

Chất rắn
trắng.

màu

Dạng tinh thể hình lăng trụ khi kết
tinh trong axit axetic loãng và hình
kim khi kết tinh từ nước.


1.2.2.

Độc tính của bisphenol A

Bisphenol A là một chất tương đối độc, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể
con người như hấp thụ qua da hoặc qua đường hô hấp. Bisphenol A gây
mất cân bằng nội tiết tố và có ảnh hưởng xấu đối với hoạt động sinh sản
của cả nam và nữ, làm thay đổi chức năng hệ miễn dịch, gây rối loạn hành vi

và bất thường về khả năng nhận thức. Về lâu dài, nó sẽ làm tổn thương não
bộ, gây ra căn bệnh Alzheimer và một số bệnh ung thư. Trẻ nhỏ sớm tiếp xúc
với Bisphenol A sẽ bị tổn thương vĩnh viễn, liên minh châu Âu (EU) đã cấm
sử dụng chai sữa cho trẻ em làm từ polycarbonate – một trong những sản
phẩm có chứa Bisphenol A từ tháng 06 năm
2011 [12].
1.2.3.

Phương pháp tổng hợp

Phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp Bisphenol A là phản
ứng giữa phenol và axeton với xúc tác là axit HCl:

Sơ đồ 1.1: Phản ứng tổng hợp bisphenol A

II.2/ Phosgene
II.2.1/ Giới thiệu


-

công thức hóa học COCl2

-

là chất khí rất độc đã từng là vũ khí chết người trong thế chiến I nhưng lại là
hợp chất có giá trị trong điều chế nhiều hợp chất hữu cơ cũng như dược chất.
Phosgene được điều chế bằng cách cho hỗn hợp CO, Cl2 tinh khiết đi qua
cacbon hoạt tính:
CO + Cl2 → COCl2 (ΔHrxn = −107.6kJ/mol)

Một lượng đáng kể phosgene được dùng cho phản ứng với bisphenol A (BPA)
để điều chế các polycarbonate, là hợp chất quan trọng trong kỹ thuật chế tạo
plastic nhiệt dùng làm thấu kính hay kính đeo mắt
HOCR2-X-CR2OH + COCl2 → 1/n [OCR2-X-CR2OC(O)-]n + 2 HCl
Khi phản ứng với nước, phosgene tạo ra CO2 và HCl
COCl2 + H2O → CO2 + 2 HCl
Ở trạng thái khí, phosgene phản ứng với NH3 tạo Urea
COCl2 + 4 NH3 → CO(NH2)2 + 2 NH4Cl

II.2.2/ Tính chất
Tính chất không ổn định của các yếu tố làm nóng vào hai phosgene, xé hiệu ứng khí.
Diphosgene thủy phân chậm trong nước lạnh, đầy đủ thủy phân cần vài giờ một ngày.
Diphosgene sôi có thể hoàn thành quá trình thủy phân trong một vài phút, để tạo ra
axit clohydric và carbon dioxide, một chất xúc tác cơ bản để tăng tốc độ.
- Khối lượng phân tử: 197.82g/mol
- Trọng lượng phân tử: 197,82
Phương pháp
Hai phosgene bởi bức xạ tia cực tím khử trùng bằng clo tự do căn bản của methyl
chloride để có được:


-

Cl-CO-Och 3 3 Cl2 - (HV) → Cl-CO-OCCl3 3 HCl
Methyl chloride cũng có thể thu được khí hai tròng gốc tự do:
H-CO-Och 3 4 Cl2 - (HV) → Cl-CO-OCCl3 4 HCl

II2.3/ Tổng hợp polycacbonat
Polycarbonate được sản xuất từ nguyên liệu đầu là Bisphenol A và
Photgen:



Trong môi trường kiềm, quá trình tổng hợp polycarbonate xảy ra
theo các bước sau:
Bước 1:
Đầu tiên kiềm phản ứng với Bisphenol A, giải phóng một phân tử
nước và tạo thành muối. Phản ứng xảy ra tương tự với nhóm OH- còn
lại của phân tử Bisphenol A.

Sản phẩm muối này tác dụng với Photgen.

Sự chuyển dịch electron để tái tạo nhóm cacbonyl làm tách ion Cl

-

và tạo phân tử chloroformate.

Bước 2:
Phân tử chloroformate tạo thành bị tấn công tiếp bởi phân tử Bisphenol
A khác giống như Photgen. Phân tử Bisphenol A thứ hai tấn công giống như


×