Nghiên cứu công thức sản xuất hạt pvc mềm bọc cấp viễn thông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 126 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
HUỲNH THỊ THANH HƯƠNG
NGHIÊN CỨU CÔNG THỨC SẢN XUẤT
HẠT PVC MỀM BỌC CÁP VIỄN THÔNG
Chun ngành : Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2008
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
TS NGUYỄN ĐẮC THÀNH
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày
tháng
năm 2008
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
LỜI CẢM ƠN
Con xin chân thành cảm ơn Ba, Mẹ và những người thân đã tạo điều kiện cho
con học tập và làm việc.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Đắc Thành đã tân tình hướng
dẫn và truyền đạt những kiến thức khoa học quý báo cũng như những kinh
nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Công Nghệ Vật Liệu đặc
biệt là Bộ môn Polymer và Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polymer đã đóng
góp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn này.
Chân thành cám ơn bạn be, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn
thành luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2008
HUỲNH THỊ THANH HƯƠNG
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngày nay, trong tất cả các loại chất dẻo, PVC là loại phổ biến nhất, được sử
dụng rộng rãi trong đời sống từ lónh vực dân dụng, gia dụng, công nghiệp,…
Công nghiệp chất dẻo từ nhựa PVC đang và sẽ phát triển mạnh do PVC có
nhiều ưu điểm như : ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia công,… Vì vậy PVC rất
cần được nghiên cứu để có thể phát huy tối đa tính năng cũng như khả năng ứng
dụng của nó.
Trong luận văn này, ta nghiên cứu công thức sản xuất hạt PVC mềm để ứng
dụng vào lónh vực bọc vỏ cáp viễn thông là một nhu cầu thiết yếu nhằm hạ giá
thành mà vẫn đảm bảo tính năng của sản phẩm vì cáp viễn thông hiện nay chủ
yếu được bọc bằng nhựa PE.
Chúng ta nghiên cứu sự ảnh hưởng của quá trình gia công và thành phần các
chất phụ gia nhằm tìm ra công thức tối ưu nhất : đảm bảo tính chất cần thiết đồng
thời giảm giá thành sản phẩm.
Cuối cùng ta kết luận rằng công thức nghiên cứu được có thể ứng dụng để
sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông.
ABSTRACT
Nowadays, in plastics, polyvinyl chloride (PVC) is one of the most popular
plastic and widely used from civil to the industry,…
Polymer industry from PVC resin will be quickly development because PVC
have many advantage characteristis such as : chemical resistance, stable
mechanics and easily to pocess. So that, PVC resin really need to reseach to
promote good ability as well as its applied ability.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
In this thesis, we study the formula for soft PVC to apply in the
communication cable covered field to decrease cost price but product
characteristic is ensured because at present communication cable is covered
mainly made from PE.
We study the affect of the processing ang additional composition in order to
find optimal formula: good cost price and properties are ensured.
Final, we include that the above optimal formula can be applied to produce
soft PVC to cover communication cable.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I : POLYVINYL CLORUA ................................................................ 1
1.1
: Tổng quan........................................................................................... 1
1.2
: Cấu tạo Polyvinyl clorua (PVC)......................................................... 2
1.3
: Tính chất của PVC ............................................................................. 3
1.4
: Điều chế PVC..................................................................................... 9
1.4.1
: Nguyên liệu để sản xuất nhựa PVC................................................... 9
1.4.2
: Lý thuyết trùng hợp VC ................................................................... 11
1.4.3
: Sản xuất PVC ................................................................................... 13
1.4.3.1 : Trùng hợp VC trong khối ................................................................. 13
1.4.3.2 : Trùng hợp VC trong dung môi ......................................................... 13
1.4.3.3 : Trùng hợp VC trong nhũ tương ........................................................ 14
1.4.3.4 : Trùng hợp VC trong huyền phù ....................................................... 15
1.5
: Phụ gia cho PVC............................................................................... 16
1.5.1
: Chất ổn định ..................................................................................... 16
1.5.2
: Chất hoá dẻo .................................................................................... 23
1.5.3
: Chất độn ........................................................................................... 26
1.5.4
: Chất làm trơn.................................................................................... 27
1.5.5
: Chất màu .......................................................................................... 29
1.5.6
: Chất tăng cường va đập.................................................................... 29
1.5.7
: Chất trợ gia công .............................................................................. 30
1.5.8
: Một số phụ gia khác ......................................................................... 31
1.6
: Ứng dụng của PVC........................................................................... 31
1.6.1
: PVC cứng ......................................................................................... 31
1.6.2
: PVC hoá dẻo .................................................................................... 32
1.6.3
: Biến tính PVC .................................................................................. 36
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
CHƯƠNG II :
THIẾT BỊ MÁY ĐÙN TRỤC VÍT............................................37
2.1
: Giới thiệu khái quát về máy đùn ..................................................... 37
2.2
: Cấu tạo máy đùn .............................................................................. 37
2.3
: Phân loại máy đùn............................................................................ 38
2.4
: Một số thông số cơ bản của máy đùn .............................................. 39
2.4.1
: Vít xoắn ............................................................................................ 40
2.4.1.1 : Tỉ lệ L/D ........................................................................................... 40
2.4.1.2 : Tỉ lệ nén ép ...................................................................................... 41
2.4.1.3 : Đóa nhựa hoá .................................................................................... 41
2.4.1.4 : Vận tốc trục vít................................................................................. 41
2.4.1.5 : Nhiệt độ trục vít ............................................................................... 42
2.4.1.6 : Vật liệu làm trục vít ......................................................................... 42
2.4.2
: Xy lanh ............................................................................................. 42
2.4.2.1 : Vật liệu làm xy lanh......................................................................... 42
2.4.2.2 : Cung cấp nhiệt ................................................................................. 43
2.4.2.3 : Làm mát xy lanh .............................................................................. 43
2.4.2.4 : Cửa phễu cấp liệu ............................................................................ 44
2.4.2.5 : Xy lanh có lỗ thoát hơi ..................................................................... 44
2.4.3
: Đầu phân phối và lưới lọc ................................................................ 44
2.4.4
: Đầu định hình ................................................................................... 45
2.5
: Lý thuyết ép đùn .............................................................................. 45
2.6
: Máy đùn vít đôi ................................................................................ 47
CHƯƠNG III : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............................................49
3.1
: Nguyên liệu ...................................................................................... 49
3.1.1
: Nhựa polyvinyl clorua ...................................................................... 49
3.1.2
: Chất phụ gia ..................................................................................... 51
3.1.2.1 : Bột đá ............................................................................................... 51
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
3.1.2.2 : Chất ổn định ..................................................................................... 52
3.1.2.3 : Chất bôi trơn..................................................................................... 53
3.1.2.4 : Chất hoá dẻo .................................................................................... 54
3.1.2.5 : Chất màu .......................................................................................... 54
3.2
: Phương pháp thực nghiệm ................................................................ 55
3.2.1
: Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 55
3.2.2
: Thiết bị thử nghiệm, dụng cụ đo ...................................................... 55
3.3
: Quá trình thực nghiệm ........................................................................... 58
3.3.1 : Mục tiêu quá trình thực nghiệm ............................................................ 58
3.3.2 : Khảo sát quy trình tổng hợp hạt PVC mềm ........................................... 59
3.3.2.1 : Khảo sát sơ bộ nhiệt độ trộn ............................................................ 62
3.3.2.2 : Khảo sát sơ bộ quá trình trộn bột compound và thời gian trộn trên máy
Mixer ................................................................................................ 63
3.3.2.3 : Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ gia công trong quá trình tạo hạt
.................................................................................................... 63
3.3.2.4 : Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất ổn định Tribasic Lead
Sunphate đến tính chất hạt PVC ...................................................... 64
3.3.2.5 : Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng DOP đến tính chất hạt PVC ... 65
3.3.2.6 : Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột đá đến tính chất hạt PVC . 66
3.3.2.7 : Khảo sát ảnh hưởng của 3 loại resin đến tính chất hạt PVC mềm .. 67
3.3.3
: Khảo sát tính chất của dây cáp viễn thông khi dùng hạt PVC mềm tạo
được để bọc vỏ ................................................................................. 68
CHƯƠNG IV : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .........................................................70
4.1
: Khảo sát quá trình tổng hợp hạt PVC mềm ..................................... 70
4.1.1
: Chọn nhiệt độ trộn trên máy Mixer ................................................. 70
4.1.2
: Khảo sát sơ bộ thứ tự trộn và thời gian trộn bột trên máy Mixer .... 71
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
4.1.3
: Khảo sát sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ gia công trong quá trình tạo hạt
PVC trên máy đùn 55.2A (máy đùn vít đôi) .................................... 73
4.1.4
: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất ổn định tribasic lead sunphate
đến tính chất hạt PVC ...................................................................... 84
4.1.5
: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng DOP đến tính chất hạt PVC ... 88
4.1.6
: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột đá đến tính chất hạt PVC . 90
4.1.7
: Khảo sát ảnh hưởng của 3 loại resin đến tính chất của hạt PVC..... 93
4.2
: Khảo sát lớp vỏ của dây điện sau khi dùng PVC mềm bọc vỏ ....... 95
KẾT LUẬN
.................................................................................................. 102
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1
:
Cấu trúc hạt PVC-S .......................................................................... 3
Hình 1.2
:
Cấu trúc hạt PVC-E .......................................................................... 3
Hình 1.3
:
Hạt PVC............................................................................................ 4
Hình 1.4
:
Sơ đồ tổng hợp PVC ......................................................................... 9
Hình 1.5
:
Một số sản phẩm của PVC cứng .................................................... 32
Hình 1.6
:
Một số sản phẩm của PVC có sử dụng hoá dẻo ............................. 33
Hình 1.7
:
PVC có sử dụng hoá dẻo để bọc cáp viễn thông............................ 34
Hình 2.1
:
Máy đùn trục vít ............................................................................. 37
Hình 2.2
:
Một số loại vít................................................................................. 39
Hình 3.1
:
Lưu trình sản xuất thử nghiệm hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông 60
Hình 3.2
:
Lưu trình bọc cáp viễn thông bằng hạt PVC mềm ......................... 61
Hình 4.1
:
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh và đầu định hình
ở trường hợp TH1 của máy đùn 2 vít 55.2A ................................... 74
Hình 4.2
:
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh và đầu định hình
ở trường hợp TH2 của máy đùn 2 vít 55.2A ................................... 74
Hình 4.3
:
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh và đầu định hình
ở trường hợp TH3 của máy đùn 2 vít 55.2A ................................... 75
Hinh 4.4
:
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh và đầu định hình
ở trường hợp TH4 của máy đùn 55.2A ........................................... 75
Hình 4.5
:
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh và đầu định hình
ở trường hợp TH5 của máy đùn 55.2A ........................................... 76
Hình 4.6
:
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ bền kéo và % chất ổn định ....... 86
Hình 4.7
:
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ dãn dài tại thời điểm đứt và hàm
lượng chất ổn định .......................................................................... 87
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-i-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
Hình 4.8
:
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ dãn dài tại thời điểm đứt & hàm
lượng DOP ...................................................................................... 89
Hình 4.9
:
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ bền kéo & hàm lượng DOP ...... 90
Hình 4.10 :
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ bền kéo & hàm lượng bột đá .... 92
Hình 4.11 :
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ dãn dài tại thời điểm đứt & hàm
lượng bột đá .................................................................................... 92
Hình 4.12 :
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ bền kéo & 3 loại resin khác nhau94
Hình 4.13 :
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa độ dãn dài tại thời điểm đứt & 3 loại
resin khác nhau ............................................................................... 95
Hình 4.14 :
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh, đầu phân phối và
đầu định hình ở trường hợp TH1..................................................... 97
Hình 4.15 :
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh, đầu phân phối và
đầu định hình ở trường hợp TH2..................................................... 97
Hình 4.16 :
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh, đầu phân phối và
đầu định hình ở trường hợp TH3..................................................... 98
Hình 4.17 :
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh, đầu phân phối và
đầu định hình ở trường hợp TH4..................................................... 98
Hình 4.18 :
Đồ thị biểu diễn sự phân bố nhiệt độ của xy lanh, đầu phân phối và
đầu định hình ở trường hợp TH5..................................................... 99
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
- ii -
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1
: Quan hệ giữa trị số độ nhớt K, độ trùng hợp P và trọng lượng phân
tử bình quân M .................................................................................. 6
Bảng 1.2
: Quan hệ giữa độ nhớt K và mục đích sử dụng .................................... 7
Bảng 1.3
: Một số loại ổn định vô cơ.................................................................. 18
Bảng 1.4
: Ứng dụng của một số loại ổn định trong sản xuất............................. 18
Bảng 1.5
: Ưu điểm của chất ổn định chì............................................................ 21
Bảng 1.6
: Một số loại va đập sử dụng cho PVC ................................................ 30
Bảng 3.1
: Đặc tính của hạt PVC mềm ............................................................... 58
Bảng 3.2
: Đặc tính của lớp vỏ bọc PVC của dây cáp viễn thông...................... 58
Bảng 3.3
: Thành phần khối lượng các chất trong công thức CT1; CT2; CT3 ..... 64
Bảng 3.4
: Thành phần khối lượng các chất trong công thức CTn.1; CTn.2; CTn.3 65
Bảng 3.5
: Thành phần khối lượng các chất trong công thức CTn.m.1;
CTn.m.2;CTn.m.3 ................................................................................. 66
Bảng 3.6
: Thành phần khối lượng các chất trong công thức CTn.m.k.1; CTn.m.k.2;
CTn.m.k.3 .............................................................................................. 68
Bảng 4.1
: Thứ tự và thời gian trộn bột compound trên máy Mixer................... 72
Bảng 4.2
: Nhiệt độ gia công tạo hạt PVC mềm trên máy đùn 2 vít 55.2A ....... 73
Bảng 4.3
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT1 .......... 78
Bảng 4.4
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2 .......... 78
Bảng 4.5
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT3 .......... 79
Bảng 4.6
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.1 ........ 79
Bảng 4.7
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2 ........ 80
Bảng 4.8
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.3 ........ 80
Bảng 4.9
: Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.1....... 81
Bảng 4.10 : Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.2....... 81
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-i-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC bọc cáp viễn thông
Bảng 4.11 : Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.3....... 82
Bảng 4.12 : Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.3.1..... 82
Bảng 4.13 : Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.3.2..... 83
Bảng 4.14 : Kết quả khảo sát sơ bộ nhiệt độ gia công của công thức CT2.2.3.3..... 83
Bảng 4.15 : Nhiệt độ gia công của các công thức trên máy đùn 2 vít 55.2A ....... 84
Bảng 4.16 : Thành phần các chất trong các công thức CT1, CT2, CT3 ................. 85
Bảng 4.17 : Kết quả khảo sát tại TT3 của công thức CT1, CT2, CT3 ................... 86
Bảng 4.18 : Thành phần các chất trong các công thức CT2.1, CT2.2, CT2.3 ........... 88
Bảng 4.19 : Kết quả khảo sát tại TT3 của công thức CT2.1, CT2.2, CT2.3.............. 89
Bảng 4.20 : Thành phần các chất trong các công thức CT2.2.1, CT2.2.2, CT2.2.3...... 91
Bảng 4.21 : Kết quả khảo sát tại TT3 của công thức CT2.2.1, CT2.2.2, CT2.2.3 ........ 91
Bảng 4.22 : Thành phần các chất trong các công thức CT2.2.3.1, CT2.2.3.2, CT2.2.3.3 93
Bảng 4.23 : Kết quả khảo sát tại TT3 của công thức CT2.2.3.1, CT2.2.3.2, CT2.2.3.3 .. 94
Bảng 4.24 : Nhiệt độ khảo sát quá trình gia công bọc vỏ PVC mềm ................... 96
Bảng 4.25 : Kết quả quá trình bọc vỏ PVC mềm trên máy 1 vít.......................... 99
Bảng 4.26 : Nhiệt độ quá trình gia công bọc vỏ PVC mềm ............................... 100
Bảng 4.27 : Kết quả khảo sát tại TT3 của lớp vỏ PVC mềm ............................. 101
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
- ii -
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
CHƯƠNG 1:
POLYVINYL CLORUA
1.1. Tổng quan :
Trong tất cả các loại chất dẻo, PVC là loại phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi
nhất nên sản lượng trên toàn thế giới bao giờ cũng đứng hàng đầu.
Nguyên liệu để sản xuất PVC là clorua vinyl (VC). Năm 1835 Rênol đã điều chế
được VC từ đicloêtan đun nóng với dung dịch rượu nhưng mãi đến năm 1930 mới
sản xuất được PVC trong công nghiệp.
Công nghiệp về chất dẻo nói chung và về PVC nói riêng, phát triển mạnh ở
nhiều nước như Liên Xô, Mỹ Đức, Nhật, Anh, Pháp,… Ở nước ta sản xuất được loại
nhựa tổng hợp đầu tiên là PVC ở nhà máy Hoá Chất Việt Trì.
Công nghiệp chất dẻo từ nhựa PVC đang và sẽ phát triển rất mạnh là vì PVC có
nhiều đặc điểm tốt như ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều sản phẩm
thông dụng (màng bao gói, áo đi mưa, dép, ống nước, bọc dây điện, các chi tiết của
thiết bị trong công nghiệp hoá học,…) và nguồn nguyên liệu cũng tương đối sẳn có.
Tuy nhiên PVC có nhược điểm là chịu nhiệt kém, chỉ có thể sử dụng trong phạm
vi nhiệt độ từ 600 đến 700 C và tan kém trong các dung môi thông thường, khi gia
công có thoát ra khí HCl do đó còn phải chú ý đến khó khăn về thiết bị.
Do đó, hướng hiện nay trên thế giới và ngay cả ở nước ta là :
- Cải tiến quá trình sản xuất để có nhựa PVC trọng lượng phân tử cao, chất
lượng tốt.
- Tìm chất hoá dẻo và chất ổn định mới rẻ hơn và tốt hơn. Đối với nước ta, hiện
nay đó là một khó khăn khá lớn vì chất hoá dẻo cho PVC phần lớn là từ sản
phẩm dầu mỏ và ta lại dùng nhiều. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể khắc
phục một phần bằng cách nghiên cứu sản xuất một số chất hoá dẻo từ nguyên
liệu trong nước (dầu thảo mộc).
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-1-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
- Nghiên cứu sử dụng PVC cứng (không hoá dẻo), nhất là dùng bao bì cho công
nghiệp thực phẩm và y dược
1.2 Cấu tạo của Polyvinyl clorua (PVC)
PVC là hợp chất cao phân tử, trong mạch có nhóm vinyl clorua lập đi lập lại
nhiều lần. Công thức tổng quát của PVC như sau:
CH2
CH
Cl
CH2
n
CH
Cl
n
Người ta đã dùng nhiều phương pháp (hoá học, rơnghen và quang học) để chứng
minh cấu tạo của nó như:
-
Cho tia phóng xạ xuyên vào PVC thì xảy ra quá trình khử HCl và tạo thành
các nối đôi cách một trong polime.
-
Quang phổ tử ngoại hấp thụ PVC cũng tương ứng với quang phổ hấp thụ 2,4
diclo butan hoặc nhiều hơn là với quang phổ hấp thụ 2,3- diclo butan.
-
Cho KI tác dụng với dung dịch PVC thì không thấy I2 tự do thoát ra (I2 tự do
chỉ thoát ra khi KI tác dụng với các chất mà các nguyên tử Cl nối liền với hai
nguyên tử C cạnh nhau)
-
C.S Macvel khử Cl trong PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong
đioxan với bột Zn thì thấy có nhóm cyclo propan tạo ra.
-
Tuỳ theo điều kiện khử Cl, mà trong polime còn lại 13 ÷ 16% Cl ở dạng từng
nguyên tử Cl riêng biệt.
Ở trạng thái không kéo căng, PVC hoàn toàn vô định hình, chỉ khi nào kéo căng
thật mạnh mới có khả năng định hướng một phần.
Cao phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhưng rất ít, từ 50 đến 100 mắc xích
mới có một nhánh.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-2-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
1.3 Tính chất của PVC
-
PVC là nhựa nhiệt dẻo có cấu tạo vô định hình thường tồn tại ở hai dạng: là PVC
huyền phù và nhũ tương. Nếu trùng hợp theo phương pháp huyền phù ta có PVC
huyền phù (PVC.S) có kích thước hạt lớn từ 20 150m. Trùng hợp theo phương
pháp nhũ tương ta thu được PVC nhũ tương có độ mịn cao (PVC.E).
Hình 1.1 : Cấu trúc hạt PVC – S
Hình 1.2 : Cấu trúc hạt PVC - E
-
Dựa vào hình dạng PVC thường được tổng hợp dưới 2 dạng:
+ Dạng bột màu trắng : được trùng hợp từ các phân tử vinyl clorua dưới tác
dụng của nhiệt độ, áp suất và chất xúc tác.
+ Dạng hạt : là PVC compound gồm bột PVC và một số phụ gia.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-3-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Hình 1.3 : Hạt PVC
-
Trùng hợp VC theo cơ chế gốc tự do là sự kết hợp các phần tử theo dạng “ đầu
nối đuôi” thành mạch phát triển. Trong đại phân tử các nguyên tử Cl chiếm ở vị
trí 1,3
-
Ở trạng thái kéo không căng, PVC hoàn toàn vô định hình, chỉ khi nào kéo căng
thật mạnh mới có khả năng định hướng một phần.
-
Cao phân tử PVC cũng có cấu tạo nhánh nhưng rất ít (từ 50 đến 100 mắc xích
mới có một nhánh)
-
PVC là loại nhựa có tỉ trọng từ 1,2 ÷1,7 g/cm3, cao hơn nhiều so với một số loại
nhựa khác.
-
PVC là loại nhựa vô định hình nên có độ trong cao. Tg = 80oC.
-
Ở nhiệt độ thường PVC rất cứng.
-
Chịu thời tiết tốt, chống lão hoá.
-
Cách điện tốt được ứng dụng để bọc dây cáp điện.
-
PVC không độc, chỉ độc bởi phụ gia, hàm lượng monome còn lại và khi gia công
hoá ra khí,…
-
Độ bền cơ lý cao. Tuỳ theo công thức khác nhau mà tính chất cơ lý khác nhau.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-4-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
-
Mềm dẻo khi dùng với các chất hoá dẻo.
-
Độ bền nhiệt thấp. PVC hoá mềm ở 65 850C. Khi nhiệt độ gia công lớn hơn
1900C dễ bị rạn nứt và toả ra khí độc HCl (gây phù nề phổi) và dễ ăn mòn môi
trường xung quanh. Tiếp tục tăng nhiệt độ sản phẩm sẽ biến sang màu vàng,
nâu, màu sẫm và cháy đen. Nhiệt độ gia công thích hợp là 150 1800C.
-
PVC dễ tạo nhiều màu sắc. Dễ in ấn.
-
PVC là nguyên liệu không dễ cháy bởi vì có mặt Clo trong phân tử (Clo có bản
chất chống cháy). Khi cháy sinh nhiệt vì PVC có hàm lượng cacbon thấp. Do ít
sinh nhiệt, hạn chế sự lan toả của ngọn lửa. Do đó căn cứ vào một số xét
nghiệm, PVC cứng là loại nhựa đứng đầu bảng về phương diện chống cháy. Khi
PVC có hoá dẻo thì dễ cháy hơn bởi bản chất của chất hoá dẻo dễ cháy. Trong
trường hợp này ta có thể thêm vào hỗn hợp PVC chất chống cháy.
Qua việc xét nghiệm, người ta còn xác định nhiệt bốc cháy của PVC còn cao hơn
gỗ. Nhiệt bốc cháy của gỗ (do lửa ) là 210 2700C. Nhiệt tự bốc cháy của gỗ là
4000C. Trong khi đó nhiệt độ bốc cháy của PVC cứng (do lửa) là 4000C, nhiệt
bốc cháy của PVC có hoá dẻo (do lửa) là 330 3500C. Nhiệt độ tự bốc cháy của
PVC cứng là 4500C và của PVC có hoá dẻo là 4000C.
-
PVC chịu lực va đập kém. Để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ
yếu các chất sau: MBS (methcrylate Batadien Styrene), ABS, CPE (Polyethylene
clo hoá) và EVA (ethylene vinyl axetate) với tỉ lệ từ 5 15%
* Độ hoà tan của PVC:
Polime phân tử thấp với n từ 300 đến 500 tương đối dễ tan trong axêton,
kêton và este, cacbua hrô clo hoá,… nhưng polime trọng lượng phân tử cao thì
hoà tan hạn chế.
Ở điều kiện nguội, PVC hầu như không tan trong các chất hoá dẻo, nhưng ở
nhiệt độ cao thì bị trương nhiều và có trường hợp lại tan trong một số chất hoá
dẻo.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-5-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Trọng lượng phân tử M tăng thì độ hoà tan của PVC giảm và phụ thuộc vào
phương pháp điều chế polime. Theo nguyên tắc, polime nhũ tương coo độ hoà
tan kém hơn polime huyền phù hoặc ở trong dung dịch.
* Trọng lượng phân tử và độ đa phân tán:
Polime có độ đa phân tán lớn. Độ đa phân tán tăng theo mức độ chuyển hóa
mônome thành polime tăng.
PVC có nhiều dạng trọng lượng phân tử khác nhau, do đó phải căn cứ vào
yêu cầu sản phẩm và phương pháp gia công, ta chọn các chủng loại PVC. ( được
xác định bằng trị số K. Đó là chỉ số độ nhớt của PVC với nồng độ 0,1% trong
xeton ở 200C bằng độ kế EPPRECCHT)
Trọng lượng phân tử trung bình thường từ 20 000 đến 120 000.
Bảng 1.1: Quan hệ giữa trị số độ nhớt K , độ trùng hợp
bình quân P và trọng lượng phân tử bình quân M
Trị số K
P
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
500
530
550
580
610
650
680
720
759
790
830
870
910
960
1010
M
70000
100000
Trị số K
P
M
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
1060
1120
1170
1230
1290
1350
1420
1500
1580
1670
1770
1880
2000
160000
200000
260000
Căn cứ vào độ trùng hợp, trị số K khác nhau, việc sử dụng PVC cũng khác nhau
và được trình bày ở bảng 1.2:
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-6-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Bảng 1.2: Quan hệ giữa độ nhớt K và mục đích sử dụng
Trị số K
Công dụng
71 78
66 71
Dây điện, vải giả da, màng mỏng
Tấm cứng, ống cứng, mềm, dép nhựa
64 66
các loại
Đóa hát, phụ tùng ống và sản phẩm
52 58
trên máy injection
< 51
Chất dính
* Độ ổn định nhiệt của PVC
Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ích so với nhiệt phân huỷ của nó.
Ngay ở 1400C đã bắt đầu phân huỷ chậm và ở 1700C thì nhanh hơn, HCl bị tách
ra tăng và xuất hiện màu nếu sâu hơn thì từ màu sáng đến vàng, da cam, đỏ và
nâu đến đen và mất tính tan.
Mất tính tan của PVC là do tạo thành liên kết ngang:
Cl
CH2
CH
CH
CH2
Cl
CH2
- HCl
Cl
CH
CH2
CH
CH2
CH
CH
CH
CH2
CH
CH2
CH
Cl
Cl
Cl
Biến màu của PVC là do tạo ra liên kết đôi cách:
CH2
CH
CH2
Cl
-HCl
CH2
CH
CH2
CH2
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
CH2
Cl
Cl
CH
CH
CH
CH2
CH
Cl
CH
CH2
CH
-7-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Ngay khi mới tách được 0,2% HCl đã có xuất hiện hiệu ứng crômofo, do đó
polime có màu vàng.
Sự phân huỷ PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi. Trung tâm bắt đầu
phân huỷ là ở những phần mạch mà ở đó có liên kết C-H và C-Cl yếu. Những
phần đó có thể là những nhóm cuối của đại phân tử.
Nối đôi và C bậc 3 làm ảnh hưởng đến độ bền liên kết của nguyên tử C bên
cạnh và có thể kích động quá trình phân huỷ HCl. Nhóm chứa O2 trong phân tử
polime (gốc của chất kích động peoxít còn lại và nhóm peoxit) được tạo ra do
oxy hoá polime cũng có kích động phân huỷ HCl.
Ở trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanh hơn trong N2. Một số
kim loại như Zn và Fe, ngay cả khi chỉ có vết lớn hơn 10 phần trọng lượng kim
loại : 1000000 phần trọng lượng polime cũng xúc tiến quá trình phân huỷ PVC
và làm cho khí HCl trở nên là chất xúc tác của quá trình phân huỷ. Polime kỹ
thuật luôn luôn chứa vết Fe, do đó thực tế có tác dụng xúc tác của khí HCl.
Chất nhũ hoá có trong polime cũng ảnh hưởng không tốt đến chất ổn định.
Ở nhiệt độ cao xảy ra quá trình phân huỷ PVC, ngoài ra khí HCl còn có các sản
phẩm phân tử thấp nhưng không thấy có monome.
Trong kỹ thuật có hai chỉ số quan trọng nhất : nhiệt độ phân huỷ và độ ổn
định nhiệt của PVC.
Phụ thuộc vào thành phần và mục đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở 140
1750C . Trong điều kiện này thì có xảy ra phân huỷ HCl, phân huỷ một phần
polime và có khi tạo ra cầu nối giữa các đại phân tử. Nếu nhiệt độ phân huỷ của
polime trên 1700C và độ ổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể dùng để chế tạo
màng và tấm và nếu trên 90 phút thì dùng để chế tạo ống và các vật phẩm khác.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-8-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
1.4 Điều chế PVC
Sơ đồ tổng hợp PVC :
Đá vôi
Đất đèn
C2H2
Than đá
VC
Điện phân muối
H2 + Cl 2
PVC
HCl
Hình 1.4 : Sơ đồ tổng hợp PVC
1.4.1 Nguyên liệu để sản xuất nhựa PVC :
Clorua vinyl (VC) là nguyên liệu chính để sản xuất PVC. Có nhiều phương
pháp sản xuất VC:
a Khử hô và clo của đicloêtan bằng dung dịch rượu kiềm:
ClCH 2
CH 2Cl
CH2
+ NaOH
CHCl +
NaCl +
H2O
Phương pháp này không kinh tế : tốn nhiều NaOH, rượu, thiết bị phản ứng
phải to.
b Clo hoá êtilen ở nhiệt độ cao:
CH2
CH2
+
FeCl 3
Cl 2
450 - 6000C
CH2
CHCl
+
HCl
Phương pháp này chưa dùng trong công nghiệp vì chưa có phương pháp
lấy nhiệt phản ứng ra.
c Phương pháp nhiệt phân đicloêtan
500 - 550 0C
ClCH2
CH 2Cl
CH2
CHCl
+
HCl
Al 2O3 ; Than hoạt tính
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
-9-
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Quá trình nhiệt phân đicloêtan có thể kết hợp với quá trình hrô hoá,
nếu HCl tạo ra khi nhiệt phân cho vào nồi phản ứng khác để kết hợp với
C2H2 .
Phương pháp này rất kinh tế, dây chuyền sản xuất đơn giản. Nhược điểm
của phương pháp này là xúc tác không bền, không tái sinh được và ở nhiệt độ
cao có tạo ra sản phẩm phụ như C2H2 ,…
Gần đây có khuynh hướng sử dụng phương pháp này vì có nhiều êtilen kỹ
thuật ở trong dầu mỏ, rẻ.
d Hrô và clo hoá C2H2 :
CH
CH +
HCl
CH2
CHCl
+
477 cal
Phương pháp này được dùng phổ biến trên thế giới. Quá trình thực hiện
liên tục trong thiết bị tiếp xúc loại ống ở 160 ÷ 2200C. Xúc tác sử dụng là
HgCl phủ trên than hoạt tínhvới một lượng 10 ÷ 15% (so với than hoạt tính)
Khí C2H2 và HCl sau khi được làm sạch và sấy khô được cho vào thiết bị
phản ứng, tiếp xúc với tốc độ 100lít/ giờ trên mỗi lít chất xúc tác. Cho chất
xúc tác vào trong các ống của thiết bị phản ứng và khoảng giữa các ống cho
dầu tuần hoàn (dầu được đun nóng đến 70 ÷ 1300C). Khi nhiệt độ dầu 700C
xúc tác bắt đầu làm việc thì nhiệt độ đã đến 1600C do có nhiệt phản ứng. Tuỳ
theo mức giảm hoạt tính của xúc tác mà nâng nhiệt độ của dầu lên.
Hỗn hợp sau khi phản ứng (VC, đicloêtan, axêtilen, HCl) được qua thiết bị
phun ( dùng nước và dung dịch kiềm 10% để rửa khí) dễ hấp thụ khí HCl, sau
đó cho vào tháp sấy bằng KOH rắn rồi qua thiết bị làm lạnh đế -400C để
ngưng tụ VC và hỗn hợp coo nhiệt độ sôi cao hơn.
Ngưng tụ xong, cho vào tháp tinh luyện hoạt động liên tục để đuổi sạch
axêtal đềhýt (do C2H2 tác dụng với H2O tạo thành CH3CHO), đicloêtan và
các sản phẩm phụ khác, sau đó VC được tách ra khỏi C2H2 hoà ta ở trong
thiết bị chưng cất khác.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
- 10 -
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Ngoài phương pháp điều chế VC ở pha khí ra còn điều chế VC ở pha lỏng.
Phương pháp này có ưu điểm là phản ứng ở nhiệt độ thấp nhưng hiệu suất
thấp và thiết bị bị ăn mòn nhiều.
Muốn có VC
hiệu suất cao nhất thì cho hỗn hợp đương lượng phân tử
C2H2 và đicloêtan qua chất xúc tác (hỗn hợp muối HgCl và BaCl2 phủ trên
than hoạt tính) ở 250 ÷ 2900C.
Trong kỹ thuật hiện đại, có thể sản xuất được VC nguyên chất đến 98,5 ÷
99,5 %. Về tạp chất có thể có một ít axêtilen nhưng không được coo xút vì nó
làm cho C2H2 dễ tạo thành hỗn hợp nỗ. Với không khí tạo thành hỗn hợp nổ ở
giới hạn 4,1 ÷ 21,7 % thể tích. VC có tác dụng kích thích, nồng độ cho phép
trong xưởng là 1mg/l.
VC ở nhiệt độ và áp suất thường là khí không màu, mùi giống ête, sôi ở 13,9 0C ± 0,10C, nóng chảy ở -159,70C, tỉ trọng ở -12,960C là 0,9692. VC tan
trong dung môi thường như axêton, C2H5OH, cacbua hrô thơm và thẳng.
Có thể bảo quản và chuyên chở VC ở trong các bình thép chịu áp suất. Van
và các bộ phận tiếp xúc VC không được chế tạo từ hợp kim có đồng (đề
phòng tạo axêtilua đồng). VC cũng có thể bảo quản ở nhiệt độ thấp (-400C và
thấp hơn) trong trường hợp không có chất ổn định, nếu không có O2 và dưới
áp suất khí N2 thì có thể bảo quản ở nhiệt độ thường.
Thường người ta thêm vào trong VC một ít chất hãm như hrô quinon,…
theo tỉ lệ 1 : 10000 phần (chất hãm : VC) khi bảo quản và chuyên chở.
1.4.2 Lý thuyết trùng hợp VC
Quang trùng hợp VC dưới ánh sáng mặt trời không có chất khởi đầu (còn gọi
là chất kích động) xảy ra chậm nhưng dưới ảnh hưởng của ánh sáng tử ngoại thì
xảy ra nhanh hơn. Nhiệt phản ứng tăng và thêm peoxít thì tăng tốc độ trùng hợp.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
- 11 -
Nghiên cứu công thức sản xuất sản xuất hạt PVC mềm bọc cáp viễn thông
Không có O2 và chất khởi đầu thì nhiệt trùng hợp VC không xảy ra, nhưng
nếu có O2 thì polime được tạo ra tương đối nhanh sau một thời gia phản ứng.
Trong thời gian cảm ứng VC kết hợp với VC tạo ra peoxit, peoxít phân huỷ và
tạo thành gốc kích động trùng hợp.
Phản ứng trùng hợp rất nhạy tạp chất, C2H2 , CH3OH , HCl làm chậm nhiều
vận tốc quá trình còn stirôl, hrô quinon, anilin,… làm ngưng phản ứng.
Trùng hợp VC trong môi trường thường thu được polime có trọng lượng phân
tử thấp và vận tốc phản ứng giảm. Nhiều trường hợp dung môi ảnh hưởng đến
trật tự sắp xếp của các mắt xích dọc theo mạch phân tử. VD trùng hợp VC trong
alđềhýt butilic hoặc trong axêtalđêhýt có chất kích động dạng gốc thì thu được
polime kết tinh. Trong đa số dung môi benzen, axêton, toluen,… tuỳ theo mức độ
tạo ra polime mà PVC lắng xuống. Polime này tương đối sạch và không chứa
chất kích động và những phần phân tử thấp.
Nếu tiến hành trùng hợp VC trong điều kiện êm dịu (700C và nhỏ hơn) thì
làm cho lượng Cl trong PVC tương ứng với lý thuyết nhưng trên 750C thì có khí
HCl tách ra từ PVC. Hiện tượng này dễ xảy ra khi có dung môi.
Nghiên cứu trùng hợp VC trong khối (tức là trong pha lỏng) có chất kích động
thì thấy rằng trùng hợp xảy ra theo cơ chế chuỗi gốc bình thường nhưng có hai
điểm đặc biệt :
-
Vận tốc trùng hợp tăng từ lúc bắt đầu phản ứng đến khi ~ 50% mônome
chuyển hoá. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng gel.
-
Vận tốc chuyển mạch có giá trị lớn hơn rất nhiều so với trùng hợp những
hợp chất vinyl khác.
Cả hai điểm này có ý nghóa thực tế. Đặc điểm đầu là nguyên nhân không ổn
định của vận tốc trùng hợp nhũ tương và huyền phù (hai phương pháp được dùng
nhiều nhất trong công nghiệp sản xuất PVC). Đặc điểm thứ hai có ảnh hưởng rất
lớn đến trọng lượng phân tử của polime thu được.
Luận văn cao học – Huỳnh Thị Thanh Hương
- 12 -
