Thiết kế phân xưởng sản xuất màng mỏng PVC năng suất 4100 tấnnăm - Chương 2

Chương 2: Tổng Quan.
Chương 2 TỔNG QUAN
2.1.TỔNG QUAN VỀ PVC VÀ SẢN PHẨM PVC:
2.1.1.Giới thiệu về PVC:
– PVC là một hợp chất hóa học của clo, cacbon và hydro. Hợp phần PVC
được sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên như dầu khoáng và muối. PVC lần đầu
tiên được công bố vào năm 1835 bởi Regnault, nhưng mãi đến cuối năm 1930
mới được sản xuất và 1937 thì PVC mới được sản xuất đại trà.
– PVC là một polymer được trùng hợp từ Vinylclorua monomer. Vinylclorua
monomer (CH
2
=CHCl) có thể được điều chế từ Acetylen hay Etylen theo các
phương trình sau đây:

CH
2
CH
2
+
Cl
2
ClH
2
C CH
2
Cl

ClH
2
C CH
2

Cl
CH
2
CHCl
+
ClH
Hay :
CH CH
+
ClH
CH
2
CHCl
H
2
C CHCl
n
nCH
2
CHCl
5 0 0 - 5 5 0
o
C
A l
2
O
3
, C h o a ït t í n h
– Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất PVC là các sản phẩm phụ từ dầu mỏ.
Đây là loại nguyên liệu được cắt mạch (cracking) hoặc từ các phế của ngành

dầu khí. Nguyên liệu thứ nhì là muối NaCl sẳn có trong tự nhiên (Clo được
tách ra khỏi NaCl bằng phương pháp điện phân).
2.1.2. Phân loại PVC:
• Trên thò trường có rất nhiều loại PVC, nhưng PVC được phân loại theo
phương pháp trùng hợp có 4 loại chính:
– PVC trùng hợp khối.
– PVC trùng hợp dung dòch.
– PVC trùng hợp nhũ tương ( PVC–E ).
– PVC trùng hợp huyền phù ( PVC–S ).
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6
Chương 2: Tổng Quan.
⇒
Tuy nhiên hai phương pháp đầu trùng hợp khối và trùng hợp dung dòch ít
được sản xuất trong công nghiệp vì khó kiểm soát được nhiệt độ trùng hợp và
việc tách dung môi phức tạp.
• Người ta còn phân biệt PVC cứng với PVC mềm khi nói về sản phẩm PVC.
Dựa vào hàm lượng chất hóa dẽo có trong hỗn hợp, ta có thể phân biệt 3
loại sản phẩm PVC sau:
+ PVC cứng: hàm lượng hóa dẽo từ 0 – 5%.
+ PVC bán cứng: hàm lượng hóa dẽo từ 5 – 15%.
+ PVC mềm: hàm lượng hóa dẽo > 15%.
• Hiện nay trong công nghiệp dùng chủ yếu là PVC–S và PVC–E:
– PVC-S được chia làm 2 loại theo đặc điểm hình thức hạt PVC:
+ Loại thủy tinh là loại PVC hạt có cấu trúc chặt chẽ trong suốt hoặc mờ đục.
+ Loại tuyết là loại hạt PVC có cấu trúc xốp.
Thông thường PVC là hỗn hợp của 2 loại trên.
– PVC–E được chia làm 2 loại:
+ Loại hạt rổng.
+ Loại hạt có cấu trúc chặt chẽ.
• Trong sản xuất người ta thường sử dụng PVC-S do những nguyên nhân sau:

– PVC–S có độ phân nhánh thấp hơn PVC–E nên tính ổn đònh nhiệt cao hơn
và tính chất cơ lý, độ trong suốt của sản phẩm tốt hơn. Do những tạp chất còn
sót lại sau quá trình trùng hợp nên PVC–E kém bền nhiệt, tính cách điện kém.
– PVC–S giá rẻ hơn PVC–E
– PVC–S hấp thụ nhiều chất hóa dẻo hơn PVC–E nên thích hợp cho các sản
phẩm dùng nhiều hóa dẻo hơn.
2.1.3. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA
2.1.3.1. Sự phân hủy PVC:
– Trong quá trình gia công và tạo sản phẩm PVC, nguyên liệu cần được làm
nóng. Thông thường ở nhiệt độ từ 160–200
o
C, tuy nhiên PVC có đặc điểm bắt
đầu phân hủy ở nhiệt độ này, ánh sáng mặt trời cũng là nguyên nhân làm cho
PVC phân hủy và các tác động như va đập… cũng góp phần tạo sự phân hủy
PVC. Khi PVC bò đốt nóng HCl thoát ra từ nguyên liệu, tác dụng như một chất
xúc tác làm tăng thêm quá trình phân hủy PVC. Khi một nguyên tử clo tạo
thành HCl thì nguyên tử clo bên cạnh phản ứng tiếp theo gọi là phản ứng dây
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6
Chương 2: Tổng Quan.
chuyền. Clo cũng như ánh sáng mặt trời là nguyên nhân gây nên oxy hóa PVC
cắt đứt và tạo các nối ngang các phân tử đó.
– Qua công thức của PVC … (–CH
2
–CHCl –)… ta thấy trong cấu tạo của nó
có chứa phân tử HCl. Ở nhiệt độ tương đối cao, dưới ánh sáng mặt trời, trong
môi trường oxy hóa… PVC có khả năng phân hủy giải phóng ra HCl và bò oxy
hóa do đó PVC bò chuyển màu.
– PVC là một halogenua alkyl, đồng thời lại là một cao phân tử. Thực tế rất
nhiều trường hợp chất halogenua alkyl thường kém bền vững và có khuynh
hướng giải phóng HCl. Ngoài ra, các cao phân tử thường bò phân hủy dưới tác

dụng của ánh sáng và nhiệt độ.
– Qua khảo sát người ta xác đònh PVC có cấu tạo –CH
2
–CHCl–CH
2
–CHCl–
Hầu như không có cấu tạo là –CHCl–CHCl–CH
2
–CH
2
–. Hiện tượng một
nguyên tử halogen đính trực tiếp vào cacbon của mạch chính làm cho cấu tạo
phân tử kém bền vững. Ngược lại nguyên tử halogen đính vào cacbon mạch
nhánh sẽ làm cho cấu tạo của phân tử khá bền vững.
2.1.3.2. Sự phân hủy của PVC dưới tác dụng của nhiệt độ:
– Trong quá trình gia công PVC, ngay ở nhiệt độ 140
0
C thì PVC bắt đầu phân
hủy và ở 170
o
C thì sự phân hủy xảy ra nhanh hơn, giải phóng HCl tạo thành
polyolefin. Khi đó PVC từ màu sáng đến vàng – da cam – đỏ và cuối cùng
thành than đen, khi đó PVC mất tính tan.
–CH
2
–CHCl–CH
2
–CHCl–
t
0

>
1 4 0
o
C
–CH
2
–CH=CH–CHCl– + HCl
– Phản ứng này không xảy ra đồng thời, bắt đầu ở những chỗ có mạch nhánh
và lan truyền trong phân tử polyolefin, có khả năng phản ứng với các chất
khác và bắt màu. Do đó PVC có thể thay đổimàu sắc từ trắng sang vàng sang
đen.
+ Biến màu của PVC là do tạo liên kết đôi cách:
H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
- H C l
HC CH
HC CH
HC CH
+ Sự mất tính tan của PVC là do tạo ra các liên kết ngang (mạng không gian 3

chiều).

H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
- H C l
H
2
C CH
HC CH
H
2
C CH
H
2
C CH
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6

Chương 2: Tổng Quan.
– Sự phân hủy PVC khi đun nóng theo phản ứng chuỗi phân hủy polymer
trung tâm bắt đầu phân hủy là những phần mạch mà ở đó những liên kết C–H
và C–Cl yếu, những phân tử có thể là những nhóm cuối của đại phân tử. Như
ta đã biết khi trùng hợp theo cơ chế gốc thì việc đứt mạch có thể xảy ra do
chuyển mạch cho phân tử monomer hoặc cho phân tử polymer hoặc cho cả hai.
– Trong trường hợp chuyển mạch cho monomer thì phân tử polymer có nối đôi
ở cuối mạch, còn chuyển mạch qua polymer thì xuất hiện phân tử nhánh và có
cacbon bậc 3.
+ Ví dụ: chuyển mạch qua monomer.
H
2
C CH
Cl
H
2
C CH
Cl
HC CH
Cl
R CHH
2
C
Cl
+
H
2
C CH
Cl
R

n
n
CH CH
Cl
+
– Đồng thời theo thực nghiệm thì 60% phân tử polymer có chứa nối đôi mà đa
số nằm ở cuối mạch phân tử.
– Nối đôi và cacbon bậc 3 ảnh hưởng đến độ bền liên kết của nguyên tử
cacbon bên cạnh và có thể kích động quá trình phân hủy PVC tạo HCl.
2.1.3.3. Sự phân hủy PVC dưới tác dụng ánh sáng:
– Khi ánh sáng có bước sóng ngắn (< 400 nm ) polymer hấp thụ lượng tử
ánh sáng và gây ra sự phá hủy liên kết hóa học trong phân tử được tạo
thành do các gốc tự do.
– Sự phân hủy PVC bởi ánh sáng phụ thuộc vào khuyết tật, cấu trúc của
mạch polymer, cấu hình phân tử, các chất phụ gia của sản phẩm tạo thành
khi gia công polymer.
– Sự khơi mào quá trình quang phân hủy diễn ra mạnh mẽ ở bước sóng nhỏ
(253nm) điều này là do sự có mặt của nhóm –CH=O có trong PVC.
– Sự quang phân hủy cũng xảy ra phản ứng tạo mạng không gian và tạo các
nhóm mang màu (như kết quả của sự phân hủy bởi nhiệt, nhưng quá trình
chỉ xảy ra chủ yếu ở bề mặt của sản phẩm trong quá trình sử dụng).
– Ánh sáng mặt trời có ảnh hưởng lớn tới sự phân hủy PVC. Những tia có
bước sóng càng ngắn (tia cực tím có năng lượng rất lớn) càng làm tăng
nhanh vận tốc phân hủy PVC. Ngoài ra trong khi gia công ở nhiệt độ cao
lượng HCl thoát ra sẽ làm ăn mòn lớp kim loại mỏng tạo thành các muối Fe
và bản thân muối sắt này là những chất xúc tác oxy hóa mạnh làm tăng
quá trình phân hủy PVC.
2.1.3.4.Ảnh hưởng của oxy đến sự phân hủy nhiệt PVC:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6
Chương 2: Tổng Quan.

– Trong không khí người ta thấy tốc độ phân hủy tách loại HCl của PVC tăng
nhanh hơn so với trong khí N
2
vì trong không khí có chứa nhiều oxy. Dưới tác
dụng của oxy thì quá trình liên kết giữa các mạch cacbon bò ức chế, màu sản
phẩm biến đổi chậm và xảy ra sự giảm khối lượng phân tử của PVC .
– Ảnh hưởng tự xúc tác của HCl với sự hiện diện của oxy:
CH
HC
Cl
CH
Cl
+ O
2
CH
HC
Cl
CH
Cl
O O
+ R H
CH
HC
Cl
CH
Cl
O OH
CH
HC
Cl

CH
Cl
O OH
H C l
CH
O
CH
Cl
CH
Cl
+
Cl
+
OH
2
CH
Cl
CH
O
+
CH
Cl
– Oxy tương tác vào nối đôi tạo các nhóm chứa oxy (hydroxyl, cacbonyl…) nên
sau khi tạo thành một số liên kết trong polymer từ tác dụng xúc tác của oxy sẽ
tăng mạnh làm cho tốc độ tách loại HCl tăng. Quá trình liên kết các mạch
PVC bò chậm lại là do việc giảm lượng liên kết nối đôi (gây sự biến đổi màu
sắc của PVC chậm đi) tuy nhiên nếu chuyển hóa tiếp tục thì có thể dẫn đến sự
tạo thành cấu trúc không gian do sự tái hợp của các gốc alkyl, peroxyt.
2.1.3.5. Ảnh hưởng của HCl:
– Khi HCl là chất xúc tác cho phản ứng dehyroclorua trong PVC ở bất kỳ

nhiệt độ nào, trong các môi trường khác nhau và càng mạnh khi áp suất riêng
phần của PVC trong cùng phản ứng càng lớn

HC CH CH
2
CH
Cl
- H C l
HC CH
n
2.1.3..6. Ảnh hưởng của các chất hóa dẽo:
– Các chất hóa dẽo kìm hãm sự phân hủy PVC đồng thời lượng HCl thoát ra
không phụ thuộc vào lượng chất hóa dẽo trong hỗn hợp PVC (trong giới hạn
10
3
–10
4
phân mol/ 100 phần PVC ).
2.1.4. Giới thiệu về sản phẩm từ PVC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6