Download

Lời nói đầu

Trong công nghiệp về các hợp chất cao phân tử, đặc biệt là chất dẻo đã có từ lâu

và phát triển mạnh mẽ. Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính chất rất đặc biệt, chất dẻo đã

đáp ứng được nhiều yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống hàng

ngày. Không những thế nguồn nguyên liệu để sán xuất ra chất dẻo tương đối đa dạng đó

là than đá dầu mỏ, khí thiên nhiên và cả những phế phẩm trong nông, lâm nghiệp. Chất

dẻo lại có ưu điểm là dễ gia công hơn so với kim loại, gia công nhanh chóng và tiết kiệm

hơn. ở các nước công nghiệp hoá học phát triển, chất dẻo có khắp trong các ngành kinh

tế quốc dân và cả trong sinh hoạt hàng ngày. Trong nước ta chất dẻo cũng đã dược ứng

dụng rộng rãi, một số sản phẩm đã dược gia công từ nhựa PVC, PE, polystiron, nhựa

phênon-formal.

Trong tất cả các loại chất dẻo, PVC là loại phổ biến, được sử dụng rộng rãi. Hiện

nay, có rất nhiều công trình nghiên cứu PVC, chủ yếu là nâng cao phẩm chất của nhựa,

sản phẩm và các quá trình sản xuất nhựa PVC có trọng lượng phân tử cao, phẩm chất

tốt. Công nghiệp chất dẻo từ nhựa PVC đang phát triển rất mạnh là do nhựa PVC có

nhiều đặc điểm tốt nh sù ổn định hoá học, bền cơ học, dễ gia công ra nhiều loại sản

phẩm thông dụng và hơn thế nữa nguồn nguyên liệu cũng tương đối sẵn.

Do đó việc nghiên cứu thiết kế các phân xưởng sản xuất PVC sao cho đạt hiệu quả

cao nhất, tốn Ýt chi phí nhất, đảm bảo an toàn trong sản xuất là vấn đề vô cùng quan

trọng.

Phần I

Tổng Quan

I/Quá trình phát triển của nhựa PVC

1/Quá trình phát triển của nhựa PVC trên thế giới

Ngành công nghiệp sản xuất nhựa PVC phát triển từ rất sớm và nó đã được sản xuất

rộng rãi trong 80 năm:

Đăng nhập

Đăng ký

Luận văn Ebook Giáo trình

Tất cả

Search

Cấp: Đại học

Số trang: 55

Xem: 572

Download: 4

0

Công nghệ sản xuấtPVC theo phương pháphuyền phù

Lời nói đầu Trong công nghiệp về các hợp chất

cao phân tử, đặc biệt là chất dẻo đã có từ lâu và phát

triển mạnh mẽ. Đó là nhờ chất dẻo có nhiều tính chất

rất

Download

Thêm vào bộ sưu tầm

Thông tin tài liệu

Chuyên mục: Ngành kinh tế

Trường: Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Ngày tạo: 22/11/2011

Tài liệu gợi ý

Giải pháp nâng cao chất lượng công tác huy động v…

Hoàn thiện kế toán tập hợp chi phí sản xuất và tính …

Đẩy mạnh hoạt động kinh doanh tại Công ty Cổ ph…

Hoàn thiện công tác quản lý nhân sự ở Công ty Ma…

Phát triển nôngn nghiệp và chính sách đất đại tại vn

Kinh tế và quản lý công nghiệp: Môi trường ở các k…

Nghiên cứu hệ thống điều khiển trạm nén khí cao á…

Tình huống nâng cao năng lực quản trị và xử lý rủi r…

PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN …

Hoàn thiện hạch toán bán hàng và xác định kết quả …

Giới thiệu

Giới thiệu

Quảng cáo

Liên hệ

Hỗ trợ

Hướng dẫn

Điều lệ

Quy định

© Copyright 2012 Doko.vn.

Thích 0

Năm 1965 1970 1975 1980 1995 1990 1995 1997

Triệu tấn 3.0 6.0 8.1 12 15 20.7 23.5 hơn 25

Năm 1835 lần đầu tiên Regnault điều chế được VC, bằng phương pháp xử lý

dicloetylen với dụng dịch Kalihydroxit.

Năm 1872 Baumn lần đầu tiên trùng hợp VC trong ống nghiệm kín dưới tác dụng

của ánh sáng. Thí nghiệm này tiếp tục được Ostromislensky nghiên cứu và công bố đầy

đủ vào năm 1912 và nó được sản xuất lần đầu tiên tại Đức vào năm 1930. Nhưng mãi

đến những năm trước và sau chiến tranh thế giới lần thứ 2 nã mới được sử dụng rộng rãi

khi W.Lsemon phát hiện ra rằng khi đun nóng PVC với trilyphosphate ở 1500C thu

được một khối đồng nhất giống cao su ở nhiệt độ thường, sau này được gọi là PVC hoá

dẻo.

Do được tiêu thụ từ rất sớm với một số lượng lớn đã kích thích cho quá trình phát

triển các quá trình sản xuất mônome và nghiên cứu PVC sâu rộng hơn. PVC cứng

(PVC không trộn lẫn chất hoá dẻo) bắt đầu được nghiên cứu và sử dụng ở Đức, Anh,

Mỹ. Vào những năm tiếp theo, PVC được nghiên cứu chủ yếu không phải cấu trúc phân

tử mà là cấu trúc ngoại vi phân tử, được tao ra trong quá trình trùng hợp như: kích

thước hạt, hình dáng độ xốp, sự phân bố kích thước mặt v.v… do các yếu tố này ảnh

hưởng đến các đặc tính gia công, chế tạo của polyme. Quá trình nghiên cứu các ảnh

hưởng này đã mở rộng lĩnh vực sử dụng của PVC.

Đầu năm 1970, PVC đã được sản xuất với một lượng lớn ở nhiều nước và cũng tại

thời điểm này PVC cạnh tranh với polyetylen (PE) để dành vị trí hàng đầu về vật liệu

dẻo của thế giới.

Từ năm 1986 mức tiêu thụ PVC trên thế giới tăng hàng năm 4%, đặc biệt tại khu vực

Đông Nam A mức tăng trưởng 7% và nó tiếp tục phát triển tron thời gian tới.

Để minh hoạ cho điều này ta có bảng mức tăng trưởng sản lượng PVC trên toàn thế

giới trong những năm gần đây.

Bảng 1:

Tổng

sản

lượng

trên thế

giới ( triệu tấn ) (theo tài liệu: Manufacture and processing of

PVC)

Sở dĩ PVC có mức tăng trưởng lớn như vậy là do chóng có nhiều ưu điểm như : ổn

định hoá học cao, bền cơ học cao, dễ gia công, tạo ra nhiều sản phẩm thông dụng và có

nguồn nguyên liệu tương đối dồi dào. Tuy nhiên, bên cạnh tính ưu việt, PVC còn có

những nhược điểm như : chịu nhiệt kém (<800C), độ hoà tan dung môi kém, trong khi

gia công có khí HCl thoát ra.

Mức tiêu thụ và phân phối nhựa PVC theo khu vực địa lý không giống nhau, để

minh hoạ điều này ta có bảng thống kê số liệu sau :

Bảng 2: Phân phối PVC theo khu vực địa lý ( năm 1997)

(theo tài liệu: Chemical abstracts 1999)

Khu vực %

Bắc Mỹ ( Mỹ và Canada ) 33

Nhật Bản 18

Châu Âu 32,6

Nam Mỹ 2,2

Các nơi khác 14,2

Tổng 100%

Trên thế giới 2/3 sản lượng PVC dùng dưới dạng sản phẩm cứng( không có chất

hoá dẻo) như : ống dẫn nước, tấm lợp, bàn ghế, khung của sổ... còn lại PVC hoá dẻo

được gia công thành những sản phẩm mềm như : màng máng, bao bì, giầy dép, vải giả

da, vỏ bọc dây cáp điện... Sự phân phối theo lĩnh vực sử dụng được trình bày ở bảng

sau:

Bảng 3: Phân phối lĩnh vực sử dụng nhựa PVC

(theo tài liệu: encyclopedia of PVC)

Lĩnh vực %

Xây dùng 50,1

Nội thất 10,4

Điện 7,3

Bao bì 6,7

Giải trí 5,9

Giao thông 5,3

May mặc 4,7

Các lĩnh vực khác 9,6

Tổng 100%

2/Quá trình phát triển của nhựa PVC ở Việt Nam

Do nước ta phải chải qua một thời gian dài chiến tranh, điều đó đã làm cho các

nghành công nghiêp của nước ta phát triển chậm hơn rất nhiều so với thế giới. Ngành

công nghiệp sản xuất nhựa PVC còng vậy.

Vào đầu thập kỷ 60, nhà máy hoá chất Việt Trì đã sản xuất được PVC, với năng suất

khiếm tốn 150 tấn/năm. Tuy nhiên, do không có kinh tế, sản lượng quá nhỏ nên quá

trình sản xuất sớm dừng lại, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ.

Trong thời gian gần đây, công nghiệp gia công chất dẻo lại phát triển mạnh mẽ với

tốc độ tăng trưởng bình quân 28%/năm. Để minh hoạ điều đó ta xem bảng mức tiêu thụ

chất dẻo trong thập kỷ 90 trở lại đây:

Bảng 4: Chỉ số tiêu thụ chất dẻo

(theo tài liệu: Nguồn công nghiệp hoá dầu)

Năm 1990 1996

Lượng tiêu thụ (kg/người) 0,5 5,7

Nguyên liệu trong quá trình gia công đều phải nhập khẩu, trong đó PVC nhập dưới

hai dạng PVC bét (PVC resin) và PVC hạt (PVC compound) có chứa sẵn chất hoá dẻo,

chất ổn định, chất màu... Sau đây là bảng cơ cấu nguyên liệu:

Bảng 5: Cơ cấu nguyên liệu ở Việt Nam năm 1993

Dạng sản phẩm Tấn

PVC bét 31000

PVC hạt 68000

Các bán sản phẩm PVC 35000

Chất hoá dẻo DOP 10000

Tổng 51300

Hàm lượng PVC nhập vào đáng kể, năm 1997 nhập 72000 tấn, theo kế hoạch dự kiến

của Tổng công ty nhựa Việt Nam, nhu cầu PVC và chất hoá dẻo trong thời gian tới

được mô tả trong bảng sau:

Bảng 6: Nhu cầu nguyên liệu dự kiến ở Việt Nam

Năm 2000 2005 2010

PVC (tấn) 100000 200000 400000

DOP (tấn) 28000 28000 67000

Nhu cầu sử dụng PVC ngày càng nhiều, nhà nước đã có dự án phât triển nghuyên

liệu cho ngành nhựa : ( tạp chí hoá chất sè 11/2004)

2005 2010

Địa điểm Công suất Tổng vốn đầu tư Công suất Tổng vốn đàu tư

Đồng nai ( nâng

công suất)

120000 45 triệu USD 300000 157triệu UDS

Vũng tàu 100000 80 Triệu USD 300000 157triệu UDS

Vũng tàu 100000 80 Triệu USD 200000 147triệu UDS

Nếu các dự án này trở thành hiện thực trong thời gian gần đây thì ngành nhựa PVC

không những đủ cung cấp cho thị trường trong nước mà có thể mở rộng xuất khẩu.

Trong thời gian không xa, khi các nhà máy lọc hoá dầu ở Dung Quất (Quảng Ngãi

và Nghi Sơn (Thanh Hoá) đi vào hoạt động thì đây chính là nguồn nguyên liệu dồi dào

cho công nghiệp chất dẻo nói chung và PVC nói riêng. Điều này dẫn đến giá thành sản

phẩm hạ, lại vừa chủ động trong việc cung cấp nguyên liệu khi có biến động trên thị

trường. Đây chính là cơ hội hết sức thuận lợi cho sự phát triển công nghiệp chất dẻo nói

chung và PVC nói riêng

II/Cấu tạo, tính chất và biến đổi hoá học của PVC

1/Cấu tạo

PVC nói chung có thể có hai dạng cấu tạo sau :

-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- ( kết hợp 1-2 hay kết hợp đầu đuôi)

-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- ( Kết hợp 1-1 hay kết hợp đầu - đầu)

Nhưng qua nghiên cứu các tính chất hoá học của PVC qua các khảo sát bằng quang

học thấy rằng nó có cấu tạo chủ yếu theo lối kết hợp 1 - 2 hay “ đầu vào đuôi ” và dưới

đây là sơ đồ cấu tạo của phân tử PVC:

Để xác minh cấu tạo nh trên là đúng C.S Marvol còn làm thí nghiệm khử clo trong

PVC bằng cách đun nóng dung dịch PVC trong diôxan với bột

kẽm

Nhóm cyclopropan tạo thành nh thế chứng tỏ PVC có cấu tạo theo lối kết hợp “

đầu vào đuôi ”. Tuỳ theo điều kiện khử clo thế nào cũng còn lại trong polymer 13 - 14%

clo ở dạng từng nguyên tử clo riêng biệt trong phân tử polymer:

Cao phân tử PVC có cấu tạo nhánh nhưng rất Ýt, từ 50 đến 100 mắt xích cơ sở

mới có một nhánh. PVC không có định hướng tinh thể nhưng khi kéo căng thật mạnh

PVC cũng có khả năng định hướng một phần.

2/Tính chất

PVC là một loại polymer vô định hình ở dạng bột màu trắng đôi khi hơi vàng nhạt.

Trọng lượng riêng 1,4 và chỉ số khúc xạ 1,544. PVC hoà tan trong cyclohexanon,

têtrahydroruan, dicloretan, hỗn hợp axetôn với sunfur cacbon.

PVC là loại nhựa nhiệt dẻo có Tc = 800C và TT = 1600C có nghĩa là dưới 800C

PVC ở trạng thái thuỷ tinh, từ 800C đến 1600C ở trạng thái co dãn nhiều và trên 1600C ở

trạng thái dẻo. Nhưng có một đặc điểm là trên 1400C PVC đã bắt đầu bị phân huỷ toả ra

HCl trước khi chảy dẻo ( đốt nóng lâu ở nhiệt độ trên 1000C cũng vẫn bị phân huỷ ),

HCl thoát ra cũng như muối sắt, muỗi kẽm có tác dụng xúc tác làm tăng nhanh quá trình

phân huỷ. Ở nhiệt độ cao hơn và khi chưng khô PVC bị phân huỷ hoàn toàn tạo thành

HCl và hỗn hợp các sản phẩm phân tử thấp chứ không trở lại monomer clorua vinyl ban

đầu.

Quá trình lão hoá nhanh chóng của PVC sẽ làm giảm tính co dãn và làm cho tính

chất cơ học kém đi. Lão hoá thường là do tác dụng của các tia tử ngoại làm biến đổi cấu

tạo của polymer, làm cho polymer có cấu tạo lưới kém co dãn, khó hoà tan. Mức độ lã

hoá tuỳ thuộc vào từng vùng, phụ thuộc chủ yếu vào ánh sáng mặt trời, ở nhiệt độ

thường PVC có tính ổn định hoá học khá tốt, PVC bền với tác dụng của axít HCl, axít

H2SO4, axít HNO3 loãng và dung dịch kiềm nồng độ » 20%.

PVC cũng có nhiều tính chất cơ lý tốt, các tính chất này phụ thuộc vào trọng lượng

phân tử của polymer và phương pháp gia công còng nh phô thuộc vào mức độ đồng

đều của trọng lượng phân tử.

Tính chất cách điện của PVC cũng khá tốt nhưng còn kém polymer không có cực

nhe polyêtylen, polystiron ... Các tính chất cách điện của PVC lại phụ thuộc nhiều vào

nhiệt độ, ví dụ khi tăng nhiệt độ thì hằng số điện môi tăng cao rất nhanh.

3/Biến đổi hoá học của PVC

PVC có hoạt động hoá học khá lớn, trong các quá trình biến đổi hoá học các

nguyên tử clo tham gia phản ứng và thường còn kéo theo các nguyên tử hydrô ở cacbon

bên cạnh. PVC có các loại phản ứng chính sau:

+ Nhiệt phân huỷ: Khi đốt nóng PVC có toả ra HCl và xuất hiện hoá trị tự do nên

trong các mạch sẽ xuất hiện nối đôi (1), sẽ có các liên kết lối các mạch cao phân tử (2),

và nếu co ôxy sẽ tạo thành một số nhóm có chứa ôxy(3).

Nhiệt độ càng cao HCl toả ra càng mạnh và càng có nhiều liên kết nối các mạch làm

giảm tính chất hoà tan của polymer. Ánh sáng mặt trời cũng có tác dụng đẩy HCl ra và

làm ôxy hoá polymer. PVC ở trong dung môi và ở ngay nhiệt độ thường cũng có HCl

thoát ra và ở đây chủ yếu xảy ra quá trình ôxy hoá. Ngược lai, PVC trong khí N2, khi

đun nóng không bị ôxy hoá mà sẽ có cấu tạo lưới.

+ Khử HCl: Muốn đuổi hết nguyên tử clo ra khái PVC người ta cho tác dụng dung

dịch polymer trong têtrahydrôfuran một thời gian lâu với dung dịch kiềm trong rượu và

sẽ tạo thành polyen có cấu tạo nh sau:

-CH=CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH-

Dung dịch polymer nh trên đun nóng với litialuminhydrit ở 1000C sẽ biến hoàn

toàn thành pôlyêtylen ( chảy mềm ở nhiệt độ 1200C - 1300C ).

+ Thay thế các nguyên tử clo: Mức độ thay thế không cao và thường trọng lượng

phân tử bị giảm.

Thay clo bằng nhóm axêtát: khi đun nóng lâu ở nhiệt độ 650C dung dịch

- CH2- CHCl - CH2- CHCl- nAgCl + - CH2- CH(OCOCH3) – CH2 –

CH(OHOCH3) -

PVC với hỗn hợp axít axêtic và axít axêtát bạc:

Thay clo bằng nhóm amin: khi tác dụng dung dịch PVC với NH3 trong bình có áp

suất và ở nhiệt độ cao sẽ tạo thành một số nhóm amin và các liên kết imin nối các mạch

(mức độ thay thế không quá 15 - 20% ):

- CH2- CHCl – CH2 – CHCl - nHCl + - CCH2 – CHNH2 – CHCl -

Thay clo bằng các nhóm thơm: khi cho tác dụng dung dịch PVC trong

têtrahydrôfuran hay diclorêtan với benzen ( hay alkylbenzen ), ở 00 C hay ở

nhiệt độ thường với xúc tác Friêden Craphpơtơ ( clorua nhôm ) sẽ tạo thành một số

nhóm aryl.

III/Chất ổn định và chất hoá dẻo đối với nhựa PVC

1/Chất ổn định

Dưới tác dụng của nhiệt đô và ánh sáng :

- Polyme thường bị phân huỷ giải phóng HCl, HCl sinh ra do quá trình phân huỷ

là chất xúc tác cho quá trình đề hydroclorua do đó quá trình phân huỷ xảy ra

càng mạnh hơn.

- Quá trình phân huỷ hình thành nên các liến kết đôi trong mạch polyme và các

liên kết đôi này tăng khi sự phân huỷ nhiệt tăng, sè lượng liên kết đôi trong mạch

polyme tăng làm màu của PVC tối đi.

- Sự phân huỷ của 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. Đó

là những vị trí nguyên tử clo đính với nguyên tử cácbon bậc ba và nhóm nằm ở

cuối mạch.

Do đó nó đã làm chất lượng của nhựa PVC xấu đI, màu của chúng trở nên tối hơn,

làm giảm tính chất hoá học và lý học của nhựa đồng thời sinh ra HCl gây độc hại và ô

nhiễm môi trường. Vì vậy chúng ta phải thêm chất ổn định vào nhựa PVC.

Để làm tăng tính ổn định nhiệt của nhựa PVC các chất ổn định cần thoả mãn các yêu

cầu sau:

- Hấp thô HCl không cho chúng tồn tại tự do trong nhựa xúc tác cho quá trình

phân huỷ.

- Có khả năng trôn tốt trong nhựa PVC.

- Thay thế các nguyên tử clo ở vị trí các bon bậc ba.

- Phá vỡ liên kết đôi.

- Chống oxy hoá.

- Hấp thụ gốc tự do

- Có khả năng phản ứng với tạp chất trong nhựa.

- Chống lại sự hấp thụ tia cực tím.

Ngoài ra chất ổn định phải không độc hại, không chuyển vị, không mùi, không làm

xấu màu của nhựa và có thể có một số tính chất của nhựa PVC và rẻ, dễ kiếm.

Rất khó kiếm một chất ổn định cùng lúc thoả mãn tất cả các yêu cầu trên. Trong

thực tế tuỳ từng trường hợp, loại nhựa PVC, mục đích sử dụng, điều kiện làm việc của

nhựa mà ta sử dụng các chất ổn định khác nhau.

Theo cấu tạo chia chất ổn định thành các loại sau :

- Muối, xà phòng chì

- Muối, xà phòng của các kim loại khác.

- Hợp chất cơ kim .

- Chất ổn định hữu cơ hỗn hợp

- Hỗn hợp các chất ổn định.

Chất vô cơ và cơ kim là quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt, chúng còn

ngăn ngõa PVC khỏi bị phân huỷ trong điều kiện gia công ở nhiệt độ cao cà chúng có

khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng vật phẩm. Khi

chọn chất ổn định nhiệt, cần phải biết điều kiện sử dụng sản phẩm, và nó cũng có một

nhược điểm là tạo ra các muối clorua kim loại. Muối clorua kim loại làm ảnh hưởng đến

độ trong suốt của pôlime, tính điện môi giảm. Chính điều đó mà trong thực tế người ta

không bao giê dùng một chất ổn định mà đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật do đó người ta

dùng hỗn hợp các chất ổn định khác nhau ( có ổn định nhiệt, ổn định ánh sáng... ).

2/Chất hoá dẻo

PVC là nguyên liệu cứng, chỉ ở nhiệt độ cao ( lớn hơn nhiệt độ thuỷ tinh tức là trên

70 đến 800C ) mới có đàn hồì. Do đó không thể gia công nhựa PVC ở nhiệt độ thường,

khi gia công phải nâng nhiệt độ của nhựa PVC nên trên nhiệt độ hoá thuỷ tình như vậy

quá trình gia công rất phức tạp và tốn kém. Do đó để khắc phục nhược điểm trên ta

đem trộn thêm chất hóa dẻo vào nhựa PVC trong quá trình gia công.

Mục đích của chất hoá dẻo khi trộn với nhựa PVC làm giảm nhiệt độ hoá thuỷ tinh,

nhiệt độ dòn của nhựa tạo cho polyme có khả năng đàn hồi. Nghĩa là tăng khả năng gia

công Polyme ở nhiệt độ thấp. Quá trình hoá dẻo làm tăng độ mềm dẻo của mạch, do đó

có thể làm tăng độ bền va đập cũng như tăng độ giãn dài khi kéo đứt. Tuy nhiên việc

thêm chất hoá dẻo vào bên cạnh những ưu điểm trên nó cũng có nhược điểm là làm

giảm độ bền kéo, độ bền xén.

Cơ chế hoá dẻo đối với nhựa PVC được giải thích nh sau:

Trong phân tử PVC có hai dạng nhóm: có cực H - C - Cl và không có cực H - C -

H. Do đó ở nhiệt độ thường lực tương giữa các phân tử polyme còng nh lực tương tác

nội tại là rất lớn do đó ở nhiệt độ thường nhựa PVC cứng. Khi tăng nhiệt độ của khối

PVC làm các phân tử Polyme chuyển động nhiệt dẫn đến khoảng cách giứa các phân

tử còng như các phần của phân tử xa nhau làm tăng khả năng quay nội tại của các phận

tử, độ mềm dẻo của phân tử polyme tăng. Khi ta thêm chất hoả dẻo vào khối PVC do ái

lực của chúng với polyme chóng sẽ khuếch tán vào giữa các phân tử polyme cũng như

các phần của polyme làm giảm lực tương tác giữa chúng còng như độ nhít của khối

PVC làm tăng tính mềm dẻo của phân tử polyme.

Khả năng hoà tan các chất hoả dẻo vào PVC phụ thuộc vảo nhiệt độ. Khi nhiệt độ

thấp khả năng hoà tan kém khi nhiệt độ tăng khả năng hoà tan tăng. Hiện nay lý thuyết và

thực nghiệm đã chỉ ra rằng bản chất hoá học của các chất hoá dẻo, kích thước và hình

dạng của phân tử có ảnh hưởng lớn đến hiệu ứng hoá dẻo.

Các loại chât hoá dẻo:

+ Ete của axít hữu cơ ( ftalát, adipát và xêbanxinát ).

+ Ete của axít vô cơ ( arilfôtfát, alkilfôtfát và aril alkil fôt fát ).

+ Ete pôliêtilen glicôl và của dẫn xuất dầu không no.

+ Chất hoá dẻo loại pôlime ( cao su nitril và pôliête ).

+ Các chất hoá dẻo khác ( nitril, amít, cacbua hit ... ).

Việc lùa chọn chất hoá dẻo dùa trên các yêu cầu sau:

- Nhiệt độ sôi của chất hoá dẻo tương đối cao đế quá trình trộn lẫn không bị bay

hơi.

- Chất hoá dẻo không độc không cháy điều này ảnh hưởng đến quá trình sử dụng

sản phẩm

- Chất hoá dẻo có khả nằng trộn tốt với Polyme

- Chất hoá dẻo có nhiệt độ hoá thuỷ tinh thấp nếu chất hoá dẻo là Polyme

- Phù hợp với quan điểm kinh tế nghĩa là giá thành thấp. Thực tế đây là một yếu

tố quan trọng.

IV/Sản phẩm đi từ nhựa PVC

1/Sản phẩm đi từ nhựa PVC không hoá dẻo

* Tính chất và công dụng của PVC không hoá dẻo.

- Tính chất của PVC không hoá dẻo.

PVC cứng không hoá dẻo có hai tính chất rất quan trọng đó là bền cơ học và ổn

định hoá học.

Về phương diện cơ học PVC cứng là một loại vật liệu cứng đàn hồi, có môdun đàn

hồi cao ( -10000 kg/cm2 ), cường độ va chạm riêng cao ( -100, -200kg/ cm2 ) và độ bền

tĩnh học khi kéo cũng tương đối lớn ( 500 - 800 kg/ cm2 ). Nhưng khi xét đến tính chất

cơ học của PVC cứng (không hoá dẻo) cần phải chú ý đến mấy vấn đề sau:

+ Tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt của sản phẩm.

+ Tính chất của PVC cứng khác nhau theo chiều dọc và chiều ngang, còn khác

nhau theo thời gian vì trong điều kiện nhiệt độ bình thường PVC cứng không ở trạng thái

cân bằng mà phục hồi dần dần theo thời gian gây nên quá trình biến dạng chậm (khi

đun nóng biến dạng nhanh hơn ).

+ Quá trình gia công cũng ảnh hưởng nhiều đến tính chất của PVC cứng. Trong khi

gia công mà đun nóng, làm lạnh không đều, Ðp dính các líp không đều ,... sẽ tạo thành

nhiều ứng suất nội phân bố không đều sẽ làm giảm sức bền của vật phẩm

Ta cần phải biết các ảnh hưởng trên, ảnh hưởng của ứng suất nội, của nhiệt độ, tính

chất phục hồi của nhựa,... để biết cách sử dụng cho thích hợp, để thận trọng hơn khi gia

công và chú ý đến hệ số an toàn về sức bền khi tính toán kích thước sản phẩm.

- Công dụng của PVC không hoá dẻo.

+ Chính nhờ có độ bền cơ học và tính ổn định hoá học rất tốt còng nh có khả

năng dùng nhiều phương pháp gia công ( hàn, dán,...) nên có thể xem PVC cứng là một

loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt.

+ Màng mỏng PVC cứng dày 0.01 - 0.05mm dùng để làm màng ngăn, làm bao gãi.

+ Màng và tấm PVC cứng dùng đẻ bọc lót thùng điện phân, làm thùng chứa axít và

kiềm.

+ ống PVC dùng để chuyên trở các chất lỏng ăn mòn, dùng để thay ống chì rất tốt.

Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm xuống nên gia công dễ

dàng hơn nhưng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học và tính chất cách điện

của pôlymer, giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị lão hoá. Vì thế muốn có

sản phẩm chịu nhiệt tốt và ổn định hoá học thì dùng PVC không có chất hoá dẻo, còn

được gọi là PVC cứng. Khi sử dụng loại PVC cứng này phải gia công ở nhiệt độ cao (

160 - 1700C ) nên phải dùng thêm chất ổn định nhiệt để đảm bảo tính chất ổn định nhiệt

với nhiệt của PVC.

2/Sản phẩm đi từ nhựa PVC hoá dẻo

* Tính chất và công dụng của PVC hoá dẻo.

Tính chất:

Khi thêm chất hóa dẻo vào nhiệt độ hoá mềm của nhựa giảm cho nên gia công sẽ

dễ dàng nhưng mặt khác nó làm giảm tính chất ổn định hoá học, tính chịu nhiệt và một

số tính chất khác.

Các tính chất cơ lý và tính chất cách điện có thể thay đổi nhiều tuỳ theo thành phần

và lượng chất hoá dẻo, chất độn còng nh độ nhít của PVC.

Về tính chất hoá học thì PVC hoá dẻo có kém hơn với PVC cứng (không hoá dẻo

). Sản phẩm từ 60 phần PVC và 40 phần tricredinphốtphát có tính chất ổn định hoá học

khá nhất, có thể chịu được tác dụng của axít HCl và axít H2SO4 nồng độ dưới 60% và

ở nhiệt độ 600C.

V/Các quá trình công nghệ sản xuất nhựa PVC

1/Nguyên liệu

Nguyên liệu cho quá trình sản xuất nhựa PCV là Vinylclorua. Vinylclua được sản sản

xuất trong công nghiệp đi từ etylen, axetylen hoặc từ hỗn hợp etylen và axetylen..

Các phương pháp sản xuất vinyl clorua

+ Sản xuất Vinylclorua bằng phương pháp hydroclo hoá axetylen, xúc tác HgCl2, phản

ứng tiến hành trong pha khí nhiệt độ khoảng từ 100 đến 170oC, áp suất 0,3.106 Pa.

C2H2 + Cl2 CH2=CHCl

+ Sản xuất Vinylclorua bằng phương pháp clo hoá etylen sau đó đem crắcking EDC,

cơ chế trình bày như trên. Phẩn ứng tiến hành trong pha lỏng hoặc pha khí với sự có

mặt của xúc tác FeCl3 có bổ xung thêm CaCl2.

Đây là phản ứng toả nhiệt và giảm áp do đó phản ứng thích hợp ở áp suất cao và

nhiệt độ thấp. Nhiệt độ phản ứng 85-90oC đối với pha khí và 50-90oC đối với pha lỏng,

áp suất 0,3-0,5Mpa.

CH2=CH2 + Cl2 ClCH2-ClCH2

ClCH2-ClCH2 CH2=CHCl + HCl

+ Sản xuÊt VC bằng phương pháp nhiệt phân EDC : trước đây phản ứng tiến hành

dưới tác dụng của NaOH có nhiệt độ vào khoảng 150oC và áp suất 1 Mpa.

CH2Cl-CH2Cl + NaOH CH2=CHCl + NaOH + H2O

Ngày nay crăcking EDC dưới tác dụng của nhiệt độ được sử dụng phổ biến, đây là

phản ứng thu nhiệt và tăng thể tích. Nhiệt độ phản ứng từ 400-550oC trong điều kiện áp

suất khí quyển.

+ Đi từ axetylen và etylen, quá trình kết hợp : Quá trình này có nhiều ưu điểm : là tận

dụng được HCl sinh ra do phản ứng crăcking EDC cho tác dụng với axetylen và tận

dụng nhiệt của phản ứng toả nhiệt cung cấp cho phản ứng thu nhiệt.

CH2=CH2 + Cl2 ClCH2-ClCH2

ClCH2-ClCH2 CH2=CHCl + HCl

ClCH2-ClCH2 CH2=CHCl + HCl

+ Ôxiclo hoá etylen: đây là quá trình toả nhiệt và giửm áp. Xúc tác cho quá trình là

CuCl2. Quá trình tiến hành ở nhiệt độ từ 300-350oC , áp suất 0.1-0.3MPa.

CH2=CH2+CuCl2 ClCH2-ClCH2 + 2CuCl

2CuCl + 1/2O2 CuO.CuCl2

CuO.CuCl2 + 2 HCl 2 CuCl2 + H2O

ClCH2-ClCH2 CH2=CHCl + HCl

Ưu điểm của phương pháp là tận dụng HCl sinh ra do quá trình crăcking EDC dùng

cho quá trình oxyclo hoá tạo EDC. Không sử dụng axetylen giảm giá thành sản phẩm.

Nhiệt của phản ứng toả nhiệt sinh ( phản ứng oxyclo hoá) ra được cung cấp cho phản

ừng thu nhiệt (crăcking).

2/Cơ sở hoá học và động học của quá trình trùng hợp Vinylclorua sản xuất PVC

Clorua vinyl trùng hợp theo cơ cấu trùng hợp gốc nghĩa là phải có chất khởi đầu và

trùng hợp qua ba giai đoạn.

Gọi là chất khởi đầu vì gốc của nó là đoạn đầu của mạch cao phân tử, cũng có thể

gọi là chất kích thích vì chính nó có tác dụng kích động phản ứng trùng hợp, có hai

chất khởi đầu thường dùng là peroxit benzoin, azodinitril.

Giai đoạn một khơi mào :

- Peroxýt benzôin công thức là (C6H5COO)2 do tác dụng nhiệt nó bị phân giải ra

các gốc nh sau:

(C6H5COO)2 2

C6H5COO·

C6H5COO·

C6H5·

+ CO2

Chính các gốc bendôát và gốc phênin trên kích động phản ứng trùng hợp.

- Azodinitril của axít diisobuytiric có công thức phức tạp hơn:

và còng do tác dụng nhiệt mà cung phân giải ra thành các gốc tự do.

Khoảng 60-80% gốc trên tham gia kích động trùng hợp, còn lại bao nhiêu kết hợp

với nhau thành phần tử thấp theo các phản ứng sau đây:

các gốc trên gọi là gốc hoạt động và được ký hiệu bằng R· cho đơn giản khi viết phản

ứng trùng hợp.

+ Giai đoạn hai phát triển mạch: kích độnh trùng hợp gốc hoạt động R·

R* + CH2= CHCl R - CH2 – C*CHCl

của chất khởi đầu kích thích mônômer clorua vinyl thành gốc đầu tiên gốc đầu tiên này

lại tiếp tục tác dụng với monone và cứ thế mạch polyme sẽ tăng và khối lượng phân tử

của polyme sẽ tăng nên. Hằng số tốc độ tương ứng của hai giai đoạn là k1 và k2. Thông

thường k2 xấp xỉ bằng k3 nhưng trong một số trường hợp, ví dụ chất khơi mào là hợp

chất azo có thời gian bán sống rất ngắn, gốc tự do tạo ra từ chất khơi mào này tương đối

ổn định do đó hiệu quả của chất khơi mào giảm và k23 .

Hay tổng quát hơn:

R - CH2 – C*CHCl + CH2 = CHCl R - CH2 – CHCl – CH2 – C*HCl -

+ Giai đoạn ba: làm đứt mạch tạo thành các phân tử ở đây thường có hai dạng đứt

mạch:

Đứt mạch kết hợp khi 2 gốc kết vào nhau thành một mạch cao phân tử:

R – [CH – CHCl ]n – CH2 – C*H Cl + R – [ CH – CHCl]m – CH2 – C*HCl

R – [CH – CHCl ]n +1 – [ CHCl – CH2]m + 1 - R

Đứt mạch riêng rẽ khi hai gốc tác dụng với nhau tạo thành hai mạch cao phân tử do

sự chuyển dịch của nguyên tử hydrô.

R – [CH – CHCl ]n – CH2 – C*HCl + R – [ CH – CHCl]m – CH2 – C*HCl

R – [CH – CHCl ]n – CH2 – CH2Cl + R – [ CH – CHCl]m – CH2 = CHCl

Cả hai phản ứng đứt mạch này đều phô thuộc vào độ nhớt của hốn hợp do trong quá

trình trùng hợp sù tăng nên của kích thước mạch polyme làm chúng rất khó chuyển

động. PVC không có khả năng hoà tan trong monme và nó sẽ kết tủa ngay khi tạo

thành. Nhưng trên hết do PVC có khả năng hấp thụ monome và bị trương nên hình

thành cấu trúc gel trong đó tỷ lệ PVC /VCM khoảng 75/25. Cấu trúc gel này ngoài chứa

PVC và VCM nó còn chứa chất khơi mào và thậm chí là gốc tự do được hình thành do

quá trình phân huỷ. Do đó quá trình trùng hợp có thể xảy ra trong gel và hiệu suất

chuyển hoá tăng hơn 75 %.

Ngoài ra còn có phản ứng chuyển mạch cũng tạo thành mạch cao phân tử vÝ dô nh

chuyển mạch qua mônmer. Tác nhân chuyển mạch ở đầy thường sử dụng là tricloetylen,

isobutylaldehit, thiolester. Phản ứng chuyển mạch trong quá trình trùng hợp trong sản

xuất PVC là rất quan trọng vì chúng là bước điều khiển kích thước mạch polyme hay

khối lượng phân tử polyme. Khối lượng phân tử là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả

năng gia công của PVC còng nh tính chất cơ học của các sản phẩm cuối cùng từ PVC.

Để đánh giá khối lượng phân tử của PVC người ta sử dụng hằng số K. K được sử dông

nh là tiêu chuẩn để so sánh giữa các loại PVC. Nó được xác định bằng cách so sánh độ

nhít của dung dịch polyme loãng trong dung môi tinh khiết. PVC được sử dụng trong

thực tế thường có K trong khoảng 45-80 ( chính xác hơn là 55-72). Giá trị trên thu được

khí trùng hợp trong điều kiện nhiệt độ từ 45-80oC ( thông thường từ 50-72o C) nếu nhiệt

độ cao quá giá trị k sẽ giảm. Tác nhân chuyển mạch chỉ hoạt động trong khởng nhiệt độ

hẹp nhừng ngày nay việc sử dụng chúng có phần bị hạn chế do yêu cầu PVC có độ tinh

khiết ngày càng cao. Nếu có sử dụng tác nhân chuyển mạch thì nồng độ lớn nhất của

chúng là 0,5 đến 1 %.

Trong quá trình trùng hợp tốc độ phản ứng trùng hợp tăng đến khi độ chuyển hoá

đạt 75%( ở điều kiện nhiệt độ 60o C ) khi vượt quá độ chuyển hoá này thì tốc độ của

phản ứng bắt đầu giảm do độ nhít tăng và nồng đô monome giảm.

Trong quá trình sản xuất ta có thể giảm khối lượng phân tử của polyme bằng cách

cho thêm tác nhân chuyển mạch như đã trình bày ở trên và ngược lại ta cũng có thể tăng

khối lượng phân tử của PVC bằng cách nối các mach polyme lại với nhau. Điều này có

được khi ta cho thêm và hỗn hợp phản ứng tác nhân nối mạch như divinylbenzen,

glycol dimethacrylat, diallyl phtanat. nhừng biện pháp này không được ứng dụng nhiều

do dẫn đến sự thay đổi sự phân bố của khối lượng phân tử PVC.

Quá trình trùng hợp Vinylclorua sản xuất PVC là quá trình toả nhiệt mạnh, và tiến

hành trong pha láng. Do đó phản ứng tién hành thích hợp ở nhiệt độ thấp và nhiệt phản

ứng phải được tách thường xuyên. Vinylclorua trong điều kiện thường là một chất khí do

đó muốn phản ứng tiến hành trong pha láng ta phải truyển Vinylclorua từ dạng khí sang

dạng lỏng bằng cách nâng áp suất của thiết bị phản ứng. Trong thực tế người ta thường

chế tạo thiết bị phản ứng dưới dạng nồi hấp có vỏ bọc ngoài và cánh khuấy ở bên trong

để đảm bảo chịu được áp suất cao và tách nhiệt phản ưng tốt.

3/Các phương pháp sản xuất PVC

Trong công nghiệp có 4 phương pháp sản xuất PVC : phương pháp nhò tương,

phương pháp huyền phù, phương pháp trùng hợp khối, phương pháp trùng hợp trong

dung môi.

a/Phương pháp nhò tương

Chất khởi đầu ở đây tan trong nước vì thế phản ứng trùng hợp xảy ra ở khu vực

tiếp xúc giữa clorua vinyl và nước, polyme tạo thành vì ở trạng thái nhò tương trong

nước, cần phải keo tô hay cho nước bốc hơi để tách polyme ra sản phẩm thường ở dạng

latex và kích thước hạt polyme tạo thành rất bé, từ 0.01 đến 1 micron.

Chất khởi đầu thường dùng là peroxyt hydro H2O2, persulfat loại kiềm. Chất nhù

hóa là các loại xà phòng, axit béo, necal (muối natri của axit).

Ngoài ra cần phủ thêm muối đệm. để giữ nguyên độ PH thường từ 4 đến 9. Muối

đệm hay dùng là acetat kim loại nặng, phốt phát, carbonat kim loại kiềm.

Có khi còn dùng thêm cả chất điều chỉnh để điều chỉnh tính chất và trọng lượng

phân tử của polyme. Ví dụ nếu ta thêm vào hỗn hợp phản ứng 0.2 -5 % iodofome sẽ có

polyme phân tử thấp có tính hòa tan rất tốt.

Phẩm chất của polyme phụ thuộc chủ yếu vào độ nguyên chất của monome, mức

độ chính xác khi điều chỉnh nhiệt độ và cả pH của môi trường phản ứng.

Clorua vinyl nên cho qua than hoạt tính ở 30 đến 50C để tinh chế cho sạch trước

khi trùng hợp đảm bảo sản phẩm đồng nhất và có trọng lượng phân tử cao. Hoặc là

muốn nâng cao trọng lượng phân tử cho clorua vinyl sục qua dung dịch NaOH hay

KOH với nồng độ 25-60%

Muốn ngừng ngay phản ứng trùng hợp ở một lúc nào đó có thể thêm vào hỗn hợp

phản ứng các hợp chất sau: các diene có nối đôi cách một, các loại terpene, stiron.

Ưu điểm đặc điểm của phương pháp này là khả năng tiến hành trùng hợp liên tục.

Nhờ quấy đều vào polyme tách ra liên tục nên sản phẩm đồng nhất rất tốt.

b/Phương pháp huyền phù

Khác với trùng hợp nhù tương, trùng hợp huyền phù là chất khởi đầu tan trong

monomer nên quá trình kích thích và trùng hợp căn bản xảy ra trong các hạt monomer,

huyền phù trong môi trường nước. Do đó quá trình phản ứng cũng có phần giống với

trùng hợp khối ... vì thế mà sản phẩm tinh khiết nên ổn định nhiệt hơn polymer trùng hợp

nhù tương. Cụ thể là PVC trùng hợp huyền phù chứa Ýt tạp chất (độ tro 0.03-0.08%) so

với PVC trùng hợp nhù tương (độ tro 0.5- và có loại đến 3%) nên có tính chất cách

điện, tính chịu lạnh, chịu nhiệt tốt hơn.

Polymer tạo thành ở dạng huyền phù trong nước rất dễ keo tụ thành dạng bột và

khích thước hạt lớn hơn ở trùng hợp nhù tương từ 0.1 - 0.3 ly.

Chất khởi đầu thường dùng là poroxyt henzoin ký hiệu là n5. Chất nhò hóa hay

đúng hơn là chất ổn định huyền phù là grêlatin, rượu polyvinylie. các phần ngưng tụ ure

với formaldehyt.

Cần chú ý là muốn nâng cao tính ổn định nhiệt của polymer không dùng nhiều chất

khởi đầu và không nâng cao nhiệt độ.

c/Phương pháp trùng hợp trong dung môi

Trùng hợp trong dung môi gồm có hai phương pháp:

Dung môi không hòa tan polymer (rượu), trong trường hợp này polymer sẽ dần dần

tách ra ở dạng bột mịn.

Dung môi hòa tan cả monomer và polymer (diclortan, axeton...) ở đây polymer vẫn

ở dạng dung dịch. Trong trường hợp này cũng tách polymer ra được bằng cách dùng

nước để kết tủa hoặc chưng cất tách hết dung môi đi.

Trùng hợp trong dung môi cũng tiến hành ở nhiệt độ thấp nh các phương pháp

khác, 34 – 450C. Dung môi cho vào trước rồi đến clorua vinyl lỏng. Chất khởi đầu

thường dùng là peroxyt benctoin. Tốc độ trùng hợp phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ

chất khởi đầu, tính chất và nồng độ dung môi. Còn độ trùng hợp quyết định chủ yếu bởi

tính chất và nồng độ dung môi. Quá trình trùng hợp trong dung môi kéo dài tương đối

lâu và tốn nhiều

d/Phương pháp trùng hợp khối

Phương pháp trùng hợp khối Ýt được sử dụng vì nó có một số khuyết điểm như sản

phẩm polymer ở dạng khối khó gia công, khó điều chỉnh nhiệt độ vì phản ứng tỏa nhiệt

nhiều và môi trường phản ứng dẫn nhiệt kém làm cho sản phẩm dễ bị phân hủy và có

màu. Chất khởi đầu hay dùng cũng là peroxyt bectoin, nếu không có chất khởi đầu nhiệt

độ cao.

Thông thường trùng hợp khối ở áp suất cao và nhiệt độ cao. Cũng có thể trùng hợp

khí clorua vinyl mà không cần áp suất. Cho hỗn hợp monomer khí với một Ýt CCl4 và

peroxyt benctoin, trùng hợp ở 66-77C sẽ tạo thành polymer lỏng phân tử thấp. Ở nhiệt

độ thấp hơn tốc độ chuyển mạch qua dung môi CCl4 giảm xuống nên được polymer

rắn.

VII/Vấn đề an toàn trong quá trình sản xuất nhựa PVC và bảo vệ

môi trường

1/ Vấn đề an toàn trong quá trình sản xuất nhựa PVC

Vinyl clorua ở nhiệt độ thường là chất khí không màu, không mùi, ngưng tụ hoá lỏng

ở nhiệt độ -13,9 oC, nặng hơn không khí 2,35 lần. Nã là một chất độc, là nguyên nhân

gây nên mét sè căn bệnh ung thư ở người. Trước khi phát hiện ra điều này trên thế giới

đã có hơn 55 người chết, tất cả họ đều là công nhân vận hành thiết bị phản ứng trong

nhà máy sản xuất PVC. Do đó cần có biện pháp để giảm nồng độ VC trong sản phẩm

còng nh trong không khí quanh nhà máy.

Các khu vực xảy ra sù tiếp xúc giữa người với VC:

- Quá trình polyme hoá.

- Trong giai đoạn tồn chứa, vận chuyển.

- Quá trình gia công nóng.

- Quá trính sản xuất ra các sản phẩm cuối cùng.

- Sự khuếch tán tứ các sản phẩm cuối cùng vào thức ăn và nước uống.

Các biện pháp ngăn chặn :

- Tăng hiệu quả của quá trình tách khí ra khái PVC đồng thời giảm hàm lượng VC

thoát ra từ thiết bị phản ứng và các thiết bị sau phản ứng đến mức thấp nhất.

- Ứng dụng quá trình rửa thiết bị phản tự đông ở áp suất cao.

- Áp dụng biện pháp sử lý bề mặt tốt nhất để giảm lượng nhựa bám trên bề mặt

thiết bị phản ứng giảm thời gian rửa thiết bị phản ứng.

- Biệt lập quá trình vận hành thiết bị phản ứng bằng cách sử dụng máy tính điều

khiển quá trình.

- Sử dụng thiết bị phản ứng loại lớn để giảm số lượng các mối nối và van.

- Sử dụng hệ thống kiểm tra nồng độ VC trong khu vực làm việc.

- Sử dụng mặt lạ phòng độc trong quá quá trình vận hành ở khu vực không chắc

chắn đảm bảo nồng độ VC ở mức cho phép

- Sử dụng các biện pháp phụ trợ còng nh hệ thống khuấy trộn có cống suất lớn để

tạo ra hạt nhựa nhỏ.

2/ Bảo vệ môi trường

Do Vật liệu làm từ PVC ngày càng nhiều do đó rác thải tử chúng ngày một tăng nên

vấn đề giải quyết rác thải từ PVC là một vấn đề quan trọng được đặt ra. Các biện pháp

sử lý rác thải tử PVC :

- Thiêu huỷ: thường được sử dụng ở các nước EU.

- Dùng phương pháp quét quang học để tách riềng PVC.

- TáI sinh.

Phần II

Công nghệ sản xuất PVC theo

phương pháp huyền phù

I/Giới thiệu

Phương pháp huyền phù là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

sản xuất PVC nó chiếm 80% tổng sản lượng PVC được sản xuất ra trên toàn thế giới.

Tuy vậy phương pháp nhò tương được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất PVC

trước phương pháp huyền phù, nh quá trình sản suất mủ cao su sản phẩm PVC được

tách ra bằng cách phun khô. Phương phấp có chi phí cao và giá thành sản phẩm đắt và

phải tách Èm bằng phương pháp bay hơI nên tốn kém. Do đó phương phấp này dần

được thay thế bằng phương pháp huyền phù trong đó tạo ra các hạt PVC lớn hơn theo

phương pháp nhữ tương, phương pháp này có các ưu điểm sau:

- Chúng tạo ra các hạt PVC lớn hơn, rễ tách sản phẩm hơn.

- Sử dụng nồng độ phụ gia thấp hơn.

- Nước được tách bằng phương pháp lọc.

Thực chất quá trình trùng hợp theo phương pháp huyền phù đã phát triển từ rất sớm

nhưng sản phẩm quá trình này khó gia công để tạo ra các sản phẩm cuối cùng do đó

trong thời gian này phương pháp trùng hợp nhò tương phát triển hơn.

Quá trình polyme hoá huyền phù là quá trình polyme khối được tiến hành trong hàng

triệu giọt lỏng Vinylclorua nhỏ. Các giọt lỏng này được phần tán trong môi trường nước

nhờ việc khuấy trộn mạnh được nắp trong thiết bị phản ứng dạng nồi hấp với nằng suất

từ 25 đến 150 m3. Thiết bị phản ứng dạng khuấy có vỏ bọc ngoài, nước lạnh được

tuần hoàn đi ngoài vỏ. Nhờ có khuấy trộn mạnh liên tục đã phân chia Vinylclorua

lỏng thành các giọt nhỏ có đường kính từ 30-40 mm, chúng được ổn định chống lại

sự đông tụ bởi 1 hay nhiều hệ keo bảo vệ ( tác nhân tạo hạt). Thành phần cần thiết

khác là một chất khơi mào có khả năng tách gốc tự do hoạt động ban đầu.

Người ta thường quan niệm rằng thành phần của một mẻ nguyên liệu đưa vào

thiết bị là một phương pháp tổng hợp, hay mét cách làm. Cách làm phổ biến nhất là

tỷ lệ :

VCM 100 phần khối lượng

Nước 90 -130 phần khối lượng

Keo bảo vệ 0,05-0,15 phần khối lượng

Chất khơi mào 0,03-0,08 phần khối lượng

Tỷ lệ gữa chúng phụ thuộc vào loại PVC ta cần sản xuất, kích thước thiết bị,

dạng phân xưởng, vv...

Theo những yêu cầu trên đặt ra PVC sản xuất ra cũng không đạt được hình dạng

kích thước ta mong muốn, điều đó chỉ đạt được khi chóng ta thêm các chất khác vào

như oxy, chất tạo hạt bậc một bậc hai, tác nhân chuyển mạch nối mạch, comonomer,

chất chống oxy hoá và lấy sản phẩm ra & thời gian cho phô gia vào thiết bị phai

đung lúc. Chỉ đạt được các điều trên thì PVC tạo ra mới có hình dạng và kích thước

mong muốn và xác định được loại PVC.

Quá trình trùng hợp theo phương pháp huyền phù

Sau khi nạp liệu thiết bị phẩn ứng được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng 45 - 75

oC. Nguyên liệu chỉ nạp vào 80-95% thể tích thiết bị. Dưới tác dụng của nhiệt độ

cao chất khơi mào bị phan huỷ thành gốc tự do và khơi mào cho phản ứng trùng hợp

tiến hành trong hàng triệu giọt lỏng. Phản ứng trùng hợp toả nhiệt mạnh (1540 kj/kg),

nhiệt độ của thiết bị được duy trì bằng cách trao đổi nhiệt với tác nhân lạnh đi trong

líp vỏ bọc ngoài kết hợp với việc bay hơi một phần chất ngưng tụ trong hỗn hợp

phản ứng, hơi này được làm lạnh ngưng tụ rồi tuần hoàn lại thiết bị phản ứng.

Nhiệt độ của quá trình được kiểm tra thông qua nhiệt độ đầu ra của tác nhân lạnh

khi tốc độ dòng tác nhân là hầng số, nhiệt độ đầu vào không đổi.

PVC tạo thành không có khả năng hoà tan trong polyme, nhưng nó hấp thụ một

phần monome và bị trương nên đến 25 % trọng lượng tạo thành một hệ gel vững

chắc. Quá trình trùng hợp tiếp tục giễn ra và khiđạt đến độ chuyển hoá 70% thì cùng

lúc áp suất trong thiết bị bắt đầu giảm , lóc đầu chậm sau nhanh dần như có hiện

tượng một lượng lớn monome bị mất đi. Trùng hợp xảy ra trong pha gel lúc đầu tốc

độ lớn khi đạt độ chuyển hoá 80-85% thì tốc độ giảm dần do mạch polyme càng lớn

càng khó di chuyển và do nồng độ monome giảm nhanh chóng.

Quá trình trùng hợp kết thúc ở một áp suất xác định trước bằng cách thêm chất

ngắt mạch và/hoặc bốc hới các monome không phản ứng, hơi monome không phản

ứng nay được dẫn đến thiết bị thu hồi và được sử dụng cho quá trình sau. Sau khi

bốc hơi hỗn hợp trong thiết bị phản ứng ở dạng bùn sệt chứa 2-3% monome chưa

phản ứng nó được tách bằng cách khuấy nhẹ trong thiết bị tiếp theo. Tiếp đó chúng

được đưa đến máy lọc ly tâm cho ta sản phẩm dạng bánh có độ Èm 20-30%. Lượng

Êm còn lại được tách bằng cách sấy.

2/Vai trò của nước

Nước là pha liên tục trong thiết bị phản ứng, chúng có vai trò:

· Có khả năng chia khối VCM lỏng thành các giọt nhỏ, giảm độ nhít.

· Truyền nhiệt.

· Làm chất mang keo bảo vệ.

Lượng nước sử dụng phụ thuộc vào hoạt độ của nước và chủ yếu là bản chất của

VCM và hạt PVC.

Ban đầu VCM được chia thành các hạt có đường kính từ 30 -150 mm nhờ trong

môi trường nước và sự khuấy trộn mạnh của máy khuấy và được bảo vệ chống lại

sự đông tụ nhờ keo bảo vệ. Một lượng nhỏ nước dùng để điền đầy các khoảng trống

giữa các giọt VCM dạng cầu và cung cấp một lượng nước tự do để hỗn hợp có độ

nhít thấp. Tỷ lệ nước /VCM là 1:1 là thích hợp để đạt được mục đích trên. Tuy

nhiên cuối quá trình polyme hoá cần chống sự đông tụ của các hạt PVC, giữ cho hạt

PVC cã khối lượng riêng phù hợp từ 0,4-0,8Kg/lit và có kích thước mà ta mong

muốn, do đó ta phải tăng lượng nước có trong thiết bị. Khi đó tỷ lệ nước/VCM là

1,5:1 là hợp lý.

Vai trò thứ 2 của nước trong thiết bị phản ứng là môi trường hạ nhiệt &dẫn

nhiệt. Do nhiệt dung riêng của VCM&PVC xấp xỉ nhau 0.25 cal/g, nhiệt dung riêng

của nước lả 1 cal/g khiđó tỷ lệ Nước/VCM là 1,5:1 thì năng suất dẫn nhiệt của môi

trường nước gấp 6 lần môi trường hữu cơ. Ở đây có một nhược điểm là khi cho

nước vào thiét bị phản ứng dẫn tới sự thay đổi nhiệt của của quá trình do mất mát

nhiệt của hệ thống phải bù nhiệt cho nước. Nhưng nước có vai trò chính là truyền

nhiệt nên vấn đề trên có thể chấp nhận được.