Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol-Formaldehyde tan trong cồn

Từ xa xưa, con người đã biết dùng các loại vật liệu từ thiên nhiên để phục vụ cho những nhu cầu rất đa dạng của mình như nhu cầu về nhà ở, may mặc, sinh hoạt và đi lại Xã hội ngày càng tiến bộ thì con người ta càng tìm ra được các loại vật liệu thay thế một cách hữu hiệu hơn như tìm ra các loại tài nguyên khoáng sản, kim loại. Với sự phát triển chóng mặt của xã hội, các nguồn tài nguyên này cũng dần cạn kiệt, yêu cầu đặt ra là phải tìm loại vật liệu mới thay thế các loại vật liệu truyền thống trước đây một cách có hiệu quả. Dựa trên cơ sở là giải quyết yêu cầu bức thiết đó ngành công nghệ vật liệu cao phân tử ra đời và nó nhanh chóng phát triển đáp ứng được những nhu cầu rất đa dạng phục vụ cuộc sống con người. Từ nửa sau thế kỷ XX ngành công nghệ hợp chất cao phân tử đã có bước phát triển vượt bậc. Sản phẩm của nó xâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống cũng như các ngành khoa học kỹ thuật khác nhau nhờ tính năng ưu việt và yếu tố giá thành. Vật liệu cao phân tử có các tính năng ưu việt mà các loại vật liệu khác không thể so sánh được như: Độ bền cơ học, độ đàn hồi, khả năng cách âm, cách nhiệt, cách điện tốt, nhẹ và dể gia công Công nghệ sản xuất keo dán là một ngành công nghiệp hoá học cao phân tử và nó được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng nhà cửa, công nghiệp đồ gỗ, đồ sắt, giày da và các lĩnh vực kỹ thuật khác. Phenol và formaldehyde được bắt đầu nghiên cứu bởi Adolf Bayerr vào năm 1872 và Losekam vào năm 1889. Phương pháp tổng hợp rẻ tiền và khả thi đầu tiên được phát minh ra vào năm 1907 bởi Leo Hendrik Baekeland, và vào năm 1910, một loại vật liệu mới ra đời được đặt tên là bakelite, đây là kết quả của việc thêm vào polymer những chất như bột gỗ, vật liệu chống cháy asbestos và bụi đá trầm tích slate, tạo nên vật liệu composite có khả năng chịu lửa và cứng cáp hơn. Bakelite được ứng dụng rộng rãi trong hàng tiêu dùng vào thập niên 1920. Bakelite là loại nhựa được tổng hợp đầu tiên, nó cũng là loại nhựa nhiệt rắn đầu tiên [1]. Trải qua gần thế kỷ hình thành và phát triển, ngành keo dán đã có những thành tựu vượt bậc tổng hợp nên các loại keo dán có tính năng vượt trội đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Năm 1993, tiêu thụ keo phenol-formaldehyde là 3,07 tỉ pound chỉ đứng sau poly-urethane (3,476 tỉ pound) trong nhựa nhiệt rắn. Năm 2002, thị phần nhựa nhiệt rắn chiếm 25% so với tổng thị phần nhựa. Trong đó, thị phần của từng loại nhựa như sau: Polyurethane (PU) chiếm 34%, ure-formaldehyde (UF) chiếm 32%, phenol-formaldehyde (PF) là 15%, polyeste không no (UP) là 9%, epoxy ở mức 5%, melamine formaldehyde (MF) là 4% và các loại khác ở mức 1% chiếm phần còn lại. Sản lượng nhựa phenolic năm 2002 là 3500 ngàn tấn, năm 2007 là 3850 ngàn tấn [2]. Ở Việt Nam trong những năm trở lại đây có sự phát triển đáng kể trong lĩnh vực sản xuất nhựa, chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo như polyetylen (PE), polypropylene (PP) Trong lĩnh vực keo dán có rất ít nhà máy sản xuất mà chủ yếu nhập từ nước ngoài. Keo phenol-formaldehyde tan trong cồn là một trong số các sản phẩm của công nghệ hợp chất cao phân tử. Đây là một loại keo dựa trên cơ sở nhựa nhiệt rắn, loại keo này có đặc tính ưu việt là độ bền mối dán cao, chịu ẩm, chịu vi khuẩn và có thể phối hợp với các loại keo khác để tạo nên keo có đặc tính trội hơn, đặc biệt hơn. Keo phenol-formaldehyde có nhược điểm là màng keo dòn, tính bền giảm đối với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, keo có màu đỏ sẫm. Loại keo này thích hợp với điều kiện thời tiết và nền kinh tế nước ta do giá thành rẻ, bền thời tiết, bám dính tốt và công nghệ sản xuất đơn giản. Tuy lượng sử dụng keo ở nước ta rất lớn nhưng vẫn có rất ít nhà máy sản xuất. Do vậy em tìm hiểu dây chuyền công nghệ sản xuất keo phenol-formaldehyde tan trong nước nhằm đáp ứng yêu cầu của việc sử dụng keo dán của nước ta hiện nay.

doc57 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 06/06/2013 | Lượt xem: 581 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất phenol-Formaldehyde tan trong cồn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI GIỚI THIỆU Từ xa xưa, con người đã biết dùng các loại vật liệu từ thiên nhiên để phục vụ cho những nhu cầu rất đa dạng của mình như nhu cầu về nhà ở, may mặc, sinh hoạt và đi lại…Xã hội ngày càng tiến bộ thì con người ta càng tìm ra được các loại vật liệu thay thế một cách hữu hiệu hơn như tìm ra các loại tài nguyên khoáng sản, kim loại. Với sự phát triển chóng mặt của xã hội, các nguồn tài nguyên này cũng dần cạn kiệt, yêu cầu đặt ra là phải tìm loại vật liệu mới thay thế các loại vật liệu truyền thống trước đây một cách có hiệu quả. Dựa trên cơ sở là giải quyết yêu cầu bức thiết đó ngành công nghệ vật liệu cao phân tử ra đời và nó nhanh chóng phát triển đáp ứng được những nhu cầu rất đa dạng phục vụ cuộc sống con người. Từ nửa sau thế kỷ XX ngành công nghệ hợp chất cao phân tử đã có bước phát triển vượt bậc. Sản phẩm của nó xâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống cũng như các ngành khoa học kỹ thuật khác nhau nhờ tính năng ưu việt và yếu tố giá thành. Vật liệu cao phân tử có các tính năng ưu việt mà các loại vật liệu khác không thể so sánh được như: Độ bền cơ học, độ đàn hồi, khả năng cách âm, cách nhiệt, cách điện tốt, nhẹ và dể gia công… Công nghệ sản xuất keo dán là một ngành công nghiệp hoá học cao phân tử và nó được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng nhà cửa, công nghiệp đồ gỗ, đồ sắt, giày da và các lĩnh vực kỹ thuật khác. Phenol và formaldehyde được bắt đầu nghiên cứu bởi Adolf Bayerr vào năm 1872 và Losekam vào năm 1889. Phương pháp tổng hợp rẻ tiền và khả thi đầu tiên được phát minh ra vào năm 1907 bởi Leo Hendrik Baekeland, và vào năm 1910, một loại vật liệu mới ra đời được đặt tên là bakelite, đây là kết quả của việc thêm vào polymer những chất như bột gỗ, vật liệu chống cháy asbestos và bụi đá trầm tích slate, tạo nên vật liệu composite có khả năng chịu lửa và cứng cáp hơn. Bakelite được ứng dụng rộng rãi trong hàng tiêu dùng vào thập niên 1920. Bakelite là loại nhựa được tổng hợp đầu tiên, nó cũng là loại nhựa nhiệt rắn đầu tiên [1]. Trải qua gần thế kỷ hình thành và phát triển, ngành keo dán đã có những thành tựu vượt bậc tổng hợp nên các loại keo dán có tính năng vượt trội đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Năm 1993, tiêu thụ keo phenol-formaldehyde là 3,07 tỉ pound chỉ đứng sau poly-urethane (3,476 tỉ pound) trong nhựa nhiệt rắn. Năm 2002, thị phần nhựa nhiệt rắn chiếm 25% so với tổng thị phần nhựa. Trong đó, thị phần của từng loại nhựa như sau: Polyurethane (PU) chiếm 34%, ure-formaldehyde (UF) chiếm 32%, phenol-formaldehyde (PF) là 15%, polyeste không no (UP) là 9%, epoxy ở mức 5%, melamine formaldehyde (MF) là 4% và các loại khác ở mức 1% chiếm phần còn lại. Sản lượng nhựa phenolic năm 2002 là 3500 ngàn tấn, năm 2007 là 3850 ngàn tấn [2]. Ở Việt Nam trong những năm trở lại đây có sự phát triển đáng kể trong lĩnh vực sản xuất nhựa, chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo như polyetylen (PE), polypropylene (PP)…Trong lĩnh vực keo dán có rất ít nhà máy sản xuất mà chủ yếu nhập từ nước ngoài. Keo phenol-formaldehyde tan trong cồn là một trong số các sản phẩm của công nghệ hợp chất cao phân tử. Đây là một loại keo dựa trên cơ sở nhựa nhiệt rắn, loại keo này có đặc tính ưu việt là độ bền mối dán cao, chịu ẩm, chịu vi khuẩn và có thể phối hợp với các loại keo khác để tạo nên keo có đặc tính trội hơn, đặc biệt hơn. Keo phenol-formaldehyde có nhược điểm là màng keo dòn, tính bền giảm đối với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, keo có màu đỏ sẫm. Loại keo này thích hợp với điều kiện thời tiết và nền kinh tế nước ta do giá thành rẻ, bền thời tiết, bám dính tốt và công nghệ sản xuất đơn giản. Tuy lượng sử dụng keo ở nước ta rất lớn nhưng vẫn có rất ít nhà máy sản xuất. Do vậy em tìm hiểu dây chuyền công nghệ sản xuất keo phenol-formaldehyde tan trong nước nhằm đáp ứng yêu cầu của việc sử dụng keo dán của nước ta hiện nay. PHẦN I LÝ THUYẾT CHUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN I. NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu chính để sản xuất phenol-formaldehyde là phenol, formaldehyde. Ngoài ra người ta đi từ một số dẫn xuất của phenol như: crezol, xilenol, rezorsin. Còn các aldehyde thì ngoài formaldehyde, furfurol là loại được sử dụng nhiều nhất. 1. Phenol và các dẫn xuất của nó 1.1. Phenol Công thức phân tử: C6H5OH OH Công thức cấu tạo: 1.1.1. Các tính chất vật lý Ở điều kiện thường phenol tồn tại ở dạng tinh thể hình kim, không màu, có mùi hắc đặc trưng, để lâu trong không khí có màu hồng và biến thành màu nâu nhạt do nó bị oxi hoá. Tỷ trọng d =1,054 Nhiệt độ nóng chảy tnc= 40,3OC Nhiệt độ sôi ts=182,2OC Độ hoà tan trong 100g là 8,2g (ở 15OC) khi ts >650C thì trộn lẫn với H2O. Ở nhiệt độ thường, phenol ít tan trong H2O, phenol tan đến 27% trong H2O tạo chất lỏng đồng nhất. Nhưng khi thêm H2O vào thì chất lỏng đó phân ra làm 2 lớp: lớp dưới gồm dung dịch H2O trong phenol, lớp trên gồm dung dịch phenol trong H2O. Phenol dễ bị tách ra cùng với hơi H2O, phenol là chất hút ẩm. Do có khả năng tạo liên kết hydro nên phenol có nhiệt độ sôi cao. Các hợp chất phenol khác hầu như không tan trong nước. Phenol tan tốt trong rượu, ete, cloroform, tan trong benzen, ít tan trong dung dịch cacbonat kim loại kiềm. Phenol dễ bốc hơi ngưng tụ ở nhiệt độ thường nên dễ gây nhiễm độc. Phenol là chất kích thích và ăn da, thường gây ra những vết loét bỏng trên da, tiếp xúc lâu có hại đến hệ thần kinh, khi bị bỏng do phenol có thể rửa bằng rượu. Nồng độ cho phép giới hạn của hơi phenol trong không khí là 0,005 mg/l [3]. Ngoài ứng dụng của phenol trong công nghiệp chất dẻo, phần lớn là tổng hợp nhựa phenol-focmaldehyde, phenol còn được dùng trong y dược: dùng làm chất diệt trùng, khử trùng, chống nấm mốc rất hữu hiệu và có tác dụng giảm đau. 1.1.2.Tính chất hoá học của phenol Phenol tham gia phản ứng đặc trưng là phản ứng thế SE. Do hiệu ứng liên hợp nên khả năng phản ứng của phenol rất mạnh, phenol biểu hiện tính acid. a. Phản ứng thể hiện tính acid C6H5OH + H2O ® C6H5O- + H3O+ Những nhóm thế hút điện tử sẽ làm tăng tính acid của phenol. Ngược lại, những nhóm thế đẩy điện tử sẽ làm giảm tính acid của phenol. Phản ứng tạo muối phenolat: C6H5OH + NaOH ® C6H5ONa + H2O Phản ứng tạo ete: C6H5ONa + RX ® C6H5OR + NaX Phản ứng tạo este (chuyển vị frisơ): Khi đun nóng este của phenol với AlCl3 sẽ xảy ra sự chuyểnvị nhóm oxyl đến vị trí octo hoặc para của nhân thơm, phản ứng này gọi là phản ứng chuyển vị frisơ dùng để điều chế các hợp chất hydroxylxeton thơm. b. Phản ứng thế SE Trong phản ứng thế SE, nhóm thế OH là nhóm thế loại 1 nên nó định hướng chủ yếu vào vị trí octo và para. Phản ứng nitro hóa Phản ứng sunfonic hoá Phản ứng halogen hóa Phản ứng alkyl hóa Friden – Crap Phản ứng axyl hóa Friden - Crap Phản ứng các hợp chất phenol có thể xảy ra trực tiếp cũng có thể xảy ra từng bước tạo thành este rồi sau đó chuyển vị thành Frisơ. Phản ứng ghép các muối diazoni Dd NaOH + OH CHO OH CHO Phản ứng Raimơ – Timan Đây là phản ứng dùng để điều chế các aldehyde của các hợp chất thơm có chứa nhóm -OH [3]. c. Phản ứng với formaldehyde Phản ứng kombe Dùng để điều chế O-hydroxylbenzoic acid: d. Các phương pháp điều chế Phenol được tách ra từ các sản phẩm chế biến nhiên liệu ở nhiệt độ cao, ngoài ra có thể tổng hợp theo một số phương pháp. Chưng cất nhựa than đá: Đi từ các sản phẩm chế biến nhiên líệu rắn chưng cất nhựa than đá ở 170 ÷ 240oC để thu phenol thô (dầu trung) dung dịch phenol sau khi loại naphtalen, cho tác dụng với NaOH thu được phenolat. Tách loại các chất không tác dụng với NaOH có trong dung dịch. Sau đó cho khí CO2 dư vào để chuyển phenolat thành phenol tự do và chưng cất lấy phenol. Phenol từ công nghiệp cốc hóa, mặc dù ngành công nghiệp này rất phát triển, nhưng cũng không thoả mãn được nhu cầu của công nghiệp chất dẻo. Vì vậy các phương pháp tổng hợp đóng vai trò rất lớn trong công nghiệp có 4 phương pháp sản xuất phenol: Phương pháp benzensulfonat: (Phương pháp kiềm nóng chảy) Sunfo hoá benzen: C6H6 + HO-SO3H C6H5SO3H + H2O Trung hoà bằng dung dịch NaOH sẽ thu được natribenzen sunfonat nóng chảy (100 phần) với NaOH (75 phần) đến khi cả khối trở thành chảy lỏng, lọc sunfit không hoà tan, phenol được tách ra dưới dạng một chất dầu, được gạn lắng và chưng cất. C6H5SO3H + NaOH C6H5OH + Na2SO3 Phương pháp này gồm nhiều giai đoạn, tiêu tốn nhiều NaOH, H2SO4 và hiệu suất thấp. Phương pháp clobenzen: Gồm các giai đoạn: Clo hoá benzen tạo thành clobenzen (phenol clorua ) sau đó xà phòng hoá clobenzen bằng dung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 1:1,25. 360oC,315at HCl C6H5Cl + NaOH C6H5OH + NaCl Phương pháp Rauga: gôm các giai đoạn: Clo oxy hoá benzen bằng HCl và không khí ở nhiệt độ cao 200 300oC, có chất xúc tác (CuO, Al2O3). Thuỷ phân clobenzen bằng nước ở 750oC có xúc tác CuO, Al2O3 và dùng chưng cất để tách phenol ra. CuO,Al2O3 200 ¸3000C 333300oC C6H6 + HCl +1/2O2 C6H5Cl + H2O CuO,Al2O3 750OC C6H5Cl + H2O C6H5OH + HCl Phương pháp Cumen: Giai đoạn điều chế izopropylbenzen: bằng cách cho benzen và propyl được ngưng tụ bởi boflorua. Oxy hoá nó bằng O2 không khí trong môi trường nhũ tương nước ở 85oC biến thành hydroperoxit cumen. Phân huỷ hydroperoxit cumen bằng H2SO4 10% thành phenol và aceton. Sau đó đem chưng tách phenol trong chân không. Phương pháp này được xem là kinh tế nhất hiện nay, vì có dùng khí propylen (sản phẩm khí cracking dầu mỏ) và sản phẩm của phương pháp này là phenol và axeton đều có ý nghĩa lớn trong công nghiệp [3]. 1.2. Các dẫn xuất của phenol 1.2.1. Crezol a. Công thức Công thức phân tử: C6H4(CH3)OH Công thức cấu tạo: Có 3 công thức cấu tạo: b. Tính chất Crezol kỹ thuật (tricrezol) là hỗn hợp 3 đồng phân trong đó m-crezol (37÷ 49%), o-crezol (35%), p-crezol (25%). Tricrezol là chất lỏng nhớt có màu sẫm, được tách ra ở 185 210oC, từ các sản phẩm xử lý nhiệt của than đá, đá dầu, than nâu và gỗ. Tỉ trọng d=1,03÷ 1,05 Tan trong nước yếu hơn so với phenol, ngay cả nước nóng, nhưng tan tốt trong các dung dịch kiềm, rượu và ete. Tricrezol độc như phenol. Bảng 1: Tính chất của ba đồng phân cresol [3]: Đồng phân Tỉ trọng T0 nóng chảy (oC) T0 sôi (oC) Tham gia phản ứng o-crezol 1,0415 30,8 109,9 Tạo nhựa nhiệt dẻo m-crezol 1,0341 11,9 202,2 Tạo nhựa nhiệt rắn p-crezol 1,034 34,8 202,1 Tạo nhựa nhiệt dẻo Tricrezol nhận được từ dầu trung của nhựa than đá. Tách crezol ra các đồng phân rất khó do nhiệt độ sôi của chúng gần nhau. 1.2.2. Xilenol a. Công thức Công thức phân tử: (CH3)2C6H3OH Công thức cấu tạo: Có các đồng phân sau: b. Tính chất Xilenol là chất lỏng nhớt, màu sẫm, có mùi khó chịu, sôi trong giới hạn nhiệt độ từ 210225oC, tỉ trọng d =1,0351,04, hoà tan trong dung dịch kiềm 10%. Xilenol có 6 đồng phân trong đó 1,3,5- xilenol có khả năng tạo nhựa nhiệt rắn khi tác dụng với formaldehyde còn các đồng phân khác tạo nhựa nhiệt dẻo. Tính chất của các đồng phân xilenol cho ở bảng sau: c. Điều chế xilenol Xilenol TO nóng chảy ( 0C) TO sôi (oC) Xilenol TO nóng chảy (oC) TO sôi (oC) 1,2,3-Xilenol 75 218 1,2,6- xilenol 49 203 1,2,4-Xilenol 26 211,5 1,3,4-xilenol 62,5 225 1,2,5-Xilenol 74,5 231,5 1,3,5-Xilenol 68 219,5 Bảng 2: Tính chất của ba đồng phân xilenol [3]: Sau khi tách phenol và crezol thì xilenol là chất được tách ra ở nhiệt độ sôi cao của dầu trung. 1.2.3. Rezorsin (m-dihydroxylbenzen) a. Công thức Công thức phân tử: C6H4(OH)2 Công thức cấu tạo: b. Tính chất Rezorsin là chất kết tinh có mùi đặc trưng yếu, nóng chảy ở nhiệt độ 110oC và sôi ở 276,5oC, có tỷ trọng d = 1,285. Có thể tham gia phản ứng ở nhiệt độ thấp do H ở vị trí octo và para mạnh hơn phenol rất nhiều. Khi có tác dụng của ánh sáng và không khí ẩm thì rezorsin biến thành màu đỏ. Rezorsin tan tốt trong nước, metanol, etanol, ete, glyxerin, hầu như không tan trong benzen, cloroform và disunfua cacbon. Rezorsin là loại acid rất yếu (hằng số ion hoá ở 18 oC là 3,6.10-10). c. Điều chế Trong công nghiệp, người ta điều chế rezorsin bằng nhiều phương pháp sunfua hoá benzen đến m-disunfonicacid, trung hoà bằng cách cho nóng chảy với NaOH. Tách rezorsin từ dung dịch bằng cách oxy hoá rồi dùng chưng chân không hoặc kết tinh để làm sạch sản phẩm. 2. Các aldehyde 2.1. Formaldehyde Công thức phân tử: CH2O Công thức cấu tạo: 2.1.1. Tính chất a. Tính chất vật lý Formaldehyde là chất khí có mùi hắc. Nhiệt độ sôi ts= -210C. Nhiệt độ nóng chảy tnc = -920C. Có tỷ trọng d = 0,815, phân tử lượng M = 30 đvc. Formaldehyde ở dạng khí tự trùng hợp ở nhiệt độ 900C có một lượng nhỏ HCl, florua, và thiếc clorua thì trùng hợp rất nhanh tạo thành bột trắng nóng chảy cao (ở 1641720C) gọi là para formaldehyde, para formaldehyde hay parafooc là polime mạch thẳng (CH2O)n với mắc xích cơ bản là oxymetylen là polime vô định hình. Formaldehyt trong nước gọi là focmalin và tồn tại cả hai dạng: CH2O+H2O HOCH2OH(metylen gluco) Focmalin chứa 3340% thể tích formaldehyt, hay 3037 % tính theo trọng lượng. Focmalin có mùi đặc trưng, kích thích niêm mạc, tiếp xúc lâu gây chảy nước mắt. Nồng độ cho phép 0,001mg/l. b. Tính chất hoá học Phản ứng cộng hợp nucleofin của các hợp chất aldehyde. Giai đoạn 1: Cộng tác nhân mang điện tích âm vào nguyên tử cacbon, giai đoạn này xảy ra chậm. Giai đoạn 2: Bền hoá sản phẩm bằng cách cộng vào phần mang điện tích dương, giai đoạn này xảy ra nhanh chóng. Phản ứng oxy hoá: R CHO R COOH Phản ứng khử: H2,Ni -Khử thành alcol: H C= O CH3 OH -Khử thành hydrocacbon: HCHO CH4 Phản ứng Grinha: HCHO +RMgX RCH2OMg RCH2OH Phản ứng tạo hợp chất cyanhydrin: Phản ứng cộng disunfat natri: c. Điều chế Phương pháp1: Oxy hoá rượu metylic (CH3OH) CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O + 36,8 cal/mol Xúc tác : Cu, Ag, Oxit molipden. Ngoài phản ứng trên đồng thời còn xảy ra các phản ứng: CH3OH + O2 ® HCOOH + H2O ® ¬ CH3OH + 1/2O2 ® CO2 + 2H2O CH3OH CO + 2H2 ® ¬ H2 + CH3OH ® CH4 + H2O ® ¬ HCHO CO + H2 HCHO C + H2O Người ta thường tiến hành oxi hóa CH3OH trong môi trường chân không. Phương pháp 2: Oxi hóa metan (CH4) CH4 + O2 HCHO + H2O (phản ứng chính) Phản ứng phụ 2CH4 + O2 ® 2CH2OH HCHO + 1/2 O2 ® HCOOH Phương pháp 3: Oxy hoá etylen Hỗn hợp khí chứa 85% thể tích etylen và 30% thể tích oxy đi qua hỗn hợp xúc tác gồm đất sét nung tẩm H3PO4 , t0=3750C [3]. 2.2. Urotropin ( hexametylen tetramin ) 2.2.1. Công thức N N N N Công thức phân tử: (CH2) 6N4 Công thức cấu tạo: 2.2.2. Tính chất Ở dạng tinh khiết, urotropin là bột trắng không mùi có tính bazơ yếu. Hoà tan tốt trong nước, cloroform, sunfua cacbon và acid yếu nhưng trong rượu thì nó khó tan và không tan trong ete. 2.2.3. Điều chế Trong công nghiệp, ngưng tụ formaldehyde với NH3: 6CH2O + 4NH3 (CH2)6N4 + 6H2O Thường sử dụng làm chất đóng rắn cho nhựa novolac (nhiệt dẻo). 2.3. Furfurol 2.3.1.Công thức Công thức phân tử: C5H4O2 CH C- CHO O Công thức cấu tạo: 2.3.2. Tính chất Furfurol là chất lỏng không màu có mùi dễ chịu, bị biến màu trong không khí. Tỷ trọng ở 20 0C là d = 1,1598. Nhiệt độ đóng rắn tđr= -36,5 0C. Nhiệt độ sôi ts=161,7 0C. Furfurol tan tốt trong rượu, axeton, ete, và có thể chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, có độ hoà trong nước ở 130C là 9%. Furfurol thuộc loại nhóm aldehyde dị vòng và có khả năng tham gia phản ứng cao, tham gia phản ứng tự trùng ngưng (nhựa hoá) tạo sản phẩm có mật độ không gian lớn, sản phẩm bền nhiệt, tính chất cơ lý tốt. Để ổn định người ta thường cho hydroquinol vào. 2.3.3. Điều chế Điều chế furfurol bằng phương pháp thuỷ phân các phế phẩm từ nông nghiệp như rơm rạ, lõi ngô.... dưới áp suất và nhiệt độ lớn ở 1000C. Ngoài ra , còn nhận được khi thuỷ phân gỗ hay than nâu [3]. II. PHÂN LOẠI NHỰA PHENOL–FORMALDEHYDE (PF) Phenol - formaldehyde có 2 loại: a. Novolac: Là nhựa phenol - formaldehyde nhiệt dẻo, không có khả năng tự đóng rắn tạo thành polime mạng lưới không gian. b. Rezolic: Là nhựa phenol - formaldehyde nhiệt rắn có khả năng tự đóng rắn tạo mạng lưới không gian gồm 3 loại: - Nhựa rezol: Là nhựa chưa đóng rắn, nó là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thấp mạch thẳng và nhánh. - Nhựa rezitol: Là nhựa bắt đầu đóng rắn nhưng có mật độ mạng lưới không gian ít. Có thể tan hoàn toàn trong một số dung môi như: xiclohexanol, phenol, dioxan...với điều kiện nhiệt độ của các dung dịch đó >100oC, lúc đó nối ngang bị gãy. - Nhựa rezit: Nhựa đã đóng rắn hoàn toàn tạo thành polime có mạng lưới không gian dày đặc, ở trạng thái không nóng chảy không hòa tan trong bất kỳ dung môi nào. Mạng lưới không gian tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học (metylen) mà còn do liên kết lý học (liên kết H ) [4]. III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC TẠO NHỰA VÀ TÍNH CHẤT SẢN PHẨM Phản ứng phenol với aldehyde là phản ứng trùng ngưng. Đặc tính từng bậc của nó giúp ta tách ra và nghiên cứu các sản phẩm ban đầu tương đối ổn định. Nhựa PF có các tính chất nổi bật như: Tính ổn định nhiệt tốt: Chịu được nhiệt độ cao, khi đã đóng rắn thì sản phẩm cứng, ổn định kích thước ngay cả trong điều kiện khắt khe. Vì thế nhựa PF được sử dụng để sản xuất các sản phẩm chịu nhiệt, chịu mài mòn. Khả năng liên kết cao: Nhựa phenolic là chất kết dính liên kết chắc với nhiều hợp chất hữu cơ hay vô cơ và các chất gia cường tạo ra các loại vật liệu lý tưởng. Do đó, nhựa PF dễ dàng thấm sâu vào cấu trúc của các chất nền. Khi đóng rắn nó có các đặt tính bền cơ, nhiệt, hóa nên được sử dụng nhiều cho nhiều mục đích khác nhau. Mức độ sinh khí thải và chất độc hại thấp nên an toàn trong vận chuyển, sản phẩm có khả năng chống cháy cao đặc biệt là với các chất độn vô cơ, khi cháy không tạo khói. Hàm lượng cacbon cao: Trong điều kiện oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn điểm phân hủy, nhựa phenolic cho hàm lượng cacbon cao. Bên cạnh đó, nhựa phenolic tạo ra cacbon có cấu trúc như cacbon thủy tinh. Vật liệu này như ceramic và thực tế nó vẫn giữ nguyên cấu trúc khi trong tình trạng chảy. Vì thế nó được ứng dụng làm vật liệu composite cho thiết bị tấm lưới và ống dẫn dầu ngoài khơi. Người ta nhận định được rằng các yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo thành nhựa và các tính chất của nhựa là cấu tạo hoá học của nguyên liệu, tỷ lệ mol giữa phenol và aldehyde, độ pH của môi trường phản ứng... 1. Cấu tạo hoá học của nguyên liệu Phụ thuộc vào cấu tạo hoá học của nguyên liệu mà khả năng phản ứng khác nhau. Phenol có độ chức khác nhau được giải thích bởi cấu trúc vị trí hoạt động của các nhóm thế. Phenol đơn chức gồm: phenol, m-crezol và 1,3,5 m-xilenol, rezorsin và có 3 vị trí hoạt động là nguyên liệu để điều chế tạo nhựa nhiệt rắn. OH phenol CH3 OH m-Crezol OH 1,3,5-xilenol H3C OH rezorsin * * * * * * CH3 * * * * * * OH Còn phenol có 2 chức như o-crezol; p-crezol; 1,2,3; 1,2,5 và 1,3,4-xilenol dùng để điều chế tạo nhựa nhiệt dẻo. Các xilenol khác (1,2,6 và 1,2,4-xilenol) là loại đa chức. Các nhóm chức hydroxyl của phenol không tham gia phản ứng đa tụ. Chỉ có formaldehyde và furfurol mới có khả năng tạo nhựa không nóng chảy, không hoà tan với phenol có 3 vị trí hoạt động. Còn những aldehyde khác như: Acetal-dehyde, aldehyde butyric...do chiều đi phân tử lớn hơn, có hoạt tính kém hơn nên không có khả năng tạo nhựa có cấu trúc không gian. 2. Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyde Sản phẩm ngưng tụ ban đầu phụ thuộc vào tỷ lệ mol giữa phenol và formaldehyde. Ta cần khống chế tỷ lệ này sao cho các sản phẩm ban đầu của phản ứng tách ra được và có những nét đặc trưng. + Nếu tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyde là 1:1 Ở giai đoạn của phản ứng chủ yếu tạo thành nhựa o và p, m-oxybenzoic trong đó o-oxybenzoic chiếm đa số. Rượu monoxybenzilic có một nhóm metylol có khả năng tham gia phản ứng với phenol và giữa chúng với nhau. Khi phản ứng với phenol tạo thành các đồng phân dioxidiphenyl metan. Trong trường hợp tạo nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc thẳng gọi là nhựa xaliheninic. + Nếu tỷ lệ giữa phenol:formaldehyde là 1:2 hoặc cao hơn thì tạo thành các metylol phenol ở giai đoạn