Tiểu luận Tìm hiểu về công nghệ sản xuất nhựa Polypropylen

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 11/18/2013 ‹#› TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU POLYME-COMPOZIT NHÓM 1 Họ và tên MSSV Lớp 1. Nguyễn Thị Thơm 20103357 KTHH4 2. Nguyễn Thị Minh Trang 20106229 KTHH3 3. Nguyễn Thị Yến 20103438 KTHH5 Đề tài:TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA POLYPROPYLEN Giảng viên hướng dẫn: TẠ THỊ PHƯƠNG HÒA TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ CHẤT DẺO NỘI DUNG CHÍNH III.MỘT SỐ DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HIỆN NAY I.TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHỰA POLYPROPYLEN II. LÍ THUYẾT TRÙNG HỢP IV. GIA CÔNG V. ỨNG DỤNG POLYPROPYLEN I.TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHỰA POLYPROPYLEN  1.Lịch sử ra đời và phát triển của nhựa polypropylene Polypropylen được phát hiện đầu tiên vào năm 1954 bởi một nhà hóa học người Đức tên là Karl Rehn và nhà hóa học người Ý tên là Giulio Natta Polypropylen được đưa ra thị trưường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi công ty Montecatini, Italia . Công nghệ sản xuất dựa trên quá trình polymer hóa dung dịch ( xăng được sử dụng làm môi trường loãng) xảy ra ở nhiệt độ 55- 60°C, áp suất 1MPa với sự có mặt của xúc tác Ziegler – Natta thế hệ một ( gồm các hợp chất cơ kim) sử dung 1g xúc tác để sản xuất gần 1kg PP. Ngay sau đó, nó được sản xuất hàng loạt tại châu Âu, Mỹ, Nhật. Theo dòng thời gian phát triển công suất và chất lượng Polypropylen thương mại ngày càng được cải thiện. 2. Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất PP là propylenCông thức cấu tạo: Được tách từ khí cracking dầu mỏ hoặc từ sản phẩm dầu mỏ. Khống chế điều kiện cracking ( p, t, chất xúc tác,…) thu được propylen và etylen,dùng phương pháp làm lạnh để tách và làm sạch propylen Do ảnh hưởng của nhóm –CH3 nên phân tử Propylen có sự phân cực, momen lưỡng cực 0,35 debai Có đầy đủ tính chất hóa học của một anken điển hình Bảng số liệu một số tính chất vật lí của propylen 3. Cấu trúc, cấu tạo, tính chất của polypropylene 3.1. Cấu trúc Polypropylen: Danh pháp IUPAC:      poly(1-methylethylene) CTPT: Có 3 loại cấu trúc lập thể của polypropylen là :  Isotactic polypropylene: - Có các nhóm ─CH₃ cùng nằm về 1 phía mặt phẳng trong cấu trúc hình đồng phân quang học, dạng tinh thể. Có tính chất là không tan được trong heptan sôi và có nhiệt độ điểm chảy khoảng 165°C • Syndiotactic Polypropylene - Có các nhóm ─CH₃ sắp xếp luân phiên trật tự cả 2 nửa mặt phẳng. Atactic polypropylene ­Có các nhóm ─CH₃ sắp xếp ngẫu nhiên không theo một quy luật nào, vô định hình và kết dính tốt. •Phần lớn là isotactic,một phần nhỏ là syndiotactic và atactic.Khi nhiệt độ phản ứng t = 50°C và dùng xúc tác TiCl₃ ─Al(C₂H₅)₃ thì hàm lượng isotactic 85÷95%,hàm lượng kết tinh lớn. •Vì mỗi mắt xích có 1 nhóm ─CH₃ nên mạch cứng hơn PE vì thế độ bền cơ,bền nhiệt độ lớn hơn PE •Ta thấy công thức Polypropylen có nguyên tử H ở C bậc 3 rất linh động do đó polypropylen dễ bị oxy hoá,lão hoá. 3.2.Đặc tính chung: Tính bền cơ học cao ( bền xé và bền kéo đứt),khá cứng, vững, không mềm dẻo như PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có 1 vết cắt hoặc 1 vết thủng nhỏ. Polypropylen không màu,không mùi, không vị,không độc,Polypropylen cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt,có dòng chảy dẻo,có mùi cháy gần giống mùi cao su. Chịu được nhiệt độ cao hơn 100°C. Nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì Polypropylen (140°C) cao so với PE nên có thể gây chảy, hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, thường ít dùng PP làm lớp trong cùng. Có tính chất chống thấm O₂,hơi nước,dầu mỡ và các khí khác. 3.3.Các tính chất: Nhiệt độ nóng chảy cao tnc= 160÷170°C Ổn định ở150°C khi không có ngoại lực Chịu được nước sôi lâu, không bị biến dạng. Ở 155°C, PP vẫn còn ở thể rắn, nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy PP chuyển sang trạng thái mềm cao (như cao su). Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến 120°C, PP bắt đầu kết tinh : nhiệt độ kết tinh cao Tính chất lí nhiệt 1. PE tỉ trọng thấp 4.PVC 2. Polymetylmetaacrylat 5.PP 3.PE tỉ trọng cao Tính chất cơ học PP cứng hơn rất nhiều so với PE. Độ bền cơ học của PP phụ thuộc rất mạnh vào tốc độ chất tải. PP chịu lạnh kém hơn PE, dễ bị oxi hóa, tính bám dính kém Trọng lượng phân tử trong khoảng 80.000 -200.000 Độ bền cơ học của nhựa polypropylen Tỉ trọng d (g/cm3 ) Độ bền kéo đứt (KG/cm2 ) Độ giãn dài ε% Độ bền nhiệt o C Tg δ 106 hex t0 = 25o C Độ cứng Brinel (N/mm ) Chỉ số chảy từ (gr/10phút) σk σn σu 0,9 -0,92 300- 350 600-700 900-1200 250-700 105-110 0,0002-0,0003 63 2-60 t0 = 200C  k = 5660N/mm2 t0 = 1200C  k = 89N/mm2 E = 670 - 1190N/mm2 Ởnhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, ngay cả khi tiếp xúc lâu, mà chỉ trương trong các cacbuahydro thơm và clo hoá. Ở nhiệt độ trên 80C PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên. Polymer có độ kết tinh lớn bền hoá chất hơn polymer có độ kết tinh bé. PP thực tế xem nhưkhông hút nước, mức hút ẩm <0,01% Độ bền hóa học Do có nguyên tử H ở C bậc 3 linh động nên dễ bị oxi hoá, lão hoá. PP không có chất ổn định -Dưới ánh sáng khuyết tán vẫn ổn định tính chất trong 2 năm. -Có ánh sáng trực tiếp thì chỉ sau vài tháng sẽ bị giòn và phá huỷ ngay. PP có chất ổn định (hoặc dùng muội than 2%) dưới ánh sáng trực tiếp (tia cực tím) - sau 2 năm tính chất không thay đổi, bền trong 20 năm. Khả năng chịu ánh sáng mặt trời II. Lí thuyết trùng hợp: Xúc tác là hỗn hợp chất rắn được cấu thành từ một muối clorua kim loại nhóm IV –VII có hóa trị chuyển tiếp và các hợp chất cơ kim của nhóm I-III Trong công nghiệp , xúc tác Ziegler –Natta thường được sử dụng dưới dạng các hạt nhỏ hình cầu. 1.Xúc tác phản ứng 2.Phương trình phản ứng Điều chế PP trọng lượng phân tử tiến hành trong điều kiện có xúc tác dị thể dựa trên cơ sở TiCl3 không hòa tan vào môi trường. Các phân tử monomer bị hấp thụ lên bề mặt chất xúc tác và định hướng, sau đó dính với mạch của polymer nhờ mở nối đôi. Xúc tác ở dạng huyền phù cho polymer có cấu trúc không đều đặn. 3.Cơ chế trùng hợp III. Một số dây chuyền công nghệ sản xuất pp hiện nay Công nghệ pha khí a. Công nghệ Spheripol  Propylen lỏng được polyme hóa trong thiết bị phản ứng dạng ống vòng. Trong quá trình vận hành không cần loại bã  xúc tác và polyme vô định hình. Monome chưa phản ứng được nén và tuần hoàn trở lại thiết bị phản ứng, nhờ đó làm tăng hiệu suất và giảm tiêu hao năng lượng. Hiệu suất thu polyme đạt 40.000 - 60.000 kg/kg xúc tác Định mức tiêu hao nguyên vật liệu và năng lượng cho một tấn PP : - Propylen và comonome, tấn    1,002 - 1,005 - Xúc tác, kg                            0,016 - 0,025 - Điện, kWh                                     80 - Hơi nước, kg                                 280 - Nước, nước làm mát, tấn                90 Công nghệ này hiện chiếm khoảng 50% tổng công suất PP toàn cầu b.Công nghệ Hypol II của Nhật Bản  Sử dụng lò phản ứng homopolymer dạng vòng (loop reactor)  tạo ra các mạch Polypropylene có tính đẳng hướng, tỷ lệ kết tinh cao (Hypol II cho ra polypropylene có II = 98%) Chỉ số Isostaticity cao này làm cho hạt nhựa PP có độ cứng, độ bền, độ chịu va đập và độ trong suốt cao. Sử dụng chất xúc tác có hiệu suất phản ứng rất cao làm giảm tối đa hàm lượng tro, tạp chất sinh ra trong quá trình phản ứng, làm cho hạt nhựa có độ trong suốt, độ nguyên chất rất cao. Chỉ tiêu tiêu hao nguyên liệu và năng lượng cho 1 tấn polyme đồng nhất của PP: Propylen  (và etylen cho đồng trùng hợp), tấn              1,005 Điện năng, kWh                                                  320 Hơi nước, kg                                                       310 Nước làm lạnh, tấn                                             100 Trên thế giới, hiện có 25 dây chuyền phản ứng theo công nghệ này với tổng công suất trên 2,5 triệu tấn/năm. 2.Công nghệ pha khíCôngnghệ Unipol  là một quá trình đơn giản Các sản phẩm có thể gia công bằng phun màng mỏng, đúc khuôn, thổi khuôn, đùn ép và dệt. Trên thế giới, hiện có 30 dây chuyền sản xuất theo công nghệ này với công suất từ 80.000 tấn/năm đến 260.000 tấn/năm. Tổng sản lượng các sản phẩm polyprolylen được sản xuất theo công nghệ này trên toàn thế giới lên đến trên 5 triệu tấn. 1. Phương pháp ép phun Ép phun là một quy trình kỹ thuật quan trọng từ chất dẻo, sử dụng những nguyên liệu chịu nhiệt để tạo thành sản phẩm. IV.Gia công Nguyên lý- Nhựa nóng chảy được xác định lượng chính xác đưa vào lòng khuôn đóng kín, dưới áp lực cao và tốc độ nhanh sau 1 thời gian ngắn sản phẩm được định hình, sau đó lấy ra và tiếp tục 1 chu kỳ mới. Cấu tạo của máy ép phun CỤM 1: Nhựa hóa và đúc Gồm bộ phận : Phiễu nạp liệu Xylanh nguên liệu Trục vít vừa làm nhiệm vụ nhựa hóa vừa giữ nhiệm vụ tạo áp suất đẩy nguyên liệu vào vùng tọa hình của khuôn. Đầu trục vít Đầu phun Bộ phận truyền động Nguyên liệu : Polypropylene(PP) PP dùng cho ép phun thông thường ở dạng hạt, có một số loại dạng bột. Máy ép phun làm việc 2. Phương pháp đùn Cấu tạo và nguyên lí làm việc Cấu trúc máy đùn A. trục vít E. họng cấp liệu B. Thân máy đùn F. phễu cấp liệu C. Thiết bị gia nhiệt G. giảm áp lực đẩy D. Đầu đo nhiệt I. motor H. giảm tốc bằng bánh răng K. vùng nén J. vùng cấp liệu L. vùng đẩy Nguyên lí hoạt động của máy đùn V. Ứng dụng Loại thông thường để sản xuất các loại vật dụng thông thường như bao đóng gói, túi nilon,….. Loại trùng hợp khối: sản xuất các vật dụng chất lượng cao, chi tiết công nghiệp, các loại van, vỏ hộp acqui,… Loại đặc biệt: chuyên dùngcho chi tiết sản phẩm công nghiệp, chi tiết nhựa trong xe máy, ô tô, điện tử, hộp thực phẩm, máy giặt,… Loại trong: nhiều pha vô định hình dùng cho bao bì y tế, bao bì thực phẩm, xylanh tiêm, CD, VCD, sản phẩm loại đặc biệt trong cho thực phẩm , không mùi, có độ bóng bề mặt cao. ỨNG DỤNG Gắn bó thân thiết với đời sống hàng ngày Sử dụng cho nhiều ngành nghề khác nhau. Một số hình ảnh các nhà máy sản xuất nhựa pp ở Việt Nam Nhà máy sản xuất nhựa pp tại dung quất công suất chế biến 150.000 tấn/năm sử dụng công nghệ hypol II của Nhật Bản Sự phát triển -Chiếm tỉ trọng lớn và có xu hướng ngày càng tăng trong tương lai. -Hiện đại hóa nghành, không ngừng nâng cao sản xuất.Hợp tác và phát triển với các công ty trong và ngoài nước. Hướng tới xuất khẩu và giảm nhập khẩu nguyên liệu đầu vào Xin chân thành cảm ơn!