Polystyren

Chuyên đề
POLYSTYrEN


I. Nguyên liệu :
Nguyên liệu để sản xuất PS là Styren có công thức phân tử C8H8
II. Cấu tạo:
Qua nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đặc biệt là phương pháp nhiệt phân PS thì thấy rằng PS có cấu tạo đầu nối đuôi.
PS ở nhiệt độ phản ứng không cao thì ít tạo nhánh và nhánh bé.
III. Ký hiệu quy ước của vật liệu:
IV. Tính chất :
* Vật Lý:
PS là loại nhựa cứng trong suốt, không có mùi vị, cháy cho ngọn lửa không ổn định. PS không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công bằng phương pháp ép và ép phun ( nhiệt độ gia công vào khoảng 180 - 200oC).
* Độ hòa tan:
PS hòa tan trong cacbua hydro thơm, cacbua hydro clo hóa, este, ceton. PS không hòa tan trong cacbua hydro mạch thẳng, rượu thấp (rượu có độ rượu thấp), ete, phenol, axit axetic và nước. PS bền vững trong các dung dịch kiềm, axit sunfuric, photphoric và boric với bất kỳ nồng độ nào. Bền với axit clohydric 10 - 36%, axit acetic 1- 29%, axit formic 1-90% và các axit hữu cơ khác. Ngoài ra PS còn bền với xăng, dầu thảo mộc và các dung dịch muối. Axit nitric đậm đặc và các chất oxi hóa khác sẽ phá hủy PS.
* Tính cơ học:
Tính chất cơ học của PS phụ thuộc vào mức độ trùng hợp. PS có trọng lượng phân tử thấp rất dòn và có độ bền kéo thấp. Trọng lượng phân tử tăng lên thì độ bền cơ và nhiệt tăng, độ dòn giảm đi. Nếu vượt quá mức độ trùng hợp nhất định thì tính chất cơ học lại giảm. Giới hạn bền kéo sẽ giảm nếu nhiệt độ tăng lên. Độ giãn dài tương đối sẽ bắt đầu tăng khi đạt tới nhiệt độ 80oC.Vượt quá nhiệt độ đó PS sẽ trở lên mềm và dính như cao su. Do đó PS chỉ được dùng ở nhiệt độ thấp hơn 800C.
Một số tính chất cơ học của PS
Trùng hợp khối:
* Phương pháp gián đoạn
* Phương pháp liên tục
2. Trùng hợp dung dịch:
* Phương pháp gián đoạn
* Phương pháp liên tục
3. Trùng hợp nhũ tương
4. Trùng hợp huyền phù
V. Phương pháp sản xuất :
1. Trùng hợp khối:
* Phương pháp gián đoạn:
Quá trình gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: trùng hợp sơ bộ Styren ở áp suất thường sau đó tạo chân không 200-270mmHg và đun nóng. Khi hiệu suất phản ứng đạt khoảng 30-40% tiến hành làm lạnh đến 70-80oC và rót vào khuôn có dung tích từ 5-10 lít.
- Giai đoạn 2: trùng hợp xirôp trong khuôn nhỏ nhờ đun nóng. Sau đó tháo sản phẩm ra rồi đem đi đập, nghiền, sàng và đóng bao.
* Phương pháp liên tục:
- Styren từ thùng lường (1) tự chảy liên tục vào nồi phản ứng (3). Trên đường chảy có bố trí thiết bị lọc (2) để tách bỏ các tạp chất cơ học. Nhiệt độ phản ứng duy trì ở nồi (3) từ 75-80oC, vận tốc cánh khuấy khoảng 50-60 vòng/phút. Khi hiệu suất phản ứng đạt từ 18-20% ta cho xirốp chảy vào tháp trùng hợp có chiều cao 7.000 mm, đường kính 650mm.
Thiết bị (4) chia làm 4 khu vực, khu vực I chỉ có vỏ bọc ngoài để đun nóng, các khu vực khác có thêm ống xoắn ruột gà bên trong để đun nóng. Hơi bay ra khỏi thiết bị phản ứng (4) được ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh (5). Sản phẩm PS nóng chảy từ khu vực VI đi vào phần hình nón của tháp có nhiệt độ 235oC sau đó nhờ trục vít đẩy liên tục ra thành băng hay thỏi, rồi đem đi làm nguội và thực hiện quá trình đập, nghiền, sàng, đóng bao.
2. Trùng hợp dung dịch:
- Phương pháp gián đoạn : có 3 giai đoạn, đó là trùng hợp trong nồi phản ứng, tách polymer khỏi dung dịch, đập nhỏ polymer.
- Phương pháp liên tục: cho Styren và dung môi từ thùng lường theo tỉ lệ nhất định vào tháp trùng hợp (gồm nhiều tháp nối tiếp nhau). Dung dịch PS nhớt từ cuối tháp trùng hợp chuyển vào thiết bị đun nóng nhiệt độ làm việc khoảng 225oC để tách dung môi và một phần monome không phản ứng. Sau đó PS ở dạng nóng chảy cho qua máy đùn trục vít tạo dáng cho sản phẩm và làm nguội bằng nước.
3. Trùng hợp nhũ tương:
Đầu tiên cho nước và xà phòng dầu ve vào thiết bị phản ứng tiến hành khuấy trộn. Sau đó cho styren và chất khởi đầu vào, duy trì vận tốc cánh khuấy khoảng 120-160 vòng/phút. Đun nóng hỗn hợp lên 65-70oC lúc này chất khởi đầu bắt đầu phân ly và tạo ra các gốc tự do, phản ứng xảy ra theo cơ chế trùng hợp gốc, phản ứng toả nhiệt nên nhiệt độ của hỗn hợp tự tăng lên 85-90oC. Giữ ở nhiệt độ này cho đến khi hàm lượng monome dư trong hỗn hợp phản ứng nhỏ hơn hoặc bằng 1%. Không nên tăng nhiệt lên nữa vì khi đó các hạt PS vừa tạo ra sẽ chảy mềm và dính lại với nhau. Sau đó tiến hành phá nhũ tương rồi đem đi lắng, lọc, ly tâm để tách polymer hạt bé và dung dịch chất nhũ hoá, chất khởi đầu còn dư...Monome tự do có thể được tách bằng cách sục hơi nước quá nhiệt vào hỗn hợp polystyren – nước thực hiện quá trình lôi cuốn hơi nước.
Việc phá nhũ tương có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau chẳng hạn như:
- Dùng nhiệt để phá hệ nhũ tương
- Dùng cơ học: khuấy mạnh với vận tốc khuấy 3.000-6.000 vòng/phút.
- Dùng điện trường
- Dùng chất điện ly: muối ăn, NH4Cl, ZnCl2, CH3COOH...
Sản phẩm tạo ra đem rửa nhiều lần bằng H2O để làm sạch hết các chất nhũ hoá còn lại trên bề mặt cho đến khi trung tính. Cuối cùng đem đi sấy khô đến độ ẩm nhỏ hơn 0,5% và sàng phân loại, đóng bao.
4. Trùng hợp huyền phù:
Cho nước, monome và chất khởi đầu từ từ vào thiết bị phản ứng đồng thời mở cánh khuấy chạy với vận tốc 80-120 vòng/phút. Cho tiếp dung dịch PVA vào. Ban đầu nâng nhiệt độ lên 75-80oC trong vòng 1,5h sau đó tăng nhiệt độ lên 88-90oC trong vòng 2h. Tổng thời gian phản ứng khoảng 4-5h, hiệu suất đạt 95-98%. Hỗn hợp huyền phù gồm: hạt PS, môi trường đem ly tâm và rửa bằng nước ấm ở 45-50oC sau đó đem đi sấy khô ở nhiệt độ 65-75oC trong chân không đến độ ẩm nhỏ hơn 0,2-0,5%.
VI. Ứng dụng :
-PS được làm vật liệu cách điện (điều kiện không tải hoặc tải trọng bé và tĩnh)
-Làm các sản phẩm khác dùng trong dân dụng và công nghiệp, phải biến tính bằng cách hoá dẻo hoặc đồng trùng hợp với các monome khác.
-PS xốp dùng làm vỏ đựng máy khi vận chuyển, cách âm và nhiệt thấp trong xây dựng.