Hạt nhựa PVC

Nguyên liệu thô nào được sử dụng để sản xuất nhựa PVC (polyvinyl clorua)?

Nhựa PVC (polyvinyl clorua) được sản xuất từ ​​​​các hydrocacbon ethylene và clo làm nguyên liệu thô thông qua các phản ứng hóa học, do đó, nguyên liệu thô của nhựa PVC (polyvinyl clorua) cũng là các hydrocacbon ethylene và clo. Nguyên liệu thô nào được sử dụng để sản xuất nhựa PVC (polyvinyl clorua)?

Đọc thêm: Hạt nhựa HDPE

1. Etylen

Ethylene (ethylene) là chất khí không màu, đồng nhất, có mùi thơm ngọt, công thức phân tử của C2H4 là 28,056 g/kg, bao gồm các nguyên tử hydro và nguyên tử cacbon, nhiệt độ sôi là -103,7°C và nhiệt độ nóng chảy là -103,7°C. 169,2°C. Ethylene dễ nổ trong không khí nên trong sản xuất công nghiệp phải thực hiện các biện pháp chống cháy nổ nghiêm ngặt, việc sử dụng ethylene đòi hỏi phải sử dụng nhựa, cao su chất lượng cao làm vật liệu và yêu cầu yêu cầu kỹ thuật đặc biệt nghiêm ngặt.

Có nhiều quy trình sản xuất ethylene, chủ yếu là Cracking dầu mỏ và Cracking xúc tác metan. Phương pháp Cracking dầu mỏ là bẻ gãy các olefin trong dầu thô thông qua nhiệt độ cao và áp suất cao, rửa và tách chúng bằng nước amoniac, sau đó sử dụng chất xúc tác ethylene để xúc tác cho quá trình sắp xếp lại phân tử để tạo thành khí ethylene; phương pháp Cracking xúc tác metan là sản xuất khí ethylene thông qua một loạt các phản ứng xúc tác từ metan nguyên liệu ethylene. Do quá trình phản ứng rườm rà và phức tạp nên giá thành sản xuất ethylene cũng tương đối cao. Các liên kết đôi trên phân tử ethylene có độ ổn định yếu và rất dễ bị trùng hợp ethylene để tạo thành nhựa PVC (polyvinyl clorua).

2. Clorocacbon

Clorohydrocarbon chủ yếu là CCl4 (carbon tetrachloride), CH2Cl2 (dichloroethane) và CH2ClCH2Cl (dichloroethylene), công thức phân tử và trọng lượng phân tử lần lượt là CCl4, C2H4Cl2 và C2H2Cl2, nhiệt độ sôi của chúng lần lượt là 76,37°C, 40,1°C và 24,8°C. 

Clorocarbon chủ yếu được đồng trùng hợp với ethylene, nhiệt độ phản ứng thấp và chúng cũng có thể tạo thành các polyme có cấu trúc phức tạp, giúp sản phẩm có độ ổn định nhiệt và khả năng chịu nhiệt cao. Do hoạt động mạnh mẽ của các phân tử hydrocacbon clo, chỉ cần áp dụng các điều kiện phản ứng lý tưởng, quá trình đồng trùng hợp ở nhiệt độ phòng gần như có thể đạt được, vì vậy quá trình này có ý nghĩa thực tiễn cực kỳ cao.

Vì bản thân hydrocacbon clo là độc hại nên điều quan trọng là tránh sử dụng một lượng lớn hydrocacbon clo trong sản xuất sản phẩm và điều này cũng rất quan trọng về mặt phát thải ô nhiễm, do đó cần sử dụng thiết bị và quy trình hợp lý để đảm bảo an toàn và tính bền vững của môi trường.

Tóm lại nguyên liệu của nhựa PVC (polyvinyl clorua) là ethylene và clo hydrocarbon.Ethylene là một loại khí đồng nhất không màu, có mùi ngọt, có công thức phân tử C2H4. Hydrocarbon clo chủ yếu là CCl4 (carbon tetrachloride), CH2Cl2 ( dichloroethane) và CH2ClCH2Cl (dichloroethylene), v.v., công thức phân tử và trọng lượng phân tử của chúng lần lượt là CCl4, C2H4Cl2, C2H2Cl2 và nhiệt độ sôi của chúng lần lượt là 76,37oC, 40,1oC và 24,8oC.

Độ ổn định của liên kết đôi trên phân tử ethylene rất yếu và rất dễ trùng hợp ethylene để tạo thành nhựa PVC (polyvinyl clorua).Hydrocacbon clo hóa chủ yếu được đồng trùng hợp với ethylene, nhiệt độ phản ứng thấp và chúng cũng có thể hình thành polyme có cấu trúc phức tạp, sản phẩm có tính ổn định nhiệt và chịu nhiệt cao.

Kiến thức tổng quát về hạt nhựa PVC

• Nhựa PVC – Tính Chất: Bề ngoài là các hạt hình cầu màu trắng, bề mặt nhẵn, độ xốp bên trong cao và đồng đều, mật độ biểu kiến ​​cao và dòng chảy khô tốt. Dễ dàng hóa dẻo.
• Nhựa PVC – phương pháp sản xuất: Quy trình của Viện nghiên cứu hóa học Jinxi. Đầu tiên, thêm nước cất (180 phần), chất phân tán (0,1 đến 0,06 phần) và các chất phụ gia khác (lượng thích hợp) vào ấm trùng hợp, sau khi tinh chế bằng nitơ, thêm monome vinyl clorua (100 phần). Khuấy trong 15 phút, tăng nhiệt độ lên 55°C, khuấy liên tục cho đến khi phản ứng dừng lại khi áp suất trùng hợp giảm 0,15MPa và thu được sản phẩm hoàn chỉnh sau quá trình xử lý sau.
• Nhựa PVC – công dụng: Nhựa PVC hình cầu là một loại nhựa đặc biệt PVC mới được nâng cấp, thích hợp để chế tạo các ống cứng, đặc biệt là các ống có đường kính lớn.
• Nhựa PVC – an toàn: Nguyên liệu thô để sản xuất nhựa có thể gây kích ứng da và màng nhầy của cơ thể con người ở các mức độ khác nhau, có thể gây ra phản ứng dị ứng và viêm da, đồng thời cần chú ý đến tác hại của bụi nhựa đối với con người cơ thể. Hít phải bụi nhựa nồng độ cao trong thời gian dài có thể gây tổn thương phổi. Hầu hết các loại nhựa đều có đặc điểm nguy hiểm chung: dễ cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa và nhiệt độ cao, có thể gây nguy cơ cháy khi tiếp xúc với chất oxy hóa được tự động hóa và hiệu quả nhất có thể. Niêm phong, lắp đặt các thiết bị thông gió, v.v. Đóng gói trong túi vải hoặc túi dệt bằng polypropylen có lót túi màng nhựa, 25kg mỗi túi. Bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, không xếp chồng ngoài trời hoặc phơi dưới ánh nắng mặt trời. Vào mùa nóng ẩm nên xếp chồng lên nhau mỗi tháng một lần để tạo điều kiện tản ẩm và thông gió. Trong quá trình vận chuyển phải sử dụng phương tiện vận chuyển sạch sẽ có phủ bạt để tránh ẩm ướt. Thời gian lưu trữ và vận chuyển tốt nhất là 1 năm. Việc chữa cháy có thể sử dụng nước, cát và các chất chữa cháy.
• Nhựa PVC – gia công khuôn: Tương tự như nhựa PVC thông dụng, nhưng hiệu suất xử lý tốt hơn và tốc độ ép đùn của nó có thể tăng từ 15% đến 25%.

Kỹ thuật PVC (1-2) phương pháp sản xuất nhựa PVC

1. Tổng quan về nhựa PVC

Polyvinyl clorua (PVC) là một trong những loại nhựa công nghiệp hóa sớm nhất trên thế giới và nhựa PVC là một trong năm loại nhựa tổng hợp đa năng. Nó hiện là loại nhựa lớn thứ hai trên thế giới sau polyetylen, chiếm 29% tổng lượng tiêu thụ nhựa tổng hợp của thế giới. Tại Việt Nam, kể từ năm 2015, sản lượng của nó đã vượt qua polyetylen và polypropylen, nhảy vọt lên vị trí đầu tiên và phát triển nhanh chóng.

Nhựa PVC là dạng bột hoặc hạt màu trắng có kích thước hạt từ 60 đến 250 μm, mật độ biểu kiến ​​từ 0,40 đến 0,60 g/cm3, mật độ 1,35 đến 1,45 g/cm3, chiết suất 1,544 (20°C), và độ hấp thụ nước 0,5%. Nó không hòa tan trong nước, rượu và xăng và có thể trương nở hoặc hòa tan trong ete, xeton, hydrocacbon béo clo hóa và hydrocacbon thơm. Nó có khả năng kháng axit mạnh ở nhiệt độ phòng và có thể chịu được mọi nồng độ axit clohydric, axit sulfuric dưới 90%, axit nitric từ 50% đến 60% và dung dịch xút dưới 20%, và ổn định với muối. Nó có thể cháy trên ngọn lửa và tắt khi lấy ra khỏi ngọn lửa. Đặc tính cách điện tốt.

Nhựa PVC bao gồm các hạt sơ cấp 200 ~ 500nm (còn gọi là cấu trúc khu vực) được tổng hợp thành các hạt sơ cấp 1 ~ 2µm (còn gọi là hạt thứ cấp), sau đó các hạt sơ cấp được tổng hợp thành các hạt nhựa 50 ~ 250µm. Độ kết tinh của PVC là khoảng 5 ~ 10% và cấu trúc có trật tự thường tồn tại ở trung tâm của cấu trúc khu vực.

Nhựa PVC là một loại polymer vô định hình, có cực, dẻo nhiệt. Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh của nó dao động từ 75 đến 105°C tùy thuộc vào trọng lượng phân tử của nó. Nhiệt độ làm mềm và nhiệt độ nóng chảy của nó tương đối cao và nhựa PVC nguyên chất thường có thể được làm dẻo ở nhiệt độ 160 đến 210 ° C. Do liên kết cực giữa các đại phân tử, PVC có đặc tính cứng và giòn. Hơn nữa, phân tử PVC còn chứa các nhóm clo, khi nhiệt độ đạt tới 120°C, PVC nguyên chất sẽ bắt đầu trải qua phản ứng khử clo, dẫn đến sự phân hủy nhiệt của PVC. Do đó, các chất phụ gia khác nhau như chất ổn định và chất làm dẻo phải được thêm vào trong quá trình xử lý và các sản phẩm PVC khác nhau có thể được sản xuất sau khi biến tính.

Sản phẩm PVC có thể được chia thành các sản phẩm mềm và cứng tùy theo hàm lượng chất dẻo, thông thường hàm lượng chất dẻo là từ 0 đến 5 phần đối với sản phẩm cứng, 5 đến 25 phần đối với sản phẩm bán cứng và hơn 25 phần đối với sản phẩm mềm.

Nhựa PVC có thể được xử lý bằng cách ép đùn, ép phun, cán, ép nén và đúc thổi. Tuy nhiên, trong quá trình chế biến, việc nhào trộn trước tiên phải được thực hiện để đảm bảo các chất phụ gia và nhựa PVC được trộn đều ở nhiệt độ 90 đến 110°C. So với các loại nhựa thông dụng khác, công thức xử lý và công nghệ xử lý tương đối phức tạp.

Nhựa PVC có tính chất cơ lý tốt, có thể dùng để sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu đóng gói, vật liệu điện tử, hàng tiêu dùng hàng ngày… Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, điện lực viễn thông, và đóng gói. Tiêu thụ PVC của nước tôi chủ yếu được chia thành hai phần, một là các sản phẩm mềm, chủ yếu bao gồm dây và cáp, màng cho các mục đích khác nhau, trải sàn, phủ vải, da nhân tạo, các loại ống, găng tay, đồ chơi, giày nhựa và một số Lớp phủ và chất bịt kín đặc biệt, v.v. Thứ hai là các sản phẩm cứng, chủ yếu bao gồm các loại hồ sơ, ống, tấm, tấm cứng, hộp rỗng dạng chai, v.v.

2. Phương pháp sản xuất nhựa PVC

Nhựa PVC là một loại polyme nhiệt dẻo thu được bằng cách trùng hợp monome vinyl clorua, công thức phân tử là: [CH2-CHCl]n, trong đó n đại diện cho mức độ trùng hợp, thường là n=590 ~ 1500.

2.1 Điều chế monome vinyl clorua

Các phương pháp chính để điều chế vinyl clorua trong công nghiệp bao gồm: phương pháp axetylen, phương pháp kết hợp, phương pháp oxy hóa ethylene, phương pháp oxychlor hóa cân bằng ethylene, v.v.

• 1. Phương pháp axetylen: Phản ứng giữa axetylen và hydro clorua để tạo ra vinyl clorua là phương pháp công nghiệp hóa sớm nhất, axetylen có thể được sản xuất bằng phản ứng của cacbua canxi (canxi cacbua) và nước. Phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng, hiện nay sản xuất nhựa vinyl clorua và nhựa PVC theo phương pháp này chủ yếu tập trung ở nước tôi, chiếm hơn một nửa tổng sản lượng nhựa PVC ở nước tôi.
• 2. Phương pháp kết hợp: Ethylene sinh ra từ quá trình Cracking dầu mỏ được clo hóa tạo thành dichloroethane, sau đó được nung nóng và crackinh dưới áp suất để loại bỏ hydro clorua thu được vinyl clorua, sản phẩm phụ là hydro clorua phản ứng với axetylen tạo thành dichloroethane, vinyl clorua.
• 3. Phương pháp oxy hóa etylen: Dùng ethylene, hydro clorua và oxy phản ứng thu được dichloroethane và nước, sau đó dichloroethane bị nứt để tạo ra vinyl clorua. Hydro clorua sinh ra được tái chế đến phần oxy hóa và tiếp tục phản ứng.
• 4. Phương pháp oxyclo hóa cân bằng ethylene: Kết hợp quá trình clo hóa trực tiếp và oxychlor hóa. Ethylene phản ứng với clo để tạo ra dichloroethane, và dichloroethane phản ứng với vết nứt để tạo ra vinyl clorua và hydro clorua. Hydro clorua phản ứng với ethylene và oxy để tạo thành dichloroethane, sau đó nứt ra để tạo ra vinyl clorua và hydro clorua. Sau khi hydro clorua được thu hồi, nó tiếp tục tham gia phản ứng oxychlor hóa.

Sau khi bước vào những năm 1990, nước ngoài đã phát triển một số quy trình mới để sản xuất monome vinyl clorua. Ví dụ, quy trình oxy hóa clo/hydro clorua trực tiếp không tạo ra nước đã được phát triển. Công nghệ sử dụng etan rẻ nhất làm nguyên liệu thô và oxy hóa trực tiếp để sản xuất monome vinyl clorua; một công nghệ mới sử dụng quy trình tro dichloroethane/soda để sản xuất monome vinyl clorua.

2.2 Phản ứng trùng hợp vinyl clorua

Trong sản xuất công nghiệp chất đồng nhất vinyl clorua, năm phương pháp thường được sử dụng tùy theo lĩnh vực ứng dụng nhựa, đó là trùng hợp số lượng lớn, trùng hợp huyền phù, trùng hợp nhũ tương, trùng hợp huyền phù vi mô và trùng hợp dung dịch.

• 1. Trùng hợp số lượng lớn: Thông thường, “phương pháp trùng hợp số lượng lớn hai giai đoạn” được sử dụng. Giai đoạn đầu tiên được gọi là tiền trùng hợp. Nó sử dụng chất khởi đầu hiệu suất cao và khuấy mạnh ở nhiệt độ 62 đến 75 ° C để đạt được vinyl clorua tỷ lệ chuyển đổi trùng hợp là 8%, vận chuyển nó sang một ấm trùng hợp khác, sau đó thêm một lượng monome mới tương đương chứa chất khởi đầu kém hiệu quả, khuấy chậm ở nhiệt độ khoảng 60 ° C và tiếp tục trùng hợp cho đến khi tỷ lệ chuyển đổi đạt 80%, thì dừng phản ứng. Không có môi trường nào được thêm vào quá trình trùng hợp số lượng lớn monome vinyl clorua, chỉ có chất khơi mào. Vì vậy, nhựa PVC sản xuất theo phương pháp này có độ tinh khiết cao hơn, chất lượng tốt hơn, cấu hình đều, độ xốp cao và đồng đều, kích thước hạt đồng đều. Tuy nhiên, rất khó để kiểm soát hoạt động trong quá trình trùng hợp và sự phân bổ trọng lượng phân tử của nhựa PVC nhìn chung rộng hơn.
• 2. Phương pháp trùng hợp huyền phù: Monome vinyl clorua lỏng sử dụng nước làm môi trường phân tán, đồng thời thêm các chất phân tán và chất khởi đầu thích hợp không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong monome. Ở nhiệt độ nhất định, với sự trợ giúp của khuấy, nó sẽ trở thành dạng hạt- như đình chỉ trong pha nước để trùng hợp. Sau khi quá trình trùng hợp hoàn tất, nhựa PVC dạng bột màu trắng thu được thông qua rửa kiềm, tước, ly tâm và sấy khô. Bằng cách chọn các chất phân tán huyền phù khác nhau, có thể thu được hai loại nhựa có cấu trúc và hình dạng hạt khác nhau. Các thương hiệu trong nước được chia thành nhựa loại SG-loose (loại “bóng bông”); loại nhựa XJ-chặt chẽ (loại “bóng bàn”). Nhựa rời có khả năng hút dầu tốt, tính lưu động khô tốt, dễ dẻo, thời gian đúc ngắn, thao tác xử lý thuận tiện, thích hợp để đúc trực tiếp các vật liệu dạng bột.Do đó, nhựa lỏng polyme hóa bằng phương pháp huyền phù thường được sử dụng làm nguyên liệu thô cơ bản cho đúc các sản phẩm PVC. Hiện nay, nhựa PVC huyền phù do các nhà máy sản xuất nhựa khác nhau sản xuất về cơ bản là loại rời.
• 3. Phương pháp trùng hợp nhũ tương: Monome vinyl clorua được phân tán trong nước dưới tác dụng của chất nhũ hóa, sau đó sử dụng chất khởi đầu hòa tan trong nước để bắt đầu quá trình trùng hợp. Nhũ tương có thể sử dụng muối để kết tủa polyme, sau đó được rửa sạch và sấy khô để thu được PVC.Bột nhựa cũng có thể được sấy khô để thu được nhựa dán. Phương pháp nhũ tương Nhựa PVC có kích thước hạt cực mịn, hàm lượng chất nhũ hóa trong nhựa cao, tính chất cách điện kém và giá thành sản xuất cao. Loại nhựa này thường được sử dụng trong việc chuẩn bị dán PVC. Vì vậy, nhựa được sản xuất bằng phương pháp này thường được gọi là nhựa dán.
• 4. Phương pháp trùng hợp huyền phù vi mô: Sử dụng chất khơi mào hòa tan trong dầu như phương pháp huyền phù để bắt đầu phản ứng trùng hợp trong các giọt monome vinyl clorua mịn được phân tán và ổn định bằng chất nhũ hóa để tạo ra nhũ tương PVC có kích thước hạt thích hợp, được khử nhũ tương, rửa sạch, và sấy khô, cuối cùng thu được bột nhựa PVC. Chuẩn bị nhũ tương monome vinyl clorua với phạm vi kích thước hạt từ 0,1 đến 2 μm là chìa khóa của phương pháp trùng hợp vi huyền phù. Quá trình này thường được gọi là quá trình đồng nhất hóa. Đây là một phương pháp sản xuất nhựa dán PVC khác, nhựa được tạo ra bằng phương pháp này có đặc tính xử lý tốt, có thể đáp ứng hầu hết nhu cầu xử lý, có một số đặc tính ưu việt mà nhựa nhũ tương khó đạt được.
• 5. Phương pháp trùng hợp dung dịch: Sử dụng metanol, toluene, benzen và axeton làm dung môi để trùng hợp monome vinyl clorua trong dung môi, do dung môi đóng vai trò là chất chuyển chuỗi nên trọng lượng phân tử và tốc độ trùng hợp của polyme dung dịch không cao. Nhựa PVC thu được bằng phản ứng trùng hợp tiếp tục kết tủa vì không tan trong dung môi. Loại nhựa PVC này không thích hợp cho việc đúc thông thường và chỉ được sử dụng làm chất phủ, chất kết dính và chất đồng trùng hợp với vinyl axetat, v.v. Đây là phương pháp có hiệu suất thấp nhất trong số các phương pháp trùng hợp khác nhau hiện nay. Mặc dù một số phương pháp có các quá trình trùng hợp khác nhau nhưng cơ chế phản ứng trùng hợp là như nhau, tức là chúng đều là phản ứng trùng hợp gốc tự do. Trong số các loại nhựa được sản xuất bằng các phương pháp này, phương pháp huyền phù có sản lượng lớn nhất và do chi phí sản xuất và đầu tư thiết bị của phương pháp trùng hợp huyền phù thấp và các lĩnh vực ứng dụng rộng rãi của nó, hướng phát triển của các phương pháp trùng hợp khác nhau đang dần nghiêng về huyền phù con đường sản xuất polyme hóa. Một số loại nhựa trước đây được sản xuất bằng các phương pháp khác đã bắt đầu được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp huyền phù.