Tài liệu Nghiên cứu chế tạo bột má phanh từ dầu vỏ hạt điều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Vịnh Lớp: MSSV : Địa chỉ : 935/7/21A Bình Giả, Phường 10, thành phố Vũng Tàu. E-mail : [email protected] Trình độ đào tạo : Đại học Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ hóa học và thực phẩm Chuyên ngành : Hóa dầu 1. Tên đề tài: 1052010248 Ngày sinh: 22-01-1991 DH10H1 Nghiên cứu chế tạo bột má phanh từ dầu vỏ hạt điều 2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Toàn 3. Ngày giao đề tài: 10-02-2014 4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 06-07-2014 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng…..năm .. SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan:  Tất cả những kết quả nghiên cứu được nêu trong đồ án này là do bản thân thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của ThS. Nguyễn Văn Toàn.  Mọi tham khảo được sử dụng trong đồ án là có nguồn gốc, được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm công bố và không sao chép các công trình nghiên cứu khác để làm sản phẩm của riêng mình.  Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2014 SVTH Nguyễn Thanh Vịnh LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Văn Toàn đã tận tình hướng dẫn và cung cấp những trang bị cần thiết giúp tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn chuyên ngành Hóa dầu và toàn thể các thầy cô giáo trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đa tận tình dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người bạn đã luôn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như thời gian thực hiện luận văn Trong quá trình hoàn thành luận văn mặc dù tôi đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy tôi rất mong nhận được sự góp ý của thầy hướng dẫn và các thầy cô giáo trong hội đồng để luận văn này được hoàn chỉnh hơn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thanh Vịnh MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................1 1.2 Tình hình nghiên cứu ........................................................................................1 1.3 Mục đích nghiên cứu .........................................................................................2 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................2 1.5 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2 1.6 Lịch sử nghiên cứu ............................................................................................3 1.7 Cấu trúc của đồ án ............................................................................................3 Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................4 1.1 Thành phần nguyên vật liệu chế tạo hệ thống má phanh .............................4 1.1.1 Polymer ...........................................................................................................4 1.1.2 Chất độn ..........................................................................................................6 1.1.3 Phụ gia .............................................................................................................6 1.2 Cơ sở hóa lý của quá trình tổng hợp nhựa Phenol Formandehyde .............7 1.2.1 Cơ sở hóa lý của quá trình ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde ....7 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp..........................................11 a. Alkyl Phenol .......................................................................................................11 b. Tỷ lệ mol giữa DVHĐ:Formandehyde ............................................................12 c. Độ pH của môi trường ......................................................................................13 d. Ảnh hưởng của chất xúc tác .............................................................................14 1.2.3 Cơ sở hóa học của quá trình đóng rắn nhựa Phenol Formandehyde .....15 1.3 Cơ sở hóa học của quá trình tổng hợp bột má phanh từ DVHĐ ................16 1.3.1 Thành phần hóa học của DVHĐ .................................................................16 1.3.2 Quy trình tổng hợp bột má phanh từ DVHĐ ............................................21 a. Giai đoạn trùng hợp DVHĐ .............................................................................21 b. Giai đoạn ngưng tụ với Formandehyde ..........................................................22 c. Giai đoạn đóng rắn nhựa Novolac bằng HMTA ............................................23 Chương 2: THỰC NGHIỆM ...............................................................................25 2.1 Nguyên liệu và hóa chất ..................................................................................25 2.2 Dụng cụ thí nghiệm .........................................................................................25 2.3 Quy trình tổng hợp..........................................................................................26 2.4 Thực nghiệm ....................................................................................................27 2.4.1 Quá trình trùng hợp DVHĐ ........................................................................27 a. Mục đích và kế hoạch thí nghiệm ....................................................................27 b. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................27 2.4.2 Quá trình ngưng tụ với Formandehyde kết hợp với đóng rắn bằng HMTA .................................................................................................................................28 a. Mục đích và kế hoạch thí nghiệm ....................................................................28 b. Tiến hành thí nghiệm ........................................................................................28 2.5 Các phương pháp phân tích kết quả .............................................................29 2.5.1 Phương pháp xác định độ nhớt của Polymer ............................................29 a. Mục đích .............................................................................................................29 b. Nguyên tắc .........................................................................................................29 c. Kết quả ...............................................................................................................30 d. Thực nghiệm ......................................................................................................30 2.5.2 Phương pháp xác định kích cỡ hạt .............................................................30 a. Mục đích .............................................................................................................30 b. Nguyên tắc .........................................................................................................30 c. Kết quả ...............................................................................................................31 d. Thực nghiệm ......................................................................................................31 2.5.3 Phương pháp xác định hàm lượng chất dễ bay hơi ..................................31 a. Mục đích .............................................................................................................31 b. Nguyên tắc .........................................................................................................31 c. Kết quả ...............................................................................................................32 d. Thực nghiệm ......................................................................................................32 2.5.4 Phương pháp xác định độ ẩm .....................................................................32 a. Mục đích .............................................................................................................32 b. Nguyên tắc .........................................................................................................32 c. Kết quả ...............................................................................................................33 d. Thực nghiệm ......................................................................................................33 2.5.5 Phương pháp xác định hiệu suất chuyển hóa ............................................33 a. Mục đích .............................................................................................................33 b. Nguyên tắc .........................................................................................................34 c. Kết quả ...............................................................................................................34 d. Thực nghiệm ......................................................................................................34 2.5.6 Phương pháp xác định hàm lượng tro sunfat ............................................34 a. Mục đích .............................................................................................................34 b. Nguyên tắc .........................................................................................................34 c. Kết quả ...............................................................................................................35 d. Thực nghiệm ......................................................................................................35 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................36 3.1 Giai đoạn trùng hợp DVHĐ ...........................................................................36 3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ axit:DVHĐ tới độ nhớt của hỗn hợp ......................36 3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của hỗn hợp ....................................38 3.2 Phản ứng ngưng tụ với Formandehyde và đóng rắn bằng HMTA ............40 KẾT LUẬN ............................................................................................................42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................43 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các chỉ tiêu của bột ma sát từ DVHĐ ở nước ta .................................5 Bảng 1.2: Sự khác nhau giữa nhựa Novolac và nhựa Rezolic ..........................10 Bảng 1.3: Thành phần các chất có trong DVHĐ ................................................19 Bảng 1.4: Các thông số vật lý của DVHĐ ...........................................................19 Bảng 1.5: Các ứng dụng chính của DVHĐ .........................................................20 Bảng 1.6: Khối lượng DVHĐ sử dụng để chế biến các sản phẩm công nghiệp ... .................................................................................................................................21 Bảng 3.1 Tỷ lệ axit:DVHĐ ảnh hưởng đến độ nhớt của hỗn hợp ....................36 Bảng 3.2 Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng ..........................................38 Bảng 3.3: Sản phẩm thu được phụ thuộc vào tỷ lệ DVHĐ:Formandehyde:HMTA ............................................................................40 Bảng 3.4: Kết quả đánh giá chất lượng bột ma sát từ DVHĐ ..........................41 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Cấu tạo của nhớt kế loại B1 ................................................................29 Hình 3.1: Sự biến đổi độ nhớt của hỗn hợp phản ứng theo thời gian phụ thuộc vào tỷ lệ axit:DVHĐ ..............................................................................................37 Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự biến đổi độ nhớt của hỗn hợp theo thời gian..........................................................................................................................39 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1. ASTM: American Society for Testing and Materials 2. DVHĐ: Dầu vỏ hạt điều 3. EPA: Environmental Protection Agency 4. HMTA: HexaMethylene TetrAmine 5. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Vỏ hạt điều trước đây hầu như đem đốt hay vứt bỏ gây ô nhiễm môi trường thì ngày nay đã trở thành một nguồn nguyên liệu quý cho công nghiệp hóa dầu. Chính vì thế mà các ngành công nghiệp sản xuất từ DVHĐ ra đời, nó như một tất yếu diễn ra bởi giá trị vô cùng phong phú. Và ngày nay, khi mà các vấn đề về ô nhiễm môi trường từ các nhà máy thải ra, các hóa chất chưa được xử lý kịp thời hay các phương tiện đi lại tạo ra lượng khí độc rất lớn thì con người đã dần hoàn thiện và ý thức được tầm ảnh hưởng của nó nên đã nghiên cứu và chế tạo ra các vật liệu thay thế nhằm giảm thiểu lượng ô nhiễm môi trường. Một trong những ứng dụng đó của DVHĐ là sản xuất bột má phanh, công nghệ mang lại hiệu quả cao như khả năng ma sát và chịu nhiệt tốt, đáng chú ý là không gây ô nhiễm môi trường, có thể sử dụng để thay thế cho các vật liệu từ nhựa Phenol – Formaldehyde hay Amiant. Ngoài ra, đây cũng là một nguyên liệu tự nhiên có thể tái sinh được mà nhiều người quan tâm. Vì vậy, đề tài nghiên cứu này là cơ sở ban đầu cho giải pháp tận dụng nguồn nguyên liệu DVHĐ để sản xuất bố thắng và vừa giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 1.2 Tình hình nghiên cứu Trước đây, má phanh dùng cho xe ôtô chủ yếu là vật liệu Amiant. Nhưng vì bụi của Amiant dễ gây ung thư phổi cho con người và ô nhiễm môi trường nên con người đã nghiên cứu chế tạo một vật liệu mới có thể thay thế cho Amiant. Việc tìm kiếm, sản xuất vật liệu ma sát thay thế cho Amiant là rất cần thiết. Nước ta có lượng nhân điều xuất khẩu hàng thứ hai trên thế giới (chỉ sau Ấn Độ). Với trên 100 cơ sở chế biến nhân điều xuất khẩu đã chế biến đã chế biến được hơn 300000 tấn/năm hạt điều (kể cả trồng trong nước và nhập khẩu). Một tấn hạt điều, khi chế biến sẽ thu được khoảng 220 kg nhân, 80 ÷ 120 kg DVHĐ tùy theo Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 1 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT công nghệ, qua đó cho thấy lượng dầu có thể thu được là khá lớn, đủ dùng cho sản xuất má phanh trong lắp ráp và sản xuất, bảo trì xe ôtô ở nước ta.[3] Thành phần DVHĐ có chứa các phenol tự nhiên như Cardanol, Cardol và các Polymer của chúng. Dựa vào các thành phần hóa học này thì ngày nay các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế và phục vụ cho hoạt động đời sống của con người. 1.3 Mục đích nghiên cứu Mục đích của quá trình nghiên cứu này là nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và an toàn sử dụng đối với con người. Má phanh làm từ DVHĐ có đặc tính giống như Amiant và khi phát tán ra môi trường thì có thể tự hủy mà không gây ô nhiễm môi trường, không gây bệnh cho con người. Từ những quan tâm trên mà trong đồ án này tôi đã tiến hành “nghiên cứu chế tạo bột má phanh tử DVHĐ” (một trong những ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao cho con người). 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ của quá trình nghiên cứu này là: - Nghiên cứu phản ứng trùng hợp của DVHĐ - Nghiên cứu phản ứng ngưng tụ giữa DVHĐ với Formandehyde - Nghiên cứu quá trình đóng rắn của nhựa Novolac bằng HMTA 1.5 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ axit đến độ nhớt của hỗn hợp theo thời gian. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ axit đến hiệu suất chuyển hóa thành nhựa Novolac. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ DVHĐ:Formandehyde:HMTA đến chất lượng của sản phẩm. Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 2 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT Nghiên cứu các phương pháp xác định độ nhớt, phương pháp xác định hàm lượng tro, độ ẩm và phương pháp trích ly. 1.6 Lịch sử nghiên cứu Ngày 09/04/2007, TS. Trịnh Văn Dũng đã thành công trong việc nghiên cứu công nghệ sản xuất bột má phanh (bột ma sát) từ DVHĐ. 1.7 Cấu trúc của đồ án Đồ án gồm có 3 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 3 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Thành phần nguyên vật liệu chế tạo hệ thống má phanh Má phanh được chế tạo từ nhiều hỗn hợp tạo thành, tùy theo điều kiện làm việc hay loại động cơ mà ta sử dụng các loại vật liệu khác nhau để chế tạo má phanh. Cụ thể được thể hiện qua những nguyên vật liệu sau: 1.1.1 Polymer Polymer là loại vật liệu chính để chế tạo má phanh, khả năng làm việc của má phanh dựa trên tính chất của loại vật liệu này. Các loại Polymer thường dùng để chế tạo má phanh như nhựa phenol – Formaldehyde, Amiant Crizotil, nhựa biến tính Epoxy – Novolac, và một vật liệu có khả năng làm việc tốt nhưng lại gây ô nhiễm môi trường và gây hại cho con người, vật liệu đó là Amiant. Dù EPA đã đưa ra lệnh cấm vào năm 1993 nhưng thật khó tìm ra được một vật liệu có những tính năng kỹ thuật như Amiant và quan trong là giá cả phải mang tính cạnh tranh với Amiant. Vì vậy việc tìm kiếm, sản xuất vật liệu ma sát thay thế cho Amiant trong má phanh là rất cần thiết. Có rất nhiều vật liệu có thể thay thế cho Amiant. Hầu hết chúng không giống Amiant nhưng có thể đáp ứng cho những tính chất của Amiant như Wollastonite (Calcium Silicate); Vermiculite (Hydrated Calcium Aluaminum Silicate); Mica (Aluminum Silicate); sợi Eibefrax Ceramic; Polyacrylonotrilc (PAN); Polyester; sợi thủy tinh và sợi Aramid… Trong đó đáng chú ý hơn cả là bột ma sát được tổng hợp từ Cardanol của DVHĐ. Bột ma sát từ DVHĐ chịu va đập, chịu mài mòn, dẫn nhiệt tốt hơn Amiant. Hơn thế nữa nó có khả năng chống thấm nước cao hơn, mềm dẻo hơn, khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn. Quan trọng nhất là giá cả thấp hơn giá của Amiant (đến 3 lần) [5]. Ngoài ra, việc tăng tính ma sát khiến phanh làm việc êm hơn. Các loại Polymer dùng để sản xuất má phanh thường ở dạng nhựa nhiệt dẻo hay nhựa nhiệt rắn. Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 4 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT Nhựa nhiệt dẻo: là loại Polymer có thể chảy mềm khi tăng nhiệt độ lên và đóng rắn lại khi làm nguội. Nhựa nhiệt dẻo có thể tái sinh nhiều lần, một số loại nhựa nhiệt dẻo như: polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl clorua, polymetyl meta acrylat… Nhựa nhiệt rắn: là loại polymer khi bị tác động của nhiệt hoặc các phương pháp xử lý hóa học khác sẽ trở nên cứng rắn hay nói một cách khác dưới tác động của nhiệt, chất đóng rắn và áp suất nhựa này xảy ra phản ứng hóa học chuyển từ cấu trúc mạch dài sang cấu trúc không gian ba chiều. Nhựa nhiệt rắn sau khi đóng rắn thì không còn khả năng chuyển sang trạng thái chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt nữa. Một số nhựa nhiệt rắn: nhựa Novolac, nhựa Phenolic, nhựa melamin, nhựa alkyl, nhựa epoxy, nhựa polyuretan… Nhờ các Polymer có tính ưu việt như khối lượng riêng thấp, độ bền cao, chịu nhiệt và môi trường tốt. Các loại plolymer có cấu trúc phân tử lớn và liên kết chặt chẽ với nhau bởi phản ứng trùng hợp và trùng ngưng nên cấu trúc của nó rất chặt chẽ, không thua gì những vật liệu kim loại. Ngoài ra, khi phát tán ra môi trường thì nó có thể tự hủy một cách dễ dàng mà không gây ô nhiễm môi trường. Đây là một trong những tính chất quan trọng trong việc chế tạo các vật liệu ma sát. Chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của bột ma sát được thể hiện qua bảng 1.1. Bảng 1.1: Các chỉ tiêu của bột ma sát từ DVHĐ ở nước ta [3] STT Chỉ tiêu Đơn vị 1 Cỡ hạt mesh 2 Màu 3 Hàm lượng chất dễ bay hơi %Max 4 Hàm lượng ẩm %Max 5 Hiệu suất chuyển hóa %Max 5 6 Hàm lượng tro %Max 3 Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học Phương pháp thử 20-150 Nâu đến đen 5 ASTM 3 1 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT 1.1.2 Chất độn Chất độn là chất đóng vai trò chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn nhựa. Người ta đánh giá chất độn dựa trên những tính chất sau: - Tính tăng cường độ bền cơ học. - Tính kháng hóa chất, môi trường, nhiệt độ. - Phân tán vào nhựa tốt. - Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt. - Thuận lợi cho quá trình gia công. Tùy thuộc vào từng loại yêu cầu cho từng loại sản phẩm mà người ta lựa chọn vật liệu độn thích hợp. Có hai dạng độn: - Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn độn dạng hạt, thường để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi silic, sợi amide… - Độn dạng hạt: thường được sử dụng là: silica, CaCO3, vẩy mica, độn khoáng, cao lanh, đất sét hay graphite, cacbon,… Vai trò của chất độn được sử dụng làm má phanh: - Tăng độ bền cơ lý, hóa, nhiệt, điện… - Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí, trong nhựa có độ nhớt cao. - Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu tạo tăng cường sợi, giảm tỏa nhiệt khi đóng rắn. 1.1.3 Phụ gia Phụ gia gồm một số chất như chất róc khuôn, chất làm kín, chất tẩy bọt khí hay các loại xúc tác, là những vật liệu nhằm cải thiện một số tính chất của má phanh như: - Chất róc khuôn có tác dụng ngăn cản nhựa bám dính vào bề mặt khuôn. Một số chất róc khuôn như: wax, silicon, dầu mỏ, mỡ heo,… Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 6 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT - Chất làm kín có tác dụng làm kín bề mặt má phanh, tăng đồ bền chặt của cấu trúc má phanh. Một số chất làm kín như: Cellulose acetate, wax, silicon, stearic acid, nhựa furane, vecni, sơn mài,… - Chất tẩy bọt khí giúp sản phẩm làm giảm độ chịu lực, độ chịu thời tiết và thẩm mỹ bề mặt. Chất thấm ướt sợi có tác dụng làm tăng chất độn nhiều hơn,… - Các chất xúc tác cho vào nhựa trước khi gia công có tác dụng tạo gốc tự do kích động cho quá trình xúc tác phản ứng đồng trùng hợp. Có thể sử dụng chất xúc tác peroxide như di-t-butyl peroxide, di-acetyl peroxide, hydro peroxide, cumen,…hay xúc tác azo, diazo như: diazo aminobenzen, dinitric của acid dizobutylric,… Ngoài ra còn sử dụng một số phụ gia khác như: chất pha loãng, chất tăng độ phân tán, chất ngăn thoát hơi styrene,… 1.2 Cơ sở hóa lý của quá trình tổng hợp nhựa Phenol Formandehyde 1.2.1 Cơ sở hóa lý của quá trình ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde Phản ứng ngưng tụ giữa Phenol với Formandehyde tạo thành nhựa Novolac hay Rezolic tùy theo điều kiện phản ứng, môi trường xúc tác, tỷ lệ. Cơ sở của quá trình tạo nhựa Novolac: Điều chế nhựa Novolac bằng cách ngưng tụ Phenol và Formandehyde với xúc tác axit ( H2SO4, HCl,…), tỷ lệ P/F > 1. Nếu Phenol có hàm lượng thấp thì dễ tạo thành nhựa Rezolic ngay trong môi trường chứa axit, nhưng nếu Phenol có hàm lượng quá lớn thì sẽ làm giảm trọng lượng phân tử của nhựa. Cơ chế hình thành oligomer novolac trong môi trường axit, khi sử dụng lượng dư DVHĐ so với Formandehyde có thể xảy ra theo bốn bước. Đầu tiên, Formandehyde bị ion hóa do axit có trong môi trường phản ứng tạo ra ion methylene cacbonium (+CH2 – OH) theo phản ứng sau: Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 7 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 H2C Trường ĐHBRVT + H2O O H2 C HO H2C OH + H2O OH Ion này lại tiếp tục phản ứng như một tác nhân alkyl hóa thông qua phản ứng thế với Phenol bằng cách tấn công vào vị trí giàu điện tử trong vòng thơm. Sau đó, ion hydro trong vòng benzene bị tách ra và đồng thời hình thành hợp chất trung gian theo những phản ứng sau: OH OH OH + H2 C OH H Slow Fast OH OH + H2 C OH CH2OH + H+ CH2OH OH Fast Slow H CH2OH + H+ CH2OH Nhóm methylol của Phenol đã bị methyl hóa không ổn định dưới môi trường axit nên dễ mất nước để tạo thành một ion benzylic cacbonium như phản ứng: OH OH OH + H2O OH OH OH CH2 CH2OH2 CH2OH + H+ + H+ CH2OH Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học + H2O CH2OH2 8 CH2 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT Sản phẩm của các phản ứng trên lại tiếp tục phản ứng với phân tử Phenol khác thông qua cầu methylene nối với vị trí giàu điện tử trong vòng benzene của Phenol. Quá trình này sẽ lặp lại cho đến khi hết Formandehyde, theo phản ứng: OH OH OH CH2 H2 C OH + H+ + OH OH OH + OH + H+ H2C CH2 Cơ sở của quá trình tạo nhựa Rezolic: Để phản ứng tạo nhựa Rezolic thì phải thực hiện với xúc tác kiềm (Ba(OH)2, NaOH, NH4OH,…), tỷ lệ P/F < 1 thì ta thu được các sản phẩm như Rezol, rezitol, rezit,… - Nhựa Rezol: là nhựa chưa đóng rắn, có thể là chất lỏng hoặc chất rắn. Là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thấp, mạch thẳng và thấp, có thể tan được trong dung môi hữu cơ đơn giản và có thể nóng chảy. - Nhựa Rezitol: là nhựa bắt đầu đóng rắn, nhưng có mật độ mạng lưới không gian ít, có thể hòa tan trong một số dung môi như: xiclohexanol, phenol, đioxan…với điều kiện sôi của dung môi đó > 100OC. - Nhựa Rezit: là nhựa đóng rắn hoàn toàn tạo thành polymer 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 mà còn do liên kết vật lý. Phương trình phản ứng tạo nhựa Rezolic được thể hiện như sau: Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 9 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010 – 2014 Trường ĐHBRVT OH OH CH2 CH2 CH2OH n 150oC + CH2 n H2C + nH2O CH2 * OH n OH n * rezit rezol Ưu điểm: Có độ nhớt thấp, thấm ướt tốt. Khi tạo polymer dạng lưới thì có tính ổn nhiệt cao, có khả năng chịu được hóa chất và chống lão hóa cao. Nhược điểm: Giòn, không thể tái sinh, không thể dùng để gia công các sản phẩm bằng phương pháp đúc. Nhựa Rezolic có nhiều nhóm metylol tự do, nó có thể phản ứng với nhau dưới tác dụng của nhiệt để tự trùng ngưng hoặc phản ứng với các thành phần khác. Do vậy nhựa Rezolic khó đóng bao và bảo quản. Từ những đặc điểm trên, ta có thể thấy được điều kiện làm việc để tạo nhựa Novolac và nhựa Rezolic là hoàn toàn khác nhau, sự khác nhau đó được thể hiện qua bảng 1.2. Bảng 1.2: Sự khác nhau giữa nhựa Novolac và nhựa Rezolic Nhựa Novolac - Nhựa Rezolic Dùng xúc tác axit Tuổi thọ sử dụng vô hạn Thường là chất rắn Kích thước có sự ổn định Tỷ lệ C/F > 1 - Dùng xúc tác kiềm Tuổi thọ sử dụng ít hơn 1 năm Thường là chất lỏng Kích thước không ổn định Tỷ lệ C/F < 1 Từ bảng 1.2 cho thấy sự khác nhau giữa nhựa Novolac và nhựa Rezolic thì ta thấy nhựa Novolac có ưu điểm hơn để chế tạo vật liệu sản xuất bột má phanh. Vì vậy, ta sử dụng những điều kiện làm việc của nhựa Novolac nêu trên để áp dụng cho quy trình. Ngành công nghệ kĩ thuật hóa học 10 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm