TIỂU LUẬN HÓA HỌC POLYME
PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLY STYREN

Hà Nội, 01/2022


Mục lục


1. Tổng quan về Polystyren
1.1. Nguồn Gốc Và Sự Phát Triển Của Polystyren [1]
Polystyren (PS) thuộc nhóm nhựa nhiệt dẻo bao gồm PE, PP, PVC . Do có những tính năng
đặc biệt của nó PS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật.
Polystyren lần đầu tiên được tìm thấy qua các dấu vết trong nhựa hổ phách, khi chưng cất
với nước thì tạo thành vật liệu dạng lỏng có mùi khó chịu và tỷ lệ thành phần nguyên tử C và H
giống như trong benzen.
Năm 1831 Bonastre đã chiết tách ra Styren lần đầu tiên.
Năm 1839 E.Simon là người đầu tiên xác định được tính chất của Styren và ơng đã đặt tên
cho monome. Ơng đã quan sát được sự chuyển hố từ từ của Styren trong dung dịch lỏng nhớt
ở trạng thái tĩnh.
Năm 1845 hai nhà hoá học người Anh là Hoffman và Btyth đã nhiệt phân monome Styren
trong một cái ống thuỷ tinh được bịt kín đầu ở 200oC và thu được một sản phẩm cứng gọi là
meta-styren .
Năm 1851 Berthelot sản xuất ra Styren bằng cách nhiệt phân các hydrocacbon trong một
cái ống nóng đỏ để khử hydro . Phương pháp này là cách thông dụng nhất để sản xuất
Polystyren thương phẩm.
Năm 1911 F.E Mathews Filed British đã cho biết điều kiện nhiệt độ và xúc tác cho quá
trình tổng hợp PolyStyren tạo thành loại nhựa cơ bản cho quá trình sản xuất các vật phẩm mà
từ rất lâu đờI chúng được làm từ xenllulo, thuỷ tinh, cao su cứng,gỗ.
Năm 1925 lần đầu tiên Polystyren thương phẩm được sản xuất ra bởi cơng ty Naugck
Chemical sản xuất nhưng nó chỉ phát triển trong một thời gian ngắn .

Năm 1930 Farben Industry tại Germany đã bắt đầu gặt hái được những thành công trong
công việc kinh doanh cả monome và polyme thương phẩm với sản lượng 6000 tấn/tháng bằng
cách alkyl hóa với nhôm clorua tinh chế bằng phương pháp chưng cất nhiều lần .
Năm 1937 công ty Dow Chemical cho ra mắt Polystyren dân dụng hay còn gọi là Styrol.
Đây là một công ty lớn của Mỹ và năm 1938 đã sản xuất được 100.000 tấn.
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngoài các loại nhựa truyền thống của polystyren
người ta cịn tạo được nhiều loại copolyme của nó như:
+ PS trong suốt có độ tinh khiết cao
+ PS dùng để sản xuất các vật phẩm dân dụng có tính chất kém hơn
+ PS xốp đi từ nguyên liệu tinh khiết chứa cacbua hydro nhiệt độ sôi thấp với hàm lượng
6% .


+ Các copolyme đi từ Styren và acrylonitryl, butadien tạo thành những loại vật liệu có tính
năng kỹ thuật cao hơn hẳn PolyStyren về độ cách điện , bền nhiệt , độ bền va đập ... Nhưng lại
có ý nghĩa về mặt kỹ thuật nhất là copolyme Styren acrylonitryl sau đó là Styren butadien.

1.2. Cấu Tạo Của Polystyren (PS)
Qua nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, đặc biệt là phương pháp nhiệt phân PS thì
thấy rằng PS có cấu trúc đầu nối đuôi.
PS ở nhiệt độ phản ứng không cao thì ít tạo nhánh và nhánh bé.

2. Ngun vật liệu sử dụng [2]
Nguyên liệu để sản xuất Polystyren (PS) là Styren.

- CTPT: C8H8
- CTCT:
Styren rất dễ trùng hợp vì có nối đơi và vịng thơm, trong q trình bảo quản nên hạn chế
tiếp xúc với ánh sáng, oxy, nhiệt độ. Thông thường khi bảo quản ta cho 0,5 - 1,5% khối lượng
hydroquinon vào làm chất ức chế trùng hợp.

a) Tính chất vật lý của Styren
Styren là một chất lỏng trong suốt, khơng màu đến hơi vàng có mùi hắc, khúc xạ ánh sáng
mạnh.

- Khối lượng riêng ở 25oC: d = 0,9045 g/cm3
- Độ nhớt (25oC): µ = 0,7 cP
- Nhiệt độ sơi: ts = 145,2 oC
- Nhiệt độ nóng chảy: tnc = -30,63 oC
- Nhiệt độ bùng cháy: tbc = 34 oC
- Nhiệt hóa hơi: 86,9 kcal/mol
- Nhiệt trùng hợp: 16,5 kcal/mol
- Giới hạn cháy nổ trong khơng khí (%V): 1,1 - 6,1
- Độ co thể tích khi trùng hợp: 17%
 Điều chế Styren
Styren có thể được thu từ hai nguồn:

 Từ sản phẩm Cracking và chưng cất dầu mỏ, khí hóa than cốc.


 Bằng con đường tổng hợp.
•

Dehydro hóa trực tiếp Etylbenzen
C6H5-CH2-CH3 -> C6H5-CH=CH2 + H2

ΔHo298 = 125 kJ/mol

Các điều kiện của PƯ:
T = 550 - 650oC, P = 0,1 - 0,3 Mpa
Hệ xúc tác hiện đại gồm 5 cấu tử: cấu tử hoạt động (Fe 2O3); chất ổn định (Cr2O3, Al2O3,

MgO); chất ức chế tạo cốc (K2O); chất khơi mào (CuO, V2O5, AgO) và chất kết dính
(Aluminat canxi).
Tùy thuộc vào loại xúc tác sử dụng, q trình có thể tiến hành trong điều kiện đẳng nhiệt
hoặc đoạn nhiệt.
Về mặt công nghệ, q trình Dehydro hóa đẳng nhiệt khó thực hiện hơn quá trình đoạn
nhiệt, vì phải sử dụng thiết bị phản ứng loại ống chùm với dòng trao đổi nhiệt tuần hồn ở
ngồi ống. Tuy nhiên q trình này có ưu điểm: nhiệt độ nguyên liệu đầu thấp hơn, tỉ số hơi
nước/nguyên liệu đầu thấp hơn so với quá trình đoạn nhiệt.
•

Đồng sản xuất Propylen oxit và Styren
Q trình bao gồm 4 giai đoạn:

- Oxy hóa pha lỏng Etylbenzen thành Hydroperoxit với sản phẩm phụ là Axetophenon và
Phenyl-1-etanol:
C6H5-CH2-CH3 + O2 -> C6H5-COOH-CH3
+ Phản ứng tỏa nhiệt, không sử dụng xúc tác. Tuy nhiên, cần sử dụng các hợp chất có tính
kiềm (như CaCO3 hoặc CaCO3) để trung hòa axit tạo thành và ngăn cản sự phân hủy
hydropeoxit.
+ Tpu = 125 - 155oC; P = 1,5 MPa để duy trì mơi trường phản ứng trong pha lỏng.

- Epoxy hóa Propylen trong pha lỏng với sự có mặt có mặt của xúc tác đồng thể
(Molypden Naphtenat), hoặc xúc tác dị thể (các oxit kim loại như Mo, V, Ti mang trên SiO 2).
C6H5-CHOOH-CH3 + CH3-CH=CH2 -> C6H5-CHOH-CH3 + CH-CH-CH3
O

- Hydro hóa hydro peoxit còn lại và sản phẩm phụ axetophenon thành phenyl -1- etanol.
C6H5-CO-CH3 + H2 -> C6H5-CHOH-CH3
Quá trình xảy ra ở nhiệt độ 120 - 150°C, áp suất 1 Mpa, sử dụng xúc tác oxyt Cu, Cr, Ni
mang trên SiO2.


- Dehydrat hóa phenyl -1 etanol thành styren
C6H5-CHOH-CH3 -> C6H5-CH=CH2 + H2O


Q trình xảy ra trong pha khí ở T = 250°c, p = 0,2 - 0,3 MPa, với xúc tác axit (10 - 15%
trọng lượng mang trên TiO2 hoặc Al2O3).

3. Cơ chế tổng hợp Polystyren
3.1. Lý thuyết trùng hợp Styren [3]
Trong sản xuất, Styren chỉ trùng hợp theo cơ chế trùng hợp gốc và thu được polyme có cấu
tạo chủ yếu là liên kết đầu - đuôi và ở dạng vơ định hình. Trong nghiên cứu, người ta có sử
dụng trùng hợp ion tạo PS tinh thể hầu hết ở dạng Isotactic, một phần ở dạng Syndiotactic, rất
ít ở dạng Atactic.
Styren dễ trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch, trùng hợp nhũ tương và trùng hợp huyền
phù. Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm của nó.

3.1.1. Trùng hợp khối
Trùng hợp Styren thành khối có thể tiến hành khi đun nóng có chất khởi đầu hoặc khơng
có chất khởi đầu.
Chất khởi đầu thường là các peroxit hữu cơ. Benzoyl peroxit là chất khởi đầu rất phổ biến
nhưng khơng thích hợp khi trùng hợp styren vì nó làm vàng sản phẩm.
Tốc độ trùng hợp tăng theo nhiệt độ ở nhiệt độ dưới 50 oC vận tốc trùng hợp rất chậm (có
khi đến hàng năm), ở 150oC phản ứng kết thúc trong vài giờ. Nhưng khi chuyển hóa được
khoảng 90% thì phản ứng hầu như khơng xảy ra nữa. Điều đó có nghĩa là polyme có trọng
lượng phân tử cao khơng thu được với hiệu suất cao. Nếu còn lại nhiều monome thì nhiệt độ
chảy mềm của PS sẽ giảm xuống, vật phẩm trở nên đục do monome chuyển lên bề mặt và bốc
hơi từ từ đôi khi làm vàng sản phẩm.
Để thu được polyme có trọng lượng phân tử trung bình cao tương đối và chứa monome
cịn lại ít nhất ta dùng chế độ trùng hợp hai giai đoạn:

+ Giai đoạn đầu: tạo ra xirop (PS có trọng lượng phân tử thấp tan trong monome) với hiệu
suất 30 - 40%
+ Giai đoạn hai: đổ vào khn (có thể tích nhỏ 5-10 lít) sau đó trùng hợp tiếp tục cho đến
khi kết thúc. Tháo sản phẩm ra khỏi khuôn đem đập, nghiền, sàng hay tạo hạt.

3.1.2. Trùng hợp dung dịch
So với trùng hợp khối thì phản ứng trùng hợp trong dung dịch xảy ra với vận tốc bé (ở
điều kiện không có chất khởi đầu) và polyme tạo ra có trọng lượng phân tử thấp hơn. Giá trị
trọng lượng phân tử trung bình của PS phụ thuộc vào điều kiện trùng hợp và loại dung mơi.
Qua thí nghiệm thấy benzen, xiclohexan, toluen trùng hợp tốt hơn các dung môi khác.


Điều chế polyme trong dung dịch thuận lợi để làm sơn, cịn với mục đích khác thì thêm
chất lắng để kết tủa polyme.

3.1.3. Trùng hợp nhũ tương
Nhũ tương gồm có: monome, nước, chất nhũ hóa, chất khởi đầu và chất điều chỉnh sức
căng bề mặt.
Cơ chế trùng hợp nhũ tương: chất nhũ hóa khi tan trong nước tạo thành các Mixen hình
cầu mà ở đó các đầu khơng ưa nước của phân tử nhũ hóa sẽ hướng vào trong và các đầu ưa
nước hướng ra ngoài. Các phân tử chất khởi đầu tan trong nước tạo thành các gốc tự do nhờ
phần ưa nước của chất nhũ hóa đi vào Mixen và tiếp tục với các phân tử monome để xảy ra các
phản ứng trùng hợp.
+ Nước: là môi trường phân tán cũng là chất tải nhiệt để điều chỉnh nhiệt phản ứng tỏa ra.
+ Chất nhũ hóa: để giữ monome và polyme mãi ở trạng thái phân tán trong pha nước. Chất
nhũ hóa thường dùng là các loại xà phòng như: oleat kali, natri, stearat hay các sunfoaxit của
rượu cao béo, xà phịng nhựa thơng, nekan...
Nếu giảm nồng độ chất nhũ hóa thì vận tốc phản ứng giảm, nhưng thời gian trùng hợp và
trọng lượng phân tử trung bình polymer tăng. Vì vậy muốn điều chỉnh trọng lượng phân tử
trung bình polymer trước hết nên thay đổi nồng độ chất khởi đầu chứ không nên thay đổi lượng

chất nhũ hóa. Vì chất nhũ hóa chỉ thay đổi trọng lượng phân tử trung bình của PS một ít nhưng
lại tăng thời gian trùng hợp lên rất nhiều.
+ Chất kích động: là các peroxit và hydroperoxit tan trong nước (H2O2, fe sulfat amôn và
kali.) với hàm lượng 0,1 - 1% trọng lượng monome.
Khi thêm chất xúc tiến (các muối kim loại có tính axit: Ag+) làm phân hủy chất kích động
vào hỗn hợp phản ứng thì thời gian trùng hợp giảm.
Nếu dùng hệ thống oxi hóa - khử: chất oxy hóa (Chất kích động) và chất khử (muối kim
loại) có hóa trị thay đổi thì vận tốc của quá trình trùng hợp có thể tăng và giảm nhiệt độ phản
ứng xuống.
+ Chất điều chỉnh: thường dùng rượu hay các chất làm giảm sức căng bề mặt của hệ thống
tức là có khả năng làm tăng độ khuếch tán của nhũ tương.

3.1.4. Trùng hợp huyền phù
Huyền phù gồm: Monome, nước, chất kích động, chất ổn định và chất hoạt động bề mặt.
Ở đây chất kích động peroxit hữu cơ khơng tan trong nước mà tan trong monome.
+ Nước: dùng để tách monome ra thành từng hạt riêng đồng thời cũng là môi trường trao
đổi nhiệt.


+ Chất ổn định: là các polyme hữu cơ tan trong nước như rượu polyvinilic,
metylxenluylo... chúng phải hồn tồn khơng tan trong monome. Vai trị của nó là làm tăng độ
nhớt của nước và do đó ngăn cản các hạt polyme dính vào nhau.

3.2. So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp trùng hợp
PP Trùng hợp

Trùng hợp khối

TH Dung dịch


Ưu điểm

Nhược điểm

- Phương pháp đơn giản

- Dễ bị nhiệt cục bộ do độ

- Tạo sản phẩm tinh khiết

nhớt cao

- Vận tốc phản ứng cao, năng suất

- -Tính dẫn nhiệt kém

lớn

- Sản phẩm dạng khối nên

- Có thể trùng hợp ngay trong khn

lấy sản phẩm và gia cơng khó

mẫu tạo sản phẩm có hình thù phức

- Tăng độ đa phân bố về khối

tạp


lượng phân tử

- Khơng có hiện tượng nhiệt cục bộ

- Dung môi hữu cơ độc, đắt

- Dễ khống chế nhiệt độ PƯ

tiền, dễ cháy

- Dung môi làm giảm độ nhớt giúp

- Khối lượng phân tử thấp do

PƯ xảy ra êm dịu hơn

lẫn dung mơi hịa tan

- Sản phẩm cuối cùng là latex polyme

TH Nhũ tương

với nồng độ cao (70 - 80%)

- Polyme bị nhiễm bẩn bởi

- Thoát nhiệt PƯ dễ dàng hơn

chất nhũ tương hóa -là chất


- PƯ xảy ra ở độ nhớt thấp:

điện ly) nên làm giảm tính

+ Tạo polyme có KLPT cao + Độ

điện của polymer

chuyển hóa
-Tính dân nhiệt tốt

- Độ đa phân tán nhỏ
TH Huyền phù

- KLPT cao
- Có thể cắn màu ln trong q trình
trùng hợp

 Trong thực tế, styren được trùng hợp theo 2 phương pháp là trùng hợp hối và trùng hợp
huyền phù.
+ Trùng hợp khối thì polystyren có độ tinh khiết cao.


+ Trùng hợp huyền phù thì polystyren có phân tử khối đồng đều nhau.
- Ngày nay để cải thiện một cách đáng kể tính chất cơ lý của polystyren, người ta dùng
phương pháp đồng trùng hợp với các monome khác như acrylonetrin, butadien -1,3. Do đó, đã
chế tạo ra nhiều sản phẩm có tính năng cơ lí cao như tính chịu nhiệt, chịu mài mòn… giúp nâng
cao khả năng ứngdụng của sản phẩm.
Các thông số hoạt động của một số quy trình sản xuất Polystyren:
STT

1
2
3

Cơng nghệ
Trùng hợp khối
Trùng hợp huyền phù
Trùng hợp dung dịch

Nhiệt độ, oC
80 - 200
110 - 170
90 - 130

Áp suất, mmHg
10 - 20
10 - 20
Khí quyển

Gián đoạn/Liên tục
Liên tục
5-9h (gián đoạn)
6-8h (gián đoạn)

4. Quy trình tổng hợp [3], [4]
4.1. Trùng hợp khối
Cơng nghệ q trình khối khơng sử dụng nước hay dung mơi hữu cơ và đó là quá trình
đơn giản nhất để sản xuất PS.
a) Phương pháp gián đoạn
Quá trình gồm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: trùng hợp sơ bộ Styren ở áp suất thường sau đó tạo chân khơng 200 -270 mmHg
và đun nóng. Khi hiệu suất phản ứng đạt khoảng 30 - 40% tiến hành làm lạnh đến 70 - 80 oC và
rót vào khn 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.


Hình 1: Sơ đồ trùng hợp khối gián đoạn của Poly Styren
Mơ tả quy trình:
Monome Styren sạch (và comonome, nếu muốn tạo thành sản phẩm copolyme) được bơm
từ bể chứa (1) đến thiết bị hòa tan nguyên liệu (2). Đối với các sản phẩm của loại polystyren
chịu va đập, cao su polybutadien vụn được thêm vào thiết bị hòa tan nguyên liệu, ở đây cao su
được tan chảy trong dòng styren nóng. Hỗn hợp được khuấy trộn từ 4 - 8h để hịa tan hồn
tồn cao su. Từ thiết bị hòa tan nguyên liệu hỗn hợp được đưa vào thùng khuấy trộn (3),
thường là một lò phản ứng tiền polyme hóa để trộn các chất phản ứng. Một lượng nhỏ dầu
khống (ví dụ như dầu nhờn và chất hóa dẻo), dime của alpha - metylstyren (như một chất điều
chỉnh polyme hóa), và một chất chống oxy hóa được thêm vào. Sau đó cả khối hoặc một phần
nguyên liệu polyme hóa được bơm vào lò phản ứng gián đoạn (4). Trong lúc lò phản ứng được
làm đầy, styren bị bay hơi và được thoát ra qua một lỗ thoát của thùng chảy tràn (5). Khi nạp
liệu phản ứng, lỗ thốt khí và lị phản ứng được đóng kín. Hỗn hợp trong lò phản ứng được gia
nhiệt đến nhiệt độ phản ứng polyme hóa. PƯ cũng có thể bắt đầu bằng cách đưa vào một gốc
tự do khơi mào để hòa tan nguyên liệu ở (2) cùng với các tác nhân phản ứng khác. Sau khi q
trình polyme hóa hồn thành, polime nóng chảy bao hàm một số monome styren chưa phản
ứng, etylbenzen và các monome styren có khối lượng phân tử thấp (dime, trime và các
oligomer khác), được bơm đến thiết bị bay hơi chân không (6). Ở đây, monome styren dư,
etylbenzen và các monome styren có khối lượng phân tử thấp được thu hồi, được ngưng tụ ở
(7) và phần ngưng được đưa đến thùng ngưng tụ bay hơi (9), sau đó được đưa đến phân xưởng
thu hồi sản phẩm phụ. Hơi ở đỉnh từ thiết bị ngưng tụ được dẫn đến hệ thống chân khơng (8).
Polystyren nóng chảy từ đáy của thiết bị bay hơi có thể được gia nhiệt đến 250 - 280°c, được
ép ở (10) qua một khn kéo dây và sau đó được ngâm trong bể nước lạnh. Các dải cao su lạnh

được tạo hạt ở (10) và đưa tới bể chứa sản phẩm (11).
b) Phương pháp liên tục


Hình 2: Sơ đồ trùng hợp khối liên tục của Polystyren
Mơ tả quy trình:
Styren, polybutadien (nếu sản xuất loại sản phẩm chịu va đập), dầu khoáng theo tỷ lệ đi
kèm với mục đích loại nhựa được sản xuất. Khối nguyên liệu sau khi phối trộn được bơm liên
tục tới hệ thống phản ứng (3) ở đó nó được polyme hóa nhiệt để tạo thành polystyren. Một
dịng cơng nghệ thường sử dụng nhiều hơn một hệ thống phản ứng nối tiếp. Một số q trình
polyme hóa xảy ra trong lị phản ứng khơi mào, thường được xem như thiết bị tiền phản ứng
polyme hóa. Sự polyme hóa nối tiếp ở mức độ cao xảy ra trong các lò phản ứng tiếp sau, trong
nồi chưng có cánh khuấy hoặc trong các tháp phản ứng. Polyme nóng chảy bao hàm một số
monome styren chưa phản ứng, etylbenzen và các monome styren có khối lượng phân tử thấp
(dime, trime và các oligomer khác), monome styren chưa phản ứng, etylbenzen và các polyme
có khối lượng phân tử thấp được bơm đến thiết bị bay hơi chân không (4). Ở đây, phần lớn
monome, etylbenzen và các monome styren có khối lượng phân tử thấp được thu hồi, được
ngưng tụ ở (5) và sau đó được đưa đến phân xưởng thu hồi styren (8 và 9). Phần không ngưng
(hơi ở đỉnh) từ thiết bị ngưng tụ được hút ra bằng một bơm chân khơng (10), Polystyren nóng
chảy từ đáy của bị bay hơi được bơm bởi một máy ép (6) qua một khuôn kéo dây và sau đó
được ngâm trong bể nước lạnh. Các dải cao su đóng rắn được tạo hạt ở (6) và đưa tới bể chứa
(7).
Ở phân xưởng thu hồi styren, styren thô được thu hồi từ thiết bị ngưng tụ (5) được tinh chế
trong tháp chưng cất (8). Dòng styren ở đỉnh tháp được ngưng tụ ở (9) và quay trở lại thiết bị


khuấy trộn hịa tan ngun liệu. Phần khơng ngưng được thốt qua một hệ thống chân khơng
(11).
Đáy tháp chứa các polyme khối lượng phân tử thấp đôi khi được sử dụng như là nguyên
liệu bổ sung.


4.2. Trùng hợp dung dịch
Sơ đồ khối của q trình polyme hóa styren xảy ra trong dung dịch được thể hiện trong
hình 3.
Trong quá trình này sự polymer hóa xảy ra trong mơi trường dung môi. Ở giai đoạn thứ
nhất monomer styrene được tách một vài chất ức chế của phản ứng polyme hóa bằng hơi nước.
Monome sau đó được trộn với dung mơi như etylbenzen và chất ức chế sau đó được đưa qua
một vài thiết bị phản ứng cánh khuấy (step 2). Nồng độ etylbenzen ban đầu khoảng 5-25%.
Sauk khi polymer hóa, hỗn hợp polymer được đưa tới bể chứa để loại bỏ styrene và dung môi
chưa phản ứng (step 3). Stiren và dung môi thu hồi được tái sinh trở lại cùng nguyên liệu.
Polymer tinh chế được đưa qua một máy ép và tạo hạt (step 4).

Hình 3: Sơ đồ khối trùng hợp dung dịch của Polystyren

4.3. Trùng hợp nhũ tương
Nguyên liệu
Styren
H2O

I
100
250

II
100
175

III
100
200



Xà phòng dầu thầu dầu (dầu ve)
K2S2O
H2O2 (d2 30%/H2O)

3
0,25
-

0,4-1,2
0,3
-

2,5

Đầu tiên cho nước và xà phòng dầu ve vào TBPƯ tiến hành khuấy trộn. Sau đó cho styren
và chất khởi đầu vào, duy trì vận tốc cánh khuấy khoảng 120 - 160 vịng/ 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 tỏa
nhiệt nên nhiệt độ của hỗn hợp tự tăng lên 85 - 90 oC. Giữ ở nhiệt độ này cho đến khi hàm
lượng monome dư trong hỗn hợp phản ứng nhỏ hơn hoặc bằng 1%. Khơng 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 polyme hạt bé và dung
dịch chất nhũ hóa, chất khởi đầu cịn dư... Monome tự do có thể được tách bằng cách sục hơi
nước quá nhiệt vào hỗn hợp polystyren - nước thực hiện q trình lơi cuốn hơi nước.
Việc phá nhũ tương có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
- Dùng nhiệt để phá hệ nhũ tương
- Dùng cơ học: khuấy mạnh với vận tốc khuấy 3000 - 6000 vòng/ phút.
- Dùng điện trường
- Dùng chất điện li: muối ăn, NH4Cl, ZnCl2, CH3COOH,.

Sản phẩm tạo ra đem rửa nhiều lần bằng H2O để làm sạch hết các chất nhũ hóa cịn lại trên
bề mặt cho đến khi trung tính. Cuối cùng đem đi sấy khơ đến độ ẩm nhỏ hơn 0,5% và sàng
phân loại, đóng bao.


4.4. Trùng hợp huyền phù

Hình 4: Sơ đồ khối trùng hợp hyền phù gián đoạn của Polystyren
Cho nước, monome và chất khởi đầu từ từ vào TBPƯ 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 - 80 oC trong vòng 1,5 h sau đó tăng nhiệt độ lên 88 - 90 oC
trong vịng 2 h. Tổng thời gian phản ứng khoảng 4 - 5 h, hiệu suất đạt 95 - 98%.
Hỗn hợp huyền phù gồm: hạt PS, môi trường đem ly tâm và rửa bằng nước ấm ở 45 - 50 oC
sau đó đem đi sấy khô ở nhiệt độ 65 - 75oC trong chân không đến độ ẩm nhỏ hơn 0,2 - 0,5%.
Trùng hợp huyền phù là q trình polyme hóa gián đoạn có thể được sử dụng để sản xuất
các hạt polystyren tinh thể, hạt polystyren chịu va đập và hạt polystyren xốp. Trong quá trình
này, trùng hợp là thực hiện trong môi trường nước trung gian cho phép thu hồi nhiệt tỏa ra của
phản ứng. Polystyrene được hình thành ở dạng các hạt nhỏ có thể dễ dàng tách ra từ pha nước.
Trước tiên, monome styren từ bể chứa được rửa để loại bỏ các chất ức chế của phản ứng
trùng hợp (bước 1). Styrene sau khi rửa được đưa tới một thùng khuấy trộn, ở đó nó được kết
hợp với một gốc khơi mào tự do (Bước 2). Sau đó, Styrene được đưa vào một lị phản ứng
cánh khuấy cùng với nước, chất khơi mào với một monome đóng vai trò là tác nhân hòa tan
huyền phù và chất ổn định huyền phù (bước 3).


Một chất tạo khí hoặc cao su có thể được thêm vào ở thời điểm này để sản xuất PS xốp
hoặc PS chịu va đập cao tương ứng. Cả chất tạo khí và cao su cũng có thể được thêm vào sau
như là một bộ phận của phân xưởng trùng hợp. Sau khi trùng hợp các hạt polyme được chuyển
đến bể rửa ở đây chúng được rửa với axit để loại bỏ hết chất khơi mào và chất ổn định huyền
phù (bước 4). Các hạt ướt được đưa đến máy li tâm (bước 5) và sau đó được đưa đến máy sấy

(bước 6) để khử nước và làm khô. Tiếp đó, các hạt này được đưa qua một máy đùn loại khí để
thu hồi monome styren chưa phản ứng (bước 7). Monome sau khi tái sinh được tuần hoàn trở
lại lị phản ứng polyme hóa. Các hạt polyme tinh khiết được sấy khơ và đưa đến bể chứa sản
phẩm.

5. Tính chất của Polystyren [5]
PS thuộc nhóm nhiệt dẻo tiêu chuẩn, gồm có PS và PVC (polyvinylclorua).
PS cứng, trong suốt với độ bóng cao, khơng mùi, khơng vị. Khi cháy có nhiều khói, giá
thành rẻ, dễ gia cơng bằng phương pháp ép và đúc dưới áp suất.
Dưới 100oC, nguyên liệu PS đóng rắn lại giống như thủy tinh với nồng độ thích hợp. PS
có tính điện mơi tốt, bền với nhiều hóa chất khi sử dụng, chịu nước tốt. PS khơng phân cực do
đó bền với các hóa chất phân cực và phân cực mạnh.
Vì có ngun tử H ở C bậc 3 linh động nên H này dễ tham gia phản ứng oxi hóa vì thế PS
nhanh bị lão hóa trong khơng khí khi có ánh sáng trực tiếp.Vịng benzen có thể tham gia phản
ứng sunfo hóa, nitro hóa. dùng để sản xuất nhựa trao đổi ion như cationit axit mạnh.
Khối lượng riêng d = 1,05 - 1,1 g/cm3
Chỉ số chảy MI: 1 - 8 g/10 phút
Độ bên kéo đứt: 400 - 450 kg/cm2
Tính chất

PS huyền phù

Dung dịch

Khối

Nhũ tương

Giới hạn bền uốn, [kg/cm2]


816

875

800

900

Độ bền va đập, [kg/cm/cm2]

14,7

15

15

180

80

80

80

80

2,6

2,6


2,6

2,6

Độ bên nhiệt (Mactanh), [°C]
Độ thẩm điện mơi (điện thế xun
thủng), (106 hex)

PS có thể tái chế và sử dụng lại trong nhiều lĩnh vực. Nhiệt độ nhiệt dẻo của PS khoảng 80
- 100 oC nên trong việc tái chế trực tiếp, ta chỉ việc cắt và làm vụn ra thành những mảnh nhỏ
sau đó được nhiệt dẻo, đem xử lý đóng khn để hoàn tất sản phẩm. Ngoài ra trong một số


trường hợp ta còn sử dụng phương pháp nhiệt phân hoặc phương pháp phân giải bởi
Hydrocracking. Sản phẩm của quá trình là monome được sử dụng như nguyên liệu đầu trong
cơng nghiệp hóa chất dầu mỏ. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường.
Một số u cầu sử dụng mang tính khơng thể thiếu như sự cân bằng quang học tốt hơn, độ
cứng, bền với hóa chất và nhiệt độ tốt, độ bền cao và xử lý linh hoạt, màu sắc... rất phù hợp với
PS. Vì vậy nó có ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Tuy nhiên PS có một nhược điểm rất lớn
là chúng khá giịn, vì thế đã làm giảm một phần phạm vi ứng dụng của nó.

6. Ứng dụng của Polystyren [1]
 Phân loại và ứng dụng của Polystyren (PS)
Theo cấu trúc, thông thường PS được chia thành 3 loại sau:

- PS tinh thể (GPPS)
- PS chịu va đập (HIPS)
- PS xốp (EPS)
6.1. PS tinh thể (GPPS)
PS tinh thể thường được sử dụng cho các mục đích thơng dụng (GPPS), có khối lượng

phân tử lớn (Mw = 2 - 3 x10 5), mang tính nhiệt dẻo rõ ràng đó là cứng, bền, không mùi, không
vị. Là chất dễ tác động bởi nhiệt, ổn định nhiệt, trọng lượng riêng thấp, và có giá thành thấp là
do chi phí rất thấp của phân xưởng có sử dụng khn đúc, ép, màng mỏng. Ngồi ra vật liệu
PS có tính chất nhiệt và tính điện tốt, đây là lý do mà chúng được sử dụng như vật liệu cách
điện rẻ tiền.
Về phương diện thương mại thì PS tinh thể được gia cơng và chế biến bằng một loạt công
nghệ. Ứng dụng của PS tinh thể được trình bày dưới đây:
Đúc khn kiểu phụt

- Làm vỏ bao bì
- Hộp lọ đựng mỹ phẩm
- Cánh quạt/tán đèn
- Đồ nhựa rắn
- Các mặt hàng văn phòng phẩm
- Dây quay đĩa máy tính
- Vật dụng y tế

Ép khn

Ứng dụng mới

- Làm vỏ bao bì
- Thùng carton
- Khay đựng thịt gia cầm
- Hộp đựng thực phẩm ăn nhanh
- Hộp xốp
- Bao bì thực phẩm

- Lắp kính
- Chiếu sáng

- Vật trang trí nhà


6.2. PS chịu va đập (HIPS)
Chất đàn hồi được trộn vào polystyrene, chủ yếu để làm tăng tính bền cơ học. Kết quả là
tạo ra vật liệu thường được gọi là PS chịu va đập (HIPS) và có giá trị cho nhiều thứ khác nhau.
Chất đàn hồi Polybutadiene có cấu trúc lập thể điều hòa được sử dụng để điều chỉnh tính chịu
va đập. Độ bền, tính chịu va đập, độ trong, và các công nghệ chế biến khác nhau có ảnh hưởng
tới hình dáng sợi và sự phân tán trong pha nền polymer.
Polystyrene chịu va đập có thể được xử lý một cách dễ dàng bởi các công nghệ chế biến
nhiệt dẻo thông thường gồm công nghệ màng, công nghệ tấm và các cơng nghệ: ép biên, ép
nóng, đúc phun, đúc phun áp lực, và đúc thổi cấu trúc.
Một số ứng dụng của HIPS:

- Bao bì dập nóng
- Đựng thức ăn nhanh
- Cốc và nắp đậy
- Hộp đựng nước ép trái cây và các sản phẩm sữa
- Đường ống cho tủ lạnh
- Các bộ phận của máy điều hòa khơng khí
- Cáp nối TV/ băng ghi âm
- Đồng hồ treo tường
- Phụ kiện đồ điện
- Đĩa video và băng catset
- Đồ chơi, gót giày...
6.3. PS xốp (EPS)
PS xốp là thuật ngữ chung để chỉ PS, và copolyme styrene được tạo ra như một hợp chất
với các chất tạo khí và các phụ gia khác, nó có thể được chế biến thành các sản phẩm xốp có tỷ
trọng thấp. Các loại vật liệu EPS có thể chế tạo các sản phẩm như cốc cà phê, giảm xóc cho ơ
tơ. Mục đích chính của EPS là chế tạo ly dùng 1 lần, vỏ chống rung và vật liệu cách nhiệt.



TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. />2. Alain Chauvel, Gilles Lefebvre, Petrochemical Processes: Technical and Economic
Characteristics, Vol 1, 1989

3. Phan Thị Minh Ngọc, Bùi Chương, Cơ sở hóa học polymer tập 1, Nhà xuất bản
Bách Khoa Hà Nội, 2011

4. Hoàng Vân, Một số quy trình tổng hợp polystyren và styrene
/>
5. Wypych. G, PS polystyrene. Handbook of Polymers, 541–547, 2012
6. Jun Liu et al, Polymerization of styrene in solutions with compressed carbon
dioxide as antisolvent, Journal of Supercritical Fluids The 20(2):171-176, 2001