Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Mở đầu
Công nghệ vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng trong khoa học và
trong đời sống xã hội. Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học và kỹ thuật,
ngành công nghệ vật liệu nói chung và công nghệ vật liệu polyme nói riêng ngày
càng có nhiều tiến bộ vợt bậc, tạo ra nhiều loại vật liệu có tính chất u việt đợc ứng
dụng rộng rãi trong khoa học và trong đời sống.
Vật liệu polyme đợc sử dụng rất rộng rãi, các sản phẩm từ polyme gắn liền
với đời sống con ngời, chúng đem lại nhiều tính chất tốt và hiệu quả kinh tế cao.
Nhựa phenolic hay Phenol-Focmandehyt nói riêng là loại nhựa tổng hợp đầu tiên
đợc ứng dụng trong thơng mại. Mặc dù đợc tổng hợp muộn hơn nhiều loại nhựa
khác và chỉ đa vào sản xuất công nghiệp ở những năm đầu của thế kỷ 20 nhng cho
đên nay nhựa phenolic không ngừng phát triển cả về số lợng và chất lợng. Sản lợng
tiêu thụ nhựa phenolic hàng năm tăng lên đáng kể.
Trên cơ sở đó việc: ''Thit k dõy chuyn sn xut nha phenol-focmandehyt dng
novolac theo phng phỏp giỏn on với năng suất 360 tấn/năm'' mang tính thực
tế và cần thiết'.

3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
CHƯƠNG I: TổNG QUAN Về NHựA PHENOLIC

1.1.lịch sử phát triển
Nhựa phenolic là sản phẩm phản ứng trùng ngng giữa phenol và Andehyt,
đợc nhà hoá học ngời đức Bayer nghiên cứu đầu tiên vào năm 1872.
Vào những năm cuối thế kỷ 19 các nhà hoá học Klecberg, Tollens, Abel
nghiên cứu, tuy nhiên sản phẩm của họ chỉ là nhựa không nóng chảy và không hoà
tan. Trong thời gian này Leaderer và Manasse đã nhận thấy O-, P-, hydroxy
Benzyl acol có thể thu đợc từ phản ứng Phenol và Focmandehyt trong môi trờng
kiềm trung tính. Sự hình thành nhựa từ phenol va Andehyt tiếp tục đợc các nhà hoá
học nghiên cứu trong một thời gian dài. Cuối thế kỷ 19, Thus, Claus, Trainer đã

những loại nhựa khác.
* Năm 1954 nhựa phenolic đợc sản xuất là 20.000 tấn
* Năm 1965 sản phẩm đặt đến 65.000 tấn.
* Cho đến năm 1987 nhựa phenolic đợc sản xuất là 2,3 triệu tấn.
* Năm 1993 là 2,8 triệu tấn.
*Năm 1998 lợng phenolic đợc sản xuất là 3,4 triệu tấn.
Nh vậy tốc độ phát triển của nhựa phenolic không ngừng nâng cao.
ở Việt Nam nhựa phenolic đợc sử dụng muộn hơn chủ yếu ở dạng bán sản
phẩm và nguyên liệu cho một số loại vật liệu nh: bột ép, ván ép, sợi ép, keo dán,
sơn từ nhựa phenolic biến tính ...
- Năm 1958- 1960 Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Polyme Trờng ĐHBK
Hà Nội đã xây lắp phân xởng sản xuất keo dán phenol Focmandehyt tại nhà máy
gỗ ép Cầu Đuống.
- Năm 1975 Nam T giúp đỡ xây dựng nhà máy ván dăm ở khu công nghiệp
Việt Trì.
- Sau đó Miền nam có các nhà máy gỗ ép, ván dăm Đồng Nai, Sài Gòn.
* Tình hình phát triển nhựa phenolic ở Việt Nam năm 2000-2003
- Giai đoạn 1: từ năm 2000-2002 xây dựng và lắp đặt 6 nhà máy sản xuất
ván ép nâng công xuất lên 22.000 tấn.
- Giai đoạn 2: xây dựng và đầu t chiều sâu cho 108 nhà máy chế biến lâm
nghiệp.
5
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
- Giai đoạn 3: xây dựng và hoàn thiện xong 108 nhà máy nâng công xuất
lên 85.000 tấn đáp ứng một phần nhu cầu trong nớc.
1.2. Nguyên liệu sản xuất.
Nhựa phenolic chủ yếu đợc sản xuất bởi phenol và andehyt.
1.2.1.Phenol
a. Cấu tạo:
Công thức cấu tạo:

3
H + H
2
O

C
6
H
5
SO
3
H + NaOH C
6
H
5
SO
3
Na + H
2
C
6
H
5
O
3
Na + 2NaOH C
6
H
5
ONa + Na

C có mặt muối nhôm sắt và đồng sản phẩm thu đợc gồm có clobenzen và
polyclobenzen.
Giai đoan 2: tách rửa clobenzen và thuỷ phân trong lò tiếp xúc ở nhiệt độ
khoảng 350
o
C với xúc tác sử dụng là SiO
2
, Ca
3
(PO
4
)
2
rửa phenol nhận đợc bằng n-
ớc benzen, và cuối cùng đem chng cất lại.
Phản ứng xẩy ra nh sau:
C
6
H
6
+ HCl +1/2O
2
(kk) C
6
H
5
Cl + H
2
O


3
CH
CH
3
+ CH
2
=CH-CH
3

7
Fe-Cu
t
o
c
SiO
2
t
o
c
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
- Oxy hoá ở 110- 130
o
C, với xúc tác là muối kim loại để tạo ra
Hydropeoxitcumel.
Phân giải hydropeoxit bằng axit H
2
SO
4
10% thành 76% izopropylbenzen 14%
phenol 8% axeton 1% metylstyren 1% axetonphenol cùng một số sản phẩm phụ

6
H
5
OH +NaCl
300
o
C, 300 atm
8CH
3
C O OH
CH
3
OH
+ CH
3
COCH
3
CH
3
O
2
CH
CH
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Oxy hoá toluen bằng không khí ở nhiệt độ 120-150
o

+Trong công nghiệp, Crezol chủ yếu nhận từ sản phẩm sử lý của than đá, than
nâu và gỗ. Crezol tồn tại 3 đồng phân gọi là Tricrzol. Để sản xuất nhựa phenol
Andehyt tốt nhất là dùng m-crezol vì nó có khả năng tạo thành cấu trúc không gian
ba chiều.
d. Tính chất của các phenol.
CuO
COOH
+ Cu
2+

O O
C O Cu O C
O
O C
OH
O=C
+ H
2
O
HO C=O
OH
9
*
*
CH
3
OH
*
CH
3

chỉ cần một ít nớc hay crezol cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của phenol xuống
35-40,5
oC
.
Phenol có tính độc: một lợng phenol rất nhỏ trong không khí cũng gây ngộ độc
Phenol gây dị ứng da nên quá trình sử dụng cần phải lu ý không để phenol bay hơi
và tiếp xúc với da.
Phenol hoà tan trong các dung môi phân cục: nh rợu, axeton.
Crezol:
Gồm có ba đồng phân, sôi ở nhiệt độ 185-205
o
C, trọng lợng riêng d=1,044g/cm
3
(ở
15
o
C), dễ hoà tan trong rợu dung dịch kiềm, khó tan trong nớc.
Đồng phân Hàm lợng
trong tricrezol
(%)
Trọng lợng
riêng
(%)
Nhiệt độ
sôi
(%)
Nhiệt độ
nóng
chảy
(

d=1,285g/cm
3
. Dễ
dàng tham gia phản ứng mãnh liệt với halogen, H
2
SO
4
, HNO
3
, Resosin chủ yếu đợc
dùng làm nguyên liệu để sản xuất keo dán gỗ, dán kim loại ở nhiệt độ thờng ngoài
ra còn dùng để sản xuất thuốc nhuộm và thuốc y tế.
1.2.2. Adehyt.
a.Focmandehyt.
Tính chất:
+ Là khí không màu, mùi mạnh làm chảy nớc mắt, khi làm lạnh nó biến thành
chất lỏng có nhiệt độ sôi -21
o
C nóng chảy ở nhiệt độ -92
o
C và ở -93
oC
thì đóng lại
thành khối tinh thể trắng chắc, trọng lợng riêng 0,8153g/cm
3
(ở 20
o
C).
11
H

Các phơng pháp điều chế.
Ôxy hoá rợu metylic bằng ôxy không khí có bạc tham gia.

Đồng thời khử
hydro của rợu.
Hoặc phản ứng có thể tiến hành trong chân không hoặc dới áp xuất.
Điều chế Focmandehyt từ metan.
Nguyên liệu quan trọng nhất là metan và khí thiên nhiên chứa metan. Metan đơc
điều chế từ các sản phẩm chế biến dầu mỏ và khí thiên nhiên.
Các giai đoạn của quá trình.
Oxy hoá metan không hoàn toàn ở 1400-1500
o
C xẩy ra phản ứng:

Hàm lợng của khí metan có trong khi thiên nhiên cần phải đạt tới 90- 98%.
Metanol đợc tổng hợp từ hỗn hợp H
2
và CO ở trên và tiến hành oxy hoá metanol ở
nhiệt độ 500-600
o
C có mặt xúc tác thì nhận đợc Focmandehyt.
* Oxy hoá etylen: cho hỗn hợp khí chứa 85% etylen và 15% oxy về thể tích
qua các chất tiếp xúc trơ nh: Đất sét nung tẩm H
2
BO
3
hoặc H
3
PO
4

b.Axetandehyt:
- Là chất lỏng có mùi khó chịu, nhiệt độ sôi là 20,8
o
C, nóng chẩy ở
123,5
o
C, trọng lợng riêng d=0,792g/cm
3
.
- Axetandehyt tan trong nớc, rợu ete. Muốn tách từ dung dịch nớc cần phải
thêm CaCl
2
.
- Từ Axetandehyt có thể nhận đợc polyxetandehyt, đó là Polyme chịu nhiệt
tốt có tính chất cơ lý cao.
a.Fufurol.
Công thức hoá học:
+ Là chất lỏng không màu mùi dễ chịu. Nhiệt độ sôi là 161,7
o
C, đóng rắn ở
36,5
o
C. Trọng lợng riêng là 1,1598g/cm
3
Fufurol tan trong rợu etylic, metylic, ete,
axeton.
+ Phong pháp chủ yếu để sản xuất Fufurol là thuỷ phân các chế phẩm trong
nông nghiệp: rạ rơm , lõi ngô ... tiến hành thuỷ phân dới áp suất và nhiệt độ lớn
hơn 100
o

LiOH 1,75
NaOH 1,56
KOH 1,33
(CH
3
)
4
N
+
OH
-
0,88
Hỗn hợp rợu phenolic này sẽ ngng tụ tạo nhựa rezolic:
14
O
H
CH
2
O
O

-

+
+ CH
2
=O
O
CH
2

CH
2
OH
OH
H
CH
2
OH
+
OH
H
CH
2
OH
H
CH
2
OH
+ H
2
O
+
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
OH

+ CH
2
OH
+ H
+
CH
2
OH
H
OH
OH
CH
2
OH
+
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam

Hoặc chúng ngng tụ với nhau tạo thành cầu nối metylen.
Cấu trúc Novolac là những mạch thẳng có khối lợng phân tử không lớn
lắm. Phản ứng tổng quát nh sau:
(n+2)C
6
H
5
OH + (n+1)CH
2
O HOC
6
H
4

OH
+H
+
O
CH
2
OH
H
H
+
CH
2
+
OH OH
+
OH
CH
2
OH
+ H
2
O
OH
OH
CH
2
OH
OH
CH
2

NaOH còn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điều chế nhựa Rezolic lỏng không
có nớc.
+ Nhợc điểm của xúc tác này là cần phải tiến hành trung hoà kiềm còn lại
trong nhựa. Nếu còn kiềm tự do sẽ làm giảm các tính chất kỹ thuật của nhựa nh:
(màu sắc, độ bền nớc, nhất là tính cách điện ).
Ba(OH)
2
.8H
2
O:
+ Là xúc tác yếu hơn xút lên dùng với lợng lớn hơn (1-1,5%). Ba(OH)
2
rất rễ
trung hoà, ví dụ có thể dùng CO
2
. Nếu nh còn muối Bari ở trong nhựa Rezol thì
không làm giảm đi độ ổn định hoá học cũng nh tính chất cách điện của nhựa.
NH
4
OH: (thờng ở dạng amoniac 25%).
Là xúc tác phổ biến nhất để điều chế nhựa Rezolic. Khuyết điểm của loại
xúc tác này là làm rộp sản phẩm trong quá trình ép nóng.
b. Tỷ lệ cấu tử :
Tỷ lệ cấu tử là yếu tố quan trọng hàm lợng các cấu tử đợc lấy gần với đơng
lợng phân tử. Khi tăng hàm lợng focmandehyt thi tính chất của nhựa cũng thay
đổi: tăng nhiệt độ nhỏ giọt, tăng tốc độ đóng rắn và giảm hàm lợng phenol tự do
trong nhựa.
Bảng B thể hiện đặc trng của nhựa Rezolic phụ thuộc vào tỷ lệ
Phenol/Focmandehyt.
Bảng B: ảnh hởng của tỷ lệ các cấu tử đến tính chất của nhựa.

5:6 112 65 100 42,0 15,5
5:7 126 66 96 42,5 14,8
c. Thành phần hoá học của các cấu tử:
- Nồng độ các cấu tử có 3 vị trí hoạt động trong phenol nguyên liệu có ý
nghĩa rất lớn:
- Phenol có ba vị trí hoạt động, tham gia phản ứng với focmaldehyt rất mạnh
trong quá trình ngng tụ và tạo thành nhựa rezolic có nhiệt độ đóng rắn cao hơn cả.
+ m-crezol cũng giống nh phenol, nghĩa là tạo thành nhựa có nhiệt độ đóng
rắn cao.
- Tốc độ tạo thành nhựa rezolic của crezol cao hơn so với phenol vì nhóm
-CH
3
có tác dụng hoạt hoá những nguyên tử hydro bên cạnh của vòng Benzen.
Điều kiện tạo nhựa Novolac.
- Để tạo đợc nhựa Novolac thì phản ứng ngng tụ phải đợc tiến hành ở trong
môi trờng axit, phenol có từ 2 đến 3 vị trí hoạt động. Tỉ lệ các cấu tử ở tỷ lệ gần đ-
ơng lợng hoặc d phenol, thờng tỷ lệ phenol/focmaldehyt = 7/6 (hoặc 6/5) để đảm
bảo nhựa thu đợc có những đặc tính tốt.
1.4.2. Điều kiện ngng tụ nhựa novolac.
a. Xúc tác:
Phản ứng đa tụ và tạo thành Novolac đợc xúc tác nhờ ion H
+
. Trong những
trờng hợp không có xúc tác, axit focmic có trong focmalin kỹ thuật đóng vai trò là
xúc tác.
18
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Axit HCl:
Nồng độ HCl trong môi trờng phản ứng từ 0,1 đến 0,3% (so với phenol) vì
còn chú ý đến lợng axit focmic có trong focmalin kỹ thuật. PH của môi trờng phản

cũng ăn mon
thiết bị, thờng lấy từ 0,4-0,6%.
Axit oxalic:
Là một axit hữu cơ phân ly yếu, hoạt tính xúc tác kém nên dùng một lợng
nhiều (1,5-2,5%).
Quá trình phản ứng xẩy ra dễ điều chỉnh hơn nhng thời gian kéo dài hơn so
với khi dùng các chất xúc tác nói trên.
Axit focmic:
Luôn có mặt trong focmalin kỹ thuật nhng hàm lợng ít (~0,1%) không đủ
để đảm bảo tốc độ phản ứng cần thiết. Vì vậy khi tiến hành đa tụ cần phải thêm
axit để giảm PH môi trờng (hỗn hợp phenol và focmalin) từ 3,5- 4,5 xuống 1,8-2,2.
Tóm lại axit HCl là xúc tác chủ yếu dùng để sản xuất nhựa Novolac dùng
làm bột ép, còn axit oxalic thờng dùng để sản xuất nhựa Novolac dùng cho công
nghiệp sơn.
b. Tỷ lệ các cấu tử:
Tỷ lệ các cấu tử ban đầu có ảnh hởng đến quá trình tạo thành nhựa
novolac hay rezolic.
19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Bảng C thể hiện tính chất của novolac phụ thuộc vào tỷ lệ focmaldehit/phenol.
Trên bảng : ảnh hởng của tỷ lệ focmaldehyt/phenol đến tính chất của nhựa.
Lợng
focmaldehit
ứng với 100g
phenol (g)
Hiệu suất
(%)
Nhiệt độ
nhỏ giọt
theo

độ nhớt của dung
dịch 50 trong cồn
epoiz
Nhiệt độ nhỏ
giọt theo
Ubenlop (
0
C)
55 107,6 6,7 106 102
60 107,8 6,4 107 103
90 107,9 6,0 126 110
150 108,0 5,8 129 111
270 108,2 5,25 163 117
-Tiến hành xấy nhựa nhằm mục đích tách hết nớc và các cấu tử không tham
gia phản ứng (phenol, fomandehyt, axit HCl ) và đồng thời để hoàn thiện quá
trình đa tụ sâu hơn ở nhiệt độ cao để nhận đợc nhựa có tính chất thích ứng, vì vậy
quá trình xấy gồm các bớc sau:
+ Đun nóng hỗn hợp cho đến khi bắt đầu sôi.
+ Cho nớc bay hơi ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
20
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
+ Xử lý nhiệt: nâng nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
Thời gian sử lý nhiệt và nhiệt độ cuối cùng ảnh hởng đến độ nhớt, nhiệt độ chảy
mềm, nhiệt độ nhỏ giọt và hàm lợng phenol tự do.
1.5. ứng dụng.
Tùy thuộc vào phơng pháp tổng hợp sản phẩm từ nhựa phenolic có tính chất
khác nhau nên đợc ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
1.5.1. Bột ép.
Sản phẩm bột ép là hỗn hợp giữa nhựa Novolac hoặc rezolic với một số phụ
gia nh: bột gỗ, bông thủy tinh, mica, bột giấy bột ép sử dụng nhựa Novolac sản

trọng là dùng để dán các vật liệu nh: gỗ, kim loại, thủy tinh, sứ, gốm
Keo phenol có tính kết dính cao, chịu đợc ẩm và các loại nấm. Song có nhợc
điểm là màng sơn dòn, độ bền của mối dán kết cấu gỗ thấp do tác dụng thủy phân
của xúc tác axit lên xenlulo. Vì vậy nên dùng keo phenol có phối trộn với các
polyme nhiệt dẻo.
1.5.6. Một vài ứng dụng khác.
Những ứng dụng kể trên chiếm phần lớn sản lợng nhựa phenolic đợc tổng
hợp, ngoài ra còn ứng dụng trong một số trờng hợp khác nh:
Dùng làm chất dẻo bọt, sản phẩm có tỷ trọng thấp 0,015-0,32 g/cm
3
có
nhiều đặc tính tốt so với một số loại nhựa khác, đợc sử dụng trong xây dựng.
Dùng làm màng sơn và vecni.
Ngoài ra nhựa Novolac có thể đợc dùng để chế tạo một số sản phẩm nh sau:
Chi tiết cho động cơ, hỏa tiễn, pháo bông.
Phanh, lớp đệm mối nối (compling bining) chịu nhiệt >500
o
C.
Dụng cụ điện dùng cho gia đình (lò nớng) dùng đến 280
o
C.
Van bơm nớc.
Chi tiết kéo chuyển động nớc.
Đầu chế hòa khí.
Lắp đầu xilanh của động cơ xe.
Đầu nút máy chữ mạ kim loại.
Độn bột đồng dẫn điện cao.
Độn bột sắt, banium femte dẫn từ.
22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Theo phơng pháp này nguyên liệu từ thùng chứa đợc bơm ly tâm bơm vào
thùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính, xúc tác cũng đợc đa trực tiếp vào
thùng cao vị và chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Phơng pháp này có u điểm hệ
thống thiết bị sản xuất đơn giản hơn, chi phí kinh tế thấp hơn phơng pháp liên tục
và cho hiệu suất cao. Nhng có nhợc điểm là năng suất không cao không tân dụng
đợc nguồn nhân lực.24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
THUYếT Minh dây chuyền sản xuất
Quy trình sản xuất nhựa Pheno-Focmandehyt dạng Novolac theo phơng
pháp gián đoạn gồm các công đoạn chủ yếu sau:
ở sơ đồ này ta dùng phơng pháp lờng trọng trên các thùng lờng này có van
xả áp.
Phenol và Focmalin từ các thùng chứa 14 và 16 đợc bơm ly tâm 17 bơm lên
các thùng cao vị tơng ứng là 1 và 2, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Xúc
tác đợc đa trực tiếp vào thùng cao vị, từ đó chẩy vào thiết bị phản ứng chính. Khi
các nguyên liệu đầu đợc đa vào thiết bị phản ứng chính dùng máy khuấy khuấy
đều thêm xúc tác đến PH yêu cầu khoảng(1,6-2,3).
Đun nóng hỗn hợp phản ứng đến 55-60
o
C sau đó ngừng cấp nhiệt vì nhiệt độ
hỗn hợp phản ứng tự tăng do phản ứng toả nhiệt. Khi nhiệt độ hỗn hợp đạt 98-
110
o
C thì hỗn hợp bắt đầu sôi và ngừng khuấy.
Thời gian phản ứng trong tháp là 4 giờ.
Hỗn hợp đơc sấy bằng bơm chân không.

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Nam
Tổng số ngày làm việc trong năm: ( 365-54-7-14)= 290 ngày
Năng suất thiết bị trong một ngày là: 1,241(tấn/ngày).
2.1.2.1. Cân bằng vật chất cho 1 tấn sản phẩm.
Từ số lợng một tấn sản phẩm tính ngợc lại để biết nguyên liệu đầu cần dùng.
Công đoạn đóng gói sản phẩm.
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng cần sản xuất trớc khi đa vào công
đoạn này là:
1000.100
99,5
= 1005 (kg)
Lợng tổn hao là: 1005 -1000 = 5 (kg).
Công đoạn sấy:
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng trớc khi sấy là:
1010 ( kg)
Lợng tổn hao là: 1010-1005 = 5 (kg)
Công đoan lọc, tách nớc:
Công đoạn này tổn hao 0,5% nên sản lợng càn thiết trớc khi vào công đoạn
nay là:
1015
5,99
100.1010
=
(kg)
Lợng tổn hao là: 1015-1010 = 5 (kg)
Công đoạn đa tụ:
Công đoạn này tổn hao 1% nên sản lợng trớc khi vào công đoạn này là:

26,1025
99