Luận Văn xây dựng một phân xưởng sản xuất nhựa epoxy

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển và chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Công nghệ về hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, rất tiêu biểu về tốc độ phát triển và phạm vi sử dụng. Các ngành lớn của công nghiệp như cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn và keo, vật liệu cách điện và giấy, v.v hoàn toàn dựa trên sự chế biến các vật liệu cao phân tử. Có thể nói các vật liệu cao phân tử hầu như được sử dụng trong mọi ngành kinh tế quốc dân.

Sản phẩm polyme có những tính chất đặc biệt so với các vật liệu khác như tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách nhiệt, cách âm cao, khả năng chống ăn mòn, dễ gia công, dễ tạo hình và nhuộm màu tốt, v.v Tuy nhiên vẫn còn nhiều nhược điểm như độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy và phân hủy theo thời gian, v.v
Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ mới cũng như sự đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu này, các nhà khoa học đã cho thấy có thể khắc phục được những nhược điểm trên và tạo ra các sản phẩm có tính chất đặc biệt quý giá. Có độ bền hóa học cao, có tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ rất cao và rất thấp. Ngoài ra có thể tạo những sản phẩm trong suốt đối vối ánh sáng, tránh tia tử ngoại có thể sử dụng làm kính máy bay, tàu hỏa.
Một ưu điểm lớn để tin tưởng ngành này phát triển trong tương lai đó là nguồn nguyên liệu dồi dào như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và phế liệu công nghiệp. Hiện nay ở những nước có ngành công nghiệp hiện đại và phát triển như Anh, Pháp, Mỹ, Nhật, Nga, Đức, chất dẻo được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực vũ trụ, hàng không và đại dương.
Một trong những sản phẩm của ngành công nghiệp chất dẻo rất được các nhà sản xuất quan tâm đó là epoxy.
Cuối những năm 1890, lần đầu tiên epoxy được cấp bản quyền sản xuất.
Năm 1934, Schlack of I.G. Farbenindustrie AG in Germany tổng hợp chất phản ứng của amine và epoxide, bao gồm một epoxy trên cơ sở bisphenol A and epichlorohydrin. Tuy nhiên, vài năm sau DeTrey Fr´ eres Co. in Switzerland and by the DeVoe and Raynolds Co. in the United States đã nhận biết nhựa epoxy một cách đồng thời và độc lập.
Năm 1936, Pierre Castan of DeTrey Fr´ eres Co. đã tạo ra nhựa epoxy từ bisphenol A and epichlorohydrin, bao gồm cấu trúc nhiệt rắn và phthalic anhydride.
Năm 1946, chất kết dính epoxy đầu tiên được nhìn thấy tại Swiss Industries Fair, và những mẫu nhựa đúc được bán cho ngành công nghiệp điện.
Sau chiến tranh thế giới thứ II, Sylvan Greenlee of DeVoe and Raynolds Co. đã phát minh ra nhựa epoxy khối lượng phân tử cao để gia công lớp phủ.
Những năm cuối 1940, hai công ty của Mỹ Shell Chemical Co. and Union Carbide Corp. (then Bakelite Co.) bắt đầu nghiên cứu nhựa epoxy trên cơ sở bisphenol A.
Năm 1960, nhựa epoxy đa chức được phát triển với nhiệt độ gia công cao hơn. Ciba Products Co. đã sản xuất và đưa vào thị trường nhựa epoxy novolac o-cresol, cái mà được phát triển bởi Koppers Co.
Vào những năm 1970, sự phát triển đột phá của công nghệ lớp phủ hệ nước trên cơ sở nhựa epoxy đã giúp thiết lập vị trí thống lĩnh của epoxies trong các thị trường: sơn tĩnh điện cho công nghiệp ô tô và sơn đồ nội thất. Trong khi các loại nhựa epoxy được biết đến với đặc tính kháng hóa chất tuyệt vời, sự phát triển và thương mại hóa của nhựa epoxy vinyl ester trong những năm 1970 bởi Shell và Dow đã cung cấp đặc tính chống lại hóa chất ăn mòn rất tốt như là: axit, bazơ, và các dung môi hữu cơ.
Trong những năm 1980, việc phát triển nhựa epoxy đa chức với cấu trúc phức tạp amine và phenolic, được ứng dụng trong công nghiệp composit để sử dụng trong ngành hàng không và trong quân sự. Ngoài ra nhựa epoxy đặc tính cao còn được ứng dụng trong công nghiệp điện tử và trong máy tính. Những năm 1980 cũng đã chứng kiến sự phát triển của ngành công nghiệp nhựa epoxy Nhật Bản với các sản phẩm đặc biệt, các loại nhựa có độ tinh khiết cao, có hiệu suất cao cho các ngành công nghiệp điện tử. Bao gồm việc thương mại hóa các loại nhựa tinh thể như ether diglycidyl biphenol.
Gần đây, để thực hiện theo quy định nghiêm ngặt về môi trường hơn, đã thu hút đến sự phát triển của nhựa epoxy cho hàm lượng chất rắn cao, bột, hệ nước.
Trong những năm 1990, epoxy–acrylates and cy-cloaliphatic epoxies Radiation-curable cho thấy sự phát triển trong những ứng dụng Radiation-curable. Bao gồm những ứng dụng quan trọng và mới của nhựa epoxy như là lớp cản quang, mực in bản đá. Sơn nước epoxy được dự đoán sẽ tăng trưởng đáng kể. Xu hướng tiếp tục thu nhỏ kích thước thiết bị trong ngành công nghiệp máy tính, và sự tăng trưởng bùng nổ của các thiết bị điện tử xách tay và các thiết bị thông tin liên lạc như điện thoại di động không dây yêu cầu được cải tiến, nhựa đặc tính cao cho thị trường PCB. Điều này đã dẫn đến sự phát triển các epoxies mới và epoxy hệ thống hybrid có hằng số điện môi thấp hơn (D[SUB]k[/SUB]), cao hơn nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg), và nhiệt độ phân hủy nhiệt cao hơn (T[SUB]d[/SUB]).
Những nỗ lực đáng kể đã được hướng vào việc cải tiến đặc tính của các vật liệu composit cấu trúc epoxy. Những tiến bộ đã được thực hiện trong lĩnh vực epoxy. Nano composit Epoxy và hệ thống ống nano đã được nghiên cứu và được yêu cầu để cải thiện tính chất nhiệt, hóa, cơ. Tuy nhiên, thương mại hóa chưa được vật chất hóa.
Trong năm 1999, Dow Chemical giới thiệu một loại nhựa nhiệt dẻo epoxy, cho những ứng dụng như chất kết dính, lớp phủ [SUP][1][/SUP].
Nhựa epoxy ngoài việc sử dụng một mình có thể được biến tính với nhiều nhựa khác như ure fomaldehyt, phenol fomaldehyt, polyamin, polyeste và đồng trùng hợp với vinylaxetat.
Nhựa Epoxy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như Keo dán, đúc, đổ khuôn, bao bọc(ngành điện và điện tử), kỹ thuật dân dụng, composites, sơn xe hơi, sơn thùng phuy, dây cuộn, sơn tàu biển và sơn bảo vệ, làm ra những sản phẩm cho ngành Điện tử, điện công nghiệp, v.v . Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nhưng nguyên liệu để sản xuất tương đối đắt và hiếm nên giá thành sản phẩm cao. Chính vì vậy mà nhựa epoxy chưa được sử dụng rông rãi.
Kể từ khi những sản phẩm này sử dụng được với nhiều chất đóng rắn khác nhau, chất pha loãng và chất biến tính , đặc tính trên được ứng dụng tương đối rộng rãi cho nhiều lĩnh vực khác nhau mà tạo nên được sự tồn tại của chúng.
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất và phân phối các loại Epoxy Resin có uy tín trên thị trường Việt Nam như Dow, Epotec, Kuddo, KumHo .
Công ty Dow Epoxy Trung Quốc (TQ), một đơn vị kinh doanh của Công ty hóa chất Dow đã công bố kế hoạch đầu tư hơn 200 triệu USD để sản xuất và nghiên cứu phát triển (R&D) ở TQ trong 5 năm tới. Dow Epoxy là nhà cung cấp nhựa epoxy và các sản phẩm nguyên liệu liên quan hàng đầu thế giới với 10 nhà máy sản xuất trên toàn thế giới, trong đó có các nhà máy ở Zhangjiagang, tỉnh Giang Tô (TQ); Gumi (Hàn Quốc) và Kinu Ura (Nhật Bản).
Để đảm bảo phát triển liên tục ở TQ và khu vực châu Á, Dow Epoxy dự định xây dựng một nhà máy nhựa epoxy lỏng (LER) quy mô lớn, công suất 100.000 tấn/ năm tại địa điểm Công ty đang sở hữu ở Zhangjiagang và một nhà máy epiclohyđrin (ECH) 150.000 tấn/ năm tại một địa điểm khác ở TQ. Cả 2 nhà máy này có thể sẽ bắt đầu hoạt động trong thời gian 2009-2010. Trong cùng thời gian, Dow Epoxy cũng dự kiến mở rộng công suất nhà máy nhựa epoxy chuyển hóa (CER) ở Zhangjiagang từ 41.000 tấn/ năm lên 75.000 tấn/ năm. Trong một dự án liên quan khác, Dow Epoxy sẽ thành lập một trung tâm phát triển ứng dụng toàn cầu ở TQ, nhằm đẩy mạnh hơn nữa việc hỗ trợ khách hàng ở TQ và các khu vực. TQ là thị trường phát triển sản phẩm nhựa epoxy nhanh nhất thế giới, và cũng như các thị trường châu Á khác, TQ đóng một vai trò quan trọng đối với Dow và các khách hàng. Dow Epoxy sẽ đầu tư một nhà máy ECH mới dựa trên công nghệ đột phá của Dow. Đây là một trong những nhà cung cấp ECH lớn nhất trên thế giới. Nhà máy ECH mới quy mô toàn cầu 150.000 tấn/ năm ở TQ sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2010 sử dụng công nghệ chuyển hóa glyxerin thành ECH, một công nghệ độc quyền mới của Dow. Glyxerin là sản phẩm tái tạo sinh học được tạo ra trong quá trình sản xuất điesel sinh học. Sử dụng glyxerin như một nguyên liệu chính trong sản xuất ECH của Dow cho thấy một sự đột phá công nghệ lớn, cung cấp lợi thế về môi trường và chi phí tốt hơn so với các công nghệ chế biến thông thường.
Nhà máy LER quy mô lớn đầu tiên ở Zhangjiagang (TQ) cũng sẽ được Dow Epoxy xây dựng nhà máy LER đầu tiên đang tồn tại ở TQ để hỗ trợ nhu cầu thị trường về sản phẩm đang tăng nhanh chóng ở nước này. Nhà máy LER mới công suất 100.000 tấn/ năm với công nghệ tiên tiến, Nhà máy LER mới ở TQ này sẽ bắt đầu hoạt động năm 2009.
Việc mở rộng công suất CER của Dow Epoxy đã được bắt đầu từ năm 2003. Nhà máy CER ở Zhangjiagang đã cung cấp nhựa epoxy cho các ngành công nghiệp cuối dòng lợi nhuận cao như điện tử, hàng hải, ô tô và chế tạo các thiết bị. Công suất mở rộng dự kiến sẽ là thêm 34.000 tấn/ năm trong năm 2008, và sẽ tăng hơn nữa để đáp ứng nhu cầu đang tăng ở TQ.
Để nhanh chóng giúp phát triển ứng dụng tăng khả năng hỗ trợ công nghệ trong khu vực, Dow Epoxy sẽ đặt Trung tâm phát triển ứng dụng ở TQ. Trung tâm phát triển ứng dụng mới này sẽ mở ra giải pháp đổi mới và hiệu quả để hỗ trợ khách hàng ở các thị trường sơn và vật liệu điện và sẽ bắt đầu hoạt động trong quý I/ 2007 [SUP][2][/SUP].(tạp chí công nghệ hóa chất số 10-2006)
Sơn bảo vệ có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc bảo vệ các kết cấu sắt thép trước những ảnh hưởng môi trường bên ngoài trong thời gian dài, đặc biệt là đối với các cây cầu, các bồn chứa, các kết cấu sắt thép của các nhà máy, các đường ống dẫn, Tuy nhiên, thị trường sơn bảo vệ lại tương đối nhỏ. Theo báo cáo của Akzo Nobel và Euromonitor International, năm 2005 ngành sản xuất sơn bảo vệ trên thế giới đạt tổng giá trị 5 tỉ USD, trong khi đó tổng giá trị toàn ngành sơn thế giới đạt 86 tỉ USD và riêng lĩnh vực sơn trang trí đạt đến tổng giá trị 39 tỉ USD.
Thị trường sơn bảo vệ toàn cầu hiện đang tăng trưởng tương đối tốt, với tốc độ trung bình ước tính 5,2%/năm. Nhưng tốc độ tăng trưởng này khác nhau nhiều tùy theo các khu vực. Thị trường Bắc Mỹ với tổng giá trị 750 triệu USD, đang tăng trưởng với tốc độ vừa phải là 4%/năm, vì hầu hết các công trình cơ sở hạ tầng ở đây đã được hoàn thành. ở các thị trường mới nổi như Trung Quốc, Ấn Độ, Đông Âu, thị trường sơn bảo vệ tăng trưởng với tốc độ 9-11%/năm, do khối lượng xây dựng công trình cơ sở hạ tầng mới còn rất lớn.
Sự tăng trưởng nhanh chóng của các nền kinh tế châu Á trong những năm qua đã tác động mạnh đến các công ty sản xuất sơn trên thế giới. Lĩnh vực xây dựng đang phát triển mạnh tại Trung Quốc và Ấn Độ, và gần đây là ở Đông Âu, đang ảnh hưởng đáng kể đến nhu cầu về sơn, nhất là sơn bảo vệ trên thị trường thế giới.
Ngay cả những thị trường bão hòa như Bắc Mỹ cũng có nhu cầu lớn về sơn cho nhu cầu bảo dưỡng sửa chữa các công trình. Thường xuyên có khoảng 15% trong số 600 nghìn cây cầu tại Mỹ có nhu cầu bảo dưỡng chống ăn mòn.
Công ty Carboline (Mỹ) hiện đang phát triển các loại sơn epoxy dựa trên các tác nhân đóng rắn là phenalkamin. Ngoài thời gian đóng rắn nhanh hơn, các phenalkamin còn giúp cho sơn epoxy chịu được độ ẩm tốt hơn và cho phép chúng đóng rắn ở nhiệt độ thấp (20[SUP]o[/SUP]F) [SUP][3][/SUP].(tạp chí công nghệ hóa chất số 08-2008)
Ở Việt Nam trong mấy năm qua, nhu cầu sử dụng sơn bột cũng đã tăng lên rất mạnh trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy để sơn các chi tiết máy, trong kết cấu xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, lượng sơn bột này trong nước chưa sản xuất được mà phải nhập khẩu. Thị trường sơn Việt Nam dần xuất hiện nhiều loại thương hiệu sơn bột: Dupont, ICI, Jotun . phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước.
Trước những thách thức và nhu cầu sơn bột, sự thành công trong nghiên cứu công nghệ sản xuất sơn bột tĩnh điện (điện trường một chiều có điện áp từ 40 - 120 kV) không phụ thuộc vào nước ngoài đã mở ra khả năng ứng dụng sản xuất sơn bột tĩnh điện thương hiệu Việt Nam.
Ở Việt Nam chúng ta một trong những khó khăn của việc sản xuất nhựa nói chung và nhựa epoxy nói riêng là nguồn nguyên liệu phải nhập từ nước ngoài, ngày nay cùng với việc ra đời của nhà máy lọc dầu Dung Quất nói sẽ giải quyết phần lớn vấn đề này, từ đó sẽ mở ra một hướng đi mới cho việc sản suất nhựa epoxy, vì vậy việc xây dựng một phân xưởng sản xuất nhựa epoxy là một nhu cầu cấp thiết.