PHỤ LỤC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC CHẤT PHỤ GIA TRONG NHỰA POLYVINYLCHLORIDE (PVC) VÀ CHẤT HÓA DẺO TRONG MÀNG BỌC THỰC PHẨM Mở ĐầU 4 CHƯƠNG 1: TÌM HIểU CHUNG Về NHựA POLYVINYLCHLORIDE (PVC): 4 1.1 LịCH Sử HÌNH THÀNH: 4 1.2 CấU TRÚC: 5 1.3 TÍNH CHấT CHUNG CủA PVC: 7 1.3.1 Tính chất đặc trưng: 7 1.3.2 Tính chất vật lí: 8 1.3.3 Tính chất cơ lý: 9 1.3.4 Tính chất hóa lý: 10 1.4 QÚA TRÌNH TổNG HợP VÀ SảN XUấT NHựA PVC: 10 CHƯƠNG 2: CÁC CHấT PHụ GIA TRONG NHựA PVC: 13 2.1 CHấT ổN ĐịNH NHIệT: 13 2.1.1 Tính chất đặc trưng của PVC: 13 2.1.2 Cơ chế ổn định nhiệt PVC: 14 2.1.3 Các hệ ổn định nhiệt: 15 2.2 CHấT HÓA DẻO: 26 2.2.1 Khái quát về chất hóa dẻo: 26 2.2.2 Các lý thuyết cơ bản về chất hóa dẻo: 28 2.2.3 Các loại chất hóa dẻo có thể sử dụng: 30 2.2.4 Chất hóa dẻo trong màng bọc thực phẩm PVC: 30 2.3 CHấT BÔI TRƠN: 32 2.3.1 Thuyết bôi trơn: 32 2.3.2 Cấu trúc và vai trò: 32 2.3.3 Phân loại: 33 2.3.4 Sự giống nhau và khác nhau giữa chất hóa dẻo và chất bôi trơn trong phụ gia PVC: 38 2.4 CHấT Hỗ TRợ GIA CÔNG: 39 2.4.1 Cấu trúc và vai trò: 39 2.4.2 Ứng dụng: 40 2.4.3 Một số ứng dụng của chất hỗ trợ gia công: 40 2.4.4 Các loại chất hỗ trợ gia công: 41 KếT LUậN 42
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA HÓA BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: Tìm Hiểu Về Các Chất Phụ Gia Trong Nhựa Polyvinylchloride (PVC) Và Chất Hóa Dẻo Trong Màng Bọc Thực Phẩm Gíao viên hướng dẫn: T.S Phan Thế Anh Sinh viên thực : Lê Thị Phúc Mã số sinh viên : 107160053 Lớp : 16H4 Đà Nẵng 2019 PHỤ LỤC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC CHẤT PHỤ GIA TRONG NHỰA POLYVINYLCHLORIDE (PVC) VÀ CHẤT HÓA DẺO TRONG MÀNG BỌC THỰC PHẨM MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ NHỰA POLYVINYLCHLORIDE (PVC): 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH: .4 1.2 CẤU TRÚC: 1.3 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA PVC: 1.3.1 Tính chất đặc trưng: 1.3.2 Tính chất vật lí: 1.3.3 Tính chất lý: 1.3.4 Tính chất hóa lý: .10 1.4 QÚA TRÌNH TỔNG HỢP VÀ SẢN XUẤT NHỰA PVC: .10 CHƯƠNG 2: CÁC CHẤT PHỤ GIA TRONG NHỰA PVC: 13 2.1 CHẤT ỔN ĐỊNH NHIỆT: .13 2.1.1 Tính chất đặc trưng PVC: 13 2.1.2 Cơ chế ổn định nhiệt PVC: .14 2.1.3 Các hệ ổn định nhiệt: 15 2.2 CHẤT HÓA DẺO: 26 2.2.1 Khái quát chất hóa dẻo: .26 2.2.2 Các lý thuyết chất hóa dẻo: 28 2.2.3 Các loại chất hóa dẻo sử dụng: 30 2.2.4 Chất hóa dẻo màng bọc thực phẩm PVC: .30 2.3 CHẤT BÔI TRƠN: .32 2.3.1 Thuyết bôi trơn: 32 2.3.2 Cấu trúc vai trò: 32 2.3.3 Phân loại: .33 2.3.4 Sự giống khác chất hóa dẻo chất bôi trơn phụ gia PVC: 38 2.4 CHẤT HỖ TRỢ GIA CÔNG: 39 2.4.1 Cấu trúc vai trò: 39 2.4.2 Ứng dụng: .40 2.4.3 Một số ứng dụng chất hỗ trợ gia công: 40 2.4.4 Các loại chất hỗ trợ gia công: 41 KẾT LUẬN .42 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Trật tự xếp mạch phân tử PVC [2] Hình 2: Trật tự xếp nhóm chức mạch PVC [2] .6 Hình 3: Cơ chế trùng hợp gốc PVC [2] Hình 4: Sơ đồ giải thích q trình tổng hợp nhựa PVC [4] 11 Hình 1: Phương trình phản ứng giữ chất ổn định Ca-Zn với phân tử PVC [11] 24 Hình 2: Qúa trình len lỏi chất hóa dẻo vào cấu trúc mạch đại phân tử PVC [13] 29 Hình 3: Các cơng thức hóa học hợp chất hóa dẻo cho nhựa PVC [14] 32 Hình 4: Sự phân tán canxi stearate vào hạt sơ cấp PVC [18] .36 Hình 5: Sự phân tán sáp paraffin vào hạt sơ cấp PVC [18] 37 Hình 6: Sự phân tán canxi stearate sáp parafin vào hạt sơ cấp PVC [18].37 Hình 7: Mức độ phân tán Canxistearate sáp paraffin [18] .38 Hình 8: Sự phân tán chất hỗ trợ gia công mạch phân tử PVC [20] .42 LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành đề tài em nhận hướng dẫn nhiệt tình từ thầy T.S Phan Thế Anh giảng viên chuyên ngành hóa Polymer, đóng góp ý kiến thầy bạn bè Sau tìm hiểu đề tài em trau dồi thêm kĩ tham khảo, đọc tài liệu, kĩ trình bày word,… Em xin chân thành cám ơn ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ CÁC CHẤT PHỤ GIA TRONG NHỰA POLYVINYLCHLORIDE (PVC) VÀ CHẤT HÓA DẺO TRONG MÀNG BỌC THỰC PHẨM Mở đầu Trong thời đại nay, hầu hết vật dụng sử dụng sinh hoạt ngày bao bì, hộp nhựa, áo mưa, vật liệu cách nhiệt, ống nước, sản xuất từ nhựa Loại nhựa đóng vai trị quan trọng việc sản xuất vật liệu nhựa PVC PVC loại nhựa nhiệt dẻo, cứng nhắc, sản phẩm trùng hợp monomer vinylclorua, PVC chiếm đến 60% khối lượng clo nên có tính chất khác biệt với loại nhựa tổng hợp hoàn toàn 100% từ dầu mỏ Ngoài ra, sản xuất kết hợp với chất phụ gia tính chất PVC cải thiện rõ rệt, điều làm giảm giá thành nhựa PVC đáng kể Trong phần tìm hiểu tìm hiểu tính chất, nồng độ trình thêm chất phụ gia: chất ổn định, chất hóa dẻo, chất bơi trơn, chất hỗ trợ gia công,… vào nhựa PVC để đạt mục đích cải thiện tính chất cách hiệu tối ưu Trong phần này, tìm hiểu thêm hợp chất hóa dẻo sử dụng sản xuất màng bọc thực phẩm ảnh hưởng đến sức khỏe người Chương 1: Tìm hiểu chung nhựa Polyvinylchloride (PVC): 1.1 Lịch sử hình thành: - PVC polymer trùng hợp từ monomer vinylchoride (VCM) mà nguyên liệu thô cho monomer có nguồn gốc từ muối dầu Điện phân nước muối tạo clo, kết hợp với ethylene (được tạo từ dầu) - 1835 ông Henri tổng hợp monomer VCM, đến 1872 Baumann phát PVC dạng bột trắng vàng nhạt việc chưa xác định cụ thể - 1912 ông Iwan người Nga Fritz người Đức quốc gia khác đưa lúc xác định rõ PVC - 1926 phát chất hóa dẻo cho PVC-đây đột phá mạnh mẽ cho công nghiệp tổng hợp nhựa PVC - Mãi đến 1932 PVC sản xuất, 1937 việc sản xuất PVC thật sản xuất với quy mô công nghiệp hoàn chỉnh Đức.[1] 1.2 Cấu trúc: - PVC có cấu tạo phân tử mạch thẳng, mạch nhánh - KLPT nhựa PVC ngành kỹ thuật từ 18000-30000 đvC - Có kết hợp cấu trúc chủ yếu: Hình 1: Trật tự xếp mạch phân tử PVC [2] - Sự kết hợp tạo cấu trúc mạng lưới xếp khác nhau: Hình 2: Trật tự xếp nhóm chức mạch PVC [2] - Syndiotactic: xếp xen kẽ nhóm chức hai phía - Izotactic: xếp nhóm chức phía - Actactic: xếp ngẫu nhiên nhóm chức Trong mạch PVC có chứa nguyên tử clo có độ âm điện lớn nên làm cho phân tử PVC có độ phân cực lớn Các nguyên tử clo lại nhóm cấu trúc mạch PVC, chúng có xu hướng liên kết với hai nguyên tử carbon mạch làm cho PVC có cấu trúc vơ định hình, có độ kết tinh thấp Ngồi ra, cấu trúc syndiotactic với xếp nhóm chức xen kẽ hai phía lặp lại nhiều lần chuỗi nên làm cho PVC có mức độ kết tinh thấp - Cơ chế phản ứng trùng hợp gốc PVC mơ tả sau: Hình 3: Cơ chế trùng hợp gốc PVC [2] Cơ chế gồm ba giai đoạn: + Khơi mào tạo gốc tự (thông thường gốc R peroxide) + Phát triển mạch: Các gốc tự phản ứng với monomer bẻ gãy nối đơi monomer, kích thích monomer linh động + Các monomer sau bị phá hủy phản ứng với monomer khác theo chế đầu nối đầu, đầu nối đuôi đuôi nối đuôi để tạo cấu trúc dạng syndiotactic, isotactic hay actactic + Ngắt mạch: Gốc tự R phản ứng với monomer linh động theo xu hướng triệt tiêu gốc tự 1.3 Tính chất chung PVC: 1.3.1 Tính chất đặc trưng: - Tính chất PVC phụ thuộc vào hệ số trùng hợp n n = 10 => PVC không tan monomer VCM n = 700-1500 => PVC cứng không bền nhiệt - PVC khơng sử dụng mà kết hợp với chất ổn định nhiệt, chất bơi trơn, chất hỗ trợ gia cơng, chất hóa dẻo, … để tăng tính lý cho nhựa 1.3.2 Tính chất vật lí: - PVC polymer vơ định hình dạng bột màu trắng vàng nhạt - Là vật liệu cách điện hiệu -Tính mềm dẻo, độ bền va đập, khả gia công, … phụ thuộc vào chất phụ gia thêm vào - PVC tổng hợp theo hai phương pháp: nhũ tương huyền phù PVC trùng hợp huyền phù có kích thước hạt lớn PVC trùng hợp nhũ tương - Khối lượng riêng từ 1,45-1,50 g/cm3; số khúc xạ 1,544 * Một vài tính chất vật lí đặc trưng nhựa PVC: a Độ hòa tan: - Với n=300÷500 => polymer tương đối dễ tan aceton, este, xiclohexan - Khi khối lượng phân tử trung bình cao PVC lại khó hịa tan (1÷10%) tan dicloetan, clo benzene, dioxin, tetrahidrofuran - PVC nguội khơng tan chất hóa dẻo điều kiện nhiệt độ cao bị trương nhiều lên, có vài trường hợp lại tan Polymer dạng nhũ tương có độ hịa tan polymer huyền phù b Tính chất nhiệt: PVC loại polymer khơng bền nhiệt, có nhiệt độ phân hủy thấp nhiệt độ chảy (Tg=80°C, Tf=160°C) Nhưng nhiệt độ t=140°C bắt đầu phân hủy chậm, HCl bị tách ra, làm biến màu sản phẩm tính tan dung mơi c Tính chống cháy: - Trong mạch PVC có chứa hàm lượng nguyên tố clo Khi gia nhiệt nhiệt độ đủ lớn tác động đến mạch nhánh clo, tạo ion Cl-, ion bao vây xung quanh mạch lớp màng bảo vệ mạch không bị tác động nhiệt độ cao => khó bị bắt lửa => có khả chống cháy (nhiệt độ đánh lửa PVC cao khoảng 455°C) - Lượng nhiệt tỏa PVC thấp nhiều so với loại nhựa khác d Độ bền hóa học: - PVC polymer có độ bền hóa học cao => dùng làm thùng đựng hóa chất, ống dẫn hóa chất (axit, kiềm, muối,…), khí thải - PVC bền với tác dụng axit mạnh HCl, H2SO4, HNO3 loãng dung dịch kiềm với nồng độ khoảng 20% 1.3.3 Tính chất lý: - Nhiệt độ hóa thủy tinh: Tg = 78-80°C - Khối lượng riêng: d = 1,38-1,4(g/cm3) - Độ bền kéo: k = 400-600(kg/cm2) - Độ bền uốn: u = 900-1200(kg/cm2) - Độ bền nén: n = 800-1600(kg/cm2) - Đại lượng biến dạng e = 10-15% - Độ bền va đập: 70-160(kg/cm2) - Độ bền nhiệt (mactanh) = 65-70°C - Nhiệt độ giòn = -10°C - Nghiên cứu Đức cho thấy ống PVC chôn đất 13 năm so với PVC không thay đổi nhiều tính chất - PVC chịu va đập => để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chất độn (MBS, ABS, EVA với tỉ lệ từ 5-10%) 1.3.4 Tính chất hóa lý: - PVC cứng bền với axit, kiềm dầu, acohol hydrocacbon béo nhạy với hydrocacbon thơm hydrocacbon chứa clo, este trương aceton - PVC mềm bị ảnh hưởng với tác nhân khí ánh sáng => bị lão hóa tác động tia tử ngoại - PVC hoạt động hóa học mạnh, q trình biến đổi hóa học, nguyên tử clo tham gia vào phản ứng kéo theo nguyên tử hydro cacbon bên cạnh - Khả trộn lẫn với chất khác cao nên PVC luôn sử dụng với chất phụ gia.[3] 1.4 Qúa trình tổng hợp sản xuất nhựa PVC: Hình 4: Sơ đồ giải thích q trình tổng hợp nhựa PVC [4] Gồm hai giai đoạn chính: - Tổng hợp monomer (VCM) 10