Ứng dụng chất dẻo trong đồ gia dụng

Ứng dụng chất dẻo trong đồ gia dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-TÊN TIỂU LUẬN

Ứng dụng của chất dẻo trong đồ gia dụng

Lớp: Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Hà Nội – Năm 2010

Mục lục

Mục lục 2

Mở đầu 3

II.2 Phân loại theo ứng dụng 5

III Các tính chất cơ bản của chất dẻo 5

IV.1 Nhựa polyethylene (PE) 6

V.2 Nhựa propylene (PP): .7

IV.5 Nhựa polymethyl methacrylate (PMMA) 12

IV.6 Nhựa Poly ethylene terephtalate (PET) 13

KẾT LUẬN 14

Mở đầu

Sinh hoạt hằng ngày của chúng ta được phục vụ bởi vô số những hàng hóa, sản phẩm được chế biến, gia công từ chất dẻo, và hầu như điều này trở thành đương nhiên không thể thiếu trong suy nghĩ của mọi người Chúng ta cũng có thể gọi thời đại chúng ta đang sống hiện nay là thời dại của chất dẻo Tuy nhiên chúng ta vẫn biết rất ít về những tính chất khác biệt cùng với những ứng dụng muôn mặt cũng như dạng suất hiện của chất dẻo, những tác dụng độc hại cho sức khỏe, môi trường sống, lại càng ít biết đến thành phần cấu tạo hoá học bên trong của chúng Chất dẻo (Plastic) thường được gọi với nhiều tên khác nhau: Hợp chất cao phân tử, nhựa tổng hợp hay đôi khi để dể gọi dể nhớ người

ta đơn giản hóa cụm từ nói trên với tên gọi đơn giản là nhựa, đó một loại hợp chất hữu cơ, đã được các nhà khoa học tìm ra trong 4 thập kỷ trở lại đây và nó

đã, đang, và sẽ bành trướng mãnh liệt trong các ngành công nghiệp chế biến hàng tiêu dùng, đóng gói, cơ khí, điện khí và điện tử, xe hơi, hàng không Tóm lại chất dẻo là loại vật liệu hiện diện khắp mọi nơi và tùy theo điều kiện sẽ thay thế dần các vật liệu cổ điển khác như gỗ, khoáng chất và kim loại

I Định nghĩa

Chất dẻo là tổ hợp của vật liệu polyme với chất hóa dẻo, bột màu, bột độn

và các chất phụ gia khác

- Polyme là những hợp chất cao phân tử mà trong phân tử của nó gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bẳng các liên kết hóa học và có

sự lặp lại tuần hoàn

- Chất hóa dẻo là chất được cho vào với mục đích tăng độ dẻo của vật liệu và khả năng gia công

- Bột màu là chất được cho vào nhằm tạo màu sắc cho sản phẩm và

có thể tăng cường tính chất cơ học của chất dẻo

- Bột độn thường là các chất rắn cho vào nền chất dẻo gồm có 2 dạng:

+ Bột độn trơ cho vào chủ yếu nhằm giảm giá thành sản phẩm + Bột độn gia cường cho vào nhằm tăng cường tính chất cơ học của sản phẩm như modul và độ bền kéo

- Các chất phụ gia khác gồm có chất tạo khí, chất chống cháy, chất ghép nối, chất chống tia tử ngoại, v.v

II Phân loại

II.1 Phân loại theo hiệu ứng nhiệt độ:

1 Nhựa nhiệt dẻo : là loại vật liệu polymer có khả năng lập lại nhiều lần

quá trình chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng rắn (định hình) khi được làm nguội Trong quá trình tác động của nhiệt nó chỉ thay đổi tính chất vật

lý của mình, không có phản ứng hóa học xảy ra Vì vậy nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh nhiều lần và những phế phẩm phát sinh trong quá trình sản xuất, hoặc những sản phẩm được sản xuất ra đều có khả năng tái chế lại

2 Nhựa nhiệt rắn : là nhựa có khả năng chuyển sang cấu trúc không gian

3 chiều dưới tác dụng của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn, và áp suất Sau khi nóng chảy sẽ đóng rắn và nó không còn khả năng chuyển thành trạng thái chảy mềm ra dưới tác dụng của nhiệt nữa Vì vậy nhựa nhiệt rắn không có khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng

3 Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su

II.2 Phân loại theo ứng dụng

1 Nhựa thông dụng : là loại nhựa được sử dụng rộng rãi với số lượng

lớn, giá thành rẻ, dễ gia công, và được dùng nhiều trong những vật dụng thường ngày, như : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS, PVC, PMMA, Melamine, phenolic…

2 Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có những đặc tính ưu việt hơn nhựa thông

dụng như độ bền kéo, va đập, độ kháng nhiệt, giá thành thường đắt hơn, điều kiện gia công khó khăn và nghiêm ngặt hơn Nhựa kỹ thuật thường được dùng trong các mặt hàng công nghiệp như chi tiết máy hoặc các chi tiết yêu cầu tính năng bền như sợi thủy tinh, sợi cacbon,… Một số loại nhựa kỹ thuật: polyamide cao Đôi khi chúng được gia cường bằng một số phụ gia để tăng cường độ (PA), polycarbonate (PC), polyacetal (POM), polyphenylene sunlfide (PPS), poly buthylene terephtalate (PBT),

3 Nhựa chuyên dụng : Là loại nhựa có trọng lượng phân tử rất cao

(1.000.000 hoặc lớn hơn) Loại nhựa này chỉ sử dụng trong một số lĩnh vực riêng biệt với giá thành sản phẩm rất cao

4 Nhựa hỗn hợp: Để phối hợp tính năng ưu việt của các loại nhựa và hạn

chế những tính năng yếu kém của nó, người ta tạo ra loại nhựa hỗn hợp (copolymer) như các loại PC/PET, PC/ABS, PA/PP,…các loại nhựa này có tính năng vượt trội hơn so với các loại nhựa riêng lẻ

III Các tính chất cơ bản của chất dẻo

Nhựa có các tính chất cơ bản sau đây:

- Tỷ trọng thấp (vật liệu nhẹ)

- Cách điện tốt, cách nhiệt và cách âm

- Chịu hóa chất

- Không rỉ, khó phân hủy

- Tính chảy tốt, dễ định hình và nhanh chóng với nhiều dạng sản phẩm

- Có loại trong suốt(vô định hình), có loại đục mờ (kết tinh)

- Có loại cứng, cường độ cơ lý cao, có loại mềm dẻo, dễ uốn

- Giá thành thường thấp hơn các loại vật liệu khác

- Tuy nhiên độ cứng bề mặt kém, một số loại dễ hút ẩm

IV Ứng dụng của một số loại chất dẻo trong đồ gia dụng

IV.1 Nhựa polyethylene (PE)

Nhựa Polyetylen có nhiều loại: HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE, nhưng trong thị trường phổ biến là 2 loại HDPE và LDPE Trong đó HDPE( PE tỷ trọng cao) có khối lượng riêng lớn và được tổng hợp ở áp suất thấp (3 ÷ 4 atm) hoặc áp suất trung bình (30 ÷ 40 atm) ở nhiệt độ 80oC còn LDPE(PE tỷ trọng thấp) được sản xuất ở áp suất cao (1500 ÷ 2500 atm)

Một số tính chất quan trong của 2 loại nhựa PE phổ biến là HDPE và LDPE

HDPE

+ Tỷ trọng d=0,95-0,96

+ Không hút ẩm, mức hấp thụ nước

trong 24h<0,01%

+ Độ kết tinh 85-95%

+ Sản phẩm mờ đục

+ Độ hóa mềm thấp ( 120C), dễ gia

công

+ Chịu hóa chất tốt

+ Cách điện tốt

+ Lực kéo đứt 220-300kg/cm2

+ Độ dãn dài 200-400%

+ Nhiệt độ giòn, gãy: -80C

+ Tính bám dính kém, dễ chảy, không

mùi, không vị, không độc

LDPE + Tỷ trọng d=0,92-0,93 + Không hút ẩm, mức hấp thụ nước<0,02%

+ Độ kết tinh 60-70%

+ Sản phẩm trong hơn HDPE Ở 110C LDPE hoàn toàn ở trạng thái vô định hình trong suốt

+ Điểm hóa mềm thấp (90C), rất dễ gia công

+ Chịu hóa chất tốt + Cách điện tốt + Lực kéo đứt 114-150kg/cm2 + Độ giãn dài 400-600%

+ Nhiệt độ giòn, gãy: -80C + Tính bám dính kém, dễ chảy, không mùi, không vị, không độc

Ứng dụng của PE:

Ta chỉ quan tâm tới 2 loại nhựa PE phổ biến là HDPE và LDPE

HDPE

+ Sản xuất loại màng ( túi xốp, túi dựng hóa chất, thực phẩm…)

+ Sản xuất sợi dệt, sợi đơn làm bao dệt, bao che phủ

+ Sản phẩm thổi các loại như thùng chứa, chai, lọ…

+ Sản xuất các loại ống dẫn nước, hóa chất

LDPE

+ Sản xuất các loại màng trong, màng che phủ, màng co,…

+ Sản phẩm thổi các loại như chai, lọ, màng co…

+ Sản xuất các loại ống

V.2 Nhựa propylene (PP):

PP có công thức hóa học:

Vì mỗi mắt xích có một nhóm –CH3 nên mạch cứng hơn PE vì thế độ bền cơ, bền nhiệt lớn hơn PE Trong mạch của PP có nguyên tử H ở C bậc 3 rất linh động nên PP dễ bị oxi hóa, lão hóa

Tính chất

Tính chất lý nhiệt

+ Nhiệt độ nóng chảy tnc=160-170C

+ Ổn định ở 150C khi không có ngoại lực

+ Chịu được nước sôi, không bị biến dạng

+ ở 155 C, PP vẫn còn ở thể rắn, nhưng gần tới nhiệt độ nóng chảy thì chuyển sang trạng thái mềm cao

+ Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến 120C, PP bắt đầu kết tinh, do đó nhiệt độ kết tinh cao

Độ bền hóa học

+ Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ Nhưng ở 80c thì PP bắt đầu tan trong các dung môi trên

+ PP không hút nước, mức hút ẩm < 0,01%

Độ bền cơ học

+ Trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 80000-200000

+ Tỷ trọng thấp d=0,9-0,92

+ Độ giãn dài 300-800%

+ Độ bền nhiệt 105-110C

+ Tính bám dính kém

Ứng dụng

+ Sản xuất loại màng ( túi xốp, túi dựng hóa chất, thực phẩm…)

+ Sản xuất sợi dệt, sợi đơn làm bao dệt, bao che phủ

+ Sản phẩm thổi các loại như thùng chứa, chai, lọ…

+ Sản xuất các loại ống dẫn nước, hóa chất

IV.3 Nhựa polyvinylchloride (PVC)

Nhựa PVC có công thức:

Tính chất

- Độ hòa tan: PVC phân tử thấp dễ tan trong axeton, xeton…Khi trọng lượng phân tử trung bình cao thì PVC rất khó hòa tan

Ở điều kiện nguội PVC không tan trong các chất hóa dẻo nhưng ở nhiệt độ cao thì bị trường nhiều và có trường hợp lại tan PVC ở dạng nhũ tương có độ hòa tan kém hơn PVC huyền phù, PVC dung dịch

- Tính chất nhiệt: Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn so với nhiệt

độ phân hủy của nó PVC không bền nhiệt, ngay ở 140C đã bắt đầu phân hủy chậm và ở 170C thì nhanh hơn khi đó HCl bị tách ra làm biến màu sản phẩm và mất tính tan

- Độ bền hóa học: PVC là chất bền hóa học cao làm các thừng chứa, ống dẫn hóa chất

- Tính chất cơ học: + d= 1,38-1,4g/cm3

+ Tg=78-80C

+ Độ giãn dài 10-25%

+ Nhiệt độ giòn =-10C

- Khả năng trộn lẫn với các chất khác: + Với Polyme như epoxy, PF + Với chất hóa dẻo như các chất hóa dẻo loại ester phân tử thấp

Ứng dụng:

PVC cứng ( không có chất hóa dẻo) làm tấm, ống dẫn, vật liệu cách điện

PVC mềm: ống dẫn mềm, bọc dây điện, màng mỏng, da giả

IV.4 Nhựa polystyrene PS

PS có công thức cấu tạo:

Tính chất

Nhựa PS là chất dẻo trong suốt, cứng chắc, không mùi, không vị, khi cháy có nhiều khói, giá thành rẻ, dễ gia công bằng phương pháp ép và đức dưới

áp suất, chụi hóa chất và nước cao…

Vì có nguyên tử H ở C bậc 3 nên PS nhanh bị lão hóa trong không khí khi có ánh sáng trực tiếp

PS không phân cực do đó bền với các hóa chất phân cực và phân cực mạnh

PS có trọng lượng phân tử thấp rất giòn và có độ bền kéo bé Độ giãn dài tương đối của PS tăng vọt sau 80C và trở nên mềm dẻo như cao su và dính

+ Khối lương riêng d=1,05-1,1g/cm3

+ Độ bền kéo đứt 400-40kg/cm3

+ Độ bền nhiệt 80C

+ Độ thẩm điện môi 2,6*106hex

Ứng dụng của PS cho các sản phẩm sau:

- PS được làm vật liệu cách điện ( điều kiện không tải hoăc tải trọng

bé và tĩnh)

- Làm các sản phẩm khác trong dân dụng như hộp dựng thức phẩm…

- PS xốp dùng làm vỏ đựng máy khi vận chuyển, cách âm và nhiệt thấp trong xây dựng

IV.5 Nhựa polymethyl methacrylate (PMMA)

PMMA là nhựa không màu, trong suốt, cứng, đàn hồi, chúng đều là nhưa nhiệt dẻo khi gia công theo nhiều phương pháp khác nhau

Tính chất:

- Tính chất hóa học: + PMMA bền với các hóa chất ở điều kiện thương như: dung dịch muối, dung dịch kiềm loãng…

+ PMMA ít hút nước, không tác dụng với rượi, chất béo và dầu khoáng

- Tính chất nhiệt: + PMMa có nhiệt độ hóa thủy tính Tg=80C PMMA khi nhiệt độ lớn hơn 180C thì bắt đầu bị phân hủy, khi nhiệt độ cao hơn 250C thì quá trính phân hủy xảy ra nhanh hơn

- Tính chất quang học: + PMMA cho qua 91% tia trông thấy, 75% tia

tử ngoại PMMA rất trong suốt, khi độ dày tấm 6,5m thì độ trong suốt giảm 50%

- Tính chất cơ học:

Ứng dụng

- PMMA được làm kính cho oto, hoặc của số, hoặc vỏ của một số thiết bị thực phẩm

IV.6 Nhựa Poly ethylene terephtalate (PET)

Nhựa PET có tỷ trọng 1.33 – 1.4 gr/cm3, trong như thủy tinh + Độ bền hóa chất tốt

+ Không mùi vị, không độc với con người + Tính hút ẩm rất thấp, ổn định kích thước + Khả năng giữ khí cao (chai nước có gas) + Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt kém (ở 70oC chai PET đã bị biến dạng)

+ Chu kỳ để ép sản phẩm rất ngắn

Ứng dụng của PET trong các sản phẩm:

+ Tạo thành màng để bao gói thực phẩm

+ Bao bì rộng để đựng nước khoáng, nước tinh khiết, nước uống trái cây, nước uống có gas, thực phẩm lỏng (nước mắm, tương ớt,…)

KẾT LUẬN

Chất dẻo với các thuộc tính tốt như:

- Tỷ trọng thấp (vật liệu nhẹ)

- Cách điện tốt, cách nhiệt và cách âm

- Chịu hóa chất

- Không rỉ, khó phân hủy

- Tính chảy tốt, dễ định hình và nhanh chóng với nhiều dạng sản phẩm

- Có loại trong suốt(vô định hình), có loại đục mờ (kết tinh)

- Có loại cứng, cường độ cơ lý cao, có loại mềm dẻo, dễ uốn

- Giá thành thường thấp hơn các loại vật liệu khác

Chất dẻo đã chiếm 1 vai trò quan trọng trong các đồ dùng hàng ngày của chúng ta, chúng xuất hiện nhiều trong lĩnh vực đồ gia dụng, từ các đồ dùng đựng thực phẩm, đồ dùng học sinh, tới các thiết bị về nước…

Tài liệu tham khảo

1, Thái Doãn Tĩnh-Hóa học hợp chất cao phân tử

2, Bùi Chương- Hóa lý polyme

3, Phan Thế Anh- Kỹ thuật sản xuất chất dẻo