Quy hoạch tổng thể phát triển ngành nhựa Việt Nam Chương 3

Quy hoạch tổng thể phát triển ngành nhựa Việt Nam Chương 3

Chương 3 NGUYÊN LIỆU

3.1.NGUYÊN LIỆU CHÍNH

3.1.1 PVC

n CH2 = CH  (- CH2 – CH - ) n

 PVC được sử dụng chủ yếu được trùng hợp theo phương pháp:

– Trùng hợp huyền phù: tạo ra PVC – S có đặc tính như:

 Hút dầu tốt

 Độ trong cao

 Giá thành rẻ

 Phù hợp để sản xuất ra các sản phẩm bằng phương pháp cán, đùn, đúc tiêm…

– Trùng hợp nhũ tương: tạo ra PVC – E có đặc tính như :

 Cấu trúc hạt chặt chẽ

 Ít hút dầu

 Phù hợp để sản xuất ra các sản phẩm từ hỗn hợp PVC + DOP như sản phẩm tráng, đúc quay để làm hồ

 Phân loại: PVC có 3 loại

– PVC cứng: hàm lượng hóa dẻo từ 0 – 5%

– PVC bán cứng: hàm lượng hóa dẻo 5 - 15%

– PVC mềm: hàm lượng hóa dẻo > 15%.

 Một số tính chất quan trọng của PVC:

– Nhiệt độ hóa thủy tinh: Tg ~ 80 0C

– Nhiệt độ gia công: 150 – 220 0C

– Tuy nhiên PVC có nhược điểm sau: bị phân hủy ở nhiệt độ trên 140 0C nên khi gia công phải sử dụng chất ổn định nhiệt và dễ bị ánh sáng làm lão hóa nên nhiều trường hợp phải sử dụng chất ổn định quang

– Bằng cách thêm hóa dẻo làm thay đổi độ cứng

– Tính chất cơ học cao như: độ bền kéo đứt, độ giãn đứt, tính chất cách điện, chịu ăn mòn cao …

– PVC bền hóa chất: acid, kiềm, chất tẩy rửa …

– PVC khó cháy vì có Clo trong phân tử

– PVC có thể sử dụng hầu hết các phương pháp gia công

– Có thể sản xuất ra các sản phẩm trong hay đục từ PVC

– Có thể sản xuất các sản phẩm màu sắc đa dạng

– Giá thành vừa phải

 Khi sản xuất có các giá trị cần lưu ý đối với PVC là:

– Giá trị K:

K phản ánh độ nhớt của dung dịch, do đó phản ánh trọng lượng phân tử của PVC K càng lớn thì độ nhớt càng cao

Ví dụ:

– Sản phẩm thông thường như màng thì PVC có K = 65 – 68.

 Sản phẩm màng bán cứng thì PVC có K = 57 – 62

– Khối lượng riêng thể tích (g/cm3):

 Phản ánh mức độ nén chặt của PVC dạng bột

– Độ hấp thụ và tốc độ hấp thụ dầu DOP:

 Độ hấp thụ DOP phản ánh bằng lượng DOP hấp thụ được cho 100g nhựa

 Tốc độ hấp thụ dầu DOP phản ánh bằng lượng DOP hấp thụ được trong một đơn vị thời gian

Ví dụ: Đối với những sản phẩm có hàm lượng DOP cao, PVC phải có khả năng hấp thụ tốt DOP để tạo ra hỗn hợp bột khô có tính chảy tốt Nếu tốc độ hấp thụ DOP và độ hấp thụ thấp thì sau khi trộn bột không được khô, thậm chí DOP không thấm vào nhựa được, chất lượng trộn không đạt yêu cầu và thời gian trộn kéo dài do đó năng suất giảm

– Hàm lượng mắt cá:

 Là những hạt lấm tấm trong sản phẩm

 Nguyên nhân: bụi lẫn vào, công thức bôi trơn không hợp lý nên nhựa nóng chảy không đều, PVC có những phân tử có khối lượng lớn quá mức

– Hàm lượng chất dễ bay hơi:

 Chất dễ bay hơi, ẩm có thể gây bọt cho sản phẩm Hàm lượng chất dễ bay hơi < 0.3%

3.2.NGUYÊN LIỆU PHỤ

3.2.1 Chất hóa dẻo

 Nguyên tắc:

– Khi đưa chất hóa dẻo vào trong PVC, các phân tử hóa dẻo len lỏi giữa các mạch phân tử PVC làm yếu liên kết giữa các mạch và làm cho các mạch bị cách ly nên mạch mềm hơn và cuối cùng tạo ra PVC mềm

 Phân loại:

– Chất hóa dẻo chính: có độ tương hợp cao với PVC vì vậy có thể sử dụng một mình

Ví dụ: DOP

– Chất hóa dẻo phụ: thường không được sử dụng một mình, có thể vì các lý do sau:

 Chúng có độ tương hợp giới hạn với PVC

 Giá thành cao nên chỉ dùng khi cần đạt được một tính chất đặc biệt nào đó

Ví dụ:

o DOA tăng khả năng chịu lạnh

o BBP tăng khả năng nhựa hóa

o Parafin clo hóa giảm giá thành sản phẩm…

 Các yếu tố cần quan tâm khi sử dung hóa dẻo:

– Hiệu quả hóa dẻo và độ tương hợp với PVC:

Với một độ mềm dẻo nhất định, lượng hóa dẻo sử dụng càng ít thì chất hóa dẻo đó càng hiệu quả mạnh và ngược lại

– Các tính chất gia công như:

 Độ bay hơi phải đạt ở nhiệt độ gia công

 Khả năng ảnh hưởng đến thời gian nhựa hóa của hỗn hợp

 Sự ảnh hưởng đến tính ổn định nhiệt của PVC hay không

– Các tính chất sử dụng của sản phẩm: như độ chịu lạnh, tính không cháy, khả năng bị trích ly bởi các dung dịch hóa chất và nước, tính độc hại, di hành

– Giá thành

 Một vài hóa dẻo thông dụng: DOP, DOA, DINP, BBP, EBSO

3.2.2.Chất bôi trơn

 Công dụng và cơ chế tác dụng của chất bôi trơn:

– Ngăn chặn PVC không dính vào bề mặt kim loại, tránh việc PVC bị cháy

 Cơ chế: Loại chất bội trơn được sử dụng này tương hợp kém với PVC, tạo nên lớp màng chất bôi trơn giữa bề mặt kim loại và nhựa, dó đó ngăn chặn được PVC bám vào bề mặt kim loại

 Chất có tác dụng này gọi là chất bôi trơn ngoại

 Ví dụ: Polyethylene wax, acid stearic…

– Giảm ma sát nội sinh ra trong khi gia công, tạo ra độ nhớt và tính chảy thích hợp cho hỗn hợp Vì PVC cứng có độ nhớt rất cao mà ta dùng biện pháp sử dụng lấy nhiệt để giảm độ nhớt thì PVC dễ bị phân hủy, cháy

 Cơ chế: Loại chất này có độ tương hợp tốt với PVC nên nằm xen kẻ vào các phân tử PVC và làm giảm ma sát giữa các phân tử nhựa PVC, nên giảm được độ nhớt của PVC nóng chảy

 Chất có tác dụng này là chất bôi trơn nội

 Ví dụ: Butyl stearate, Ca – St…

Ngoài ra trong thực tế có nhiều chất bôi trơn có cả hai tác dụng Ngoài ra tác dụng bôi trơn nào chiếm ưu thế còn phụ thuộc vào hàm lượng sử dụng

 Phân loại: Theo bản chất hóa học có các loại sau:

– Hydro carbon: Paraffin, Polyethylene wax…

– Các xà phòng kim loại: Cd – St, Ca – St, Zn – St…

– Acid béo: acid stearic (A – St)…

– Ester: Butyl stearate, Glycerine Stearate…

– Alcohol: Polyol, Polyglycol…

 Ưu nhược điểm của chất bôi trơn:

– Ưu điểm của chất bôi trơn nội:

 Tăng tốc độ của nhựa nóng chảy, giảm được nhiệt độ gia công

 Giảm độ trương phồng của công nghệ đùn

 Hạn chế xuất hiện các vệt đường giáp dòng do nhựa bị tách dòng khi chảy trong đầu khuôn

 Ít ảnh hưởng đến độ bám dính của mực in, sơn lên sản phẩm

 Tạo độ trong sản phẩm tốt

 Ít khả ảnh hưởng khả năng tạo vết trắng khi bẻ gập sản phẩm

– Nhược điểm của chất bôi trơn nội:

 Giảm nhiệt độ biến dạng nhiệt

 Đôi khi làm giảm độ bền va đập của sản phẩm

 Có thể gay plate-out (hiện tượng các phụ gia không tương hợp và trôi ra khỏi bề mặt của thiết bị gia công

 Cần dùng hàm lượng cao mới có tác dụng hiệu quả

– Ưu điểm của chất bôi trơn ngoại:

 Ngăn chặn PVC dính vào bề mặt kim loại

– Nhược điểm của chất bôi trơn ngoại:

 Sản phẩm dễ xuất hiện đường giáp dòng

 Dễ gây tách lớp khi sản phẩm gồm có nhiều lớp PVC ghép lại

 Làm giảm độ bám dính của mực in, sơn lên sản phẩm

 Tăng hiện tượng tạo trắng khi gấp sản phẩm

 Làm chậm thời gian nhựa hóa

3.2.3.Chất ổn định

 Định nghĩa: Là chất

– Ngăn chặn sự phân hủy của PVC bằng phản ứng hóa học

– Bằng tác dụng bôi trơn, giảm ma sát hay ngăn chặn sự dính vào bề mặt kim loại

 Cơ chế ổn định:

– Hấp thụ HCl phát sinh:

2HCl + 3PbO.PbSO4.H2O  PbCl2 + PbO.PbSO4.H2O + H2O

– Hấp thụ gốc tự do:

R + R2Sn(RCOO)2  R – R + RSn(RCOO)2

– Ngăn chặn sự tạo thành liên kết đôi:

- CHCl – CH2 – CHCl – CH2 - + P (OR)3  -CHCl – CH2 – CH – CH2 - + RCl

(ổn định chứa photphour)

RO – P – OR

O

- CHCl – CH2 – CHCl – CH2 - + - CH – CH -  - CHCl – CH2 – CH – CH2

(chất ổn định Epoxy) - HC – CHCl

– Chống oxy hóa

– Hấp thụ tia UV (ổn định ánh sáng)

 Phân loại chất ổn định: Gồm các loại sau

– Chất ổn định chì

– Chất ổn định xà phòng kim loại

– Chất ổn định thiếc

– Chất ổn định phụ (ổn định chứa photphour, epoxy, chất hấp thụ tia UV, chất chống oxy)

Chất ổn định chì:

 Tribasic chì sunphat (TS): 3PbO.PbSO4.H2O

 Dibasic chì stearat (DS): 2PbO.Pb(C17H35COO)2 (có tác dụng bôi trơn)

 Stearat chì (Pb-St): Pb(C17H35COO)2 (có tác dụng bôi trơn).

Ưu điểm của chất ổn định chì:

o Có tính năng ổn định nhiệt mạnh

o Có tính cách điện tốt

o Vùng nhiệt độ gia công rộng

o Chịu thời tiết tốt

o Giá thành vừa phải

Nhược điểm của chất ổn định chì:

o Nếu không xử lý bề mặt thì độ phân tán kém

o Không tạo ra màu tươi sáng và sản phẩm bị đục

o Độc hại

o Bị nhiễm màu (hóa đen) khi tiếp xúc với lưu huỳnh do tạo ra PbS có màu đen

Chất ổn định xa phòng kim loại:

 Cd-St: Cd(C17H35COO)2

 Ba- St: Ba(C17H35COO)2

 Ca- St: Ca(C17H35COO)2

 Zn- St: Zn(C17H35COO)2

Các chất ổn định xà phòng là những hợp chất hóa học của kim loại và gốc acid béo, gốc acid béo có nhiều loại nhưng thường dùng là Stearate Loại ổn

định này thường không dùng một mình mà dùng kết hợp với nhau, ví dụ:

Ba-St, Ca- St và Zn- St…

Thứ tự về độ trong và tính bôi trơn như sau:

o Độ trong: Cd > Ba > Ca > Zn > Pb

o Bôi trơn: Pb > Zn > CD > Mg > Ca > Ba

Một hỗn hợp gồm có Ba/Cd/Zn thường hay dùng là: BC – 103, Coinex –

1282, CB – 120…

Ưu điểm của chất ổn định xà phòng kim loại:

o Tính ổn định nhiệt tốt

o Ít gây mùi như chất ổn định thiếc hữu cơ

o Có tính bôi trơn

o Giá thành vừa phải

Nhược điểm:

o Gây plateout trên bề mặt thiết bị

Chất ổn định thiếc hữu cơ:

 Dialkyl tin maleate

R

Sn – (OOC – CH = CH – COO-) n

 Dialkyl tin mercaptid

Sn

Ưu điểm của chất ổn định thiếc:

o Độ ổn định nhiệt tốt

o Tạo sản phẩm có độ trong cao

o Tan tốt trong PVC

o Không bị biến màu khi tiếp xúc với lưu huỳnh

Nhược điểm:

o Đắt tiền

o Không có tính bôi trơn

o Mùi khó chịu, một vài dạng độc hại

o Chất ổn định thiết gốc mercaptide dùng kết hợp với pigment gốc chì làm tối màu sản phẩm

Các chất trợ ổn định: Chất này dùng kèm với chất ổn định chính.

Có các loại sau:

 Oån định Epoxy: khi dùng kết hợp với ổn định thiết hay xà phòng kim loại thì hiệu quả ổn định được tăng cao Ví dụ: dầu đậu nành epoxy hóa

 Chất ổn định chứa photphour: Tri phenyl phosphate …

 Chất chống oxy hóa: Bis phenol Amine…

 Chất hấp thụ UV: benzophenone, benzotriazol…

3.2.4.Chất độn

 Mục đích chính là làm giá thành sản phẩm

– Có nhiều loại, nhưng thường sử dụng nhất là CaCO3 và được phân loại theo:

 Tỷ trọng thể tích: CaCO3 loại nặng và loại nhẹ

 Đặc tính bề mặt: loại có xử lý bề mặt và không xử lý bề mặt

– Mục đích của việc xử lý bề mặt là cải thiện khả năng phân tán của CaCO3 vào nhựa, do đó tính chất của sản phẩm không suy giảm nhiều, nên có thể sử dụng với hàm lượng cao

– Ví dụ: CaCO3 có xử lý bề mặt : NCC-410, TC-1015

– CaCO3 không xử lý bề mặt: NS-400, MS-6…

 Ưu nhược điểm của chất độn:

– Ưu điểm của chất độn:

 Giảm giá thành sản phẩm

 Tăng độ đục cho sản phẩm

 Tăng độ ổn định nhiệt ví CaCO3 có tính bazo trung hòa HCl sisnh ra

 Tăng độ cứng cho sản phẩm.

– Nhược điểm:

 Làm tăng độ nhớt của hổn hợp nhựa cao nên khó gia công, máy bị nặng tải hơn

 Giảm độ bền cơ lý của sản phẩm, ví dụ: độ bền xé…

 Cần dùng nhiều DOP hơn vì CaCO3 hấp thu một phần DOP

 Tăng khả năng mài mòn thiết bị

 Giảm độ bóng sản phẩm

 Các yếu tố cần quan tâm khi sử dụng chất độn:

– Cỡ hạt: Hạt càng mịn tính cơ lý sản phẩm càng cao

– Khả năng phân tán: chất độn dễ phân tán vào PVC, nếu khó phân tán thì giới hạn hàm lượng dùng vì ảnh hưởng đến hàm lượng gia công và sản phẩm

– Khối lượng riêng: sẽ ảnh hưởng đến thể tích máy, đến khối lượng riêng của cả hổn hợp Ví dụ: Dùng CaCO3 loại nhẹ sẽ làm giảm năng suất máy

– Tạp chất: ảnh hưởng đến ngoại quan và cơ lý của sản phẩm

– Giá thành

– Độ hấp thụ dầu DOP: càng thấp càng tốt Loại có xử lý bề mặt thường có độ hấp thụ dầu thấp

 Hàm lượng độn sử dụng phụ thuộc :

– Loại chất độn được lựa chọn

– Tính chất cơ lý và ngoại quan của sản phẩm

– Tính chất gia công trên máy.

Ví dụ:

 Nếu độn dễ phân tán thì có thể sử dụng hàm lượng cao hơn độn khó phân tán

 Nếu độn hấp thụ DOP nhiều thì khó có thể đưa hàm lượng độn lên cao được vì độn sẽ hấp thụ nhiều DOP trong khi PVC hấp thụ không đáng kể

3.2.5.Chất màu

 Phân loại: thường có hai loại

– Pigment: là loại màu không hòa tan trong dung môi, nhựa mà chỉ phân tán dưới dạng các hạt màu có kích thước rất nhỏ

– Phẩm màu: là loại màu có khả năng hòa tan trong dung môi, nhựa Loại này ít sử dụng vì có độ chịu nhiệt kém, do tính hòa tan cao nên hay xảy ra hiện tượng

di hành

 Phân loại theo bản chất hóa học: có các dạng sau

– Màu vô cơ: thường là các oxid lim loại: Fe2O3, TiO2, Cd, Pb & MoCr2O3, Mn Violet, Co Violet, Fe Blue…có đặc điểm sau:

 Màu đục

 Cường độ yếu

 Kích thước hạt lớn

 Thường dễ phân tán

 Không hòa tan và không bị di hành

 Chịu nhiệt và ánh sáng

 Chịu hóa chất cao.

– Màu hữu cơ: Thường được tổng hợp từ các dẫn xuất của dầu mỏ: MonoAzo, Diazo, Quinacridone, Perylene…

Các dạng màu đặc biệt có thể sử dụng là:

 Các loại màu nhũ: có sắc trắng hay nhiều sắc khác

 Ví dụ: Pearl (TiO2 phủ mica), nhũ kim loại nhôm sắc bạc, nhũ hợp kim đồng sắc vàng…

 Màu huỳnh quang: là loại màu tạo độ tươi sáng cao, do màu này có khả năng hấp thụ tia UV có bước sóng name trong vùng không nhìn thấy được và phát ra ánh sáng trong vùng có thể thấy được

 Các yêu cầu chất màu cho PVC:

– Không gây bụi dễ cân đo

– Không bị di hành

– Chịu được nhiệt độ cao khi gia công

– Chịu được thời tiết

– Không độc hại (phụ thuộc yếu tố sử dụng của sản phẩm)

 Tính chất:

– Sắc màu: màu sắc và sắc độ là hai yếu tố can quan tâm

– Cường độ màu: phản ánh độ mạnh yếu của màu, màu yếu thì phải sử dụng với hàm lượng cao

– Độ tươi sáng

– Độ chịu nhiệt: nhiệt độ phân hủy màu là yếu tố cần quan tâm.

– Độ bền ánh sáng: khả năng bền màu khi chịu tác dụng của tia UV

– Mức độ di hành: phản ánh màu dễ hay khó bị trôi ra bề mặt

– Khả năng phân tán trong nhựa

– Các ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của sản phẩm

 Trong thực tế nhà máy có thể dùng các loại màu sau:

– Màu dạng bột: chỉ gồm các màu cơ bản, khó phân tán, khó can, gây bụi nên độc hại Màu này được sử dụng khi khách hàng không có kinh nghiệm pha màu, muốn sử dụng đơn giản, đã được nhà sản xuất pha trộn sẵn

– Màu dạng hạt mịn hay dạng bánh: phân tán sẵn với nhựa nên có độ phân tán tốt, không gay bụi, dễ can đo Giá thành của nó cao hơn boat màu

– Màu dạng paste: thường là màu phân tán trong chất hóa dẻo, loại này hay sử dụng cho PVC, có giá thành thấp hơn dạng phân tán trong nhựa

– PVC compound đã pha sẵn màu trước, nên khi gia công không cần pha

3.2.6.Chất trợ gia công

 Là một loại nhựa khi thêm vào hỗn hợp PVC thì cho ra các kết quả sau:

– Cải thiện sự nhựa hóa, do đó các tính chất cơ lý của hỗn hợp PVC được phát triển đầy đủ sau khi gia công và trong công thức có thể đưa vào hàm lượng độn cao hơn Có thể tạo ra sản phẩm có hình dạng phức tạp khi đùn profile

– Tính ổn định của quá trình sản xuất được nâng cao, vì vậy năng suất sẽ tăng

– Các sự cố bề mặt sản phẩm và sự cố năng suất không ổn định giảm nhiều

– Tăng được chiều rộng của sản phẩm khi cán

– Sự phân bố các tế bào xốp đồng đều hơn, tế bào xốp nhỏ hơn đối với sản phẩm PVC xốp

– Khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, độ bền màu được cải thiện

 Chất trợ gia công thường làm tăng độ nhớt của hỗn hợp và làm cho máy có xu hướng nặng tải hơn Tuy nhiên nếu quá trình nhựa hóa không hoàn toàn thì máy còn nặng tải hơn khi là sử dụng chất trợ gia công

 Ví dụ: PA20, metablen P551A…

3.2.7.Chất tạo xốp và xúc tác tạo xốp

 Định nghĩa:

– Là hợp chất hóa học bị phân hủy ở nhiệt độ cao tạo ra các sản phẩm khí, các chất khí sinh ra tạo ra các lỗ xốp trong sản phẩm

– Ví dụ: AZ (Azodicarbonamide) – đây là chất tạo xốp thường dùng cho PVC

H2N-CO-N=N-CO-NH2

– Nhiệt độ phân hủy 205oC – 215oC, thành phần thể tích như sau:

 N2 chiếm 65%

 CO chiếm 32%

 CO2 chiếm 3%

Nhiệt độ phân hủy của AZ nguyên chất khá cao, vì vậy cần phải dùng chất xúc tác để hạ thấp nhiệt độ đó xuống Các hợp chất xúc tác là: ure, amine, hợp chất của kim loại chì (Pb), Cadmium (Cd), kẽm (Zn) hoặc hỗn hợp các kim loại nói trên

 Chất lượng tạo xốp PVC khi sản xuất giả da phụ thuộc vào các giá trị sau: