TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA

Vì thế bài đồ án này,chúng ta sẽ tìm hiểu về công dụng của chất phụ gia trong việc tổng hợp nhựa và tìm hiểu về tính chất, cơ chế của một số loại phụ gia cụ thể để có thể hiểu thêm về va

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA

GVHD: Th.S VÕ THỊ NHÃ UYÊN SVTH: PHAN THỊ BÍCH NGỌC MSSV: 2004140168

Lớp: 05DHHH1

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2016

Được sự phân công của Khoa công nghệ hóa học trường ĐH Công nghiệp Thựcphẩm TP HCM và sự đồng ý của cô giáo hướng dẫn Th.S Võ Thị Nhã Uyên em đã thựchiện đề tài “Tìm hiểu về các loại phụ gia cải thiện tính chất nhựa”.

Để hoàn thành bài đồ án này Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tìnhhướng dẫn ,giảng dạy tận tình trong suốt quá trình học tập, rèn luyện ở trường ĐH Côngnghiệp Thực phẩm cho đến nay

Xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Th.S Võ Thị Nhã Uyên đã tận tình, chuđáo hướng dẫn em thực hiện bài đồ án môn học này

Mặc dù đã cố gắng thực hiện bài đồ án này một cách hoàn chỉnh nhất Song dobuổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng nhưhạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu xót nhất định màbản thân chưa thấy được, rất mong nhận được sự góp ý của cô để bài đồ án được hoànchỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ PHỤ GIA CHẤT DẺO 2

1.1 Tổng quan về chất dẻo 2

1.1.1 Khái niệm[1] 2

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của chất dẻo[1] 2

1.1.3 Phân loại[1] 3

1.1.4 Vai trò của nhựa trong cuộc sống[2] 4

1.2 Tổng quan về phụ gia ngành nhựa 4

1.2.1 Giới thiệu khái quát về chất phụ gia trong ngành nhựa[3] 4

1.2.2 Vai trò của chất phụ gia trong sản xuất[4] 5

1.2.3 Các loại phụ gia trong ngành nhựa[5] 8

1.2.4 Các yêu cầu kĩ thuật đối với phụ gia[6] 8

Chương 2 CÁC CHẤT PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA 10

2.1 Chất chống oxy hóa[6] 10

2.1.1 Quá trình oxy hóa của nhựa 10

2.1.2 Cơ chế chống oxy hóa 12

2.1.3 Các chất phụ gia oxy hóa và ứng dụng 17

2.2 Chất chống tĩnh điện 18

2.2.1 Tĩnh điện[8] 18

2.2.2 Cơ chế tĩnh điện[9] 19

2.2.3 Cơ chế chống tĩnh điện 20

2.2.4 Chất chống tĩnh điện[13] 20

2.3.1 Sự cháy của polymer[15] 24

2.3.2 Cơ chế chống cháy[16] 24

2.3.3 Các chất chống cháy[17] 25

2.4 Chất chống đọng sương 27

2.4.1 Đặc điểm của quá trình đọng sương[18] 27

2.4.2 Cơ chế chống đọng sương[19] 28

2.4.3 Các chất phụ gia chống đọng sương[20] 28

2.5 Chất tẩy trắng quang học 28

2.5.1 Tẩy trắng huỳnh quang[21] 28

2.5.2 Cơ chế của chất tẩy trắng quang học[22] 29

2.5.3 Các chất tẩy trắng huỳnh quang[23] 30

2.6 Chất hỗ trợ phân hủy sinh học 31

2.6.1 Polymer tự phân hủy sinh học[25] 31

2.6.2 Cơ chế phân hủy sinh học[24] 31

2.6.3 Các chất phụ gia phân hủy sinh học[26] 33

2.7 Chất trượt 34

2.7.1 Tính trượt ở nhựa[27] 34

2.7.2 Cơ chế giúp tăng tính trượt của nhựa[28] 34

2.7.3 Các phụ gia chống trượt[29] 34

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sơ đồ oxy hóa của nhựa

Hình 2.2: Sự giãn của vật liệu nhựa

Hình 2.3: Vật liệu nhựa bị nứt

Hình 2.4: Các phân tử oxy chen vào các phân tử nhựa

Hình 2.5: Chu kỳ phân hủy của một loại thìa nhựa

Hình 2.6: Cơ chế phân hủy nhựa PET

Hình 2.7: Cơ chế chống đứt gãy bằng nhóm phenolic

Hình 2.8: Butylated Hydroxytoluene

Hình 2.9: Quá trình ngăn cản gốc tự do

Hình 2.10: Hợp chất phenolic 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenolHình 2.11: Ngắt mạch phản ứng dây chuyền

Hình 2.12: Hấp thụ gốc tự do

Hình 2.13: Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa

Hình 2.14: Một số dẫn xuất anime của chất phụ gia oxy hóaHình 2.15: Một số dẫn xuất phenol của chất phụ gia oxy hóaHình 2.16: Sự phân bố điện tích trong từ trường tĩnh điệnHình 2.17: Phân tử mất điện tích khi va chạm

Hình 2.18: Phân bố điện tích trên bề mặt vật

Hình 2.19: Chất chống tĩnh điện của este của acid photphoricHình 2.20:Chất chống tĩnh điện quarterary ammonium

Hình 2.21: Chất chống tĩnh điện non-ionic

Hình 2.22: Cơ chế chống tĩnh điện lâu bềnHình 2.23: Cơ chế tẩy trắng quang học

Hình 2.24: Cơ chế phân hủy sinh học của nhựaHình 2.25: Vi sinh vật bám vào phân hủy nhựa

MỞ ĐẦU

Vật liệu polymer được con người phát hiện, phát triển và sử dụng qua hàng trămnăm nay Ngày nay, nhựa được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống Từ những vật dụngtrong nhà như chén, dĩa hay rổ rá, cho đến những thiết bị công nghệ, sản xuất cũng đượclàm từ nhựa: các thiết bị máy tính, điện thoại hay các khuôn thiết bị làm bằng chất liệunhựa Tùy theo hình dạng kích thước cũng như công dụng hay mục đích sử dụng khácnhau mà các vật dụng, thiết bị ấy được chế tạo từ những loại nhựa khác nhau Mỗi loạinhựa sẽ phù hợp với những tiêu chí sử dụng khác nhau Như nhựa PE có đặc tính trongsuốt, mềm dẻo, chống thấm tốt được sử dụng làm các túi nhựa hay thùng nhựa, Haynhựa PVC giòn, rẻ tiền, cách điện được sử dụng để chế tạo thành ống nước hay dây bọccáp điện,… Và chính việc lợi dụng các tính chất khác nhau của mỗi loại nhựa mà conngười có thể tạo ra vô vàng các vật dụng nhựa đa dạng phục vụ những đòi hỏi khắc khecủa con người chúng ta

Việc cải biến những vật liệu nhựa không chỉ phụ thuộc vào những nguyên liệuchính trong việc chế tạo ra những loại nhựa ấy mà còn phụ thuộc rất lớn và những chất vilượng mang tính chất đặc trưng được cho thêm vào trong quá trình chế biến Những chất

ấy được gọi là chất phụ gia trong ngành nhựa Mặc dù chỉ thêm vào một lượng không lớntrong quá trình tổng hợp nhựa nhưng các chất ấy vô cùng quan trọng Ví dụ như chúng tacần một loại nhựa có tính chống tĩnh điện cao hay chống cháy cao để đảm bảo an toàn chocác công trình khai thác than hay các công trình xây dựng,… thì việc thêm các chất phụgia thích hợp là một điều vô cùng cần thiết Không những thế mà các chất phụ gia còn cảithiện các tính chất của nhựa: tính dẻo, tính trượt,… và chính nó cũng cải thiện đáng kểchất lượng và giá thành của sản phẩm

Việc sử dụng các chất phụ gia trong ngành nhựa là vô cùng cần thiết Hay có thểnói nhựa sẽ không thể làm việc được khi thiếu các chất phụ gia Vì thế bài đồ án này,chúng ta sẽ tìm hiểu về công dụng của chất phụ gia trong việc tổng hợp nhựa và tìm hiểu

về tính chất, cơ chế của một số loại phụ gia cụ thể để có thể hiểu thêm về vai trò củachúng trong việc cải thiện các sản phẩm nhựa mà con người chúng ta đang sử dụng hằngngày

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ PHỤ GIA CHẤT DẺO

1.1 Tổng quan về chất dẻo

1.1.1 Khái niệm [1]

Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa, là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu

để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày như là: áo mưa, ống dẫn điện cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người

Chất dẻo là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, ápsuất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng Chất dẻo còn được sử dụng rộngrãi để thay thế cho các sản phẩm làm bằng: vải, gỗ, da, kim loại, thủy tinh,… vì chúngbền, nhẹ, khó vỡ, nhiều màu sắc đẹp

Chất dẻo thường là các chất tổng hợp có nguồn gốc từ các sản phẩm hóa dầu

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của chất dẻo [1]

Năm 1600 TCN, người Trung Mỹ đã sử dụng cao su thiên nhiên làm banh, dây, vàcác bức tượng nhỏ Các chất dẻo có nguồn gốc sinh học đầu tiên như trứng và proteinmáu là các polymer hữu cơ Sừng gia súc được xử lý dùng làm cửa cho những chiếc lồngđèn thời Trung Cổ

Chất dẻo đầu tiên được làm ra vào năm 1838 là vinyl clorua

Tiếp theo đó là chất styrene vào năm 1839

Acrylic được tạo ra vào năm 1843

Polyeste được làm ra vào năm 1847

Năm 1869, nhà phát minh John Hyatt đã phát hiện ra celluloid, Lần đầu tiên sảnxuất của con người đã không bị hạn chế bởi các giới hạn của tự nhiên Thiên nhiên chỉcung cấp rất nhiều gỗ, kim loại, đá, xương, ngà và sừng Nhưng bây giờ con người có thểtạo ra vật liệu mới Sự phát triển này đã giúp không chỉ người dân mà còn là môi trường.Quảng cáo ca ngợi nhựa như vị cứu tinh của con voi và rùa Nhựa có thể bảo vệ thế giới

tự nhiên khỏi những phá hoại của con người => mở đầu cho cuộc đột phá trong việc triểnkhai chất tổng hợp mới

Chất dẻo được phát triển mạnh nhất bởi nhà hóa học người Mỹ Leo Baekeland,ông đã khám phá ra phenol formaldehyd vào năm 1907 (Baekeland đã được tìm kiếm một

tổng hợp thay cho cánh kiến đỏ, một tấm cách điện tự nhiên , để đáp ứng nhu cầu điện khícủa Hoa Kỳ một cách nhanh chóng Bakelite không chỉ là một chất cách điện tốt; nó cũngkhá bền, khả năng chịu nhiệt cao, là vật liệu lý tưởng cho sản xuất hàng loạt cơ khí Thịtrường coi nó như là "vật liệu của một ngàn cách sử dụng ," Bakelite có thể được địnhhình hoặc đúc thành gần như bất cứ điều gì , cung cấp khả năng vô tận, )

Năm 1933, polyethylene được các nhà nghiên cứu của Imperial ChemicalIndustries (ICI) gồm Reginald Gibson và Eric Fawcett phát hiện

Polypropylene được Giulio Natta tìm thấy vào năm 1954 và bắt đầu được sản xuấtvào năm 1957

Trong số những mẫu chất dẻo đầu tiên dạng polymer mới phải kể đến làpolystyrene (PS) được BASF sản xuất đầu tiên trong thập niên 1930 và polyvinyl clorua(PVC), được tạo ra năm 1872 nhưng được sản xuất thương mại vào cuối thập niên 1920

Năm 1954, polystyrene giãn nở (được dùng làm tấm cách nhiệt, đóng gói, và lytách) được Dow Chemical phát minh

Việc phát hiện ra Polyethylene terephthalat (PET) đã tạo ra nhiều ứng dụng củaCalico Printers' Association ở Liên hiệp Anh vào năm 1941; nó là một trong số ít chất dẻothích hợp cho việc thay thế thủy tinh trong nhiều trường hợp, tạo ra nhiều ứng dụng vềchai nhựa ở châu Âu

Sự phát triển của chất dẻo đã tạo ra nhiều ứng dụng của vật liệu dẻo tự nhiên (nhưchewing gum, shellac) để dùng làm các vật liệu tự nhiên có sự can thiệp bằng hóa học(như cao su, nitrocellulose, collagen, galalit) và cuối cùng là các phân tử tổng hợp hoàntoàn (như bakelite, epoxy, Polyvinyl clorua)

1.1.3 Phân loại [1]

1.1.3.1 Phân loại theo hiệu ứng của polymer với nhiệt độ

 Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảymềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại Thường tổng hợp bằng phương pháptrùng hợp Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu(liên kết hydro, vanderwall) Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệtrắn Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như: polyetylen (PE),polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), polybutadien(PB), poly etylen tere phtalat (PET),…

 Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái khônggian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóngchảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệtrắn: ure focmadehyt (UF), nhựa epoxy, phenol focmadehyt (PF), nhựamelamin,polyeste không no

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

1.1.3.2 Phân loại theo ứng dụng

 Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trongnhững vật dụng thường ngày, như: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,

 Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thôngdụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như: PC, PA,

 Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trườnghợp

1.1.4 Vai trò của nhựa trong cuộc sống [2]

Nhựa công nghiệp là vật liệu thân thiện đối với môi trường, có thể tái chế tái sửdụng Nhựa làm tăng năng suất sử dụng năng lượng, giảm hao hụt, tăng tốc độ sử dụngnguyên liệu,…

Ngành nhựa công nghiệp giúp chúng ta phát triển ngày càng nhiều mặt hàng cóchất lượng, giảm áp lực vào việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên Cụ thể: Tạo ranguồn năng lượng mới: Từ nguyên liệu polycarbonate, tạo ra nguồn năng lượng tái sửdụng được

Nhựa giúp tiết kiệm nhiên liệu, năng lượng và tài nguyên thiên nhiên: Máy bay và

xe được làm từ các nguyên liệu hỗn hợp, giúp chúng trở nên nhẹ nhàng và an toàn Do sửdụng ít năng lượng nên giảm thiểu tối đa khí thải – nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính

Nếu không có nhựa, các gói hàng hóa sẽ rất nặng, từ đó gia tăng chi phí sản xuất,năng lượng sử dụng cũng như lượng chất thải

1.2 Tổng quan về phụ gia ngành nhựa

1.2.1 Giới thiệu khái quát về chất phụ gia trong ngành nhựa [3]

Tất cả các sản phẩm nhựa được làm từ polymer thiết yếu kết hợp với một sự phatrộn phức tạp của vật liệu được gọi chung là chất phụ gia Số lượng chất phụ gia từ 0%đối với các polymer dùng trong thực phẩm đến hơn 50% dùng trong các ứng dụng điện

tử Các chất phụ gia được thêm vào trong quá trình tổng hợp nhựa có chức năng làm biến

đổi một tính chất cơ bản hoặc gia tăng các tính chất cần thiết đáp ứng nhu cầu tổng hợpcác chất dẻo ấy.

Khi thêm các chất phụ gia, các thuộc tính của nhựa cũng có thể được thay đổi.Điều này có thể xảy ra bằng cách thay đổi các polyme từ bản gốc, hoặc thay đổi bởi phụgia, chất màu, cốt thép hoặc các chất độn Phụ gia phải luôn luôn phù hợp với các loạinhựa tổng hợp và mục đích tổng hợp Các nhà hóa học cố gắng để giữ tất cả các tính năngvật chất cơ bản cần thiết nhất của nhựa càng cao càng tốt trong khi vẫn đạt sự cải thiệnmong muốn, ví dụ, thêm chất phụ gia chống cháy trong quá trình tổng hợp nhựa nhưngvẫn không làm thay đổi thành phần, cấu trúc phân tử cơ bản của vật liệu nhựa ấy Để cảithiện tính năng vượt trội, có thể kết hợp với các chất phụ gia như cacbon, mica, thủy tinh

và aramit,… Và chất phụ còn có thể thay đổi nhiều tính năng khác của nhựa

Hầu hết các phụ gia nhựa được chế tạo thành một hợp chất hữu cơ(là sự pha lẫn vàphản ứng của nhiều chất hóa học với nhau), tùy theo từng tính năng và cấu trúc, thànhphần của mỗi chất tổng hợp mà nên chọn các loại phụ gia phù hợp với nó Các loại khácnhau của các chất phụ gia đều có những hạn chế và thế mạnh khác nhau, mỗi loại chấttrong số chúng có thể có ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất polymer

Nếu không có chất phụ gia, nhựa sẽ không đáp ứng tối đa được những yêu cầukhắc khe của con người trong đời sống và sản xuất Phụ gia tốn tiền, tất nhiên Nhưng lợiích mà chúng mang lại còn lớn hơn nhiều Không chỉ biến đổi cấu trúc phù hợp với chứcnăng sản phẩm mà các chất phụ gia còn giúp ta giảm đi chi phí trong quả trình tổng hợpsản phẩm từ đó làm cho giá thành của sản phẩm nhựa cũng giảm đi rất nhiều Chi phí ta

có thể tiết kiệm được còn lớn hơn gấp nhiều lần số tiền chúng ta mua phụ gia Ngoài ra,sửdụng hợp lý các chất phụ gia còn giúp bảo tồn trữ lượng nguyên liệu quý giá của thế giới

Và trong thực tế, nhựa sẽ ít an toàn hơn rất nhiều, đắt hơn rất nhiều và màu sẽ nhạt đikhông đáp ứng được nhu cầu thẩm mĩ mà không có chất phụ gia ngành nhựa

1.2.2 Vai trò của chất phụ gia trong sản xuất [4]

1.2.2.1Phụ gia giúp nhựa dễ tạo hình hơn

Tổng hợp các loại nhựa cũng giống như chơi một trò chơi với các phân tử Mụcđích là để tái tổ chức chúng thành các hình dạng mới mà không thay đổi màu sắc hoặc cóthể nhào nặn, tạo hình mà không làm hỏng thành phẩm Phụ gia giúp ta trong tất cả nhữngvấn đề này Trong thực tế, chế biến nhựa mà không có phụ gia là hầu như không thể

Trong cuộc sống, các vật dụng nhựa có rất nhiều hình dáng, kích thước đa dạngkhác nhau Vì thế, ta có thấy được để tạo ra các thành phẩm nhựa đều có thể có nhiều

cách khác nhau như phương pháp khuôn nhựa, đùn ép, phun ép, khuôn thổi,…Vì thế, cầnphải cho các chất phụ gia vào để biến đổi một số tính chất: chất trơn của các phân tửnhựa, chống oxy hóa bảo vệ nhựa trong khi gia công, tạo hình,…

1.2.2.2Phụ gia giúp nhựa đẹp hơn

Với phương pháp sử dụng phụ gia, các sắc tố màu sắc có thể tạo ra tất cả các loạihiệu ứng trang trí mà không thể nào mất đi Với cách này giúp cho các nhà thiết kế ngàynay có thể làm việc tự do với các sản phẩm nhựa Các sắc tố được đồng đều trộn vàopolymer ở trạng thái nóng chảy của nó Thông qua một thao tác khéo léo của các chất phụgia, các thành phần nhựa có thể được màu sắc phù hợp với các bộ phận được làm từ cácvật liệu khác như gỗ, kim loại và vải, radio xe hơi và thiết bị nhà bếp,… Trong tất cả cáclĩnh vực chất dẻo, các sắc tố cho phép nhựa cung cấp một bảng biến hóa vô tận của màusắc Ngoài ra, nó có thể được sử dụng như là một tín hiệu nguy hiểm quan trọng, ví dụnhư các cột rào trên đường, quần áo của những người lao công trong đêm,…

1.2.2.3Tiết kiệm tiền

Chất phụ gia còn giúp cho ta tiết kiệm được nguồn nguyên liệu polymer nguyênchất, mà phụ gia thì rẻ hơn nhựa nguyên chất rất nhiều Không chỉ thế, phụ gia còn giúpcải thiện một số tính chất của nhựa, như chất độn khoáng: phấn, phấn rôm và đất sét, khicho vào quả trình tổng hợp không chỉ tiết kiệm nguồn nguyên liệu tinh khiết mà còn cảithiện tính chất của sản phẩm nhựa: phấn tăng độ cứng, đất sét cải thiện tính chất điện

Ngoài ra sử dụng phụ gia, còn giảm thiểu các tai nạn trong sản suất, khai thác haycác công trình xây dựng bảo vệ tính mạng và tài sản của con người

1.2.2.4Bảo đảm an toàn

Thiết kế tốt trong sản xuất nhựa bao gồm nghệ thuật kết hợp các đặc tính an toànvốn có của chất dẻo, như vật liệu không thể phá vỡ, tính năng sản phẩm được thiết kế mộtcách thích hợp Các cạnh tròn, đóng cửa chống trẻ và giả mạo con dấu rõ ràng là những ví

dụ Yếu tố an toàn thậm chí lớn hơn có thể được xây dựng thông qua việc sử dụng cácchất phụ gia

Hầu hết mọi người có lẽ không biết rằng tất cả các sản phẩm nhựa cũng tương tựnhư trong thành phần các polyme tự nhiên như gỗ, len, lụa hay cotton Chúng đều dựatrên các phân tử hữu cơ có thể bắt lửa và cháy Trong một số trường hợp này không phải

là vấn đề, nhưng trong những tình huống khác, nó có thể có nghĩa là cuộc sống hay cáichết Các vật liệu xây dựng được sử dụng để xây dựng nhà cửa, trường học và các tòa nhàcông cộng phải được bảo vệ chống cháy củapháp luật, có nghĩa là họ phải cũng không bắtlửa hoặc ngọn lửa lây lan Tùy thuộcvào loại vật liệu nhựa và các mối nguy hiểm có khảnăng, có nhiều chất phụ gia chống cháy có sẵn để giúp đáp ứng yêu cầu này

Một ví dụ tuyệt vời của người được cứu sống bằng chất chống cháy trong sản xuấtnhựa là vành đai băng tải trong các mỏ than Trong nhiều năm đám cháy xảy ra thườngxuyên khi ròng rọc quá nóng, gây tai nạn nghiêm trọng và tử vong Nhưng khi các phụ gianhựa phát triển, người ta đã thêm vào nhựa PVC một hàm lượng cao các chất chống cháy

đã được giới thiệu vào giữa những năm 1950, các vụ tai nạn dừng lại

1.2.2.5Sạch và khỏe mạnh

Tay trong tay với những tiến bộ trong khoa học y tế, nhựa đã trở thành một phươngtiện quan trọng để nâng cao các tiêu chuẩn về vệ sinh với mức độ cao hiện nay chúng tađược hưởng Trong suốt cuộc sống của chúng ta, nhựa giúp ngăn ngừa bệnh tật và kéo dàithời gian hoạt độngmột cách lành mạnh PVC (ví dụ, với độc tính thấp), tính linh hoạt, sự

rõ ràng của nó và các tính chất niêm phong, tất cả đạt được thông qua các chất phụ gia, đãtrở thành một trong những chất dẻo quan trọng nhất trong ống thuốc Bộ truyền máu, hệthống kín của ống và túi PVC tách máu vào thành phần cấu tạo của nó mà không cần phải

mở các thiết bị Điều này đã dẫn đến một lĩnh vực hoàn toàn mới điều trị thành phần máu

Để ngăn chặn các vật liệu nhựa trở nên cứng và giòn ở nhiệt độ thấp, hoặc mềm vàdính ở nhiệt độ cao, các chất phụ gia được sử dụng để “thiết kế” đặc biệt cho nhựa giúp

sử dụng tốt hơn Ngày nay chất dẻo có thể được chuyển từ tủ đá để lò vi song mà vẫn hầunhư không thể phá vỡ và an toàn trong mọi điều kiện

Polyethylene và polypropylene có thể ngăn chặn các vi sinh vật làm hư thực phẩmtươi sống hoặc nấu chín Để làm được điều này các polymer được bào chế với phụ giaphù hợp chẳng hạn như chất làm dẻo và hệ thống ổn định không độc hại Các chất hóadẻo tạo một lớp màng rất sát nên vi khuẩn không thể xâm nhập vào thực phẩm,…

1.2.2.6Giúp nhựa làm việc lâu hơn

Trong thế giới của nhựa, đã có các biện pháp để bảo vệ sản phẩm khỏi tác độngcủa thời gian Các chất phụ gia có thể kéo dài tuổi thọ của nhựa, bảo vệ vô hình chúngtránh khỏi những tác nhân gây hại Hãy tưởng tượng những điều kiện nhựa phải chịu -ánh sáng nhiệt, dòng điện, thời tiết nước, lạnh, và gõ cửa và sử dụng liên tục trong nhà,máy văn phòng hoặc trường Hiệu quả là rất quan trọng Vật liệu tự nhiên thường phảiđược kết thúc sau khi gia công với các loại sơn và sơn mài, nhưng nhựa tận hưởng nhữnglợi thế của việc kết hợp trước hoặc trong quá trình đúc với các chất phụ gia mà có thể kéodài thời hạn sử dụng trong nhiều năm

1.2.2.7Bảo vệ môi trường

Phụ gia giúp nhựa nhẹ, dẻo và có độ bền cao vì thể các sản phẩm từ nhựa dùngtrong các phương tiện lưu thông và sản xuất thường ít tiêu tốn năng lượng Giúp tiết kiệm

nhiên liệu tự nhiên và bảo vệ môi trường khỏi khí thải do các nguồn nhiên liệu truyềnthống thải ra.

Và trên khắp thế giới năng suất cây trồng nhờ màng nhựa đặt trên đất để giữ nhiệt

và độ ẩm Phụ gia đã được phát triển cho phép các tấm để nắm bắt sự ấm áp của mặt trờitrong mùa phát triển, nhưng để phá vỡ ngay sau khi thu hoạch đến Các tấm hư hoại dotác động của ánh sáng mặt trời và các mảnh vỡ có thể được cày vào đất, nơi các vi khuẩnđất nhanh chóng phá vỡ chúng thành carbon dioxide và nước Tại các khu vực khí hậu dựđoán được, quá trình này có thể được hẹn giờ với độ chính xác trong vòng bảy ngày.Trường hợp nhựa không thể được tái sử dụng hoặc tái chế, phân hủy sinh học có thể cungcấp một phương pháp an toàn sạch sẽ thanh lý

1.2.3 Các loại phụ gia trong ngành nhựa [5]

- Hỗ trợ chế biến: chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn bên trong và bên ngoài, sửa đổi chếbiến, chất tách khuôn,… có khả năng thay đổi các đặc điểm chế biến nhựa, hỗ trợ chếbiến trơn tru

- Phụ gia tăng cường có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu nhựa, bao gồm cả chấthoá dẻo, tác nhân gia cố,…

- Hỗ trợ cuộc sống là những chất, có thể kéo dài tuổi thọ của sản phẩm nhựa như chấtchống oxy hóa, chất ổn định ánh sáng (vật chất hấp thụ tia cực tím), chất chống sinhhọc (kháng khuẩn, động vật gặm nhấm),…

- Phụ gia có thể thay đổi các đặc tính bề mặt của vật liệu nhựa, và bao gồm cả trừngphạt chống tĩnh điện, và một chất gắn kết,…

- Các viện trợ quang học là một phương tiện để thay đổi bản chất của nhựa màu vàminh bạch, chất tạo màu (sắc tố, thuốc nhuộm, chất tẩy trắng huỳnh quang,…)

- Các viện trợ: có nghĩa là việc thêm các chất phụ gia có thể làm giảm chi phí của nhựa

và tạo điều kiện quảng bá rộng rãi, bao gồm chất độn (hữu cơ và vô cơ), loãng (vớidung môi) của dung dịch nhựa

Trên 20 chức năng tùy chọn, đặc biệt là dẻo, dầu bôi trơn, ổn định, chống oxy hóa,chống cháy, chống tĩnh điện, xốp, cải tiến, màu, gây ra lian và các chức năng khác củaphát triển nhựa có một tác động lớn hơn

1.2.4 Các yêu cầu kĩ thuật đối với phụ gia [6]

Các chất phụ gia thường không nên có màu (trừ các chất tạo màu), phải làm ít thayđổi màu sắc tự nhiên của nhựa càng tốt

Các chất phụ gia phải ổn định, không bị phân trong quá trình xử lý nhiệt khácnhau của nhựa.

Một số chất phụ gia rất nhạy với phản ứng thủy phân Khi bị thủy phân tạo

ra các chất mang tính acid ăn mòn máy móc khi gia công

Một vài chất chống oxy hóa thì dễ bay hơi và tách khỏi nhựa ngay cả ởnhiệt độ thấp.Cần lựa chọn loại phụ gia có khả năng bay hơi thấp trong quá trìnhbảo quản, gia công

Một số hợp chất phụ gia phân cực sẽ rất khó hòa tan trong nhựa không phâncực (PP, PE) Hàm lượng phụ gia vượt quá giới hạn hòa tan thì rất khó tương hợpvới polymer Điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ khuếch tán của phụ gia,tốc độ di chuyển của phụ gia nhanh hay chậm tới bề mặt polymer Vì vậy phảichọn tỉ lệ sử dụng thích hợp

Các tính độc hại là một trong những thông số quan trọng nhất làm hạn chế

sự lựa chọn chất phụ gia Đối với các ứng dụng trọng thực phẩm, nhựa và các phụgia phải tuân theo các quy định của từng quốc gia, phải quan tâm sự di chuyển củacác phụ gia vào thực phẩm

Tính tương hợp với nhựa nền nghĩa là không làm giảm đi tính chất sảnphẩm, bền ánh sáng, UV, hiệu quả ngay ở hàm lượng nhỏ, và giá cả của phụ giaphải chăng.[7]

Chương 2 CÁC CHẤT PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA

2.1 Chất chống oxy hóa [6]

2.1.1 Quá trình oxy hóa của nhựa

Tất cả các chất dù tổng hợp hay có nguồn gốc tự nhiên, kể cả polymer cũngđều tác dụng với oxy trong không khí Các phản ứng oxy hóa xảy ra do nhiều tácnhân khác nhau, còn được gọi là hiện tượng lão hóa

Nhựa thường bị oxy hóa khi tiếp xúc trực tiếp với oxy khí quyển trong quá trìnhsản xuất, bảo quản, gia công và sử dụng, làm giảm đi tính chất vật liệu, giảm khả năng sửdụng

Những loại nhựa có bản chất khác nhau thì khả năng oxy hóa và kháng oxy hóacũng khác nhau Vì thế trong quá trình tổng hợp các vật liệu nhựa, người ta thường thêmvào các chất phụ gia chống oxy hóa

Dấu hiệu của sự oxy hóa ở nhựa: thường hay có những vết nứt trên sảnphẩm, bị giãn ra

Hình 2.1: Sơ đồ oxy hóa của nhựa

Cơ chế của quá trình oxy hóa của nhựa:

Khi tiếp xúc với không khí trong thời gian lâu dài, dưới tác động của oxy sẽ làm chocác phân tử hữu cơ trong sản phẩm bị kích thích, làm cho oxy dễ chui vào các mạchcacbon, tác dụng với các gốc bị kích thích trong mạch gây ra hiện tượng đứt gãy mạch

Hình 2.3: Vật liệu nhựa bị nứt Hình 2.2: Sự giãn của vật liệu nhựa

Hình 2.4: Các phân tử oxy chen vào các phân tử nhựa

Cơ chế phân hủy nhựa PET

2.1.2 Cơ chế chống oxy hóa

Có 3 cơ chế chống oxy hóa chủ yếu:

- Chống gấy đứt mạch

Hình 2.5: Chu kỳ phân hủy của một loại thìa nhựa

Hình 2.6: Cơ chế phân hủy nhựa PET

- Chống oxy hóa ngăn ngừa

- Chống oxy hóa kết hợp

2.1.2.1 Cơ chế chống gây đứt mạch

Chống oxy hóa bằng cách chống đứt gãy mạch gồm có 3 loại chính:

 Ngăn cản gốc tự do hydroperoxy lấy hydro của mạch polymer

Sử dụng chủ yếu nhóm phenolic, nhường hydro linh động cho các gốc này

Hình 2.7: Cơ chế chống đứt gãy bằng nhóm phenolic

 Loại 2: Ngăn cản sự phân hủy của hydroperoxide

Thường sử dụng các hợp chất photphile hữu cơ và thioester, tham gia vào các bước tựoxy hóa, tạo sản phẩm dạng bền không phải gốc tự do

GVHD: Th.S Võ Th Nhã Uyên ị Trang 14

Hình 2.9: Quá trình ngăn cản gốc tự do Hình 2.8: Butylated Hydroxytoluene

Hình 2.10: Hợp chất phenolic 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol

 Loại 3: Hấp thụ gốc tự do

Theo cơ chế hấp thụ gốc tự do, các hợp chất này giúp giảm các phản ứng gây phânhủy nhựa trong quá trình gia công Ngăn chặn sự tồn tại của các gốc tự do sau quá trìnhgia công, hạn chế sản phẩm bị thoái hóa trong quá trình sử dụng

 Do đó các chất chống oxy hóa loại này thường sử dụng ở các công đoạn gia côngcuối cùng

Hình 2.11: Ngắt mạch phản ứng dây chuyền

Hình 2.12: Hấp thụ gốc tự do

2.1.2.2 Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa

Chất chống oxy hóa ngăn ngừa phá hủy hydropeoxide mà không tạo gốc tự dotrung gian Do đó chúng ngăn chặn phân nhánh mạch

Các axit chứa lưu huỳnh là chất phân hủy hydropeoxide

2.1.2.3 Cơ chế chống oxy hóa kết hợp

Nhược điểm của 2 cơ chế chống oxy hóa trên

 Hình thành các sản phẩm mang màu hoặc giảm màu của các sản phẩm

 Hạn chế phạm vi sử dụng, chỉ sử dụng trong phạm vi pigment hay hệ chất độn cacbonđen (cao su)

 Phenolic ít gây mất màu sản phẩm nhưng hoạt tính thấp hơn các ani

 Kết hợp các cơ chế chống oxy hóa bậc 1 và 2 để nâng cao khả năng chống oxy hóa, cảithiện chất lượng sản phẩm

Cơ chế chống oxy hóa kết hợp:

Các phản ứng ổn định chủ yếu đưa các hydro vào gốc phenoxy

Khi kết hợp với nhau, gốc peroxy thứ 2 tấn công vào nhóm hydroxyl của chất chống oxyhóa

Phản ứng kết thúc mạch kéo theo sự mất cân bằng của 2 gốc phenoxy được gắn trên phân

tử chất chống oxy hóa để tạo quinone methide gây cản trở không gian

Hình 2.13: Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa

2.1.3 Các chất phụ gia oxy hóa và ứng dụng

 Dẫn xuất phenol

Kém hoạt động hơn anime

Ít làm biến màu sản phẩm, thích hợp cho các sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm

Gồm 3 loại:

Hình 2.14: Một số dẫn xuất anime của chất phụ gia oxy hóa

- Monophenol: khả năng chống oxy hóa trung bình, tiêu biểu methyl-phenol (AO-1)

2-6-đi-tert-butyl-4 Bisphenol: khả năng koatj động lớn hơn monophenol, ít bay hơi nhưng làm đen sảnphẩm, tiêu biểu: 2,2’-methylene bis(4-methyl-6-đi-tert-butyl phenol) (AO-18)

- Phophite: có tác dụng tốt trên cao su sống, được them vào cao su tổng hợp sau giaiđoạn polymer hóa, tiêu biểu nhất: tri(nonylphenyl) photphite (P-3)

Hình 2.15: Một số dẫn xuất phenol của chất phụ gia oxy hóa