Hình 2.4: Giá trị xuất khẩu sản phẩm nhựa
của Việt Nam 2006-2010(Triệu USD)(Nguồn: Hiệp hội nhựa VN)
Trong quá trình phát triển, ngành nhựa Việt Nam cũng có những đặc điểm đặc thù có thể kể ra sau đây:
- Với dân số đông (trên 84 triệu dân) nên nhu cầu về nhựa ở nƣớc ta còn rất lớn.
35
- Ngành hóa dầu nƣớc ta đang phát triển mạnh tạo điều kiện cho các doanh nghiệp chủ động hơn trong việc tìm nguồn nguyên liệu phục vụ sản xuất.
- Sản lƣợng nhựa xuất khẩu của nƣớc ta không ngừng tăng qua các năm.
2.1.3 Xu hướng phát triển và triển vọng của ngành nhựa.
Thống kê cho thấy, chi phí nguyên liệu chiếm khoảng 70 – 80% giá thành sản xuất các sản phẩm nhựa của Việt Nam chịu tác động trực tiếp từ những biến động về giá nguyên liệu thế giới, tỷ giá hối đoái và đặc biệt là có mối tƣơng quan thuận với giá dầu thô trên thế giới. Mặc dù tốc độ sản xuất nhựa của Việt Nam phát triển mạnh, xếp trên một số nƣớc ở Đông Nam Á nhƣ Philipine, Indonesia,…nhƣng hầu hết các nguyên liệu phải nhập từ nƣớc ngoài. Để nguồn nguyên liệu trong nƣớc có thể đáp ứng nhu cầu gia, Chính phủ đã xác định nhựa là ngành công nghiệp ƣu tiên phát triển ở Việt Nam. Theo đó Chính Phủ chủ trƣơng tập trung đầu tƣ các nhà máy sản xuất nguyên liệu, bán thành phẩm, hóa chất, phụ gia cho ngành nhựa, ứng dụng công nghệ và thiết bị hiện đại, xu hƣớng chủ động hơn về nguồn nguyên liệu cũng là một xu hƣớng chính đồng thời đẩy mạnh việc xây dựng nền công nghiệp tái chế là những xu hƣớng phát triển chủ đạo của ngành nhựa Việt Nam nhằm chủ động về giá cả cũng nhƣ tăng sức cạnh tranh của sản phẩm nhựa trong nƣớc.
2.2 Tổng quan về chất dẻo
2.2.1. Khái niệm về chất dẻo
2.2.1.1. Chất dẻo.
Là loại vật liệu hỗn hợp đƣợc tạo thành từ các Polyme cùng với các chất phụ gia phù hợp cho mục đích sử dụng nhƣ chất độn, chất gia cƣờng, chất ổn định, chất bôi trơn, chất tạo màu,…
2.2.1.2. Polymer.
Là hợp chất hữu cơ đƣợc hình thành do sự liên kết hóa học bền vững giữa các đơn vị Polymer với cấu trúc phân tử hoàn toàn giống nhau.
Ví dụ: Polyetylen: nCH2 = CH2 → (- CH2 – CH2 -)n
36
Độ lớn của mạch phân tử đƣợc xác định bằng phân tử lƣợng trung bình M hoặc độ trùng hợp trung bình P.
2.2.2. Đặc tính chung của polymer
Polymer là loại vật liệu nhẹ (ρ = 0,8 – 2,2 g/cm3), mềm dẻo (E nhỏ), có khả năng thấu quang tốt, dễ bị thẩm thấu bởi các chất khí, dẫn nhiệt kém, dẫn điện kém, bền với hóa chất, có khả năng tái sử dụng cao (tái sinh, chất đốt), có nhiệt độ gia công thấp (2500 – 4000), đƣợc gia công bằng nhiều phƣơng pháp (đùn, đúc phun, thổi, ép,…)
2.2.3. Phương pháp tổng hợp polymer
2.2.3.1. Sự trùng hợp.
- Một số loại chất dẻo: Polyetylen, Polystyren, Polyvinylclorit,… - Không có sự tạo thành sản phẩm phụ.
- Điều kiện của phản ứng là phải có liên kết đôi không bão hòa.
2.2.3.2. Sự trùng phối.
- Một số loại chất dẻo: Polyuretan, nhựa Epoxy,… - Không xuất hiện các sản phẩm phụ có phân tử thƣờng.
- Phản ứng dùng hai chất đơn phân tử khác nhau. Có sự đổi chỗ cho các nguyên tử. Các nhóm chức trong monomer thƣờng là hai và nằm ở hai đầu phân tử monomer.
2.2.3.3. Sự trùng ngưng.
- Phản ứng có sự tạo thành sản phẩm phụ (H2O).
- Các monomer ban đầu có chứa các nhóm chức, số nhóm chức lớn hơn 2 . Phản ứng cần cung cấp thêm nhiệt. Ví dụ Phenol
2.2.3.4. Đồng trùng hợp và các Polymer hỗn hợp.
- Phản ứng đồng trùng hợp là sự tham gia phản ứng trùng hợp của hai hoặc ba Monomer khác loại, chúng liên kết lại với nhau tạo ra polymer đồng trùng hợp.
37
- Mốt số chất dẻo: ABS (bloc), SAN (ghép cấy), PVC (polyblend).
2.2.4. Phân loại polymer.
2.2.4.1. Theo cơ sở nguồn gốc nhận Polymer.
- Polymer tự nhiên: cao su thiên nhiên, xelluloz và len
- Polymer tổng hợp: tạo thành thông qua PƢHH: PP, PVC, Epoxy,..
2.2.4.2. Theo tính chất cơ lý đặc biệt.
Nhựa nhân tạo, vật liệu có tính cao su, vật liệu tạo sợi, vật liệu tạo màng.
2.2.4.3. Theo cấu trúc hóa học, khả năng gia công và ứng dụng.
- Các Polymer mạch cácbon, mạch chính chỉ có nguyên tử C
- Các Polymer mạch không đồng nhất, mạch chính còn có O, N, … - Các Polymer mạch vô cơ, mạch chính không chứa C.
2.2.4.4. Theo phương diện công nghệ.
- Chất dẻo nhiệt dẻo - Chất dẻo nhiệt rắn.
2.2.5. Nhận biết các chất dẻo thông thường
2.2.5.1. Dung môi thường gặp: Benzen C6H6, Axeton CH3OCOCH3,…
2.2.5.2. Nhận biết chất dẻo nhiệt dẻo.
- PE: ngọn lửa màu xanh, mùi nến, không tan trong dung môi ở t0 thƣờng, tan trong dung môi 2, 9, 10, 17 với t0
≥ 800C.
- PP: Cháy sáng, chân ngọn lửa có màu xanh nhạt, có mùi cao su cháy, không tan trong dung môi ở t0 thƣờng, tan trong dung môi 2, 9, 10 với t0 ≥ 800C.
- PS: Ngọn lửa sáng rực có muội, mùi hắc nhẹ nhƣ khí ga, tan trong dung môi 2, 3, 9, 10, 11, 17 ở nhiệt độ thƣờng.
- PVC: cháy sáng với ngọn lửa xanh lá cây, có mùi khét hắc khó chịu của HCl, tan trong dung môi 8, 9, 10, 17, 18.
- PA: Cháy với ngọn lửa màu xanh, mép màu vàng, chất dẻo chảy nhỏ giọt, có mùi xƣơng cháy. Tan trong dung môi 12, 13, 14, 15.
- PMMA: cháy sáng chói có muội, mùi khét hắc và chua nồng. Tan trong dung môi 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 14
38
- PC: khó cháy, cháy có muội, đƣa ngọn lửa ra xa thì tắt, chỗ vật liệu cháy giòn có bụi than, mùi khét hắc. Tan trong dung môi 3, 6, 11, 18.
- POM: cháy nhƣ cồn, ngọn lửa xanh nhạt, không có muội, có tiếng lép bép. Sau khi cháy khét hắc và cay (CH2O). Tan trong dung môi 12 ở nhiệt độ ≥ 1000C.
- PUR: cháy tốt ngọn lửa xanh nhạt cạnh vàng, mùi khét hắc của axit isoxianic. Tan trong dung môi 12, 14, 19.
2.2.5.3. Nhận biết chất dẻo nhiệt rắn.
-Chất dẻo Pheno: khó cháy, khi cháy có mùi phenol và formandehid (có mùi thơm của rƣợu và có vị cay cay).
- Chất dẻo amino: rất khó cháy, than cháy có lớp trắng cứng ở xung quanh, khi cháy có mùi amoniac.
- Chất dẻo Epoxy: dễ cháy hơn, khi cháy thì cháy sáng nhƣng rời ngọn lửa thì tắt, ngọn lửa có muội, mùi phenol
- Polyeste không no: dễ cháy và cháy sáng, có muội, mùi khét hắc.
2.2.6. Các loại chất dẻo dùng trong máy ép đúc
2.2.6.1. Polyetylen PE
- PE đƣợc tổng hợp từ Etylen, có công thức cấu tạo:
nCH2 = CH2 → (- CH2 – CH2 -)n.
- PE có độ cứng không cao, không mùi vị. Phần tử của polyetylen có cấu trúc mạch sợi ngoài ra nó cũng có những nhóm mạch nhánh. Các nhóm mạch nhánh càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng kém.
- Ở nhiệt thƣờng, độ kết tinh có ảnh hƣởng rất lớn đến các tính chất của PE nhƣ: tỷ trọng, độ cứng bề mặt, môđun đàn hồi, độ bền kéo, sự trƣơng nở và độ hòa tan trong các dung môi hữu cơ, độ thấm khí,...
- Các loại nhựa PE đƣợc chia ra tùy thuộc vào phƣơng pháp sản xuất: HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE.
- Sản phẩm từ PE có giá thành rẻ và đạt đƣợc nhiều tính chất tốt cho ngƣời sử dụng nhƣ dùng để chế tạo đệm trong ôtô, màng co, ống, đồ chơi mềm dẻo, bọc cáp và một số vật dụng khác…
39 - CH - CH - C H n 2 6 5 2 n Cl CH = CH - CH - CH - Cl n 2 2.2.6.2. Polypropylen PP.
Polypropylen đƣợc tổng hợp từ propylen, có cấu trúc hóa học. Tỷ trọng 0,90 – 0,92g/cm3. Độ kết tinh khoảng 70%. PP không mùi, không vị, không độc. PP có độ bóng cao, tính bám dính kém, tính kháng nhiệt tốt hơn PE, cách điện và tính chất hóa học tốt. Có khả năng gia công bằng các phƣơng pháp gia công thông thƣờng.
2.2.6.3. Polystyren PS
Nhựa Polystyren – PS đƣợc sản xuất bằng cách trùng hợp các Monome styren. Công thức hoá học của Polystyren:
* Tính chất của Polystyren: là loại nhựa cứng trong suốt, không có mùi vị, cháy sáng, có muội, mùi khí ga. PS không màu, dễ tạo mẫu, hình thức đẹp và dễ gia công bằng phƣơng pháp ép và đúc phun. PS hòa tan trong cacbua hydro thơm, cacbua hydro clorua hóa, este, xêton và pridin. PS không hòa tan trong cacbua hydro no mạch thẳng, rƣợu thấp, ete, phenol. PS bền vững trong các dung dịch kiềm, axit sulfuric, photphoric, bền với nƣớc, rƣợu, xăng, dầu thảo mộc và các dung dịch muối. Axit nitric đậm đặc và các chất oxy hóa khác sẽ phá hủy PS. PS có tính chất cách điện tốt, thƣờng đƣợc dùng để tẩm và bọc dây cáp cao tần, sản xuất các sản phẩm dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện. Màng PS dùng để chế tạo các tấm panel đèn, lõi cuộn trở kháng. PS tƣơng đối bền với tác dụng của tia γ và noutron, nếu cho bức xạ mạnh bởi tia đó sẽ tạo thành liên kết ngang trong PS, làm tăng độ giòn và giảm nhiệt độ chảy mềm cực cao.
2.2.6.4. Polyvinilclorit PVC.
- Nhựa PVC có cấu trúc hoá học nhƣ sau:
- Tỷ trọng của PVC vào khoảng từ 1,38 ÷ 1,4g/cm3, cao hơn nhiều so với một số loại nhựa khác. PVC không độc, nó chỉ độc bởi phụ gia, hàm lƣợng Monomer còn lại, và khi gia công sinh khí…
40
- PVC tồn tại ở 3 dạng là huyền phù: PVC.S, PVC.E, và PVC.M.
. Tính chất của PVC: PVC có n ≤ 500 dễ tan trong axeton este, cacbuahydro đƣợc clorua hoá. Nếu n cao hơn mức độ hoà tan bị hạn chế. Ở nhiệt độ bình thƣờng thì PVC gần nhƣ không tan trong các chất hoá dẻo. Độ hoà tan không những chỉ phụ thuộc vào phân tử lƣợng mà còn phụ thuộc vào phƣơng pháp thu nhận. PVCE khó tan hơn PVCM, PVCS.
PVC là vật liệu nhạy nhiệt. Ở nhiệt độ ≥1400C thì bắt đầu phân huỷ, tại nhiệt độ = 1700C thì quá trình phân huỷ nhanh giải phóng HCl và độ sẫm màu tăng dần từ trắng, vàng thành cam, màu đỏ nâu và thành đen. Để ổn định nhiệt cho PVC ta dùng các chất ổn định nhiệt nhƣ: chất chống việc tách khí HCl, chất trung hòa, chất hấp thụ tia cực tím, chất chống oxy hóa.
2.2.6.5. Polyvinylacetat
Polyvinylacetat (PVA) đƣợc tổng hợp từ vinylacetat và có cấu tạo hoá học:
. Tính chất của PVA:
- Hoà tan trong nhiều chất hoà tan (xeton, este, hydrocacbua thơm, …) và không hoà tan trong hydrocacbua mạch thẳng, cồn, dầu mỡ.
- Nhiệt độ thuỷ tinh hóa của PVA ở 280C và phụ thuộc vào phân tử lƣợng, với phân tử lƣợng càng thấp thì nhiệt độ lại càng thấp.
- Nhựa PVA có hiện tƣợng chảy lạnh. Nó xuất hiện trạng thái đàn hồi cao ở 40 – 600C.
- PVA rất nhạy bén với nhiệt độ, nên không dùng nó trong trƣờng hợp nhiệt độ cao. Ở 1200C nó đã xuất hiện sự chảy dẻo, và ở 1700C hoặc cao hơn sẽ bị phân huỷ.
- Dễ kết hợp với chất hoá dẻo dạng este (ngoại trừ dioctilftalat). Lƣợng chất hoá dẻo cho vào trong Polymer hạn chế ở 20%.
2.2.6.6. Polyamit PA (Nylon).
a. Cấu trúc phân tử.
- PA là sản phẩm của quá trình trùng ngƣng các axit amin hoặc hợp chất của nó, vì vậy có nhiều loại Polyamit nhƣ PA6, PA11, PA6T.
41
- Polyamit là chất dẻo có mầu vàng nhạt, đục mờ và nóng chảy trong khoảng nhiệt độ có giới hạn hẹp.
- PA bền với dầu, mỡ, nƣớc, nấm mốc. Không hoà tan trong các chất hoà tan bình thƣờng nhƣ cồn, xeton, hydrocacbon. Tan trong các chất hoà tan lỏng có độ phân cực lớn nhƣ phenol và axit hay muối.
- Polyamit có thể gia công bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau: đúc thông thƣờng, đúc phun, ép, cản, đùn, chuốt, dập, quay ly tâm…
- Đƣợc dùng trong việc tạo màng, vật liệu phủ lên gỗ, thép, bê tông, gốm, da nhƣ là vật liệu đệm hoặc keo dán. Vật liệu dạng này dễ dàng kết hợp với chất hoá dẻo, chất phòng lão, chất màu…
2.2.7. Những ứng dụng của chi tiết nhựa nhiệt dẻo.
2.2.7.1. Ứng dụng của Polyetylen (PE).
- Bọc dây điện, dây cáp: Dây điện thoại, điện tín, đài thu phát, dùng cho điện cao tần,… do PE có tính cách điện cao, độ thấm hơi nhỏ.
- Sản xuất ống dẫn: PE là loại Polyme đƣợc sử dụng để chế tạo các loại đƣờng ống nhiều nhất. Vì ống PE không bị ăn mòn, sức cản nhỏ khi có chất lỏng chảy qua, dễ lắp ráp, mềm, chịu lạnh tốt,…
- Màng và tấm PE: Để sản xuất các loại màng mỏng ta dùng LDPE (đặc biệt là LLDPE, VLDPE) vì HDPE cứng và dòn hơn. Màng PE dùng để bao gói hàng, bảo vệ máy móc và các chi tiết máy, làm các khinh khí cầu, áo mƣa, khăn trải bàn, mái che,...
- Sản phẩm đúc phun: Đúc phun là phƣơng pháp đƣợc áp dụng rộng rãi nhất để gia công sản phẩm định hình bằng vật liệu Polyetylen. Nhiệt độ gia công khoảng 150 – 1800C, thời gian giữ áp suất là 10 – 30 giây và làm nguội trong khuôn
2.2.7.2. Ứng dụng của Polypropylen (PP).
Đƣợc dùng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Phụ thuộc vào bản chất của chúng.
- Loại thông thƣờng để sản xuất các loại vật dụng thông thƣờng, sản phẩm gia dụng.
42
- Loại trùng hợp khối (block) sản xuất các loại vật dụng chất lƣợng cao, chi tiết công nghiệp, các loại van, vỏ acquy, điện gia dụng,…
- Loại tính năng cơ lý cao dùng để sản xuất các chi tiết thành mỏng trong các phụ tùng công nghiệp, dùng trong điều kiện t0 thấp (van công nghiệp) hoặc dùng trong điều kiện t0
cao.
- Loại đặc biệt dùng cho chi tiết sản phẩm công nghiệp, chi tiết nhựa trong xe máy, ôtô, điện tử, nội thất cao cấp, hộp thực phẩm, bàn ghế và các sản phẩm có kích thƣớc lớn khác.
- Loại trong dùng cho bao bì y tế, bao bì thực phẩm, xylanh tiêm, kệ vi deo, sản phẩm loại đặc biệt cho thực phẩm, không mùi và có độ bóng bề mặt cao.
2.2.7.3. Ứng dụng của Polystyren (PS).
- Sản phẩm ép phun: Nhựa PS dễ dàng gia công bằng phƣơng pháp đúc phun với nhiệt độ khoảng từ 1850C đến 2300C, áp lực phun khoảng 800 ÷ 1500kg/cm2
và nhiệt độ làm nguội khuôn vào khoảng 450C. Chu kỳ đúc phun sản phẩm từ nhựa PS không lớn, vào khoảng 30 ÷ 60 giây.
- Sản phẩm của công nghệ đùn: PS trùng hợp khối có thể gia công bằng phƣơng pháp đùn trên máy trục vít. Phƣơng pháp này thƣờng gia công ống, thanh, băng, màng, và sợi. Nhiệt độ gia công trong máy trục vít từ 150 ÷ 1600C, còn ở đầu đùn là 180 ÷ 1900C. Ở nhiệt độ đó nhựa PS sẽ chảy ra và đi qua đầu định hình tạo ống, thanh, sợi hoặc màng.
- Xốp Polystyren là loại vật liệu bên trong có nhiều lỗ hổng chứa không khí hoặc khí trơ khác.
- Xốp PS dẫn nhiệt kém, chịu ảnh hƣởng của tia cực tím, không mục nát, không tan trong nƣớc và dễ cháy. Xốp PS còn chịu đƣợc các hoá chất sau: dung dịch muối (nƣớc biển), nƣớc xà phòng, và nƣớc tẩy rửa, tẩy trắng, acid loãng, acid dƣới 50%, dầu paraffin, vaselin, chất lỏng silicon. Xốp PS đƣợc dùng để cách nhiệt các ống dẫn nƣớc, trong máy lạnh. Nhựa xốp PS có thêm bột than và bột kim loại sẽ dùng trong trƣờng hợp hấp thụ tần số âm thanh cực cao
43
PVC đƣợc tách thành hai nhóm chính là PVC cứng và PVC mềm.
- PVC cứng: Thành phần của nó chủ yếu là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn và các phụ gia khác (không có chất hoá dẻo). Là loại vật liệu chất dẻo có cơ tính cao so với một số loại chất dẻo khác, nên nó đƣợc dùng nhiều trong ngành cơ