Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
1.1. Vật liệu nhựa và vi nhựa (Microplastics)
1.1.2. Một số loại nhựa phổ biến và tính chất
Việc tạo ra các hóa chất tổng hợp mới với khả năng kỹ thuật của sản xuất hàng loạt đã làm cho nhựa trở thành một trong những vật liệu phổ biến nhất trong cuộc sống hiện đại. Việc sử dụng vật liệu hôm nay bắt nguồn từ những năm 1800 với sự phát triển của công nghệ cao su. Một trong những bƣớc đột phá quan trọng trong lĩnh vực này là phát hiện ra quá trình lƣu hóa cao su tự nhiên của Charles Goodyear [54]. Trong suốt những năm 1800, ngƣời ta đã nỗ lực thực hiện các nghiên cứu để phát triển các polymer tổng hợp bao gồm polystyrene (PS) và polyvinyl clorua (PVC), nhƣng vào thời điểm này các vật liệu này q giịn để có thể thƣơng mại hóa hoặc giữ nguyên đƣợc hình dạng của chúng. Polymer tổng hợp đầu tiên đƣợc đƣa vào sản xuất hàng loạt là Bakelite, đây là một loại nhựa phenol-formaldehyde, đƣợc phát triển bởi nhà hóa học ngƣời Bỉ - Leo Baekeland vào năm 1909 [54]. Sau đó
vào khoảng những năm 1930, các dạng hiện đại của PVC, polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PUR) và một dạng PS đƣợc xử lý tốt hơn đã phát triển. Đầu những năm 1950 là sự phát triển của polyethylene mật độ cao (HDPE) và polypropylene (PP). Vào những năm 1960, với sự tiến bộ của khoa học vật liệu, đã dẫn đến sự phát triển của những vật liệu nhựa đƣợc sản xuất từ nguồn tài nguyên thiên nhiên, bao gồm polyhydroxyalkanoat (PHA), polylactide (PLA), polyeste béo và polysaccharid [13] và gần đây là vật liệu nhựa phân hủy sinh học [79].
Bảng 1.3. Một số loại nhựa thƣờng sử dụng và tính chất, ứng dụng của chúng [79]
Nhựa Tính chất Ứng dụng
Polyethylene mật độ thấp
(LDPE)
- Có tính trơ về mặt hóa học, có thể chịu đƣợc 95°C trong thời gian ngắn.
- Dễ gãy, vỡ, trầy xƣớc, khả năng chịu va đập vật lý kém hơn nhựa HDPE.
Bao bì, hộp đựng đa năng, rèm phòng tắm, gạch lát nền. Polyethylen (PE)
- Trong suốt, hơi có ánh mờ, có bề mặt bóng láng, mềm dẻo.
- Chống thấm nƣớc và hơi nƣớc tốt.
- Chống thấm khí O2, CO2, N2 và dầu mỡ đều kém.
- Chịu đƣợc nhiệt độ cao (dƣới 230°C) trong thời gian ngắn.
- Bị căng phồng và hƣ hỏng khi tiếp xúc với tinh dầu thơm hoặc các chất tẩy nhƣ alcol, aceton, H2O2…
Túi nhựa, chai nhựa.
Polyethylene mật độ cao
(HDPE)
- Độ bền cao, chịu va đập tốt, ít bị biến dạng, trầy xƣớc.
- Độ bền nhiệt cao (chịu đƣợc nhiệt độ 120oC trong thời gian ngắn hoặc 110oC trong thời gian dài hơn).
- Có độ trơ về mặt hóa học (khơng bị tác dụng của môi trƣờng tác động, khơng tiết ra độc tính).
Hộp đựng sữa, chai đựng chất tẩy rửa, ống dẫn.
Nhựa Tính chất Ứng dụng
Polystyrene (PS)
Nhẹ, có khả năng chịu nhiệt và lạnh đáng kể, ở nhiệt độ cao chúng có thể giải phóng chất độc hại. Hộp - cốc dùng một lần, hộp xốp đựng thực phẩm, đĩa CD, vật liệu xây dựng. Polystyrene tác động cao (HIPS)
- Chịu đƣợc sự ăn mòn và làm mềm của chất tính acid, kiềm và cồn có năng lƣợng thấp.
- Khả năng cách điện tốt, tính kháng hồ quang tốt.
- Có độ trong suốt cao, có bề mặt sáng bóng nhiều. Dễ in ấn.
- Có khả năng tự nhiễm màu, không hôi không mùi không độc, không cho vi khuẩn sinh trƣởng.
- Đặc tính cơ học kém, cứng và giịn, dễ bị dung mơi ăn mịn và ứng suất gây nứt; độ cứng bề mặt thấp, dễ bị xƣớc; khả năng chịu nhiệt kém, biến dạng ở nhiệt độ thấp.
Đồ điện tử, miếng lót tủ lạnh, cốc bán hàng tự động. Polyvinyl clorua (PVC)
- Chống thấm hơi nƣớc kém hơn các loại PE, PP.
- Có tính giịn.
- Để chế tạo PVC mềm dẻo dùng làm bao bì thì phải dùng thêm chất phụ gia. Loại PVC đã đƣợc dẻo hóa bởi phụ gia sẽ bị biến tính cứng giịn sau một khoảng thời gian. Đƣờng ống, khung cửa sổ, mái che. Polypropylene (PP)
- Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo nhƣ PE, không bị kéo giãn dài do đó đƣợc chế tạo thành sợi. Đặc biệt khả năng bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc một vết thủng nhỏ. Bao bì, nắp chai, dây thừng, thảm, thiết bị thí nghiệm, ống hút.
Nhựa Tính chất Ứng dụng
- Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nét in rõ.
- Chịu đƣợc nhiệt độ cao hơn 100°C.
- Có tính chất chống thấm O2, hơi nƣớc, dầu mỡ và các khí khác.
Polyamides (PA) (nylon)
- Nhựa PA chịu nhiệt tốt và có tính tự bơi trơn.
- Độ bền cơ học cao.
- Độ cứng và độ dẻo dai cao.
- Kỹ năng chống mài mòn tuyệt vời. - Tính chất cách điện tốt. - Kháng hóa chất tốt. - Chống va đập cực tốt và có độ bền hóa học cao. Hàng dệt may, lông bàn chải đánh răng, dây cƣớc, thiết bị máy móc tự động. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) - Chịu lực tác động tốt, tính ổn định kích thƣớc tốt, nhuộm đƣợc, gia cơng tạo hình. - Độ bền cơ học và độ cứng cao, độ hút nƣớc thấp.
- Khả năng chống ăn mòn tốt, kết nối đơn giản, không độc hại và không mùi..
- Tính chất hóa học và tính chất cách điện tối ƣu. - Chịu nhiệt (-50oC đến 70o C), có thể chịu lực tốt dù ở nhiệt độ thấp. Nhạc cụ, máy in, ống thoát nƣớc, thiết bị bảo hộ, màn hình máy tính. Polycarbonate (PC) - Độ bền và khả năng chống va đập tốt. - Bề mặt trong suốt, đặc tính quang học cao.
- Khả năng chịu nhiệt (lên đến 135oC) và kháng hóa chất đa dạng. CD, DVD, vật liệu cây dựng, vật liệu điện tử, kính áp trịng. Polyester (PE)
- Dễ gia cơng, đóng rắn nhanh. - Thấm ƣớt tốt và dễ khử bọt. - Độ bền cơ học cao.
- Khả năng xúc biến cao.
Nhựa Tính chất Ứng dụng
Polyethylene terephthalate
(PET)
- Độ bền cơ học cao, có khả năng chịu đựng lực xé và lực va chạm, chịu đựng sự mài mịn cao, có độ cứng vững cao.
- Trơ với mơi trƣờng thực phẩm. - Trong suốt. - Chống thấm khí O2 và CO2 tốt hơn các loại nhựa khác. Chai nƣớc ngọt, bao bì thực phẩm, vật liệu cách nhiệt, túi bong bóng