BÀI 7. CÁC SẢN PHẨM CỦA OLEFIN VÀ HYĐROCACBON THƠM
1. Sản phẩm từ etylen và propylen
1.1. PP( polypropylen) 1.1.1. Tính chất
a. Tính chất chung
Khối lƣợng riêng (g/cm3): 0.91 - 0.94 Chỉ số chảy: (g/10 phút): 0.5 - 150 Nhiệt nóng chảy: (oC): 170
PP là nguyên liệu cứng không độc, không mùi, trong suốt. Độ bền kéo, độ cứng cao hơn PE. PP có khả năng cách điện tần số cao, lực va đập thấp ở nhiệt độ thấp. PP kháng nhiệt tốt hơn polyetylen (PE), đặc biệt ở nhiệt độ cao, tính chất cơ học tốt hơn. PP có tính bám dính kém.
PP dễ dàng bị phá hủy bởi tia UV và dễ cháy.
b. Tính chất cơ lí, nhiệt
PP có nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 170oC). Ở 150oC, PP có thể rắn nhƣng khi đến gần nhiệt độ nóng chảy, PP chuyển sang trạng thái mềm cao, khi giảm nhiệt độ nóng chảy đến 120oC, PP bắt đầu kết tinh, PP có thể chịu nhiệt đến 300oC. Nếu môi trường không có tác nhân oxi hay ozon, ngay cả khi gia nhiệt vài giờ, có thể sử dụng thêm chất ổn định cho PP nếu trường hợp gia công ở nhiệt độ quá cao.
Tránh tiếp xúc với một số kim loại nhƣ: Cu, Mn hoặc các hợp kim chứa nó sẽ làm giảm tính chất PP. Ngoài ra, để bảo vệ PP khỏi tia tử ngoại, tránh hiện tƣợng oxi hóa, có thể sử dụng thêm 2% muội than.
c. Độ bền hóa học
Ở nhiệt độ thường, PP không tan trong các dung môi hữu cơ ngay cả khi tiếp xúc lâu và chỉ trương trong các hyđrocacbon thơm và dẫn xuất clo, nhưng ở nhiệt độ trên 80oC thì PP bắt đầu tan trong 2 loại dung môi trên. Độ bền của PP đối với dung môi tăng theo độ kết tinh polyme. Khi tiếp xúc lâu với dung môi phân cực, PP không bị thay đổi và không bị biến tính. Tất cả các dạng PP đều không hút nước.
d. Các tính chất khác
PP là loại polyme nhiệt dẻo có tỷ trọng thấp, độ bền kéo đứt, tính ổn định nhiệt của nó cao hơn PE. Tính cách điện và tính thấm khí kém hơn PE.
Nhƣợc điểm của PP là chịu lạnh kém, ở -20oC PP rất dễ bị oxi hóa.
Để ổn định và nhuộm màu có thể sử dụng các amin, muội than, các màu vô cơ và hữu cơ vào hỗn hợp PP, có thể trộn PP với cao su thiên nhiên để tổng hợp các nhiên liệu khác.
1.1.2. Các phương pháp gia công
Gia công bằng phương pháp ép phun (sản xuất các đồ gia dụng),
Gia công bằng phương pháp tráng (tráng màng đơn, màng ghép, màng phức hợp).
Phương pháp gia công đùn tạo chỉ và dệt (ứng dụng làm bao bì), Phương pháp đùn đường ống hoặc kết hợp thổi chai.
1.1.3. Ứng dụng
Dùng để sản xuất các vật dụng trong gia đình nhƣ: chén, tô, thau, ca…
Dùng để sản xuất các loại két bia, hộp đựng thịt…
Các loại chai, lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn.
Các vật liệu cách điện tần số cao, tấm, vật kẹp cách điện.
Sợi PP, dép giả da.
1.2. PE (polyetylen): Công thức cấu tạo: [ - CH2 – CH2 - ]n
1.2.1.
Bảng 7.1. Một số tính chất cơ bản của PE Độ kết tinh (%) 65 75 85 95 Tỷ trọng (g/cm3) 0.92 0.935 0.95 0.96
Độ cứng tương đối 1 2 3 4
Nhiệt độ chảy
mềm (0C) 100 110 120 130
Lực kéo (kg/cm3) 140 180 250 400 Độ giăn dài (%) 500 300 100 20
PE trong mờ và màu trắng, tỷ trọng nhỏ hơn 1, mạch có nhiều nhánh thì độ kết tinh thấp hơn, nhiệt độ nóng chảy thấp, lực kéo thấp hơn. Khi đốt với ngọn lửa, có thể cháy đƣợc (dễ cháy) và có mùi parafin. PE có độ kháng nước cao, kháng hóa chất và tính cách nhiệt và điện tốt, độ giăn dài lớn. Hệ số giăn nở nhiệt của PE cao, không mùi vị, không độc, không hút ẩm.
1.2.2. Một số loại phổ biến và ứng dụng a. HDPE (high density polyetylen)
Đƣợc tổng hợp từ etylen thành HDPE ở áp suất thấp 8 - 40kg/cm3 và nhiệt độ 80oC.
Phân tử lƣợng trung bình từ: 80.000 - 3.000.000, khi phân tử lƣợng tăng thì độ bền kéo đứt, giăn dài, và va đập tăng. Cấu trúc mạch dài, sắp xếp một cách trật tự và đều đặn, ít mạch nhánh, với cấu trúc này làm cho HDPE có tỷ trọng cao và độ kết dính lớn hơn.
ρ = 0.945 - 0.97 g/cm3.
Độ kết tinh từ 85 - 95%, do đó độ sản phẩm đục mờ.
Điểm hóa mềm thấp (120oC) nên PE dễ gia công.
Lực kéo đứt 220 - 300kg/cm2, loại tốt có cường độ kéo đứt đạt tới 600kg/cm3. Độ giăn dài 200 - 400%, lực uốn 170kg/cm3.
Ứng dụng
Túi đựng hóa chất, thực phẩm … Sản phẩm thổi các loại (thùng chứa, chai lọ …). Các loại ống dẫn nước, dẫn chất lỏng hóa học, ống xốp cách nhiệt và các loại sản phẩm gia dụng, thùng chứa các loại, giá kệ hàng.
b. LDPE (low density polyetylen)
Đƣợc tổng hợp từ etylen thành LDPE ở áp suất cao 1000 - 3500kg/cm2, phân tử lƣợng trung bình từ 80.000 - 500.000. Cấu trúc mạch dài có chứa nhiều mạch nhánh ngắn. Cấu trúc này làm cho LDPE có tỷ trọng thấp và độ kết tinh cũng thấp hơn.ρ = 0.91 – 0.93g/cm3.
Độ kết tinh 60 - 70%. Vì vậy sản phẩm trong hơn HDPE, ở 10oC LDPE hoàn toàn ở trạng thái vô định hình, trong suốt.
Điểm hóa mềm thấp (90oC), dễ gia công, chịu hóa chất tốt, cách điện tốt (dùng làm dây cáp điện).
Ứng dụng
Dùng để sản xuất các loại sản phẩm gia dụng, các loại màng (film), màng co, sản phẩm thổi các loại nhƣ chai lọ, các loại ống.
c. LLDPE
Đƣợc chế tạo bằng một quá trình áp suất cao để tạo ra những tính chất cơ học đặc biệt với loại PE tỷ trọng thấp. Dùng cho sản xuất màng mỏng (film) có chỉ số chảy từ 0.9 - 2.5 với các độ dày khác nhau. Dùng sản xuất các đồ dùng gia đình, các vật dụng có kích thước lớn, chiều dài rất mỏng. Sản xuất bể hóa học, nắp các loại thùng đựng thực phẩm, và để tăng cường tính chất cơ lý ta trộn thêm vào một số loại phụ gia.
d. VLDPE (very low density polyetylen)
Được chế tạo bằng phương pháp trùng hợp triệt để dưới áp suất cao, nhằm đạt đƣợc sự mềm dẻo cao tuyệt đối, bền dai, bền găy, căng và khả năng bảo vệ môi trường cao. Được dùng để sản xuất màng co, màng căng, găng tay bảo hộ, tham gia qua quá trình làm biến đổi tính chất của các loại chất dẻo, màng công nghiệp, màng nhiều lớp.
1.3. Chất độn
1.3.1. Mục đích sử dụng
Chất độn đƣợc nghiên cứu sử dụng cho polyme, đóng vai trò quan trọng:
giảm giá thành, tăng một số tính năng cơ lý, có thể tăng thêm khả năng kháng môi trường.
ộn trơ.
Chất độn trơ đƣợc sử dụng với mục đích chính là giảm giá thành.
.
Chất độn đóng vai trò nhƣ một chất hấp phụ và polyme hấp phụ xung quanh các hạt độn. Từ đó, các mạch polyme có thể định hướng được. Nhờ vậy, mà độ bền vật liệu đƣợc tăng lên. Tuy nhiên, lƣợng chất độn chỉ cho vào đến một giới hạn nhất định, sau đó nếu tăng lƣợng chất độn lên thì tính chất polyme sẽ bị giảm xuống do các phân tử polyme không còn đủ để bao bọc
quanh các chất phụ gia.
Loại chất độn đƣợc sử dụng cho polyme có thể ở dạng hạt hoặc ở dạng sợi (sợi đơn hoặc loại sợi đã dệt). Độn loại sợi trong nhựa nhiệt dẻo ít đƣợc sử dụng do sẽ gây khó khăn cho gia công sản phẩm. Khi sử dụng chất độn dạng sợi, cơ tính của sản phẩm tăng lên rất nhiều so với độn dạng hạt.
Khả năng gia cường cho vật liệu là một hàm số tỉ lệ thuận với số lượng liên kết, kết dính giữa nhựa và độn, diện tích bề mặt riêng của chất độn và hàm lƣợng chất độn. Nhƣ vậy, diện tích bề mặt riêng là một trong những tính chất quan trọng của chất độn. Hiệu quả của chất độn tùy thuộc vào diện tích bề mặt: chất hoạt động bề mặt, tác nhân phân tán, polyme phân cực …hấp phụ hạt phản ứng với bề măt độn. Tuy nhiên, do tính chất của từng loại vật liêu polyme mà khả năng tương tác với từng loại chất độn khác nhau. Trong một số trường hợp, cơ tính của polyme tăng lên vài lần cho đến hàng chục ngàn lần.Tuy nhiên, có loại polyme khi sử dụng chất độn, lại làm gi
. 1.3.2. Hàm lượng sử dụng
Chất độn chiếm tỉ lệ nhỏ so với trọng lƣợng nguyên liệu chính PP.Tùy từng loại polyme, mà sử dụng hàm lƣợng chất độn khác nhau hoặc có thể không sử dụng.
1.4. Phụ gia
Thông thường phụ gia trong gia công polyme gồm các loại: phụ gia hóa dẻo, phụ gia chống tia tử ngoại, màu. Trong đó, màu đƣợc sử dụng với mục đích tạo màu sắc cho sản phẩm, có thể sử dụng màu vô cơ (thường là các oxit kim loại) thường giá thấp, chịu nhiệt, bền môi trường. Màu hữu cơ thường có màu sắc phong phú nhƣng giá cao, kém bền.