Nhựa ABS được sử dụng nhiều trong cỏc ngành điện, điện tử (như làm vỏ mỏy tivi, điều hoà nhiệt độ, mỏy tớnh), cỏc thiết bị vệ sinh... do khả năng chống va đập cao.
ABS cú cụng thức cấu tạo:
(CH2CH CHCH2)(C6H5CH CH2)(CH2 CHCN)n
Nhựa ABS cú màu trắng đục, bỏn trong suốt, độ nhớt cao, bền va đập. Nhiệt độ biến dạng do nhiệt vào khoảng 60 -120oC, cú thể chỏy được. Nhựa ABS cú thể bị ăn mũn bởi axit sunfuric đặc và axit nitric đặc.
Cú khả năng đồng trựng hợp, độ kết tinh thấp. Độ bền nhiệt, độ bền va đập tốt hơn PS [16, 24].
Tớnh chất của ABS phụ thuộc vào cỏc thành phần đồng trựng hợp [8]. Khi hàm lượng acronitrile tăng thỡ: Giảm độ bền kộo, modun đàn hồi, độ cứng và độ cỏch điện tần số cao; tăng độ bền va đập, khỏng dung mụi, khỏng nhiệt. Trong khi đú khi hàm lượng butadien tăng thỡ: Giảm độ bền kộo, modun đàn hồi, độ cứng; tăng độ bền va đập, khỏng mài mũn, độ dón dài. Khi hàm lượng Styren tăng: độ chảy khi gia nhiệt tăng, cứng hơn nhưng giũn. Bảng 1.2 trỡnh bày một số tớnh chất cơ lý đặc trưng của nhựa ABS [24].
Trong kĩ thuật gia cụng thường sử dụng phương phỏp ộp phun, độ co ngút thấp nờn sản phẩm rất chớnh xỏc. Phun nhanh cú thể dẫn đến sự định hướng của polyme núng chảy và ứng suất đỏng kể mà trong trường hợp đú cần tăng nhiệt độ
khuụn. Nhựa ABS cú thể làm dạng tấm, profile đựn, màng. ABS cú gia cường sợi thủy tinh thớch hợp cho đựn thổi.
Bảng 1.2. Một số tớnh chất cơ lý của ABS [5]
Tỷ trọng (g/cm3) 1,04-1,06 Độ bền kộo ( MPa ) 43,50 Độ dón dài ( % ) 3,5 Độ bền va đập ( KJ/m2 ) 85 Độ bền uốn ( MPa ) 75 Điện trở khối (.cm) 1014 Chỉ số chảy MFI, g/10phỳt 20,45 1.2.1.2. Polyetylen (PE)
Polyetylen được tổng hợp từ cỏc monome etylen và cú cụng thức cấu tạo như sau:
n
Polyetylen là một polyme nhiệt dẻo, cú độ cứng khụng cao, khụng mựi vị. PE là polyme bỏn tinh thể nờn cú cả cấu trỳc kết tinh và cấu trỳc vụ định hỡnh. Tựy thuộc vào cỏc điều kiện của phương phỏp polyme húa (chất xỳc tỏc, ỏp suất và nhiệt độ) mà nhựa PE cú cỏc loại thụng dụng trờn thị trường như sau: nhựa HDPE được gọi là PE cú tỉ trọng cao, LDPE là PE cú tỉ trọng thấp, LLDPE được gọi là PE cú tỉ trọng thấp mạch thẳng, VLDPE được gọi là PE tỉ trọng rất thấp…
Tớnh chất của polyetylen
Nhựa PE mờ và màu trắng, tỉ trọng nhỏ hơn 1. Là polyme kết tinh, mức độ kết tinh phụ thuộc vào mật độ mạch nhỏnh, mạch nhỏnh nhiều thỡ độ kết tinh thấp. Độ hũa tan của PE phụ thuộc vào nhiệt độ như sau:
+ Ở nhiệt độ thường, PE khụng tan trong bất cứ dung mụi nào, nhưng để tiếp xỳc lõu với khớ hidrocacbon thơm đó clo húa thỡ bị trương.
+ Ở nhiệt độ trờn 70oC, PE tan yếu trong toluene, xilen, amin axetat, dầu thụng, parafin….
+ Ở nhiệt độ cao, PE cũng khụng tan trong nước, rượu bộo, acid axetic, acetone, ete etylic, glyxerin, dầu lanh và một số dầu thảo mộc khỏc.
Ngoài ra nhựa PE cũn cú một số cỏc tớnh chất khỏc: khi đốt nhựa với ngọn lửa cú thể chỏy và cú mựi parafin. Cỏch điện tốt, khỏng húa chất tốt và độ bỏm dớnh kộm. Độ khỏng nước cao, khụng hỳt ẩm. PE khụng phõn cực nờn cú độ thấm cao đối với hơi của những chất lỏng phõn cực. Khỏng thời tiết kộm, bị lóo húa dưới tỏc dụng của oxi khụng khớ, tia cực tớm, nhiệt. Trong quỏ trỡnh lóo húa độ dón dài tương đối và độ chịu lạnh của polyme giảm, xuất hiện tớnh giũn và nứt.
Ứng dụng của nhựa polyetylen
Từ PE cú thể sản xuất ra cỏc sản phẩm như dõy cỏp điện, ống dẫn, màng mỏng, sợi, tỳi đựng húa chất, cỏc loại thựng chứa chai lọ, sản xuất cỏc sản phẩm gia dụng, sản xuất cỏc dạng tấm cho nhu cầu đặc biệt.
- HDPE được dựng nhiều trong sản xuất cỏc đường ống, cỏc dụng cụ điện gia dụng, cỏc tấm cứng.
- LLDPE và VLDPE dựng để sản xuất cỏc màng mỏng, bao bỡ, đúng gúi cụng nghiệp.
- PE cũn được dựng với cỏc chất dẻo khỏc nhằm để cải thiện một số tớnh chất cơ lý húa của nú [6].
Ở bảng 1.3 trỡnh bày túm tắt một số tớnh chất cơ lý quan trọng của nhựa HDPE và LDPE.
Bảng 1.3. Một số tớnh chất của HDPE & LDPE [6]
Tớnh chất HDPE LDPE Độ bền kộo (N/mm2 ) 22-30 11-15 Độ gión dài (%) 200-400 400-600 Độ bền uốn (N/mm2 ) 17 6 Chỉ số chảy MFI, g/10 phỳt 0,1-20 0,1-60 Điện trở khối (Ω.cm) 1014 1014 Điện thế đỏnh thủng (kV/mm) 45-60 45-60
1.2.1.3. Nhựa Polyvinyl clorua (PVC)
PVC là sản phẩm bột màu trắng cú tớnh chất nhiệt dẻo. Trọng lượng phõn tử tương đối của PVC kĩ thuật dao động trong khoảng 30000 - 100000. PVC cú độ kết tinh rất thấp so với poly - olefin.
PVC bền với cỏc loại axit khụng oxy húa, kiềm, cỏc dung mụi hữu cơ khụng phõn cực như benzen, toluen. Ngược lại cỏc dung mụi khụng phõn cực như aceton, tetrahydropuran, dioxan, cyclonexahon cú tỏc dụng trương phồng và hoà tan PVC.
Ở bảng 1.4 trỡnh bày túm tắt một số tớnh chất cơ lý quan trọng của nhựa PVC.
PVC cứng được sử dụng để sản xuất cỏc ống dẫn trong cụng nghiệp húa chất, làm ống dẫn nước, trong cỏc ngành chế tạo tàu thuỷ, trong kĩ thuật điện...
PVC mềm (cú chất dẻo húa) được sử dụng để chế tạo cỏc sản phẩm dõn dụng và bỏn thành phẩm như chế tạo giày dộp, tỳi sỏch...
Bảng 1.4. Một số tớnh chất cơ lý của PVC [2] Tỷ trọng 1,38 (g/cm3) Độ bền kộo 500-600 (kg/cm3) Độ bền xộ rỏch 380-420 (kg/cm2) Độ kộo đứt 2-10 (cm.kg/cm2) Điện trở đặc trưng 1015 (.cm)
Nhiệt độ thuỷ tinh 87 (oC)
Điểm núng chảy 212 (oC)
Nhiệt dung riờng 0,9 (kJ/(kg.K))
1.2.1.4. Polypropylen (PP)
PP là một trong những hydrocarbua khụng no được nghiờn cứu nhiều nhất. PP được tổng hợp từ propylen. Nguồn nguyờn liệu chớnh để sản xuất propylen là dầu hỏa.
PP khụng màu khụng mựi, khụng vị, khụng độc. Chịu được nhiệt độ cao hơn 100oC, tớnh bền cơ học cao, khỏ cứng vững, khụng mềm dẻo như PE, khụng bị kộo gión dài do đú được chế tạo thành sợi. Trong suốt, độ búng bề mặt cao cho khả năng in ấn cao, nột in rừ. Cú tớnh chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và cỏc khớ khỏc.
PP là loại vật liệu dẻo được dựng nhiều trong cỏc lĩnh vực cụng nghiệp và dõn dụng. PP cú trọng lượng phõn tử cao được sử dụng để sản xuất ra cỏc loại sản phẩm ống, màng, dõy cỏch điện, kộo sợi và cỏc sản phẩm khỏc. Việc ứng dụng PP phụ thuộc vào bản chất của chỳng. Loại thụng thường để sản xuất cỏc vật dụng thụng thường. Loại tớnh năng cơ lý cao dựng để sản xuất vật dụng chất lượng cao, chi tiết cụng nghiệp, điện da dụng. Loại đặc biệt chuyờn dựng cho chi tiết sản phẩm cụng nghiệp, chi tiết nhựa trong xe mỏy, ụ tụ, điện tử, hộp thực phẩm, bàn ghế và cỏc sản phẩm cú kớch thước lớn khỏc… Loại trong dựng cho bao bỡ y tế, bao bỡ thực phẩm, xilanh tiờm, kệ video, sản phẩm loại đặc biệt cho thực phẩm khụng mựi vị cú độ búng bề mặt cao [15].
Tương tự như cỏc loại nhựa trờn một số tớnh chất cơ lý quan trọng của nhựa PP được trỡnh bày túm tắt ở bảng 1.5
Bảng 1.5. Một số tớnh chất cơ lý của PP [14] Tỉ trọng 0,9 - 0,92 g/cm3 Độ hấp thụ nước trong 24h <0,01% Độ kết tinh 70% Nhiệt độ núng chảy 160oC – 170oC Chỉ số chảy 2 – 60 g/10 phỳt Lực kộo đứt 250 – 400 kg/cm2 Độ dón dài 300 – 800%
1.2.2. Giới thiệu một số phương phỏp xử lý và tỏi chế nhựa
Hiện nay, việc xử lý và tỏi chế nhựa chủ yếu là ở cỏc nước phỏt triển như Mỹ, Nhật và cỏc nước Chõu Âu. Nhưng việc tỏi chế nhựa cú những khú khăn là do khụng rừ thành phần cỏc loại nhựa, giỏ trị thương mại của nhựa hỗn hợp (khụng phõn loại) là rất thấp. Để tỏi chế nhựa phế thải từ thiết bị điện tử, bước đầu tiờn là quỏ trỡnh phõn loại. Nhựa bị lẫn tạp chất cú nhiều lớp nhựa khỏc nhau hoặc lớp sơn phủ phải được loại bỏ. Bởi vỡ cỏc loại nhựa khỏc nhau chủ yếu được sử dụng trong cỏc sản phẩm điện tử khỏc nhau, việc tỏch nhựa dựa vào từng loại sản phẩm được chỉ trong bảng 1.6, cú tỷ lệ tỏi chế tốt hơn. Tầm quan trọng của quỏ trỡnh phõn loại và tỏch được mụ tả trong Bỏo cỏo Minnesota (Minnesota Office of Environmental Assistance, 2001). Bỏo cỏo này cho thấy rằng việc phõn loại tốt và tỏch là rất quan trọng cho cụng việc tỏi chế nhựa, bởi vỡ nhựa sạch và cỏc loại nhựa giống nhau sẽ làm tăng độ tinh khiết và chất lượng đầu ra của sản phẩm. Điều này cú thể giải quyết vấn đề của OEM khụng muốn chấp nhận cỏc sản phẩm nhựa tỏi chế, vỡ những khú khăn trong việc xỏc định thành phần cỏc loại nhựa tỏi chế.
Bảng 1.6. Cỏc loại nhựa được sử dụng trong cỏc sản phẩm điện tử
Loại thiết bị Loại nhựa
Ti vi HIPS, ABS, PPE, PVC, PC
Mỏy vi tớnh ABS, HIPS, PPO, PPE, PVC,
PC/ABS Cỏc loại thành phần và thiết bị
khỏc
HIPS, ABS, PVC, PPE, PC/ABS, PC…
Về cơ bản, cú bốn phương phỏp xử lý, tỏi chế cho nhựa phế thải điện tử là: tỏi chế hoỏ học, tỏi chế cơ học, tỏi chế bằng nhiệt và chụn lấp [12]. Cỏc phương phỏp này được trỡnh bày túm tắt ở hỡnh 1.3.
Hỡnh 1.3. Cỏc phương phỏp xử lý, tỏi chế nhựa phế thải
Hỗn hợp nhựa
Tỏi chế hoỏ học Tỏi chế cơ học Tỏi chế nhiệt
Chia cắt, phõn loại và tỏch Nhà mỏy lọc dầu
hoặc luyện kim Gải phúng nhiệt
hoặc lũ xi măng
Sản phẩm mới Nguyờn liệu
mới (thụ) Nhiờn liệu khỏc
Tỏi chế hoỏ học: quỏ trỡnh này sử dụng nhựa phế thải điện tử như một nguyờn liệu cho quỏ trỡnh Hoỏ dầu hoặc được dựng như một chất khử trong nấu chảy kim loại.
Tỏi chế cơ học: phương phỏp này sử dụng quỏ trỡnh chia cắt và phõn loại, tỏch để cuối cựng tạo ra cỏc sản phẩm nhựa mới.
Tỏi chế bằng nhiệt: phương phỏp này cú sử dụng nhiệt và nhựa được dựng như một nhiờn liệu tự nhiờn.
1.2.2.1. Tỏi chế nhựa bằng phương phỏp hoỏ học
Tỏi chế húa học là phõn giải chất thải polyme thành những monome hoặc những chất húa học hữu dụng bằng cỏc phản ứng húa học. Phương phỏp tỏi chế húa học bao gồm quỏ trỡnh nhiệt phõn, khớ húa, đề polyme húa bằng việc sử dụng dung dịch tuyệt đối, khử hidro.
Cụng ty Elldex, New Zealand đó sản xuất một loại bao bỡ tự huỷ từ phế thải Polyetylen. Bao bỡ phõn dó sinh học qua hai quỏ trỡnh căn bản nhờ vào một chất phụ gia là TDPA. Kết quả là cỏc tỳi sản xuất ra cú tuổi thọ từ 18 - 24 thỏng và khi phõn huỷ thỡ khụng gõy độc hại cho mụi trường [3].
Hoỏ chất tỏi chế: Phế thải chất dẻo cũn dựng nguyờn liệu hoỏ dầu sau khi phõn huỷ thành monome, hoỏ lỏng hoặc hoỏ khớ chỳng. Đối với PC và Polymetyl metacrylat (PMMA), người ta đó phõn huỷ sản phẩm phụ được sinh ra trong quỏ trỡnh sản xuất thành monome. Nhiều nghiờn cứu đang được tiến hành để tỏi chế monome từ sản phẩm dệt, vớ dụ như Polyeste và nylon, dầu đốt từ polyolefin [10].
Sử dụng nhựa PET phế thải để sản xuất vật liệu composite và bờ tụng polyme: nhựa PET phế thải được cắt nhỏ, làm sạch, sấy khụ, sau đú được phõn
huỷ bằng phản ứng glycolysis với một Glycol tạo thành hỗn hợp cỏc chất diacol cú trọng lượng phõn tử thấp. Hỗn hợp này được ngưng tụ với một diacid hữu cơ khụng no (UPE). Nhựa UPE được pha trong dung mụi khụng no như Styren monome và được sử dụng làm chất kết dớnh cho vật liệu composit. Từ nhựa PET phế thải, người ta chế tạo được vật liệu compozit và bờ tụng Polyme với giỏ thành hạ và cú thể sử dụng rộng rói [2].
1.2.2.2. Tỏi chế nhựa bằng phương phỏp cơ học
So với số lượng hạn chế cỏc kim loại khỏc nhau được sử dụng trong ngành điện tử, thỡ một lượng lớn cỏc loại nhựa được sử dụng. Ngoài ra, cỏc loại nhựa cú thể được phủ, trộn với phụ gia, và làm tăng khả năng chống chỏy. Việc này như một rào cản đối với nhựa tỏi chế. Như trường hợp trong cỏc quỏ trỡnh tỏi chế, những yếu tố quan trọng cho sự thành cụng là một nguồn cung cấp ổn định nguyờn liệu chất lượng cao và sự tồn tại của một thị trường cho nhựa tỏi chế. Tỏi chế cần một nguồn cung cấp liờn tục của cựng một loại nhựa, nhưng tỡnh hỡnh thực tế là rất khú khăn vỡ mỗi sản phẩm sử dụng cỏc loại nhựa khỏc nhau. Ngay cả khi cựng một loại nhựa được sử dụng, cú thể cú màu sắc và chất phụ gia khỏc nhau. Vớ dụ, cụng ty Hewlett Packard đó cố gắng sử dụng nhựa tỏi chế tại nhà mỏy in của mỡnh, nhưng họ khụng thể tỡm đủ nguyờn liệu và gặp phải vấn đề phự hợp với màu sắc của cỏc loại nhựa tỏi chế và nhựa tinh khiết. Vỡ vậy, họ tập trung, và thay vào đú sử dụng nhựa tỏi chế với thành phần phự hợp và màu sắc khụng phải là vấn đề quan trọng (Toloken, 1998) [11].
Để tỏi chế nhựa tốt hơn, vấn đề cần thiết là cỏc nhà sản xuất giảm số lượng cỏc hạt nhựa được sử dụng trong ngành điện tử. Vớ dụ, ngành cụng nghiệp ụ tụ đang giảm, lớp nhựa sử dụng từ 100 đến 7 hoặc 8 loại, 3 hoặc 4 trong số đú sẽ được sử dụng với khối lượng lớn hơn (Biddle, 1998). Tớnh chất vật lý và cơ học
cũng là một rào cản trong việc tỏi chế nhựa. Nhựa cú đặc tớnh khỏc nhau tựy theo mục đớch sử dụng trong cỏc thiết bị điện tử. Vớ dụ, nhựa được sử dụng trong hộ gia đỡnh và ở trong cỏc bản mạch in (PWBs) cú đặc tớnh khỏc nhau. Để tỏi chế nhựa đạt hiệu quả hơn nữa, phõn loại và cỏc kỹ thuật tỏch là cần thiết [11].
Cụng ty MBA Polymers. Inc 14 đó phỏt triển hoàn thiện quy trỡnh cơ học tỏi chế nhựa phế thải. Cụng ty này đó sử dụng nguyờn liệu từ nhiều nguồn khỏc nhau và tỏi chế những loại nhựa này thành nhựa kỹ thuật cú giỏ trị cao để tỏi sử dụng trong cỏc ứng dụng tương tự.
Cỏc cụng nghệ để phõn loại và xỏc định cỏc loại nhựa: loại bỏ cỏc lớp sơn và chất phủ, giảm kớch thước, kỹ thuật tỏch cỏc vật liệu khỏc, xỏc định và phõn loại nhựa.
Dựng trong sản xuất nhựa mới: cỏc vỏ nhựa ti vi và màn hỡnh mỏy vi tinh sau khi được làm sạch, nghiền nhỏ đến cỡ hạt 1-3 mm thỡ được rửa tẩy cỏc hợp chất bảo vệ và cỏc chất bẩn khỏc, sấy và chuyển đến cỏc cơ sở sản xuất nhựa chất lượng thấp [2].
Sử dụng xốp polystyren phế thải trong xõy dựng: phế thải xốp PS ở dạng hạt được đưa vào hỗn hợp vữa xi măng và sẽ thu được một loại bờ tụng mới cú khối lượng riờng nhỏ hơn so với bờ tụng thụng thường và cú nhiều đặc tớnh mới khỏc [2, 10].
Sản xuất thành cụng vỏn ộp từ rỏc thải nilon: phế thải nilon, sau cỏc bước sơ chế như phõn loại, làm sạch, cắt nhỏ, sấy khụ và pha trộn tỷ lệ thớch hợp với cỏc phụ gia bột đỏ và sơ dừa, sẽ được đưa vào mỏy ộp để tạo thành tấm vật liệu. Loại cốp pha mới từ nilon cú ưu điểm hơn hẳn cỏc loại cốp pha truyền thống ở tớnh chịu ẩm, mặt nhẵn và sức bền. Tất cả cỏc nguyờn liệu sản xuất đều là cỏc sản phẩm giỏ rẻ, rất sẵn cú trong nước [2].
1.2.2.3. Tỏi chế nhựa bằng phương phỏp nhiệt
Tỏi chế nhiệt cú nghĩa là sử dụng nhựa làm nhiờn liệu mục đớch chớnh của tỏi chế nhiệt là phục hồi năng lượng. Nhựa cú một giỏ trị nhiệt độ cao. Bới vỡ nhựa cú nguồn gốc từ dầu, nhựa cú giỏ trị năng lượng tương đương hoặc lớn hơn so với than. Vật liệu nhựa cú thể được đốt và cung cấp năng lượng dưới dạng