NHỰA NHÂN TẠO KHÁI
NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG ĐỊNH NGHĨA
"Trong lần trước bạn đọc đã được giới thiệu những khái niệm sơ khởi về nhựa nhân tạo
cùng với những thông tin khái quát về ngành học kỹ thuật nhựa tại các trường đại học
chuyên nghiệp và đại học kỹ thuật tại CHLB Đức.
Trong lần nầy chuyên đề nói trên sẽ được nhắc lại với những khái niệm tương đối chi
tiết hơn và được chia thành nhiều tiểu đề chính, phần còn lại là những ứng dụng bổ túc
cho các tiểu đề đó. Để đơn giản hoá, tên gọi nhựa được hiểu với cụm từ nhựa nhân tạo (
hay nhựa tổng hợp ).
1. Thuộc tính và ứng dụng của nhựa.
2. Định nghĩa cơ bản dựa theo cấu trúc hoá học.
3. Điều chế nhựa
4. Tên gọi dựa theo công thức hóa học và những ứng dụng
5. Tên viết tắt và tên gọi các loại nhựa thường dùng
6. Các phương pháp chế biến nhựa ( gia công )
7. Nhựa qua các niên đại và những thành tựu
1. Thuộc tính và ứng dụng của nhựa.
Sinh hoạt hằng ngày của chúng ta được phục vụ bởi vô số những hàng hóa, sản phẩm
được chế biến, gia công từ nhựa, và hầu như điều này trở thành đương nhiên không thể
thiếu trong suy nghĩ của mọi người. Chúng ta cũng có thể gọi thời đại chúng ta đang
sống hiện nay là thời dại của nhựa nhân tạo.
Tuy nhiên chúng ta vẫn biết rất ít về những tính chất khác biệt cùng với những ứng
dụng muôn mặt cũng như dạng suất hiện của nhựa, những tác dụng độc hại cho sức
khỏe, môi trường sống, lại càng ít biết đến thành phần cấu tạo hoá học bên trong của
chúng.
Nhựa nhân tạo cũng được gọi với tên "nhựa tổng hợp" hay “chất dẻo“ ( Plastic ) là một
loại hợp chất hữu cơ, đã được các nhà khoa học tìm ra trong 4 thập kỷ trở lại đây và nó
đã, đang, và sẽ bành trướng mãnh liệt trong các ngành công nghiệp chế biến hàng tiêu
dùng, đóng gói, cơ khí, điện khí và điện tử, xe hơi, hàng không..vv.. Tóm lại nhựa là vật
liệu sẽ thay thế dần các vật liệu cổ điển khác như gỗ, khoáng chất và kim loại.
Các nguyên liệu quan trọng góp phần tạo ra nhựa thường là những chất có sẵn trong
thiên nhiên như Cellulose, mủ caosu
...hay bán thành phẩm của thiên nhiên Ethin,
Benzol, khí Ethen und Propylen. Sau cùng là dầu hỏa, hay các sản phẫm từ dầu hỏa, khí
đốt, vôi, than đá....
Hiện nay xuất hiện rất nhiều loại nhựa khác nhau từ các phòng thí nghiệm, với những
khả năng rất đặc biệt và chuyên sâu cho từng điều kiện và lĩnh vực ứng dụng. Chúng ta
có thể phân biệt ra 2 đặc tính cơ bản của nhựa khi quan sát các mặt hàng tiêu dùng hằng
ngày. Thí dụ: bao nhựa (còn được gọi với tên thông dụng "bao nylon“, mặc dù không
phải tất cả các bao nhựa đều có thành phần cấu tạo hoá học từ Nylon ) sẽ chảy ra khi bị
đốt nóng.
Trong khi đó ổ cấm điện ( bằng nhựa ) không hề hấn gì. Kế đến chúng ta sẽ nhận thấy
tấm nệm mút (cao su tổng hợp) lót dưới ghế ngồi sẽ biến dạng khi chịu một lực nén và
trở lại dạng lúc ban đầu khi không còn tác động của lực nén. Hai thuộc tính (nhiệt và
cơ) nói trên cho chúng ta phân biệt được ba nhóm nhựa cơ bản.
Nhựanhiệt
( Thermoplast ): Với tác dụng của nhiệt chúng sẽ biến đổi dạng ( nóng chảy
). v/d cốc đựng nước uống ( xem hình bên dưới ).
Nhựacứng
( Duroplast ): Loại nhựa có độ bền cao khi chịu sự tác dụng của nhiệt .v/d ổ
cấm điện
Nhựađànhồi
( Elastomere ): Thể hiện với tên gọi, chúng có tính đàn hồi cao .v/d nệm
caosu
Một vài thí nghiệm đơn giản để phân biệt tính khác nhau của 3 nhóm nhựa: Nhựanhiệt,
nhựacứng
và nhựađànhồi.
Dựa theo cấu trúc phân tử bên trong của 3 nhóm nhựa nói trên cũng giúp chúng ta định
nghĩa được một cách khái quát và phân biệt được thuộc tính khác nhau của chúng
Nhựanhiệt:
Các đơn phân tử có cấu trúc nối tiếp, nằm cạnh nhau, không phân nhánh. Khi bị đun
nóng những phân tử này sẽ trượt xa nhau ra làm cho toàn diện vật thể biến dạng theo.
Khi nguội lại vật thể đông cứng dần và tồn '74ại với hình dạng mới trong điều kiện nhiệt
độ bình thường. Nhờ thuộc tính nóng chảy và đông cứng này nhựanhiệt
có thể được
ứng dụng và tái tạo lại nhiều lần.
Nhựacứng:
Bên trong nó các cao phân tử nối kết nằm cùng với nhau, tạo thành những mạng lưới
nối kết rất chặt chẽ. Với nhiệt độ cao ( tương đối khi so sánh với nhựanhiệt
) không thể
làm cho cấu trúc các phân tử thay đổi, do đó hình dạng vật thể bên ngoài cũng không
thay đổi. Nhựacứng
có độ bền cao với tác dụng của nhiệt và tính cách điện rất tốt. Trái
với nhựa nhiệt, nhựacứng
không thể nấu chảy để xử dụng lại nhiều lần.
Nhựađànhồi:
Bên trong nó các cao phân tử nối kết rối loạn không theo thứ tự với nhau. Khi vật thể bị
nén thì tất cả cấu trúc cao phân tử bên trong cũng biến đổi theo. Khi để vật thể tự do, tất
cả cấu trúc phân tử rối loạn đó sẽ trở về vị trí lúc ban đầu.
Ngoài ra người ta có thể nhận biết, phân biệt các loại nhựa dựa theo các thí nghiệm sau
đây
* Thông suốt ánh sáng: Cấu trúc phân tử và tinh thể giữ vai trò quan trọng cho thuộc
tính của nhựa. Thí dụ: trong suốt ( như thuỷ tinh ), trong vừa, trắng đục..vv..
* Đốt cháy: Hình dáng, màu sắc ngọn lửa và mùi khói sau khi tắt cũng là những đặc
tính quan trọng để xếp loại nhựa. Do phân tử có chứa các nguyên tử C ( carbon ), H (
hydro ) nên nhiều loại nhựa có thể cháy được, và thông qua các chất phụ v/d Halogenen
như Chlor và Fluor bên trong các phân tử sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng cháy.
* Hình nổi: Người ta phân biệt hiện tượng vỡ trắng, vỡ to, vỡ nhỏ..vv...Dùng móng tay
hay đinh để xác định độ cứng bề mặt của hình vỡ.
* Tính hoà tan: Nhựa có tính bền cao trong dung môi hữu cơ.
* Tính dẫn điện: rất thấp và được thông qua một lượng nhỏ âm điện tử tự do và những ion
chuyển động. Tuy nhiên nhựa có tính tĩnh điện rất cao do những âm điện tử tự do,
dùng lực chà sát tác dụng lên bề mặt nhựa sẽ tạo ra tĩnh điện .
* Tính dẫn nhiệt: rất thấp và tuỳ thuộc vào cấu trúc không đìều đặn bên trong của các
phân tử. So sánh trị số dẫn nhiệt giữa kim loại đồng = 335 và Polystyrol = 0,14 cho thấy
trị số tương quan 335 : 0,14 = 2400. Đồng dẫn điện nhanh hơn Polystyrol 2400 lần ( với
mẫu thí nghiệm có cùng kích thước ), và Polystyrol cũng cần thời gian làm nguội 2400
lần lâu hơn đồng. Tương tự cũng có thể hiểu nếu dùng nhiệt (năng lượng ) tác dụng 1
giờ cho đồng thì chúng ta cần 100 ngày cho nhựa . Từ đó cho kết luận: Đồng có tính
dẫn điện tốt và nhựa có tính cách điện tốt.
* Tỷ trọng: cho ta điểm tựa để phân biệt các loại nhựa. Tỷ trọng nhựa khoảng 1 g/ cm3.
V/d Polyethylen: 0,96 g / m3
Tỷ trọng của một vài nhóm nhựa điển hình được đánh giá theo bảng kê khai dưới đây.
Tỷ trọng kg/dm3 Các nhóm nhựa
0,9... 1,0 Polyethylen, Polypropylen, Polysobutylen
1,0... 1,2 Polystyrol, Polykarbonate, Polymethylmethacrylate, Polyesterharze,
Epoxidharze, Polyamide
1 ,2 ...1 ,4 Vulkanfiber, PVC hart und weich, Phenolhan ungefüllt und gefüllt mit
organischen Stoffen
1,4... 1,5 Aminoplaste mit anorganischen Füllstoffen, Polyimide
1,5... 1,8 Phenolharze, Epoxidharze, Polyesterharze mit organischen Füllstoffen
> 1,8 Polytetrafluorethylen, Silikone
2. Định nghĩa cơ bản dựa theo cấu trúc hoá học.
Nhựa là một loại vật liệu được điều chế từ các nhóm cao phân tử, cao phân tử
được cấu tạo từ những nhóm đơn phân tử nhỏ thông qua phản ứng kết nối. Trạng
thái thông thường của nhựa nằm giữa cứng và lỏng, chúng còn được gọi với tên
chất dẽo.
2.1 Các nhóm đơn phân tử
Có hai loại hình thái của nhóm đơn phân tử:
Nhóm đơn phân tử có nối đơn, không phân nhánh thí dụ như Ethylenglykol (1),
Terephthalsäure (2), Hexamethylendiamin (3), Adipinsäuredichlorid (4) und
Harnstoff (5).
Nhóm đơn phân tử đói có nối đôi, có khả năng kết nối hai chiều với hai nhóm
phân tử khác. Thí dụ như Ethen (7), Vinylchlorid (, Formaldehyd (9) und
Diisocyanat (10).
2.2 Các loại nhựa cơ bản
Thật ra chỉ có một luợng nhỏ ( khoảng 10 đến 20 ) nhựa cơ bản phần còn lại xuất
hiện với dạng hổn hợp, liên hợp ( copolymere ) hay với những tên gọi hư cấu
khác nhau. Những loại nhựa liên hợp thường được biết như Butadien liên hợp
với Acrylnitril sẽ làm thay đổi và gia tăng tính bền của caosu.
Bên cạnh đó việc
ứng dụng nhiều họ nhựa khác nhau, để tạo ra nhựa liên hợp, sẽ gây ra nhiều vấn
đề khó khăn cho chu trình tái tạo nhựa.
3. Điều chế nhựa
Như tên gọi của nó nhựa được điều chế từ các phương pháp tổng hợp (
synthetisch ). Các phân tử nhỏ ( monomere ) với tác dụng cơ học hay hoá học sẽ
kết nối lại với nhau để tạo thành chuỗi cao phân tử tổng hợp ( Polymere ) của
nhựa. Kết nối này được đơn giản hóa bằng hình tượng tạo dựng mô hình của một
cột tháp từ những mẫu LEGO của trẻ con, và những hình thể to lớn hơn cũng
được tạo dựng từ những phần nhỏ, riêng biệt trước đó.
Sự hình thành nhựa nhân tạo đến từ hiện tượng kết nối giữa những đơn phân tử (
Momomere ) có sẵn trong một số thành phẫm của dầu hỏa thông qua phương
pháp chưng cất. Tuy nhiên nguyên lý chủ yếu cho hiện tượng kết nối này chính
là những phản ứng, lệ thuộc rất nhiều vào hoá tính của những phân tử thành
phần.
Người ta phân biệt những phản ứng hóa học sau đây đóng vai trò quan trọng
trong việc kết nối các phân tử lại với nhau.
Phản
ứng trùng hợp ( Polymerisation )
Phản
ứng ngưng tụ ( Polykondensation )
Phản
ứng cộng ( Polyaddition )
3.1 Phản ứng trùng hợp
Các nhóm đơn phân tử ( Monomere ) có nối đôi, hợp nhất lại thành chuỗi đơn
phân tử ( Monomermolekuele ), rồi tiến đến kết nối thành chuỗi cao phân tử (
Makromolekuele). Để khởi động phản ứng trùng hợp người ta thường thêm vào
những chất xúc tát ( Katalisator, Initiator ) để giúp cho hiện tượng bứt nối đôi
hình thành và nối kết các gốc( Radikal ) hay Ion được tiến hành nhanh hơn. Nói
cách khác, trong phản ứng trùng hợp các nối đôi mở ra và nối kết với hệ thống
các nối đôi khác thành chuỗi cao phân tử có nối đơn.
Người ta cũng diễn đạt đơn giản tiến trình trùng hợp nói trên với một đơn phân
tử nằm trong ngoặc, với n biểu tượng cho sự lặp lại nhiều lần.
Một vài loại nhựa điển hình với phản ứng trùng hợp:
* Polyethylen (PE, Hostalentypen),
* Polypropylen (PP, Hostalentypen),
* Polyvinylchlorid (PVC),
* Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas, Acrylglas),
* Polyacrylnitril (PA, Polyacryl, Chemiefasern),
* Polystyrol (PS, Styropor),
* Polytetrafluorethen (PTFE, Teflon),
* Butadienpolymerisate (Buna, analoges Naturstoffbeispiel: Polyisopren
Kautschuk).
3.2 Phản ứng ngưng tụ
Khởi đầu với phản ứng kết nối của hai phân tử thông qua kết quả tách rời của
một phân tử nhỏ nằm trong hai phân tử này, gọi là sản phẩm phụ. Kết quả tách
rời thường là nước, rượu, ammoniak, acit hữu cơ.....v/d hiện tượng Esterhoá.
Phản ứng ngưng tụ cần ít nhất hai nhóm phân tử khác nhau, chứa bên trong
những phân tử có khả năng gây phản ứng tạo ra sản phẫm phụ và sau đó tách rời
khỏi hai nhóm phân tử đầu tiên, các nhóm phân tử còn lại sẽ kết nối với nhau
thành chuỗi cao phân tử.
Thí dụ: phản ứng của hai nhóm Carboxyl (COOH) với nhóm Hydroxyl (OH) tạo
ra Ester; còn được gọi với tên Polyester.
Ngoài nhựa Polyester cũng có những sản phẫm khác được nhiều người biết đến,
được điều chế từ phản ứng ngưng tụ.
Thí du.: nhựa PhenolFormaldehyd
( còn được gọi với tên Fócmêca
), Nylon,
Perlon ( ứng dụng cho kỹ nghệ tơ sợi nhân tạo )
Thí dụ: Tiến trình điều chế nhựa Polyesters (PET)
Công thức diễn tả đơn giản:
Một vài loại nhựa điển hình được điều chế với phản ứng ngưng tụ:
* Polyester (PET, Trevira, Terylen, Polycarbonate, Nhiên liệu: DNA)
* Polyamide (Nylon, Perlon, Kevlar, Naturstoffbeispiel: Protein)
* Nhựa Formaldehyd (Nhựa Phenol, nhựa Bakelit, nhựa khai , nhựa Melamin)
* Polycarbonate
* Polyether (Nhiên liệu: Cellulose)
3.3 Phản ứng cộng
Trong phản ứng cộng các nhóm đơn phân tử cộng lại lại với nhau, gần giống như
phản ứng trùng hợp, nhưng trong phản ứng cộng không tạo ra sản phẩm phụ.
Thí dụ: Rựu Butandiol cộng với Diisocyanate:
Công thức diễn tả đơn giản:
Một vài loại nhựa điển hình được điều chế với phản ứng cộng:
* Polyurethan (PU)
* Epoxidharze
* Perlon
* Polyether
4. Tên gọi dựa theo công thức hóa học và những ứng dụng
5. Tên viết tắt và tên gọi các loại nhựa thường dùng
Viết Tắt
t. DIN 7728 Tên gọi
ABS AcrylButadienStyrolCopolymer
AMMA AcrylnitrilMethylmethacrylat
CA Celluloseacetat
CAB Celluloseacetatbutyrat
CF CresolFormaldehyd
CMC Carboxymethylcellulose
CS Casein ( chất giả sừng )
DAP Diallylphthalat
EC Ethylcellulose
EP Epoxid
EPS Expandierbares Polystyrol
EVA EthylenVinylacetat
EVAL EthylenVinylalkohol
FEP TetrafluorethylenHexafluorpropylen
GFK Glasfaserverstärkter Kunststoff ( nhựa phụ gia với sợi thủy tinh )
HDPE Polyethylen hoher Dichte ( PEtỷ
trọng cao )
LDPE Polyethylen niedriger Dichte ( PE tỷ trọng thấp )
MBS MethylmethacrylatButadienStyrol
MC Methylcellulose
MF MelaminFormaldehyd
PA Polyamid
PA 6 Polymeres aus eCaprolactam
PA 66 Polykondensat aus Hexamethylendiamin u. Adipinsäure
PAN Polyacrylnitril
PB Polybuten
PBT Polybutylenterephthalat
PC Polycarbonat
PCTFE Polychlortrifluorethylen
PE Polyethylen
PEC Chloriertes Polyethylen
PEP Ethylenpropylen
PET Polyethylenterephthalat
PF PhenolFormaldehyd
( nhựa fótmêca
)
PI Polyimid
PIB Polyisobutylen
PMA Polymethylacrylat
PMMA Polymethylmethacrylat
POM Polyoxymethylen
PP Polypropylen
PPO Polyphenyloxid
PPS Polyphenylsulfid
PS Polystyrol
PTFE Polytetrafluorethylen
PUR Polyurethan
PVAC Polyvinylacetat
PVAL Polyvinylalkohol
PVC Polyvinylchlorid
PVDC Polyvinylidenchlorid
PVDF Polyvinylidenfluorid
PVK Polyvinylcarbazol
PVP Polyvinylpyrolidon
SAN StyrolAcrylnitril
SB Polystyrol mit Elastomer auf der Basis von Butadien modifiziert
SI Silicon
SMS StyrolalphaMethylstyrol
UF HarnstoffFormaldehyd
UP Ungesättigter Polyester ( polyester đói )
6. Các phương pháp chế biến nhựa
6.1 Phương pháp phun liên tục ( Extrudieren )
6.1.1 Máy phun nhựa
Có cấu trúc theo hình vẽ đơn giản dưới đây gồm một ống hình trụ và chia theo
chức năng gồm 3 phần : Đầu, thân và đuôi. Phần đuôi nối liền với một bộ phận
hình phiễu nơi chứa hột nhựa. Phần thân được bao chung quanh bởi những băng
điện trở và phần đầu là một bộ phận rời, nối liền và có thể khép mở với phần thân
bằng bản lề. Bên trong ống hình trụ là một trục soắn ốc quay chung quanh trục
của chính nó nhờ tác động của một máy kéo thông qua cơ phận chuyền lực tiếp
nối phía sau của trục. Phần đầu được thết kế như hệ thống khuôn (cho máy épphun)
có nhiệm vụ định dáng thành phẩm nhựa.Tiếp theo sau đó là hệ thống làm
nguội bằng nước thông qua các kênh dẫn nước và bồn chứa.
NIỆM CƠ BẢN VÀ NHỮNG ĐỊNH NGHĨA
"Trong lần trước bạn đọc đã được giới thiệu những khái niệm sơ khởi về nhựa nhân tạo
cùng với những thông tin khái quát về ngành học kỹ thuật nhựa tại các trường đại học
chuyên nghiệp và đại học kỹ thuật tại CHLB Đức.
Trong lần nầy chuyên đề nói trên sẽ được nhắc lại với những khái niệm tương đối chi
tiết hơn và được chia thành nhiều tiểu đề chính, phần còn lại là những ứng dụng bổ túc
cho các tiểu đề đó. Để đơn giản hoá, tên gọi nhựa được hiểu với cụm từ nhựa nhân tạo (
hay nhựa tổng hợp ).
1. Thuộc tính và ứng dụng của nhựa.
2. Định nghĩa cơ bản dựa theo cấu trúc hoá học.
3. Điều chế nhựa
4. Tên gọi dựa theo công thức hóa học và những ứng dụng
5. Tên viết tắt và tên gọi các loại nhựa thường dùng
6. Các phương pháp chế biến nhựa ( gia công )
7. Nhựa qua các niên đại và những thành tựu
1. Thuộc tính và ứng dụng của nhựa.
Sinh hoạt hằng ngày của chúng ta được phục vụ bởi vô số những hàng hóa, sản phẩm
được chế biến, gia công từ nhựa, và hầu như điều này trở thành đương nhiên không thể
thiếu trong suy nghĩ của mọi người. Chúng ta cũng có thể gọi thời đại chúng ta đang
sống hiện nay là thời dại của nhựa nhân tạo.
Tuy nhiên chúng ta vẫn biết rất ít về những tính chất khác biệt cùng với những ứng
dụng muôn mặt cũng như dạng suất hiện của nhựa, những tác dụng độc hại cho sức
khỏe, môi trường sống, lại càng ít biết đến thành phần cấu tạo hoá học bên trong của
chúng.
Nhựa nhân tạo cũng được gọi với tên "nhựa tổng hợp" hay “chất dẻo“ ( Plastic ) là một
loại hợp chất hữu cơ, đã được các nhà khoa học tìm ra trong 4 thập kỷ trở lại đây và nó
đã, đang, và sẽ bành trướng mãnh liệt trong các ngành công nghiệp chế biến hàng tiêu
dùng, đóng gói, cơ khí, điện khí và điện tử, xe hơi, hàng không..vv.. Tóm lại nhựa là vật
liệu sẽ thay thế dần các vật liệu cổ điển khác như gỗ, khoáng chất và kim loại.
Các nguyên liệu quan trọng góp phần tạo ra nhựa thường là những chất có sẵn trong
thiên nhiên như Cellulose, mủ caosu
...hay bán thành phẩm của thiên nhiên Ethin,
Benzol, khí Ethen und Propylen. Sau cùng là dầu hỏa, hay các sản phẫm từ dầu hỏa, khí
đốt, vôi, than đá....
Hiện nay xuất hiện rất nhiều loại nhựa khác nhau từ các phòng thí nghiệm, với những
khả năng rất đặc biệt và chuyên sâu cho từng điều kiện và lĩnh vực ứng dụng. Chúng ta
có thể phân biệt ra 2 đặc tính cơ bản của nhựa khi quan sát các mặt hàng tiêu dùng hằng
ngày. Thí dụ: bao nhựa (còn được gọi với tên thông dụng "bao nylon“, mặc dù không
phải tất cả các bao nhựa đều có thành phần cấu tạo hoá học từ Nylon ) sẽ chảy ra khi bị
đốt nóng.
Trong khi đó ổ cấm điện ( bằng nhựa ) không hề hấn gì. Kế đến chúng ta sẽ nhận thấy
tấm nệm mút (cao su tổng hợp) lót dưới ghế ngồi sẽ biến dạng khi chịu một lực nén và
trở lại dạng lúc ban đầu khi không còn tác động của lực nén. Hai thuộc tính (nhiệt và
cơ) nói trên cho chúng ta phân biệt được ba nhóm nhựa cơ bản.
Nhựanhiệt
( Thermoplast ): Với tác dụng của nhiệt chúng sẽ biến đổi dạng ( nóng chảy
). v/d cốc đựng nước uống ( xem hình bên dưới ).
Nhựacứng
( Duroplast ): Loại nhựa có độ bền cao khi chịu sự tác dụng của nhiệt .v/d ổ
cấm điện
Nhựađànhồi
( Elastomere ): Thể hiện với tên gọi, chúng có tính đàn hồi cao .v/d nệm
caosu
Một vài thí nghiệm đơn giản để phân biệt tính khác nhau của 3 nhóm nhựa: Nhựanhiệt,
nhựacứng
và nhựađànhồi.
Dựa theo cấu trúc phân tử bên trong của 3 nhóm nhựa nói trên cũng giúp chúng ta định
nghĩa được một cách khái quát và phân biệt được thuộc tính khác nhau của chúng
Nhựanhiệt:
Các đơn phân tử có cấu trúc nối tiếp, nằm cạnh nhau, không phân nhánh. Khi bị đun
nóng những phân tử này sẽ trượt xa nhau ra làm cho toàn diện vật thể biến dạng theo.
Khi nguội lại vật thể đông cứng dần và tồn '74ại với hình dạng mới trong điều kiện nhiệt
độ bình thường. Nhờ thuộc tính nóng chảy và đông cứng này nhựanhiệt
có thể được
ứng dụng và tái tạo lại nhiều lần.
Nhựacứng:
Bên trong nó các cao phân tử nối kết nằm cùng với nhau, tạo thành những mạng lưới
nối kết rất chặt chẽ. Với nhiệt độ cao ( tương đối khi so sánh với nhựanhiệt
) không thể
làm cho cấu trúc các phân tử thay đổi, do đó hình dạng vật thể bên ngoài cũng không
thay đổi. Nhựacứng
có độ bền cao với tác dụng của nhiệt và tính cách điện rất tốt. Trái
với nhựa nhiệt, nhựacứng
không thể nấu chảy để xử dụng lại nhiều lần.
Nhựađànhồi:
Bên trong nó các cao phân tử nối kết rối loạn không theo thứ tự với nhau. Khi vật thể bị
nén thì tất cả cấu trúc cao phân tử bên trong cũng biến đổi theo. Khi để vật thể tự do, tất
cả cấu trúc phân tử rối loạn đó sẽ trở về vị trí lúc ban đầu.
Ngoài ra người ta có thể nhận biết, phân biệt các loại nhựa dựa theo các thí nghiệm sau
đây
* Thông suốt ánh sáng: Cấu trúc phân tử và tinh thể giữ vai trò quan trọng cho thuộc
tính của nhựa. Thí dụ: trong suốt ( như thuỷ tinh ), trong vừa, trắng đục..vv..
* Đốt cháy: Hình dáng, màu sắc ngọn lửa và mùi khói sau khi tắt cũng là những đặc
tính quan trọng để xếp loại nhựa. Do phân tử có chứa các nguyên tử C ( carbon ), H (
hydro ) nên nhiều loại nhựa có thể cháy được, và thông qua các chất phụ v/d Halogenen
như Chlor và Fluor bên trong các phân tử sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng cháy.
* Hình nổi: Người ta phân biệt hiện tượng vỡ trắng, vỡ to, vỡ nhỏ..vv...Dùng móng tay
hay đinh để xác định độ cứng bề mặt của hình vỡ.
* Tính hoà tan: Nhựa có tính bền cao trong dung môi hữu cơ.
* Tính dẫn điện: rất thấp và được thông qua một lượng nhỏ âm điện tử tự do và những ion
chuyển động. Tuy nhiên nhựa có tính tĩnh điện rất cao do những âm điện tử tự do,
dùng lực chà sát tác dụng lên bề mặt nhựa sẽ tạo ra tĩnh điện .
* Tính dẫn nhiệt: rất thấp và tuỳ thuộc vào cấu trúc không đìều đặn bên trong của các
phân tử. So sánh trị số dẫn nhiệt giữa kim loại đồng = 335 và Polystyrol = 0,14 cho thấy
trị số tương quan 335 : 0,14 = 2400. Đồng dẫn điện nhanh hơn Polystyrol 2400 lần ( với
mẫu thí nghiệm có cùng kích thước ), và Polystyrol cũng cần thời gian làm nguội 2400
lần lâu hơn đồng. Tương tự cũng có thể hiểu nếu dùng nhiệt (năng lượng ) tác dụng 1
giờ cho đồng thì chúng ta cần 100 ngày cho nhựa . Từ đó cho kết luận: Đồng có tính
dẫn điện tốt và nhựa có tính cách điện tốt.
* Tỷ trọng: cho ta điểm tựa để phân biệt các loại nhựa. Tỷ trọng nhựa khoảng 1 g/ cm3.
V/d Polyethylen: 0,96 g / m3
Tỷ trọng của một vài nhóm nhựa điển hình được đánh giá theo bảng kê khai dưới đây.
Tỷ trọng kg/dm3 Các nhóm nhựa
0,9... 1,0 Polyethylen, Polypropylen, Polysobutylen
1,0... 1,2 Polystyrol, Polykarbonate, Polymethylmethacrylate, Polyesterharze,
Epoxidharze, Polyamide
1 ,2 ...1 ,4 Vulkanfiber, PVC hart und weich, Phenolhan ungefüllt und gefüllt mit
organischen Stoffen
1,4... 1,5 Aminoplaste mit anorganischen Füllstoffen, Polyimide
1,5... 1,8 Phenolharze, Epoxidharze, Polyesterharze mit organischen Füllstoffen
> 1,8 Polytetrafluorethylen, Silikone
2. Định nghĩa cơ bản dựa theo cấu trúc hoá học.
Nhựa là một loại vật liệu được điều chế từ các nhóm cao phân tử, cao phân tử
được cấu tạo từ những nhóm đơn phân tử nhỏ thông qua phản ứng kết nối. Trạng
thái thông thường của nhựa nằm giữa cứng và lỏng, chúng còn được gọi với tên
chất dẽo.
2.1 Các nhóm đơn phân tử
Có hai loại hình thái của nhóm đơn phân tử:
Nhóm đơn phân tử có nối đơn, không phân nhánh thí dụ như Ethylenglykol (1),
Terephthalsäure (2), Hexamethylendiamin (3), Adipinsäuredichlorid (4) und
Harnstoff (5).
Nhóm đơn phân tử đói có nối đôi, có khả năng kết nối hai chiều với hai nhóm
phân tử khác. Thí dụ như Ethen (7), Vinylchlorid (, Formaldehyd (9) und
Diisocyanat (10).
2.2 Các loại nhựa cơ bản
Thật ra chỉ có một luợng nhỏ ( khoảng 10 đến 20 ) nhựa cơ bản phần còn lại xuất
hiện với dạng hổn hợp, liên hợp ( copolymere ) hay với những tên gọi hư cấu
khác nhau. Những loại nhựa liên hợp thường được biết như Butadien liên hợp
với Acrylnitril sẽ làm thay đổi và gia tăng tính bền của caosu.
Bên cạnh đó việc
ứng dụng nhiều họ nhựa khác nhau, để tạo ra nhựa liên hợp, sẽ gây ra nhiều vấn
đề khó khăn cho chu trình tái tạo nhựa.
3. Điều chế nhựa
Như tên gọi của nó nhựa được điều chế từ các phương pháp tổng hợp (
synthetisch ). Các phân tử nhỏ ( monomere ) với tác dụng cơ học hay hoá học sẽ
kết nối lại với nhau để tạo thành chuỗi cao phân tử tổng hợp ( Polymere ) của
nhựa. Kết nối này được đơn giản hóa bằng hình tượng tạo dựng mô hình của một
cột tháp từ những mẫu LEGO của trẻ con, và những hình thể to lớn hơn cũng
được tạo dựng từ những phần nhỏ, riêng biệt trước đó.
Sự hình thành nhựa nhân tạo đến từ hiện tượng kết nối giữa những đơn phân tử (
Momomere ) có sẵn trong một số thành phẫm của dầu hỏa thông qua phương
pháp chưng cất. Tuy nhiên nguyên lý chủ yếu cho hiện tượng kết nối này chính
là những phản ứng, lệ thuộc rất nhiều vào hoá tính của những phân tử thành
phần.
Người ta phân biệt những phản ứng hóa học sau đây đóng vai trò quan trọng
trong việc kết nối các phân tử lại với nhau.
Phản
ứng trùng hợp ( Polymerisation )
Phản
ứng ngưng tụ ( Polykondensation )
Phản
ứng cộng ( Polyaddition )
3.1 Phản ứng trùng hợp
Các nhóm đơn phân tử ( Monomere ) có nối đôi, hợp nhất lại thành chuỗi đơn
phân tử ( Monomermolekuele ), rồi tiến đến kết nối thành chuỗi cao phân tử (
Makromolekuele). Để khởi động phản ứng trùng hợp người ta thường thêm vào
những chất xúc tát ( Katalisator, Initiator ) để giúp cho hiện tượng bứt nối đôi
hình thành và nối kết các gốc( Radikal ) hay Ion được tiến hành nhanh hơn. Nói
cách khác, trong phản ứng trùng hợp các nối đôi mở ra và nối kết với hệ thống
các nối đôi khác thành chuỗi cao phân tử có nối đơn.
Người ta cũng diễn đạt đơn giản tiến trình trùng hợp nói trên với một đơn phân
tử nằm trong ngoặc, với n biểu tượng cho sự lặp lại nhiều lần.
Một vài loại nhựa điển hình với phản ứng trùng hợp:
* Polyethylen (PE, Hostalentypen),
* Polypropylen (PP, Hostalentypen),
* Polyvinylchlorid (PVC),
* Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas, Acrylglas),
* Polyacrylnitril (PA, Polyacryl, Chemiefasern),
* Polystyrol (PS, Styropor),
* Polytetrafluorethen (PTFE, Teflon),
* Butadienpolymerisate (Buna, analoges Naturstoffbeispiel: Polyisopren
Kautschuk).
3.2 Phản ứng ngưng tụ
Khởi đầu với phản ứng kết nối của hai phân tử thông qua kết quả tách rời của
một phân tử nhỏ nằm trong hai phân tử này, gọi là sản phẩm phụ. Kết quả tách
rời thường là nước, rượu, ammoniak, acit hữu cơ.....v/d hiện tượng Esterhoá.
Phản ứng ngưng tụ cần ít nhất hai nhóm phân tử khác nhau, chứa bên trong
những phân tử có khả năng gây phản ứng tạo ra sản phẫm phụ và sau đó tách rời
khỏi hai nhóm phân tử đầu tiên, các nhóm phân tử còn lại sẽ kết nối với nhau
thành chuỗi cao phân tử.
Thí dụ: phản ứng của hai nhóm Carboxyl (COOH) với nhóm Hydroxyl (OH) tạo
ra Ester; còn được gọi với tên Polyester.
Ngoài nhựa Polyester cũng có những sản phẫm khác được nhiều người biết đến,
được điều chế từ phản ứng ngưng tụ.
Thí du.: nhựa PhenolFormaldehyd
( còn được gọi với tên Fócmêca
), Nylon,
Perlon ( ứng dụng cho kỹ nghệ tơ sợi nhân tạo )
Thí dụ: Tiến trình điều chế nhựa Polyesters (PET)
Công thức diễn tả đơn giản:
Một vài loại nhựa điển hình được điều chế với phản ứng ngưng tụ:
* Polyester (PET, Trevira, Terylen, Polycarbonate, Nhiên liệu: DNA)
* Polyamide (Nylon, Perlon, Kevlar, Naturstoffbeispiel: Protein)
* Nhựa Formaldehyd (Nhựa Phenol, nhựa Bakelit, nhựa khai , nhựa Melamin)
* Polycarbonate
* Polyether (Nhiên liệu: Cellulose)
3.3 Phản ứng cộng
Trong phản ứng cộng các nhóm đơn phân tử cộng lại lại với nhau, gần giống như
phản ứng trùng hợp, nhưng trong phản ứng cộng không tạo ra sản phẩm phụ.
Thí dụ: Rựu Butandiol cộng với Diisocyanate:
Công thức diễn tả đơn giản:
Một vài loại nhựa điển hình được điều chế với phản ứng cộng:
* Polyurethan (PU)
* Epoxidharze
* Perlon
* Polyether
4. Tên gọi dựa theo công thức hóa học và những ứng dụng
5. Tên viết tắt và tên gọi các loại nhựa thường dùng
Viết Tắt
t. DIN 7728 Tên gọi
ABS AcrylButadienStyrolCopolymer
AMMA AcrylnitrilMethylmethacrylat
CA Celluloseacetat
CAB Celluloseacetatbutyrat
CF CresolFormaldehyd
CMC Carboxymethylcellulose
CS Casein ( chất giả sừng )
DAP Diallylphthalat
EC Ethylcellulose
EP Epoxid
EPS Expandierbares Polystyrol
EVA EthylenVinylacetat
EVAL EthylenVinylalkohol
FEP TetrafluorethylenHexafluorpropylen
GFK Glasfaserverstärkter Kunststoff ( nhựa phụ gia với sợi thủy tinh )
HDPE Polyethylen hoher Dichte ( PEtỷ
trọng cao )
LDPE Polyethylen niedriger Dichte ( PE tỷ trọng thấp )
MBS MethylmethacrylatButadienStyrol
MC Methylcellulose
MF MelaminFormaldehyd
PA Polyamid
PA 6 Polymeres aus eCaprolactam
PA 66 Polykondensat aus Hexamethylendiamin u. Adipinsäure
PAN Polyacrylnitril
PB Polybuten
PBT Polybutylenterephthalat
PC Polycarbonat
PCTFE Polychlortrifluorethylen
PE Polyethylen
PEC Chloriertes Polyethylen
PEP Ethylenpropylen
PET Polyethylenterephthalat
PF PhenolFormaldehyd
( nhựa fótmêca
)
PI Polyimid
PIB Polyisobutylen
PMA Polymethylacrylat
PMMA Polymethylmethacrylat
POM Polyoxymethylen
PP Polypropylen
PPO Polyphenyloxid
PPS Polyphenylsulfid
PS Polystyrol
PTFE Polytetrafluorethylen
PUR Polyurethan
PVAC Polyvinylacetat
PVAL Polyvinylalkohol
PVC Polyvinylchlorid
PVDC Polyvinylidenchlorid
PVDF Polyvinylidenfluorid
PVK Polyvinylcarbazol
PVP Polyvinylpyrolidon
SAN StyrolAcrylnitril
SB Polystyrol mit Elastomer auf der Basis von Butadien modifiziert
SI Silicon
SMS StyrolalphaMethylstyrol
UF HarnstoffFormaldehyd
UP Ungesättigter Polyester ( polyester đói )
6. Các phương pháp chế biến nhựa
6.1 Phương pháp phun liên tục ( Extrudieren )
6.1.1 Máy phun nhựa
Có cấu trúc theo hình vẽ đơn giản dưới đây gồm một ống hình trụ và chia theo
chức năng gồm 3 phần : Đầu, thân và đuôi. Phần đuôi nối liền với một bộ phận
hình phiễu nơi chứa hột nhựa. Phần thân được bao chung quanh bởi những băng
điện trở và phần đầu là một bộ phận rời, nối liền và có thể khép mở với phần thân
bằng bản lề. Bên trong ống hình trụ là một trục soắn ốc quay chung quanh trục
của chính nó nhờ tác động của một máy kéo thông qua cơ phận chuyền lực tiếp
nối phía sau của trục. Phần đầu được thết kế như hệ thống khuôn (cho máy épphun)
có nhiệm vụ định dáng thành phẩm nhựa.Tiếp theo sau đó là hệ thống làm
nguội bằng nước thông qua các kênh dẫn nước và bồn chứa.