Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất nhựa polypropylene tại nhà máy sản xuất polypropylene dung quất

  • 102 trang
  • file .pdf
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------
ĐÀO THỊ THANH TUYỀN
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA
ĐẾN TÍNH CHẤT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI
NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------
ĐÀO THỊ THANH TUYỀN
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA
ĐẾN TÍNH CHẤT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI
NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT
Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học
Mã số : 8520301
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Trương Lê Bích Trâm
2. PGS.TS. Đoàn Thị Thu Loan
Đà Nẵng – Năm 2019
LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành và trân trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
Quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa, cũng như các Cán bộ giảng viên - Trường Đại học
Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng và Trường Đại học Phạm Văn Đồng – Quảng Ngãi đã
tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa đào tạo Thạc sĩ và định hướng, hoàn thành
nghiên cứu Luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Giảng viên Hướng dẫn khoa học TS. Trương Lê Bích
Trâm và PGS.TS. Đoàn Thị Thu Loan đã trực tiếp và tận tụy hướng dẫn để tôi hoàn
thành đề tài Luận văn này.
Trân trọng!
TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA ĐẾN
TÍNH CHẤT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI
NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT
Học viên: Đào Thị Thanh Tuyền Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 8520301 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt:
Polypropylene (PP) là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo quan trọng nhất và được sử dụng
ngày càng tăng nhờ giá hợp lý, độ cứng cao, điểm võng nhiệt cao, khả năng gia công tốt với nhiều
phương pháp như đúc tiêm, ép đùn, đúc thổi, tạo hình nhiệt,... Do vậy, polypropylene được ứng dụng
rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, đóng gói sản phẩm, công nghiệp ô tô, hàng gia dụng ...Tuy
nhiên, trong quá trình gia công và sử dụng dưới tác dụng của nhiệt độ cao, ánh sáng, oxy không khí,
ứng suất, dư lượng xúc tác,... nhựa PP rất dễ bị phân hủy oxy hóa gây biến màu, suy giảm các tính
năng cơ lý và gây lão hóa vật liệu. Chính vì vậy, các phụ gia ổn định oxy hóa luôn có mặt trong đơn
phối liệu nhựa PP để giảm thiểu sự suy giảm tính chất trong quá trình gia công và sử dụng nhựa PP.
Đề tài này nghiên cứu ảnh hưởng của ba loại phụ gia Hindered phenol (AE), Phosphite (AK) và
Calcium stearate (HA) đến tính chất của nhựa PP, đồng thời đưa ra đơn phối liệu tối ưu cho nhựa PP
được sản xuất tại Nhà máy Sản xuất Polypropylene Dung Quất.
Từ khóa: Polypropylen, phụ gia, phụ gia chống oxy hóa, hindered phenol, phosphite.
STUDIES OF THE EFFECT OF ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF POLYPROPYLENE
PRODUCED AT DUNG QUAT POLYPROPYLENE PLANT
Abstract:
Polypropylene is one of the most important thermoplastics and used increasingly due to good
price, high stiffness, high deflection temperature, good processability with many processing methods
such as injection molding, extrusion, blow molding, thermoforming,... Therefore, it has a wide range
of applications such as in the packaging and food industries, the automotive industry, household
appliances,... However, during processing and using under high temperature, light, oxygen, stress,
catalyst residues,... PP is easily degraded causing discoloration, deterioration of physical
mechanical properties and aging materials. Therefore, antioxidant additives are always presented in
the PP formulations to reduce the deterioration of their properties during processing and using. In
this study, three additives including Hindered phenol (AE), Phosphite (AK) and Calcium stearate
(HA) were used to investigate their effects to the properties of PP and an optimal formulation was
chosen for PP produced at Dung Quat Polypropylene Plant.
Key words: Polypropylene, additives, anti-oxidant additives, hindered phenols, phosphites.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 4
4. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng..................................................... 4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ POLYPROPYLENE .............................................. 6
1.1. Lịch sử ra đời ........................................................................................................... 6
1.2. Đặc điểm của Polypropylene ................................................................................... 6
1.2.1. Đặc tính chung ............................................................................................... 6
1.2.2. Tính chất vật lý .............................................................................................. 7
1.2.3. Tính chất cơ học ............................................................................................ 7
1.2.4. Tính chất hóa học .......................................................................................... 8
1.3. Công dụng ................................................................................................................ 8
1.4. Cấu trúc phân tử Polypropylene ............................................................................ 10
1.5. Phân loại Polypropylene ........................................................................................ 12
1.6. Quá trình oxy hóa của Polypropylene ................................................................... 13
1.6.1. Các yếu tố gây ra sự oxy hóa ....................................................................... 13
1.6.2. Sự ảnh hưởng của hình thái cấu trúc đến quá trình oxy hóa PP .................. 14
1.6.3. Cơ chế oxy hóa Polyolefin .......................................................................... 14
1.6.4. Cơ chế oxy hóa Polypropylene .................................................................... 16
1.7. Phương pháp ổn định Polypropylene .................................................................... 19
1.7.1. Chất chống oxy hóa sơ cấp .......................................................................... 19
1.7.2. Chất chống oxy hóa thứ cấp ........................................................................ 20
1.7.3. Chất trung hòa axit (Acid scavengers) ........................................................ 22
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT HẠT NHỰA
POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE
DUNG QUẤT ............................................................................................................... 23
2.1. Giới thiệu về Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất ................................. 23
2.2. Công nghệ sản xuất Polypropylene ....................................................................... 24
2.3. Phụ gia trong quá trình sản xuất Polypropylene tại Nhà máy ............................... 26
2.3.1. Irganox 1010 (AE) ....................................................................................... 26
2.3.2. Irgafos 168 (AK) ......................................................................................... 28
2.3.3. Calcium stearate (HA) ................................................................................. 28
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM .................................................................................. 30
3.1. Nguyên liệu và dụng cụ ......................................................................................... 30
3.1.1. Nguyên liệu .................................................................................................. 30
3.1.2. Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm ........................................................................ 31
3.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 32
3.2.1. Quy trình nghiên cứu ................................................................................... 32
3.2.2. Các nội dung nghiên cứu chính ................................................................... 32
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 40
4.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính chất của PP ................... 40
4.1.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng Irganox 1010 đến tính chất của
PP ............................................................................................................................... 40
4.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng Irgafos 168 đến tính chất của PP .. 42
4.1.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng Calcium stearate đến tính chất
của PP ............................................................................................................................ 43
4.2. Kết quả phân tích thời gian cảm ứng oxy hóa (OIT) ............................................. 45
4.3. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng TGA ............................................................. 46
4.4. Kết quả phân tích các tính chất cơ lý ..................................................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 51
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
PP Polypropylene
PE Polyethylene
MCI Mitsui Chemicals Institue
MFR Melt Flow Rate (Chỉ số chảy)
YI Yellowness Index (Độ vàng)
AE Hindered phenol (Phenol cồng kềnh)
AK Phosphite
HA Calcium stearate
TGA Thermogravimetric analysis (Phân tích nhiệt trọng lượng)
OIT Oxidation Induction Time (Thời gian cảm ứng oxy hóa)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
Tên bảng Trang
bảng
1.1: Một số đặc tính của nhựa Polypropylene 7
3.1: Một số thông số của nhựa PP BSRTM T-3034 30
So sánh đơn phối liệu trong nghiên cứu với Nhà máy sản xuất PP
4.1: 45
Dung Quất
4.2: Thời gian cảm ứng oxy hóa của các mẫu PP 46
4.3: Kết quả đo các tính chất cơ lý của các mẫu PP 48
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
Tên hình Trang
hình
1.1: Bao bì dệt từ sợi PP 8
1.3: Thảm trải sàn làm từ nhựa PP 9
1.4: Bảng điều khiển trong ô tô 10
1.5: Nội thất ô tô 10
1.6: Cấu trúc Isotactic Polypropylene 11
1.7: Cấu trúc Atactic Polypropylene 11
1.8: Cấu trúc Syndiotactic Polypropylene 11
1.9: Cấu trúc của Polypropylene khối 12
Phản ứng oxy hóa khử của phosphite và thioester với
1.9: 21
hydroperoxide
Sản lượng PP của Nhà máy sản xuất PP Dung Quất giai đoạn
2.1: 23
2011-2017
2.2: Sơ đồ công nghệ tóm tắt của Nhà máy PP Dung Quất 25
3.1: Hạt nhựa Polypropylene 31
3.2: Sơ đồ nghiên cứu 33
3.3: Thiết bị đo chỉ số màu Color meter Nippon Denshoku 34
3.4: Thiết bị đo chỉ số chảy Extrusion Plastometer, Ray-Ran 35
3.5: Thiết bị đo độ bền va đập HIT 50P, Zwick/Roell 36
3.6: Mẫu đo độ bền va đập 36
3.7: Thiết bị đo độ bền kéo và độ bền uốn AG-X plus, Shimadzu 37
3.8: Mẫu đo độ bền uốn 37
3.9: Mẫu đo độ bền kéo 38
4.1: Ảnh hưởng của hàm lượng AE đến chỉ số chảy MFR của PP 40
4.2: Ảnh hưởng của hàm lượng AE đến độ vàng YI của PP 41
4.3: Ảnh hưởng của hàm lượng AK đến chỉ số chảy MFR của PP 43
4.4: Ảnh hưởng của hàm lượng AK đến độ vàng YI của PP 43
4.5: Ảnh hưởng của hàm lượng HA đến chỉ số chảy MFR của PP 44
4.6: Ảnh hưởng của hàm lượng HA đến độ vàng YI của PP 45
4.7: Giản đồ OIT của PP bột nhà máy và PP compound 46
4.8: Giản đồ TGA của PP compound và PP nhà máy 47
Số hiệu
Tên hình Trang
hình
Các tính chất cơ lý của PP bột nhà máy, PP compound và PP
4.9: 48
hạt nhà máy
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Polypropylene (PP) là một trong những polymer thương phẩm với khả năng chịu
hóa chất tuyệt vời cùng với độ cứng tương đối cao và điểm nóng chảy cao so với các
polymer khác như polyethylene, được sử dụng cho các ứng dụng về ép phun, sợi,
màng và đùn trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng như sản xuất bao bì, y tế, ô tô,
xây dựng, điện và điện tử,…
Theo Nexant, năm 2015, cả thế giới tiêu thụ trên 61 triệu tấn PP, so với gần 41
triệu tấn vào năm 2005. Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ PP cho giai đoạn này đạt
4,1%/năm. Dự báo đến đến năm 2025, nhu cầu tiêu thụ PP sẽ đạt gần 92 triệu tấn và
vượt mức 125 triệu tấn vào năm 2035 với tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn
2016-2025 là 4,1%/năm và giai đoạn 2025-2035 là 3,2%/năm [5]. Qua đó có thể thấy
nhu cầu và tiềm năng to lớn của PP (Hình 1).
Hình 1: Tiêu thụ PP toàn cầu giai đoạn 2005 – 2015 và dự báo đến năm 2035 [5]
Năm 2015, công suất PP toàn cầu đạt trên 72 triệu tấn/năm so với 44 triệu tấn trong
năm 2005. Với tốc độ tăng trưởng trong tiêu thụ khá nhanh, các khu vực có sự mở
rộng công suất nhằm đáp ứng nhu cầu, đặc biệt là từ các nước châu Á Thái Bình
Dương. Dự báo đến năm 2035, tổng công suất PP toàn cầu đạt gần 150 triệu tấn, gấp
đôi so với 72 triệu tấn năm 2015. Giai đoạn 2005 – 2015, tỷ lệ vận hành có sự suy
giảm đáng kể so với năm 2005. Đến năm 2015, tỷ lệ vận hành trung bình đạt trên 85%.
Dự báo đến năm 2035, tỷ lệ vận hành duy trì trong khoảng từ 80 – 90% (Hình 2). Hiện
nay, có khoảng 12 nhà sản xuất PP lớn của thế giới, hoạt động trên 40 quốc gia.
2
Hình 2: Công suất, sản lượng sản xuất PP và tỷ lệ vận hành của thế giới giai đoạn
2005 -2015 và dự báo đến 2035 [5]
Tại Việt Nam, Polypropylene (PP) là một trong những chủng loại chất dẻo nguyên
liệu có lượng tiêu thụ lớn nhất cả nước, chỉ đứng sau Polyethylene (PE). Kể từ năm
2015, nhu cầu tiêu thụ PP đã đạt mức trên 1 triệu tấn/năm. Năm 2017, cả nước tiêu thụ
khoảng hơn 1,28 triệu tấn PP (Hình 3). Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ PP trung bình năm
giai đoạn 2010 – 2017 đạt 10,7%/năm [2].
Nguồn: SLHQ, BSR, VPI – 2018
Hình 3: Nhu cầu tiêu thụ PP của Việt Nam giai đoạn 2010 – 2017
3
Trước năm 2010, nhu cầu tiêu thụ trong nước phụ thuộc hoàn toàn vào nhập khẩu.
Việc xây dựng Nhà máy sản xuất PP Dung Quất và đưa vào vận hành từ năm 2010 đến
nay, với công suất 150 ngàn tấn/năm đã giúp đảm bảo tính chủ động, an toàn trong vận
hành của Nhà máy Lọc dầu, đồng thời sản phẩm nhựa PP của Nhà máy đã đáp ứng
được hơn 15% nhu cầu nhựa PP trên thị trường ở Việt Nam, giúp giảm một phần nào
sự lệ thuộc vào nhập khẩu từ nước ngoài, làm tăng khả năng sinh lợi cho toàn thể cụm
Lọc - Hoá dầu Dung Quất.
Sản phẩm nhựa PP được sản xuất từ nguồn nguyên liệu Propylene của phân xưởng
thu hồi Propylene và Hydro của phân xưởng Reforming xúc tác liên tục của Nhà máy
Lọc dầu Dung Quất bằng công nghệ Hypol II của Tập đoàn Mitsui Chemicals (MCI-
Nhật Bản). Theo nhà sản xuất, đây là một trong những công nghệ sản xuất hạt nhựa PP
tiên tiến và uy tín nhất trên thế giới hiện nay. Công nghệ này cho ra sản phẩm có chất
lượng cao, ổn định và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.
Với việc sử dụng công nghệ Hypol II, sản phẩm nhựa Polypropylene của Nhà máy
sản xuất PP Dung Quất có thể đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, chất lượng và đáp ứng
được nhu cầu của các nhà sản xuất nhựa Việt Nam, cho ra đời các thành phẩm đạt chất
lượng cao về độ bền, màu sắc,…đánh dấu sự phát triển của ngành Hóa dầu Việt Nam.
So với ngành công nghiệp Lọc dầu có lịch sử phát triển lâu đời từ những thập niên đầu
của thế kỷ 20, ngành công nghiệp Hóa dầu tuy có khởi đầu muộn hơn nhưng có bước
phát triển mạnh và đáng kể trong những năm gần đây, góp phần vào tăng trưởng kinh
tế của các nước. Nhu cầu các sản phẩm hóa dầu tại thị trường các nước trong khu vực
cũng như Châu Á tăng cao cùng với sự phát triển vượt bậc của các ngành tiêu thụ như
sản xuất ô tô, xây dựng, điện, dệt may, sản phẩm gia dụng, y tế, …
Tuy nhiên, các sản phẩm từ polypropylene lại rất dễ bị lão hóa. Trong suốt quá
trình gia công và sử dụng, nhiệt, ứng suất cơ học, bức xạ năng lượng cao (UV), xúc tác
tồn dư cùng với sự có mặt của oxy không khí là các tác nhân có thể khơi mào cho các
phản ứng phân hủy PP hình thành các gốc tự do và hydroperoxide. Hydroperoxide lại
dễ dàng phân hủy thành hai gốc tự do RO và OH, cùng với các gốc tự do hình thành
trước đó tiếp tục lan truyền phản ứng trong các phân tử polymer khác [17]. Kết quả là
làm giảm khối lượng phân tử, thay đổi các tính chất cơ lý, màu sắc, độ bền của vật
liệu. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng, tuổi thọ, ngoại quan của sản phẩm và đặc
biệt là ưu thế cạnh tranh của PP so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác.
Như vậy, việc cải thiện chất lượng, tuổi thọ của nhựa PP luôn được đặt lên hàng
đầu mà mối quan tâm nhiều nhất chính là khả năng ổn định, chống oxy hóa của nó.
Thực tế, phụ gia được thêm vào để giải quyết vấn đề này. Phụ gia ổn định
hindered phenol (phenol cồng kềnh) có tác dụng hiệu quả trong việc ổn định, chống
4
oxy hóa, dập tắt gốc tự do, dập tắt các phản ứng phân hủy gây ra do các nhóm peroxy
hình thành khi PP bị oxy hóa. Tuy nhiên, nó lại có khả năng gây biến màu, vàng hóa
sản phẩm do chuyển sang dạng quinone có màu [19]. Kết hợp với một lượng nhỏ chất
chống oxy hóa thứ cấp phosphite sẽ làm tăng hiệu quả chống oxy hóa và hạn chế khả
năng gây biến màu của hindered phenol. Các phosphite có khả năng phân hủy hiệu quả
hydroperoxide, hỗ trợ và hạn chế sự tiêu thụ của hindered phenol [14]. Ngoài ra, PP
sau khi tổng hợp thường chứa một lượng xúc tác dư. Xúc tác này có khả năng phân
hủy tạo axit HCl và gây ăn mòn thiết bị trong quá trình gia công. Calcium stearate có
tác dụng như một chất ổn định, trung hòa axit, chống ăn mòn thiết bị và hạn chế sự
oxy hóa, biến màu PP.
Vì vậy, trong nghiên cứu này, Polypropylene được kết hợp với lượng nhỏ phụ gia
ổn định, chống oxy hóa gồm Hindered phenol (AE), Phosphite (AK) và Calcium
stearate (HA) nhằm ổn định, hạn chế sự ăn mòn thiết bị, chống oxy hóa PP; nâng cao
tuổi thọ và hạn chế sự suy giảm ngoại quan của sản phẩm.
Từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phụ gia đến
tính chất nhựa polypropylene tại Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất” là
thiết yếu nhằm tạo ra đơn pha chế polypropylene với các phụ gia thích hợp, để sản
phẩm đạt được có tính năng sử dụng tốt nhất nhưng giá thành thấp, có khả năng cạnh
tranh với các loại nhựa khác trên thị trường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá sự ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất nhựa PP được sản xuất tại
Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất thông qua việc khảo sát ảnh
hưởng của một số phụ gia đến tính chất của nhựa PP.
- Đề xuất đơn pha chế tối ưu cho nhựa PP được sản xuất tại Nhà máy sản xuất
Polypropylene Dung Quất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các tỷ lệ phụ gia cho nhựa PP, các tính chất hóa lý (độ
bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập), các tính chất vật lý (chỉ số chảy, độ
vàng) và tính chất nhiệt của nhựa PP (phân tích nhiệt trọng lượng - TGA, thời
gian cảm ứng oxy hóa - OIT).
- Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm.
- Đối tượng khảo sát: Nhựa Polypropylene dạng bột nguyên sinh và dạng hạt
thương phẩm, các phụ gia ổn định cho PP.
4. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng
- Phương pháp gia công, tạo mẫu: Sử dụng phương pháp ép đùn và đúc tiêm
- Phương pháp khảo sát tính chất cơ, lý, nhiệt:
5
 hảo sát t nh chất cơ học: Độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập
 hảo sát t nh chất vật lý: Độ vàng, chỉ số chảy
 Khảo sát tính chất nhiệt: Các mẫu được phân tích nhiệt trọng lượng TGA,
phân tích thời gian cảm ứng oxy hóa OIT
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Làm tài liệu tham khảo bổ ích cho các nghiên cứu về phụ
gia cho nhựa PP.
- Ý nghĩa thực tiễn: Đánh giá được ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất của
nhựa PP nhằm tạo ra đơn phối liệu tạo hạt nhựa PP compound đáp ứng yêu cầu
về tính năng kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ POLYPROPYLENE
1.1. Lịch sử ra đời
Polypropylene (PP) là một loại polymer nhiệt dẻo được sản xuất từ quá trình
trùng hợp các monome propylene. Polypropylene được trùng hợp lần đầu tiên vào năm
1951 bởi một cặp nhà khoa học dầu khí Phillips tên là Paul Hogan và Robert Banks và
sau đó bởi các nhà khoa học người Ý và Đức là Natta và Rehn.
Natta đã hoàn thiện và tổng hợp nhựa polypropylene đầu tiên ở Tây Ban Nha vào
năm 1954. Polypropylene được đưa ra thị trường lần đầu tiên vào năm 1957 bởi Công
ty Montecatini, Italia, từ đó PP bắt đầu sản xuất thương mại rộng khắp châu Âu. Ngày
nay, nó là một trong những loại nhựa được sản xuất phổ biến nhất trên thế giới [11].
1.2. Đặc điểm của Polypropylene
- Phần lớn polypropylene ở dạng isotactic, một phần nhỏ là syndiotactic và
atactic. Khi nhiệt độ phản ứng t = 50oC, xúc tác TiCl3-Al(C2H5)3 thì hàm lượng
isotactic: 85÷95%, hàm lượng kết tinh lớn.
- Vì mỗi mắc xích có một nhóm –CH3 nên mạch cứng hơn polyethylene (PE) vì
thế độ bền cơ, bền nhiệt lớn hơn PE.
- PP có nguyên tử H ở C bậc 3 rất linh động do đó PP dễ bị oxy hóa, lão hóa.
- Một số đặc tính của nhựa Polypropylene được nêu trong bảng 1-1 [11].
1.2.1. Đặc tính chung
- Tính bền cơ học cao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng, không mềm dẻo như
PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi.
- Trong suốt, độ bóng bề mặt cao.
- PP không màu không mùi, không vị, không độc. PP cháy sáng với ngọn lửa
màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su.
- Chịu được nhiệt độ cao hơn 100oC. Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì
PP (140oC), cao so với PE - có thể gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên
ngoài, nên thường ít dùng PP làm lớp trong cùng.
- Có tính chất chống thấm O2, hơi nước, dầu mỡ và các khí khác [11].
7
Bảng 1.1: Một số đặc t nh của nhựa Polypropylene
Công thức phân tử (C3H6)n
Cấu trúc phân tử
Cấu trúc không gian
Mã nhận dạng
Khối lượng riêng PP vô định hình 0.85 g/cm3
Khối lượng riêng PP tinh thể 0.95 g/cm3
Độ giãn dài 250 - 700 %
Độ bền kéo 30 - 40 N/mm2
Độ bền va đập 3.28 - 5.9 kJ/m2
Điểm nóng chảy ~ 165 °C
1.2.2. Tính chất vật lý
- Nhiệt độ nóng chảy cao 160 ÷ 170oC.
- Ổn định đến 150oC khi không có ngoại lực.
- Chịu được nước sôi lâu, không bị biến dạng.
- Ở 155oC, PP vẫn còn ở thể rắn, nhưng đến gần nhiệt độ nóng chảy PP chuyển
sang trạng thái mềm cao (như cao su).
- Nhiệt độ kết tinh cao: Khi giảm từ nhiệt độ nóng chảy đến 120oC, PP bắt đầu
kết tinh.
1.2.3. Tính chất cơ học
- PP cứng hơn nhiều so với PE (do trong mạch phân tử có nhóm –CH3).
- PP chịu lạnh kém hơn PE, tính bám dính kém.
8
1.2.4. Tính chất hóa học
- Ở nhiệt độ phòng, PP không tan trong các dung môi hữu cơ, ngay cả khi tiếp
xúc lâu, mà chỉ trương trong hydrocacbon thơm và clo hóa. Ở nhiệt độ trên 80oC, PP
bắt đầu tan trong 2 loại dung môi trên.
- PP không hút nước, mức hút ẩm <0.01%.
- PP dễ bị oxy hóa, lão hóa do trong mạch phân tử có nguyên tử H ở C bậc 3 linh
động.
1.3. Công dụng
Polypropylene được sử dụng trong cả ứng dụng gia đình và công nghiệp. Các đặc
tính độc đáo và khả năng thích ứng với các kỹ thuật chế tạo khác nhau làm cho nó nổi
bật như một vật liệu thích hợp với nhiều mục đích sử dụng. Tùy thuộc vào đặc tính
nhất định, mà nhựa PP được sử dụng nhiều. PP là một vật liệu không thể thiếu trong
cuộc sống hiện nay.
- Do có độ bền và khả năng chịu lực cao nên PP thường được kéo dệt thành sợi
để làm bao bì sản phẩm chịu lực: Bao xi măng, bao tải,… (Hình 1.1).
Hình 1.1: Bao bì dệt từ sợi PP
9
- Nhựa PP rất an toàn và có độ bền cao nên thường được dùng để làm đồ chơi
cho trẻ em (Hình 1.2), bình sữa, kim tiêm trong y tế.
Hình 1.2: Đồ chơi trẻ em
- Đặc tính kéo sợi là đặc tính nổi bật của nhựa PP vì vậy có thể được dùng làm
thảm trải với các loại thảm đa dạng về chất lượng (Hình 1.3).
-
Hình 1.3: Thảm trải sàn làm từ nhựa PP