NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ NHỰA

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 cao-su. 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 Ester-hoá. 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 Phenol-Formaldehyd ( còn được gọi với tên Fóc-mê-ca ), 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 Acryl-Butadien-Styrol-Copolymer AMMA Acrylnitril-Methylmethacrylat CA Celluloseacetat CAB Celluloseacetatbutyrat CF Cresol-Formaldehyd CMC Carboxymethylcellulose CS Casein ( chất giả sừng ) DAP Diallylphthalat EC Ethylcellulose EP Epoxid EPS Expandierbares Polystyrol EVA Ethylen-Vinylacetat EVAL Ethylen-Vinylalkohol FEP Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen GFK Glasfaserverstärkter Kunststoff ( nhựa phụ gia với sợi thủy tinh ) HDPE Polyethylen hoher Dichte ( PE-tỷ trọng cao ) LDPE Polyethylen niedriger Dichte ( PE tỷ trọng thấp ) MBS Methylmethacrylat-Butadien-Styrol MC Methylcellulose MF Melamin-Formaldehyd PA Polyamid PA 6 Polymeres aus e-Caprolactam 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 Phenol-Formaldehyd ( nhựa fót-mê-ca ) 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 Styrol-Acrylnitril SB Polystyrol mit Elastomer auf der Basis von Butadien modifiziert SI Silicon SMS Styrol-alpha-Methylstyrol UF Harnstoff-Formaldehyd 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 ép-phun) 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. 6.1.2 Tiến trình phun (trình bày rất giản đơn) Hột nhựa , trước đó đã trải qua các chu trình chuẩn bị như trộn, sấy khô…, được cho vào bồn chứa hình phểu . Hệ thống điện và điều chỉnh được khởi động sẽ giúp cho động cơ quay hoạt động, cơ phận chuyền lực sẽ quay trục soắn ốc, kéo hạt nhựa từ trong bồn chứa vào trong ống hình trụ, đồng thời các rảnh soắn ốc cũng đẩy hạt nhựa về phía trước dọc theo thân ống hình trụ. Các băng điện trở tỏa nhiệt sẽ nấu mềm dần dần các hạt nhựa ( plastifiziert ), cho đến khi đến phần đầu của thân ống hình trụ nơi tiếp giáp với hệ thống khuôn thì nhựa đã hoàn toàn biến đổi trạng thái từ đặc sang chảy lỏng ( homogenes ). Nhựa lỏng sau khi đi qua hệ thống khuôn, được thiết kế theo hình dạng chuẩn định trước đó, sẽ chảy tiếp qua hệ thống làm nguội. Nơi đây nước đóng vai trò chủ yếu, được dẫn trong các kênh, sẽ làm nguội dần nhựa để trở lại với nhiệt độ bình thường, nhưng với hình dạng được hệ thống khuôn chuẩn định trước đó.Tất cả các cơ phận từ hệ thống máy quay, trục soắn, băng điện trở, hệ thống làm nguội, điều chỉnh nhiệt độ, vận tốc quay…vv. được điều khiển bởi một hệ thống phức tạp gọi chung là hệ thống điều chỉnh cơ điện máy phun nhựa. Ghi chú: 1: Phần đầu máy 2: Phần thân máy 3: Phần đuôi máy a: Hệ thống làm nguội với kênh dẫn nước b: Băng điện trở tỏa nhiệt c: Trục soắn ốc d: Hột nhựa e: Cơ phận truyền lực Ứng dụng: Một vài sản phẩm được chế biến từ phương pháp phun

6.2 Phương pháp phun-nén ( Spritzgiessen ) 6.2.1 Máy phun-nén Cấu trúc tương tự như máy phun cũng gồm các phần: động cơ quay, bộ phận truyền lực, trục soắn ốc, ống hình trụ, băng tỏa nhiệt, kuôn ép và hệ thống làm nguội với những kênh dẫn nước bên trong….vv….Tuy nhiên hình thể trục soắn ốc, khuôn, phương pháp và tiến trình phun-nén hoàn toàn khác với phương pháp tiến trình máy phun liên tục. 6.2.2 Tiến trình phun-nén Được chia ra 3 giai đọan như sau Giai đoạn 1: Động cơ quay khởi động , bộ phận truyền lực quay trục soắn ốc, đưa hột nhựa từ bồn hình phễu vào bên trong ống hình trụ và đẩy dần hạt nhựa về phía trước, đồng thời nhựa chảy lỏng nằm ở phần đầu ống hình trụ được đưa vào kênh dẫn và phủ đầy phần rổng bên trong khuôn ép. Một hệ thống máy quay và hệ thống nén dầu được điều khiển từ bên ngoài, thông qua các cơ phận sẽ toàn bộ trục soắn ốc về phía trước tạo ra một lực nén thật lớn để nén chặt lượng nhựa bên trong khuôn mà hình dạng đã được thiết kế trước. Giai đoạn 2: Cũng với hệ thống hệ thống nén dầu nói trên sẽ đẩy hệ thống khuôn về phía trước rời xa ra toàn bộ phần đầu một khoảng cách an toàn thất định, đồng thời nước lạnh sẽ được cho vào các kênh dẫn để làm nguội thành phẩm nhựa bên trong khuôn. Phương páp phun-nén được ứng dụng rất đại trà, vì với phương pháp này các sản pẩm cao cấp đòi hỏi kính thước chính xác cao không cần phải qua khâu thủ công phụ. Thích hợp và được ứng dụng rất nhiều cho phương pháp này là họ nhựa-nhiệt và một vài loại nhựa thuộc họ nhựa-cứng Giai đoạn 3: Khuôn ép được mở ra bằng hệ thống ép dầu, cùng lúc với việc tách rời thành phẩm nhựa bên trong khuôn bằng hệ thống thanh đẩy. Trong cùng thời gian này hệ thống quay khởi động trục soắn ốc để đưa dần nhựa nhão về phía trước và toàn thân trục di chuyển về pía sau. Ứng dụng: một vài sản phẩm thuộc nhóm nhựa-nhiệt được chế biến từ phương pháp phun-nén

6.3 Phương pháp lăn-cán ( Kalandrieren ) 6.3.1 Hệ thống lăn-cán Những khối nhựa lớn, trước đó đã qua khâu chuẩn bị , và các chất phụ gia được cho vào hệ thống trục cán hình trụ ( rulô ), bên trong có hệ thống điện làm nóng, quay ngược chiều nhau để cán và trộn điều sau đó nhựa trộn sẽ được trục lăn đưa xuống dần qua nhiều trục lăng khác đề cán mỏng theo độ dày quy định. Người ta cũng thiết kế nhiều hệ thống lăn – cán liên hợp để tạo ra tấm nhựa ( hay phim mỏng ) có nhiều tầng với vật liệu khác nhau. v/d Nhựa với kim loại, nhựa với tơ sợi, nhựa với giấy, nhựa với nhựa….

Phương pháp lăn-cán được áp dụng để sản xuất tấm lót sàn nhà, phim mỏng từ nhựa PVC, gia tăng độ bền bằng cách liên kết với lưới vải hay sợi tổng hợp v/d sợi Nylon. Các loại nhựa chảy lỏng v/d PE không thể chế biến được với phương pháp này. 6.4 Phương pháp phun-thổi ( Extrusionsblasformen ) 6.4.1 Máy phun-thổi Cũng được hiểu như một máy phun-thổi liên hợp, gồm hai phần với hai chức năng phun và thổi. Tuỳ theo thiết kế chúng ta sẽ có hai dạng máy phun-thổi theo hình vẽ đơn giản dưới đây.

Ghi chú: A : Máy phun-thổi thẳng đứng B : Máy phun-thổi nằm ngang 1 : Cơ phận truyền lực 5 : Phần đầu (định dạng ống ) 2 : Động cơ ( Motor ) 6 : Ống nhựa 3 : Phiểu đựng hột nhựa 7 : Khuôn thổi ( vị trí mở ) 4 : Trục soắn ốc 8 : Ống cổ cong 6.4.2 Tiến trình phun-thổi Đây là phương pháp liên hợp của phương pháp phun và thổi được ứng dụng để chế biến các loại vật thể rỗng bên trong từ nhựa-nhiệt. Phương pháp này gồm hai giai đoạn. Giai đoạn 1: Bán thành phẩm nhựa có hình ống được chế biến từ máy phun nhựa. ( phương pháp phun ) Giai đoạn 2: Ống nhựa, đang trong trạng thái nóng, mềm được đưa tiếp vào một khuôn rỗng 2 phần để có thể mở ra và đóng lại được. Sau khi ống nhựa được cho hẳn vào bên trong, khuôn sẽ đóng kín lại, cắt rời ống nhựa. Kế đến hệ thống nén với áp suất cao sẽ thổi không khí theo ống dẫn vào bên trong khuôn và ống nhựa. Lực thổi này sẽ giúp cho ống nhựa phình ra và áp sát vào thành khuôn. Giai đoạn 3: Hệ thống tự động sẽ mở khuôn và thành phẩm được cho ra ngoài bằng tay ( con người hay rô-bốt ). Ứng dụng : Một vài sản phẩm tiêu dùng được chế biến từ phương pháp phun-thổi.