Những khái niệm và định nghĩa về nhựa
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 tựu1. 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 cao-su …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. Nhựa-nhiệt ( Thermoplast ): Với tác dụng của nhiệt chúng sẽ biến đổi dạng ( nóng chảy ). v/d cốc đựng nước uống ( xem hình bên dưới ). Nhựa-cứng ( Duroplast ): Loại nhựa có độ bền cao khi chịu sự tác dụng của nhiệt .v/d ổ cấm điện Nhựa-đàn-hồi ( Elastomere ): Thể hiện với tên gọi, chúng có tính đàn hồi cao .v/d nệm cao-suMột vài thí nghiệm đơn giản để phân biệt tính khác nhau của 3 nhóm nhựa: Nhựa-nhiệt, nhựa-cứng và nhựa-đàn-hồi.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 Nhựa-nhiệt: 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 tại với hình dạng mới trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Nhờ thuộc tính nóng chảy và đông cứng này nhựa-nhiệt có thể được ứng dụng và tái tạo lại nhiều lần. Nhựa-cứng: 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 nhựa-nhiệt ) không thể làm cho cấu trúc các phân tử thay đổi, do đó hình dạng vật thể bên ngoài cũng không thay đổi. Nhựa-cứng có độ bền cao với tác dụng của nhiệt và tính cách điện rất tốt. Trái với nhựa nhiệt, nhựa-cứng không thể nấu chảy để xử dụng lại nhiều lần. Nhựa-đàn-hồi: 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 i-on 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. Viết Tắt 6. Các phương pháp chế biến nhựa 6.2 Phương pháp phun-nén ( Spritzgiessen )
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.
Ghi chú: 6.5 Phương pháp đông bọt ( Schaeumen ) Chất xốp hình thành một nhóm đặc biệt trong họ chất xốp rộng lớn và được điều chế từ nhiều tiến trình khác nhau , được gọi chung là phương pháp đông bọt. Hợp chất cơ bản được khuấy mạnh trong thời gian nhất định để tạo nên những bọt khí bên trơng tương tự như bọt không khí trộn lẫn trong bột làm bánh ngọt . Bọt khí cũng được tạo nên bởi chất xúc tác v/d chất đốt. Người ta trộn vào hổn hợp cơ bản một loại chất hóa đông sẽ giúp cho bề mặt các bọc khí đông lại giữ nguyên trạng thái rổng bên trong, như thế sẽ tạo ra một khối lượng lớn có tỷ trọng rất nhỏ.  Bột nhựa Poly Styrol trộn với chất đốt Bọt Poly Styrol đun nóng trước khi cho vào khuôn, sau đó Khuôn được lắc đều cho đến khi bọt nhựa bên trong nở ra đầy kín phần rỗng bên trong khuôn. Khuôn và phần bọt nhựa Poly Styrol bên trong được đun nóng , bọt khí sẽ phồng to ( giống hột ngọc trai ) ép sát và dán chặt lại với nhau tạo nên hình thể của sản phẩm ( phần rỗng của khuôn đã được tạo dáng trước đó ). Ứng dụng : một vài sản phẩm được chế biến từ phương pháp đông bọt. 7. Nhựa qua các niên đại và những thành tựu 1839 – Charles Goodyear điều chế cao-su với phương pháp lưu hóa 1844 – F. Walton sản xuất Linoleum 1851 – Tại London xuất hiện một số sản phẩm từ cao-su-cứng. Charles Goodyear là người đầu tiên thành công trong việc cấu hợp này, qua đó ông ta đã gia hạn lâu hơn phản ứng lưu hóa bằng cách trộn một khối lượng lớn lưu huỳnh vào cao su thiên nhiên theo quy định. 1862 – A. Parkes giới thiệu lần đầu tiên tại hội chợ lớn London sản phẩm từ cơ xưởng Parkesine, một hổn hợp của Zellulosenitrat, Naphtalin và dầu cay thực vật ( Khuynh diệp ) 1868 – John W. Hyatt cũng giới thiệu Zelluloid, một sản phẩm tượng tự như của A. Parkes, nhưng Zelluloid là hổn hợp điều chế từ Zellulosenitrat và dầu khuynh diệp 1870 – Bằng phát minh Zelluloid được đăng ký đầu tiên tại USA. 1872 – Anh em nhà Hyatt chế tạo thành công máy biến chế Zelluloid đầu tiên 1878 – J.W.Hyatt người đầu tiên làm ra khuôn-nhiều-lần 1879 – M. Gray đăng ký bằng sáng chế máy phun-ép với trục soắn ốc . 1892 – Paul Troester sản xuất ra máy ép dây thừng cho ống cao-su và dây cáp từ phương pháp cải tiến của máy phun-ép do Gray làm ra. 1897 – W. Kirsche và A. Spitteler đăng ký bằng sáng chế ra nhựa giả sừng: Galalith. 1901 – W.J. Smith, người đầu tiên tìm ra Alkyd – và nhựa lyzerophtalin. 1909 – L.H. Baekeland công bố sáng chế nhựa Phenolharze , với tên Bakelit. 1910 – Thành lập công ty General Bakelite Co., sau đó được mở rộng và đổi tên mới là Union Carbide vào năm 1922. 1910 – Zelluloseazetat được sản xuất tại nước C.H.L.B. Đức. 1915 – Cao-su tổng hợp được điều chế tại Leverkusen, nước C.H.L.B. Đức . 1920 – Hermann Staudinger bắt đầu nghiên cứu lý thuyết cấu trúc tổng hợp Polymer 1920 – Công ty Ford tại USA chế tạo phụ tùng xe hơi từ hổn hợp nhựa-Phenol và sợi phụ gia . 1920 – Hans John, người Tiệp Khắc tổng hợp được nhựa-khai( harnstoffharz ), và được ứng dụng để sản xuất hàng gia dụng kể từ 1924 . 1921 – A. Eichengruen thiết kế máy phun-nén đầu tiên cho kỷ thuật nhựa. 1922 – H. Staudinger nghiên cứu cấu trúc cao phân tử 1926 – Eckert và Ziegler đăng ký sáng chế máy phun-nén thương mại đầu tiên. 1927 – Bằng sáng chế đầu tiên cho kỷ nghệ sản suất nhựa PVC tại U.S.A và tại C.H.L.B Đức. 1928 – Sản xuất thương mại bột cho máy ép nhựa-khai 1930 – Kỷ nghệ phát triển Styrol và Polystyrol. 1932 – Giới thiệu trục-soắn-ốc-nóng cho máy phun-ép. 1934 – Trong phòng thí nghiệm của hãng ICI người ta điều chế được Polymethylmetacryl, và sau đó đến năm 1936 xuất hiện trên thị trường. 1934 – Công ty French Oil Machine thiết kế máy ép với sức nén 1500 tấn 1935 – Máy thổi đầu tiên cho vật thể rỗng bằng nhựa. 1935 – Henkel điều chế được nhựa Melamin 1936 – ABS được chế tạo và xuất hiện trên thị trường. 1938 – Hãng Du Pont công bố sản phẩm từ nhựa liên hợp Polyamid Nylon. 1938 – Bằng sáng chế cho nhựa Epoxyd được đăng ký. 1939 – Kỹ nghệ sản xuất nhựa PE-LD tại vương quốc Anh. 1941 – Sản xuất nhựa Polyurethan 1941 – Sản xuất nhựa Polyester đói. 1943 – Sản xuất nhựa Silikon. 1943 – Nhựa Polyester mềm được chế tạo tại U.S.A và vương quốc Anh. 1946 – Tập đoàn sản xuất máy phun-nén lớn nhất nước Ý, Sandretto Industrie được thành lập, 1947 – Kỹ thuật học cho phương pháp quay-ép đăng ký bằng sáng chế. 1947 – Kỹ nghệ sản xuất nhựa Epoxyd. 1948 – Kỹ nghệ sản xuất Polytetrafluorethylen ( Teflon ). 1954 – G. Natta điều chế được isotaktische Polypropylen, bắt đầu 1957 được tập đoàn Montecatini tại Ferrara đưa ra thị trường. 1956 – Polyethylen-áp suất thấp ( PE-HD ) 1959 – Sản xuất Polykarbonaten. 1959 – Sản xuất Acetal và nhựa Polyacetal. 1960 – Sản xuất nhựa liên hợp Vinylethylen – azetat Copolymer. 1961 – Nhựa liên hợp Ethylen – Acryl Ethyl Copolymer E/EA được đưa ra thị trường tại U.S.A. 1961 – Sản xuất nhựa Polyvinylfluorids Kynar, một loại nhựa có tính chịu hoá cao được ứng dụng rất nhiều trong kỷ nghệ hoá học và kỹ nghệ điện. 1962 – Sản xuất nhựa thơm Polyimid. 1963 – Sản xuất nhựa Polybutilenglykol Terephtalat PBT 1964 – Tập đoàn General Electric sản xuất nhựa Polyphenyloxyd PPO. 1965 – Bằng sáng chế đầu tiên cho nhựa liên hợp Vinylpropylenchlorid Copolymer. 1965 – Hãng DuPont nghiên cứu nhựa nhiệt Ionomer Polymer. 1965 – Hãng Union Carbide giới thiệu nhựa Polysulfone Udel : Một loại nhựa-nhiệt-thơm có tính chịu nhiệt cao. 1968 – Tập đoàn BASF đưa ra thị trường công cụ in Nylon. 1968 – Tập đoàn Phillips Petroleum bắt đầu với kỷ nghệ sản xuất đại trà PE-LD 1969 – Nhựa Polybutilenrepthal Polyester ( không cứng ) được giới thiệu bởi tâp đoàn Celanese và General Electric. 1971 – Tập đoàn Phillips Petroleum giới thiệu nhựa Polyphenylensulfid Ryton. 1972 – Sợi Aramid ra đời. 1975 – Tập đoàn Mitsui Petrochemical sản xuất Polymethylpenten, đây là loại nhựa đã được Giulio Natta điều chế trong phòng thí nghiệm và 1965 được hãng ICI khai triển tiếp. 1980 – Hãng BASF gia tăng tiến trình tổng hợp của nhựa cơ bản Polypyrrol. 1982 – Kỹ thuật học tổng hợp điều chế nhựa Polyetherimid được giới thiệu. 1983 – Kỹ thuật học tổng hợp điều chế nhựa Polyarilsulfon được giới thiệu. 1986 – Hãng ICI điều chế được Biopol, một loại nhựa-nhiệt có nguồn gốc từ thực vật, có thể tự hủy được trong thiên nhiên. Một vài năm sau đó một loại nhựa có đặc tính tương tự, Mater-B, được điều chế bởi hãng Montedison. 1986 – Tập đoàn Rohm và Haas điều chế sợi liên hợp Polyacrylimide Copolymer có tính chống thoát gaz cao. 1990 – Tập đoàn Himont giới thiệu hợp chất Polyolephene có khả năng tạo khối lượng lớn cho phản ứng trùng hợp. Ghi chú : Tài liệu và hình ảnh được trích dẫn từ trang nhà của Prof. Blumes Bildungsserver fuer Chemie.Trương Ngọc Giao Kỹ sư biến chế nhựa |
, Formaldehyd (9) und Diisocyanat (10).
