TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA

GVHD: Th.S VÕ THỊ NHÃ UYÊN
SVTH: PHAN THỊ BÍCH NGỌC
MSSV: 2004140168
Lớp: 05DHHH1

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2016


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa công nghệ hóa học trường ĐH Công nghiệp Thực
phẩm TP HCM và sự đồng ý của cô giáo hướng dẫn Th.S Võ Thị Nhã Uyên em đã thực
hiện đề tài “Tìm hiểu về các loại phụ gia cải thiện tính chất nhựa”.
Để hoàn thành bài đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình
hướng dẫn ,giảng dạy tận tình trong suốt quá trình học tập, rèn luyện ở trường ĐH Công
nghiệp Thực phẩm cho đến nay.
Xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn Th.S Võ Thị Nhã Uyên đã tận tình, chu
đáo hướng dẫn em thực hiện bài đồ án môn học này.
Mặc dù đã cố gắng thực hiện bài đồ án này một cách hoàn chỉnh nhất. Song do
buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng như
hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu xót nhất định mà
bản thân chưa thấy được, rất mong nhận được sự góp ý của cô để bài đồ án được hoàn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1

MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC........................................................................................................................... i
DANH MỤC HÌNH VẼ....................................................................................................iii
MỞ ĐẦU............................................................................................................................ 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ PHỤ GIA CHẤT DẺO.............................2
1.1

Tổng quan về chất dẻo...........................................................................................2

1.1.1

Khái niệm[1].....................................................................................................2

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của chất dẻo[1]..................................................2
1.1.3

Phân loại[1]......................................................................................................3

1.1.4

Vai trò của nhựa trong cuộc sống[2].................................................................4

1.2

Tổng quan về phụ gia ngành nhựa.........................................................................4

1.2.1

Giới thiệu khái quát về chất phụ gia trong ngành nhựa[3]................................4

1.2.2 Vai trò của chất phụ gia trong sản xuất[4]............................................................5
1.2.3
1.2.4

Các loại phụ gia trong ngành nhựa[5]...............................................................8
Các yêu cầu kĩ thuật đối với phụ gia[6]................................................................8

Chương 2 CÁC CHẤT PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA..............................10
2.1

Chất chống oxy hóa[6]..........................................................................................10

2.1.1

Quá trình oxy hóa của nhựa..........................................................................10

2.1.2

Cơ chế chống oxy hóa...................................................................................12

2.1.3

Các chất phụ gia oxy hóa và ứng dụng.........................................................17

2.2

Chất chống tĩnh điện............................................................................................18

2.2.1

Tĩnh điện[8]....................................................................................................18

2.2.2

Cơ chế tĩnh điện[9].........................................................................................19

2.2.3

Cơ chế chống tĩnh điện.................................................................................20

2.2.4

Chất chống tĩnh điện[13].................................................................................20

2.3

Chất chống cháy..................................................................................................23


2

2.3.1

Sự cháy của polymer[15].................................................................................24

2.3.2

Cơ chế chống cháy[16]....................................................................................24

2.3.3

Các chất chống cháy[17].................................................................................25

2.4

Chất chống đọng sương.......................................................................................27

2.4.1

Đặc điểm của quá trình đọng sương[18]..........................................................27

2.4.2

Cơ chế chống đọng sương[19].........................................................................28

2.4.3

Các chất phụ gia chống đọng sương[20]..........................................................28

2.5

Chất tẩy trắng quang học.....................................................................................28

2.5.1

Tẩy trắng huỳnh quang[21].............................................................................28

2.5.2

Cơ chế của chất tẩy trắng quang học[22].........................................................29

2.5.3

Các chất tẩy trắng huỳnh quang[23]................................................................30

2.6

Chất hỗ trợ phân hủy sinh học.............................................................................31

2.6.1

Polymer tự phân hủy sinh học[25]...................................................................31

2.6.2

Cơ chế phân hủy sinh học[24].........................................................................31

2.6.3

Các chất phụ gia phân hủy sinh học[26]..........................................................33

2.7

Chất trượt............................................................................................................34

2.7.1
2.7.2

2.7.3

Tính trượt ở nhựa[27]......................................................................................34
Cơ chế giúp tăng tính trượt của nhựa[28]...........................................................34
Các phụ gia chống trượt[29]............................................................................34

KẾT LUẬN......................................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................37


3

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Sơ đồ oxy hóa của nhựa
Hình 2.2: Sự giãn của vật liệu nhựa
Hình 2.3: Vật liệu nhựa bị nứt
Hình 2.4: Các phân tử oxy chen vào các phân tử nhựa
Hình 2.5: Chu kỳ phân hủy của một loại thìa nhựa
Hình 2.6: Cơ chế phân hủy nhựa PET
Hình 2.7: Cơ chế chống đứt gãy bằng nhóm phenolic
Hình 2.8: Butylated Hydroxytoluene
Hình 2.9: Quá trình ngăn cản gốc tự do
Hình 2.10: Hợp chất phenolic 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol
Hình 2.11: Ngắt mạch phản ứng dây chuyền
Hình 2.12: Hấp thụ gốc tự do
Hình 2.13: Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa

Hình 2.14: Một số dẫn xuất anime của chất phụ gia oxy hóa
Hình 2.15: Một số dẫn xuất phenol của chất phụ gia oxy hóa
Hình 2.16: Sự phân bố điện tích trong từ trường tĩnh điện
Hình 2.17: Phân tử mất điện tích khi va chạm
Hình 2.18: Phân bố điện tích trên bề mặt vật
Hình 2.19: Chất chống tĩnh điện của este của acid photphoric
Hình 2.20:Chất chống tĩnh điện quarterary ammonium
Hình 2.21: Chất chống tĩnh điện non-ionic


4

Hình 2.22: Cơ chế chống tĩnh điện lâu bền
Hình 2.23: Cơ chế tẩy trắng quang học
Hình 2.24: Cơ chế phân hủy sinh học của nhựa
Hình 2.25: Vi sinh vật bám vào phân hủy nhựa


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

MỞ ĐẦU
Vật liệu polymer được con người phát hiện, phát triển và sử dụng qua hàng trăm
năm nay. Ngày nay, nhựa được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống. Từ những vật dụng
trong nhà như chén, dĩa hay rổ rá,.. cho đến những thiết bị công nghệ, sản xuất cũng được
làm từ nhựa: các thiết bị máy tính, điện thoại hay các khuôn thiết bị làm bằng chất liệu
nhựa. Tùy theo hình dạng kích thước cũng như công dụng hay mục đích sử dụng khác
nhau mà các vật dụng, thiết bị ấy được chế tạo từ những loại nhựa khác nhau. Mỗi loại
nhựa sẽ phù hợp với những tiêu chí sử dụng khác nhau. Như nhựa PE có đặc tính trong

suốt, mềm dẻo, chống thấm tốt được sử dụng làm các túi nhựa hay thùng nhựa,.. Hay
nhựa PVC giòn, rẻ tiền, cách điện được sử dụng để chế tạo thành ống nước hay dây bọc
cáp điện,… Và chính việc lợi dụng các tính chất khác nhau của mỗi loại nhựa mà con
người có thể tạo ra vô vàng các vật dụng nhựa đa dạng phục vụ những đòi hỏi khắc khe
của con người chúng ta.
Việc cải biến những vật liệu nhựa không chỉ phụ thuộc vào những nguyên liệu
chính trong việc chế tạo ra những loại nhựa ấy mà còn phụ thuộc rất lớn và những chất vi
lượng mang tính chất đặc trưng được cho thêm vào trong quá trình chế biến. Những chất
ấy được gọi là chất phụ gia trong ngành nhựa. Mặc dù chỉ thêm vào một lượng không lớn
trong quá trình tổng hợp nhựa nhưng các chất ấy vô cùng quan trọng. Ví dụ như chúng ta
cần một loại nhựa có tính chống tĩnh điện cao hay chống cháy cao để đảm bảo an toàn cho
các công trình khai thác than hay các công trình xây dựng,… thì việc thêm các chất phụ
gia thích hợp là một điều vô cùng cần thiết. Không những thế mà các chất phụ gia còn cải
thiện các tính chất của nhựa: tính dẻo, tính trượt,… và chính nó cũng cải thiện đáng kể
chất lượng và giá thành của sản phẩm.
Việc sử dụng các chất phụ gia trong ngành nhựa là vô cùng cần thiết. Hay có thể
nói nhựa sẽ không thể làm việc được khi thiếu các chất phụ gia. Vì thế bài đồ án này,
chúng ta sẽ tìm hiểu về công dụng của chất phụ gia trong việc tổng hợp nhựa và tìm hiểu
về tính chất, cơ chế của một số loại phụ gia cụ thể để có thể hiểu thêm về vai trò của
chúng trong việc cải thiện các sản phẩm nhựa mà con người chúng ta đang sử dụng hằng
ngày.

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 1


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Chương 1

1.1

Đồ án môn học

TỔNG QUAN VỀ CHẤT DẺO VÀ PHỤ GIA CHẤT DẺO

Tổng quan về chất dẻo

1.1.1 Khái niệm[1]
Chất dẻo, hay còn gọi là nhựa, là các hợp chất cao phân tử, được dùng làm vật liệu
để sản xuất nhiều loại vật dụng trong đời sống hằng ngày như là: áo mưa, ống dẫn điện...
cho đến những sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống hiện đại của con người.
Chất dẻo là những vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp
suất và vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thôi tác dụng. Chất dẻo còn được sử dụng rộng
rãi để thay thế cho các sản phẩm làm bằng: vải, gỗ, da, kim loại, thủy tinh,… vì chúng
bền, nhẹ, khó vỡ, nhiều màu sắc đẹp.
Chất dẻo thường là các chất tổng hợp có nguồn gốc từ các sản phẩm hóa dầu.
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của chất dẻo[1]
Năm 1600 TCN, người Trung Mỹ đã sử dụng cao su thiên nhiên làm banh, dây, và
các bức tượng nhỏ. Các chất dẻo có nguồn gốc sinh học đầu tiên như trứng và protein
máu là các polymer hữu cơ. Sừng gia súc được xử lý dùng làm cửa cho những chiếc lồng
đèn thời Trung Cổ.
Chất dẻo đầu tiên được làm ra vào năm 1838 là vinyl clorua.
Tiếp theo đó là chất styrene vào năm 1839.
Acrylic được tạo ra vào năm 1843.
Polyeste được làm ra vào năm 1847.
Năm 1869, nhà phát minh John Hyatt đã phát hiện ra celluloid, Lần đầu tiên sản
xuất của con người đã không bị hạn chế bởi các giới hạn của tự nhiên. Thiên nhiên chỉ
cung cấp rất nhiều gỗ, kim loại, đá, xương, ngà và sừng. Nhưng bây giờ con người có thể
tạo ra vật liệu mới. Sự phát triển này đã giúp không chỉ người dân mà còn là môi trường.

Quảng cáo ca ngợi nhựa như vị cứu tinh của con voi và rùa. Nhựa có thể bảo vệ thế giới
tự nhiên khỏi những phá hoại của con người => mở đầu cho cuộc đột phá trong việc triển
khai chất tổng hợp mới.
Chất dẻo được phát triển mạnh nhất bởi nhà hóa học người Mỹ Leo Baekeland,
ông đã khám phá ra phenol formaldehyd vào năm 1907 (Baekeland đã được tìm kiếm một
GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 2


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

tổng hợp thay cho cánh kiến đỏ, một tấm cách điện tự nhiên , để đáp ứng nhu cầu điện khí
của Hoa Kỳ một cách nhanh chóng. Bakelite không chỉ là một chất cách điện tốt; nó cũng
khá bền, khả năng chịu nhiệt cao, là vật liệu lý tưởng cho sản xuất hàng loạt cơ khí. Thị
trường coi nó như là "vật liệu của một ngàn cách sử dụng ," Bakelite có thể được định
hình hoặc đúc thành gần như bất cứ điều gì , cung cấp khả năng vô tận,...)
Năm 1933, polyethylene được các nhà nghiên cứu của Imperial Chemical
Industries (ICI) gồm Reginald Gibson và Eric Fawcett phát hiện.
Polypropylene được Giulio Natta tìm thấy vào năm 1954 và bắt đầu được sản xuất
vào năm 1957.
Trong số những mẫu chất dẻo đầu tiên dạng polymer mới phải kể đến là
polystyrene (PS) được BASF sản xuất đầu tiên trong thập niên 1930 và polyvinyl clorua
(PVC), được tạo ra năm 1872 nhưng được sản xuất thương mại vào cuối thập niên 1920.
Năm 1954, polystyrene giãn nở (được dùng làm tấm cách nhiệt, đóng gói, và ly
tách) được Dow Chemical phát minh.
Việc phát hiện ra Polyethylene terephthalat (PET) đã tạo ra nhiều ứng dụng của
Calico Printers' Association ở Liên hiệp Anh vào năm 1941; nó là một trong số ít chất dẻo

thích hợp cho việc thay thế thủy tinh trong nhiều trường hợp, tạo ra nhiều ứng dụng về
chai nhựa ở châu Âu
Sự phát triển của chất dẻo đã tạo ra nhiều ứng dụng của vật liệu dẻo tự nhiên (như
chewing gum, shellac) để dùng làm các vật liệu tự nhiên có sự can thiệp bằng hóa học
(như cao su, nitrocellulose, collagen, galalit) và cuối cùng là các phân tử tổng hợp hoàn
toàn (như bakelite, epoxy, Polyvinyl clorua).
1.1.3 Phân loại[1]
1.1.3.1 Phân loại theo hiệu ứng của polymer với nhiệt độ
 Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm T m thì nó chảy
mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp
trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu
(liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt
rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như: polyetylen (PE),
polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly
butadien(PB), poly etylen tere phtalat (PET),…

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 3


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

 Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không
gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng
chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh. Một số loại nhựa nhiệt
rắn: ure focmadehyt (UF), nhựa epoxy, phenol focmadehyt (PF), nhựamelamin,
polyeste không no...

 Vật liệu đàn hồi (elastome): là loại nhựa có tính đàn hồi như cao su.
1.1.3.2 Phân loại theo ứng dụng
 Nhựa thông dụng: là loại nhựa được sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều trong
những vật dụng thường ngày, như: PP, PE, PS, PVC, PET, ABS,...
 Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có tính chất cơ lý trội hơn so với các loại nhựa thông
dụng, thường dùng trong các mặt hàng công nghiệp, như: PC, PA,..
 Nhựa chuyên dụng: Là các loại nhựa tổng hợp chỉ sử dụng riêng biệt cho từng trường
hợp.
1.1.4 Vai trò của nhựa trong cuộc sống[2]
Nhựa công nghiệp là vật liệu thân thiện đối với môi trường, có thể tái chế tái sử
dụng. Nhựa làm tăng năng suất sử dụng năng lượng, giảm hao hụt, tăng tốc độ sử dụng
nguyên liệu,…
Ngành nhựa công nghiệp giúp chúng ta phát triển ngày càng nhiều mặt hàng có
chất lượng, giảm áp lực vào việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên. Cụ thể: Tạo ra
nguồn năng lượng mới: Từ nguyên liệu polycarbonate, tạo ra nguồn năng lượng tái sử
dụng được.
Nhựa giúp tiết kiệm nhiên liệu, năng lượng và tài nguyên thiên nhiên: Máy bay và
xe được làm từ các nguyên liệu hỗn hợp, giúp chúng trở nên nhẹ nhàng và an toàn. Do sử
dụng ít năng lượng nên giảm thiểu tối đa khí thải – nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính.
Nếu không có nhựa, các gói hàng hóa sẽ rất nặng, từ đó gia tăng chi phí sản xuất,
năng lượng sử dụng cũng như lượng chất thải.
1.2

Tổng quan về phụ gia ngành nhựa

1.2.1 Giới thiệu khái quát về chất phụ gia trong ngành nhựa[3]
Tất cả các sản phẩm nhựa được làm từ polymer thiết yếu kết hợp với một sự pha
trộn phức tạp của vật liệu được gọi chung là chất phụ gia. Số lượng chất phụ gia từ 0%
đối với các polymer dùng trong thực phẩm đến hơn 50% dùng trong các ứng dụng điện
tử. Các chất phụ gia được thêm vào trong quá trình tổng hợp nhựa có chức năng làm biến

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 4


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

đổi một tính chất cơ bản hoặc gia tăng các tính chất cần thiết đáp ứng nhu cầu tổng hợp
các chất dẻo ấy.
Khi thêm các chất phụ gia, các thuộc tính của nhựa cũng có thể được thay đổi.
Điều này có thể xảy ra bằng cách thay đổi các polyme từ bản gốc, hoặc thay đổi bởi phụ
gia, chất màu, cốt thép hoặc các chất độn. Phụ gia phải luôn luôn phù hợp với các loại
nhựa tổng hợp và mục đích tổng hợp. Các nhà hóa học cố gắng để giữ tất cả các tính năng
vật chất cơ bản cần thiết nhất của nhựa càng cao càng tốt trong khi vẫn đạt sự cải thiện
mong muốn, ví dụ, thêm chất phụ gia chống cháy trong quá trình tổng hợp nhựa nhưng
vẫn không làm thay đổi thành phần, cấu trúc phân tử cơ bản của vật liệu nhựa ấy. Để cải
thiện tính năng vượt trội, có thể kết hợp với các chất phụ gia như cacbon, mica, thủy tinh
và aramit,… Và chất phụ còn có thể thay đổi nhiều tính năng khác của nhựa.
Hầu hết các phụ gia nhựa được chế tạo thành một hợp chất hữu cơ(là sự pha lẫn và
phản ứng của nhiều chất hóa học với nhau), tùy theo từng tính năng và cấu trúc, thành
phần của mỗi chất tổng hợp mà nên chọn các loại phụ gia phù hợp với nó. Các loại khác
nhau của các chất phụ gia đều có những hạn chế và thế mạnh khác nhau, mỗi loại chất
trong số chúng có thể có ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất polymer.
Nếu không có chất phụ gia, nhựa sẽ không đáp ứng tối đa được những yêu cầu
khắc khe của con người trong đời sống và sản xuất. Phụ gia tốn tiền, tất nhiên. Nhưng lợi
ích mà chúng mang lại còn lớn hơn nhiều. Không chỉ biến đổi cấu trúc phù hợp với chức
năng sản phẩm mà các chất phụ gia còn giúp ta giảm đi chi phí trong quả trình tổng hợp

sản phẩm từ đó làm cho giá thành của sản phẩm nhựa cũng giảm đi rất nhiều. Chi phí ta
có thể tiết kiệm được còn lớn hơn gấp nhiều lần số tiền chúng ta mua phụ gia. Ngoài ra,sử
dụng hợp lý các chất phụ gia còn giúp bảo tồn trữ lượng nguyên liệu quý giá của thế giới.
Và trong thực tế, nhựa sẽ ít an toàn hơn rất nhiều, đắt hơn rất nhiều và màu sẽ nhạt đi
không đáp ứng được nhu cầu thẩm mĩ mà không có chất phụ gia ngành nhựa.
1.2.2 Vai trò của chất phụ gia trong sản xuất[4]
1.2.2.1Phụ gia giúp nhựa dễ tạo hình hơn
Tổng hợp các loại nhựa cũng giống như chơi một trò chơi với các phân tử. Mục
đích là để tái tổ chức chúng thành các hình dạng mới mà không thay đổi màu sắc hoặc có
thể nhào nặn, tạo hình mà không làm hỏng thành phẩm. Phụ gia giúp ta trong tất cả những
vấn đề này. Trong thực tế, chế biến nhựa mà không có phụ gia là hầu như không thể.
Trong cuộc sống, các vật dụng nhựa có rất nhiều hình dáng, kích thước đa dạng
khác nhau. Vì thế, ta có thấy được để tạo ra các thành phẩm nhựa đều có thể có nhiều

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 5


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

cách khác nhau như phương pháp khuôn nhựa, đùn ép, phun ép, khuôn thổi,…Vì thế, cần
phải cho các chất phụ gia vào để biến đổi một số tính chất: chất trơn của các phân tử
nhựa, chống oxy hóa bảo vệ nhựa trong khi gia công, tạo hình,…
1.2.2.2Phụ gia giúp nhựa đẹp hơn
Với phương pháp sử dụng phụ gia, các sắc tố màu sắc có thể tạo ra tất cả các loại
hiệu ứng trang trí mà không thể nào mất đi . Với cách này giúp cho các nhà thiết kế ngày
nay có thể làm việc tự do với các sản phẩm nhựa. Các sắc tố được đồng đều trộn vào

polymer ở trạng thái nóng chảy của nó. Thông qua một thao tác khéo léo của các chất phụ
gia, các thành phần nhựa có thể được màu sắc phù hợp với các bộ phận được làm từ các
vật liệu khác như gỗ, kim loại và vải, radio xe hơi và thiết bị nhà bếp,… Trong tất cả các
lĩnh vực chất dẻo, các sắc tố cho phép nhựa cung cấp một bảng biến hóa vô tận của màu
sắc. Ngoài ra, nó có thể được sử dụng như là một tín hiệu nguy hiểm quan trọng, ví dụ
như các cột rào trên đường, quần áo của những người lao công trong đêm,…
1.2.2.3Tiết kiệm tiền
Chất phụ gia còn giúp cho ta tiết kiệm được nguồn nguyên liệu polymer nguyên
chất, mà phụ gia thì rẻ hơn nhựa nguyên chất rất nhiều. Không chỉ thế, phụ gia còn giúp
cải thiện một số tính chất của nhựa, như chất độn khoáng: phấn, phấn rôm và đất sét, khi
cho vào quả trình tổng hợp không chỉ tiết kiệm nguồn nguyên liệu tinh khiết mà còn cải
thiện tính chất của sản phẩm nhựa: phấn tăng độ cứng, đất sét cải thiện tính chất điện.
Ngoài ra sử dụng phụ gia, còn giảm thiểu các tai nạn trong sản suất, khai thác hay
các công trình xây dựng bảo vệ tính mạng và tài sản của con người.
1.2.2.4Bảo đảm an toàn
Thiết kế tốt trong sản xuất nhựa bao gồm nghệ thuật kết hợp các đặc tính an toàn
vốn có của chất dẻo, như vật liệu không thể phá vỡ, tính năng sản phẩm được thiết kế một
cách thích hợp. Các cạnh tròn, đóng cửa chống trẻ và giả mạo con dấu rõ ràng là những ví
dụ. Yếu tố an toàn thậm chí lớn hơn có thể được xây dựng thông qua việc sử dụng các
chất phụ gia.
Hầu hết mọi người có lẽ không biết rằng tất cả các sản phẩm nhựa cũng tương tự
như trong thành phần các polyme tự nhiên như gỗ, len, lụa hay cotton. Chúng đều dựa
trên các phân tử hữu cơ có thể bắt lửa và cháy. Trong một số trường hợp này không phải
là vấn đề, nhưng trong những tình huống khác, nó có thể có nghĩa là cuộc sống hay cái
chết. Các vật liệu xây dựng được sử dụng để xây dựng nhà cửa, trường học và các tòa nhà
công cộng phải được bảo vệ chống cháy của pháp luật, có nghĩa là họ phải cũng không bắt
lửa hoặc ngọn lửa lây lan. Tùy thuộc vào loại vật liệu nhựa và các mối nguy hiểm có khả
năng, có nhiều chất phụ gia chống cháy có sẵn để giúp đáp ứng yêu cầu này.
GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 6


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Một ví dụ tuyệt vời của người được cứu sống bằng chất chống cháy trong sản xuất
nhựa là vành đai băng tải trong các mỏ than. Trong nhiều năm đám cháy xảy ra thường
xuyên khi ròng rọc quá nóng, gây tai nạn nghiêm trọng và tử vong. Nhưng khi các phụ gia
nhựa phát triển, người ta đã thêm vào nhựa PVC một hàm lượng cao các chất chống cháy
đã được giới thiệu vào giữa những năm 1950, các vụ tai nạn dừng lại.
1.2.2.5Sạch và khỏe mạnh
Tay trong tay với những tiến bộ trong khoa học y tế, nhựa đã trở thành một phương
tiện quan trọng để nâng cao các tiêu chuẩn về vệ sinh với mức độ cao hiện nay chúng ta
được hưởng. Trong suốt cuộc sống của chúng ta, nhựa giúp ngăn ngừa bệnh tật và kéo dài
thời gian hoạt độngmột cách lành mạnh. PVC (ví dụ, với độc tính thấp), tính linh hoạt, sự
rõ ràng của nó và các tính chất niêm phong, tất cả đạt được thông qua các chất phụ gia, đã
trở thành một trong những chất dẻo quan trọng nhất trong ống thuốc. Bộ truyền máu, hệ
thống kín của ống và túi PVC tách máu vào thành phần cấu tạo của nó mà không cần phải
mở các thiết bị. Điều này đã dẫn đến một lĩnh vực hoàn toàn mới điều trị thành phần máu.
Để ngăn chặn các vật liệu nhựa trở nên cứng và giòn ở nhiệt độ thấp, hoặc mềm và
dính ở nhiệt độ cao, các chất phụ gia được sử dụng để “thiết kế” đặc biệt cho nhựa giúp
sử dụng tốt hơn. Ngày nay chất dẻo có thể được chuyển từ tủ đá để lò vi song mà vẫn hầu
như không thể phá vỡ và an toàn trong mọi điều kiện.
Polyethylene và polypropylene có thể ngăn chặn các vi sinh vật làm hư thực phẩm
tươi sống hoặc nấu chín. Để làm được điều này các polymer được bào chế với phụ gia
phù hợp chẳng hạn như chất làm dẻo và hệ thống ổn định không độc hại. Các chất hóa
dẻo tạo một lớp màng rất sát nên vi khuẩn không thể xâm nhập vào thực phẩm,…
1.2.2.6Giúp nhựa làm việc lâu hơn

Trong thế giới của nhựa, đã có các biện pháp để bảo vệ sản phẩm khỏi tác động
của thời gian. Các chất phụ gia có thể kéo dài tuổi thọ của nhựa, bảo vệ vô hình chúng
tránh khỏi những tác nhân gây hại. Hãy tưởng tượng những điều kiện nhựa phải chịu ánh sáng nhiệt, dòng điện, thời tiết nước, lạnh, và gõ cửa và sử dụng liên tục trong nhà,
máy văn phòng hoặc trường. Hiệu quả là rất quan trọng. Vật liệu tự nhiên thường phải
được kết thúc sau khi gia công với các loại sơn và sơn mài, nhưng nhựa tận hưởng những
lợi thế của việc kết hợp trước hoặc trong quá trình đúc với các chất phụ gia mà có thể kéo
dài thời hạn sử dụng trong nhiều năm.
1.2.2.7Bảo vệ môi trường
Phụ gia giúp nhựa nhẹ, dẻo và có độ bền cao vì thể các sản phẩm từ nhựa dùng
trong các phương tiện lưu thông và sản xuất thường ít tiêu tốn năng lượng. Giúp tiết kiệm
GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 7


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

nhiên liệu tự nhiên và bảo vệ môi trường khỏi khí thải do các nguồn nhiên liệu truyền
thống thải ra.
Và trên khắp thế giới năng suất cây trồng nhờ màng nhựa đặt trên đất để giữ nhiệt
và độ ẩm. Phụ gia đã được phát triển cho phép các tấm để nắm bắt sự ấm áp của mặt trời
trong mùa phát triển, nhưng để phá vỡ ngay sau khi thu hoạch đến. Các tấm hư hoại do
tác động của ánh sáng mặt trời và các mảnh vỡ có thể được cày vào đất, nơi các vi khuẩn
đất nhanh chóng phá vỡ chúng thành carbon dioxide và nước. Tại các khu vực khí hậu dự
đoán được, quá trình này có thể được hẹn giờ với độ chính xác trong vòng bảy ngày.
Trường hợp nhựa không thể được tái sử dụng hoặc tái chế, phân hủy sinh học có thể cung
cấp một phương pháp an toàn sạch sẽ thanh lý.
1.2.3 Các loại phụ gia trong ngành nhựa[5]

- Hỗ trợ chế biến: chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn bên trong và bên ngoài, sửa đổi chế
biến, chất tách khuôn,… có khả năng thay đổi các đặc điểm chế biến nhựa, hỗ trợ chế
biến trơn tru.
- Phụ gia tăng cường có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu nhựa, bao gồm cả chất
hoá dẻo, tác nhân gia cố,…
- Hỗ trợ cuộc sống là những chất, có thể kéo dài tuổi thọ của sản phẩm nhựa như chất
chống oxy hóa, chất ổn định ánh sáng (vật chất hấp thụ tia cực tím), chất chống sinh
học (kháng khuẩn, động vật gặm nhấm),…
- Phụ gia có thể thay đổi các đặc tính bề mặt của vật liệu nhựa, và bao gồm cả trừng
phạt chống tĩnh điện, và một chất gắn kết,…
- Các viện trợ quang học là một phương tiện để thay đổi bản chất của nhựa màu và
minh bạch, chất tạo màu (sắc tố, thuốc nhuộm, chất tẩy trắng huỳnh quang,…)
- Các viện trợ: có nghĩa là việc thêm các chất phụ gia có thể làm giảm chi phí của nhựa
và tạo điều kiện quảng bá rộng rãi, bao gồm chất độn (hữu cơ và vô cơ), loãng (với
dung môi) của dung dịch nhựa.
Trên 20 chức năng tùy chọn, đặc biệt là dẻo, dầu bôi trơn, ổn định, chống oxy hóa,
chống cháy, chống tĩnh điện, xốp, cải tiến, màu, gây ra lian và các chức năng khác của
phát triển nhựa có một tác động lớn hơn.
1.2.4 Các yêu cầu kĩ thuật đối với phụ gia[6]
Các chất phụ gia thường không nên có màu (trừ các chất tạo màu), phải làm ít thay
đổi màu sắc tự nhiên của nhựa càng tốt.

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 8


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Các chất phụ gia phải ổn định, không bị phân trong quá trình xử lý nhiệt khác
nhau của nhựa.
Một số chất phụ gia rất nhạy với phản ứng thủy phân. Khi bị thủy phân tạo
ra các chất mang tính acid ăn mòn máy móc khi gia công.
Một vài chất chống oxy hóa thì dễ bay hơi và tách khỏi nhựa ngay cả ở
nhiệt độ thấp.Cần lựa chọn loại phụ gia có khả năng bay hơi thấp trong quá trình
bảo quản, gia công.
Một số hợp chất phụ gia phân cực sẽ rất khó hòa tan trong nhựa không phân
cực (PP, PE). Hàm lượng phụ gia vượt quá giới hạn hòa tan thì rất khó tương hợp
với polymer. Điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ khuếch tán của phụ gia,
tốc độ di chuyển của phụ gia nhanh hay chậm tới bề mặt polymer. Vì vậy phải
chọn tỉ lệ sử dụng thích hợp.
Các tính độc hại là một trong những thông số quan trọng nhất làm hạn chế
sự lựa chọn chất phụ gia. Đối với các ứng dụng trọng thực phẩm, nhựa và các phụ
gia phải tuân theo các quy định của từng quốc gia, phải quan tâm sự di chuyển của
các phụ gia vào thực phẩm.
Tính tương hợp với nhựa nền nghĩa là không làm giảm đi tính chất sản
phẩm, bền ánh sáng, UV, hiệu quả ngay ở hàm lượng nhỏ, và giá cả của phụ gia
phải chăng.[7]

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 9


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Chương 2 CÁC CHẤT PHỤ GIA CẢI THIỆN TÍNH CHẤT NHỰA
2.1

Chất chống oxy hóa[6]

2.1.1 Quá trình oxy hóa của nhựa
Tất cả các chất dù tổng hợp hay có nguồn gốc tự nhiên, kể cả polymer cũng
đều tác dụng với oxy trong không khí. Các phản ứng oxy hóa xảy ra do nhiều tác
nhân khác nhau, còn được gọi là hiện tượng lão hóa.

Hình 2.1: Sơ đồ oxy hóa của nhựa
Nhựa thường bị oxy hóa khi tiếp xúc trực tiếp với oxy khí quyển trong quá trình
sản xuất, bảo quản, gia công và sử dụng, làm giảm đi tính chất vật liệu, giảm khả năng sử
dụng.
Những loại nhựa có bản chất khác nhau thì khả năng oxy hóa và kháng oxy hóa
cũng khác nhau. Vì thế trong quá trình tổng hợp các vật liệu nhựa, người ta thường thêm
vào các chất phụ gia chống oxy hóa.
Dấu hiệu của sự oxy hóa ở nhựa: thường hay có những vết nứt trên sản
phẩm, bị giãn ra.

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 10


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Hình 2.2: Sự giãn của vật liệu nhựa

Hình 2.3: Vật liệu nhựa bị nứt

Cơ chế của quá trình oxy hóa của nhựa:
Khi tiếp xúc với không khí trong thời gian lâu dài, dưới tác động của oxy sẽ làm cho
các phân tử hữu cơ trong sản phẩm bị kích thích, làm cho oxy dễ chui vào các mạch
cacbon, tác dụng với các gốc bị kích thích trong mạch gây ra hiện tượng đứt gãy mạch.

Hình 2.4: Các phân tử oxy chen vào các phân tử nhựa

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 11


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Cơ chế phân hủy nhựa PET
Hình 2.5: Chu kỳ phân hủy của một loại thìa nhựa

Hình 2.6: Cơ chế phân hủy nhựa PET
2.1.2 Cơ chế chống oxy hóa
Có 3 cơ chế chống oxy hóa chủ yếu:
-

Chống gấy đứt mạch

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 12


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

- Chống oxy hóa ngăn ngừa
- Chống oxy hóa kết hợp
2.1.2.1

Cơ chế chống gây đứt mạch

2.7:bằng
Cơ cách
chế chống
Chống Hình
oxy hóa
chốngđứt
đứt gãy
gãy bằng
mạch nhóm
gồm cóphenolic
3 loại chính:
 Ngăn cản gốc tự do hydroperoxy lấy hydro của mạch polymer
Sử dụng chủ yếu nhóm phenolic, nhường hydro linh động cho các gốc này

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 13


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Hình 2.8: Butylated Hydroxytoluene

Đồ án môn học

Hình 2.9: Quá trình ngăn cản gốc tự do

Hìnhcản
2.10:
phenolic
2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol
 Loại 2: Ngăn
sựHợp
phânchất
hủy của
hydroperoxide
Thường sử dụng các hợp chất photphile hữu cơ và thioester, tham gia vào các bước tự
oxy hóa, tạo sản phẩm dạng bền không phải gốc tự do

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên
Hình 2.1.2.1.2:

Hình 2.1.2.1.4:

Trang 14
Hình 2.1.2.1.3:

Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

Hình 2.11: Ngắt mạch phản ứng dây chuyền
 Loại 3: Hấp thụ gốc tự do
Theo cơ chế hấp thụ gốc tự do, các hợp chất này giúp giảm các phản ứng gây phân
hủy nhựa trong quá trình gia công. Ngăn chặn sự tồn tại của các gốc tự do sau quá trình
gia công, hạn chế sản phẩm bị thoái hóa trong quá trình sử dụng.
 Do đó các chất chống oxy hóa loại này thường sử dụng ở các công đoạn gia công
cuối cùng.

Hình 2.12: Hấp thụ gốc tự do

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 15


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

2.1.2.2

Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa
Chất chống oxy hóa ngăn ngừa phá hủy hydropeoxide mà không tạo gốc tự do
trung gian. Do đó chúng ngăn chặn phân nhánh mạch.

Các axit chứa lưu huỳnh là chất phân hủy hydropeoxide.

Hình 2.13: Cơ chế chống oxy hóa ngăn ngừa
2.1.2.3

Cơ chế chống oxy hóa kết hợp
Nhược điểm của 2 cơ chế chống oxy hóa trên

 Hình thành các sản phẩm mang màu hoặc giảm màu của các sản phẩm
 Hạn chế phạm vi sử dụng, chỉ sử dụng trong phạm vi pigment hay hệ chất độn cacbon
đen (cao su)
 Phenolic ít gây mất màu sản phẩm nhưng hoạt tính thấp hơn các ani
 Kết hợp các cơ chế chống oxy hóa bậc 1 và 2 để nâng cao khả năng chống oxy hóa, cải
thiện chất lượng sản phẩm.
Cơ chế chống oxy hóa kết hợp:
Các phản ứng ổn định chủ yếu đưa các hydro vào gốc phenoxy
Khi kết hợp với nhau, gốc peroxy thứ 2 tấn công vào nhóm hydroxyl của chất chống oxy
hóa
Phản ứng kết thúc mạch kéo theo sự mất cân bằng của 2 gốc phenoxy được gắn trên phân
tử chất chống oxy hóa để tạo quinone methide gây cản trở không gian.

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 16


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

2.1.3 Các chất phụ gia oxy hóa và ứng dụng
 Dẫn xuất anime
Hoạt tính rất cao, chống được các tác nhân gây lão hóa
Làm đen sản phẩm
Gồm có 2 họ:
-

Paraphenylene diamine: rất hữu hiệu kháng các tác nhân lão hóa khác nhau trong đó
có ozone
Các anime và các dẫn xuất của chúng: kháng oxy hóa thiệt nhưng không kháng
ozone, tiêu biểu là: pheny-β –napthy anime (phòng lão D), aldol-β-napthyanime
(phòng lão A)

Hình 2.14: Một số dẫn xuất anime của chất phụ gia oxy hóa
 Dẫn xuất phenol
Kém hoạt động hơn anime
Ít làm biến màu sản phẩm, thích hợp cho các sản phẩm tiếp xúc với thực phẩm
Gồm 3 loại:

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 17


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH
-

2.2

Đồ án môn học

Monophenol: khả năng chống oxy hóa trung bình, tiêu biểu 2-6-đi-tert-butyl-4methyl-phenol (AO-1)
Bisphenol: khả năng koatj động lớn hơn monophenol, ít bay hơi nhưng làm đen sản
phẩm, tiêu biểu: 2,2’-methylene bis(4-methyl-6-đi-tert-butyl phenol) (AO-18)
Phophite: có tác dụng tốt trên cao su sống, được them vào cao su tổng hợp sau giai
đoạn polymer hóa, tiêu biểu nhất: tri(nonylphenyl) photphite (P-3)

Hình 2.15: Một số dẫn xuất phenol của chất phụ gia oxy hóa
Chất chống tĩnh điện

2.2.1 Tĩnh điện[8]
Tĩnh điện liên quan đến sự tích tụ của điện tích trên bề mặt của vật thể do tiếp xúc
với các bề mặt khác
Tĩnh điện có thể gây phiền toái hoặc thậm chí gây nguy hiểm. Năng lượng làm tóc
bạn dựng đứng cũng có thể làm hỏng đồ điện tử và gây cháy nổ. Tĩnh điện là một trở ngại
đáng kể trong ngành nhựa bởi vì nhựa phải có khả năng cách điện cao trừ một vài trường
hợp ngoại lệ. Chất khử tĩnh điện được sử dụng chủ yếu để loại trừ sự phóng điện và ngăn
cản sự hình thành lớp bụi phấn bề mặt.

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 18


Trường ĐHCNTP – Khoa CNHH

Đồ án môn học

2.2.2 Cơ chế tĩnh điện[9]
Trong quá trình sản xuất bảo quản và sử dụng các đồ dung, ta thường thấy có hiện

tượng bụi bám quanh các vật dụng hay đôi khi ta còn bị sốc nhẹ khi sờ vào những vật bị
nhiễm tĩnh điện. Trong thực tế, trong tất cả các vật chất các phân tử đều chuyển động,
điều đó dẫn đến sự va chạm của các phân tử chất của vật đó. Sự va chạm đó đã tạo nên sự
tĩnh điện vật chất. Ngoài ra sự va cham giữa các vật khác nhau cũng tạo nên sự tĩnh điện.
Khi hai vật va chạm ma sát với nhau, những hạt điện tích di chuyển ngang qua bề
mặt tạo sự cọ sát, ma sát với nhau hình thành nên tĩnh điện. Khi hai bề mặt chạm với nhau
thì không có vấn đề gì nhưng khi tách ra thì sự phân bố điện tích giữa hai bề mặt là không
đều. Do vậy cả hai bề mặt đều có điện tích, một bề mặt dư điện tích, một bề mặt thiếu
điện tích.

Tĩnh điện không làm thay đổi hình dạng của vật liệu, nó chỉ là một tác động bề
mặt. Những kết quả thường thấy đó là sức hút bụi quá nhiều, giảm độ trong, tính thẩm mỹ
kém của sản phẩm. Quá trình gia công thỉnh thoảng bị ảnh hưởng trong khâu tách tháo
khuôn, có thể gây hư hại máy móc. Ngoài ra tĩnh điện cũng gây trở ngại cho ngành điện
tử bởi những tia điện nhỏ phóng ra từ điện tích có khả năng làm mồi cho những ngọn lửa
gây cháy nổ các thiết bị điện tử.[10]

GVHD: Th.S Võ Thị Nhã Uyên

Trang 19

Phân
mấttích
điệntrong
tích từ
khi
HìnhHình
2.16: 2.17:
Sự phân
bốtửđiện