BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Học viên: Bùi Ngọc Tân

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GẠT TRÁNG P.V.C LÀM VẢI NGỤY TRANG

LUÂN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
(Chuyên nghành: Hóa học (NC))

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHAN TRUNG NGHĨA

Hà Nội - 2011

 

1


LỜI CẢM ƠN
……..♦……..
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Viện Đào tạo sau
đại học, các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Radar –
Trung tâm Khoa học Công nghệ Quân sự nói chung và các thầy cô giáo Viện Kỹ
thuật Hóa học, Bộ môn Hóa Vô cơ Đại cương nói riêng đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệp quý báu trong suốt thời gian em
học tập, làm luận văn tại trường.

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Phan Trung Nghĩa, thầy đã tận
tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đề tài tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến
thức mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm
túc, hiệu quả.
Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Toàn, Bộ môn Hóa Vô cơ
Đại cương, cùng các học viên, sinh viên trong phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện
giúp đỡ em có một môi trường tốt để em thực hiện đề tài.
Hà Nội, ngày tháng năm 2011
Học viên

Bùi Ngọc Tân

 

2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu công nghệ
gạt tráng P.V.C làm vải ngụy trang” là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được
trích dẫn cụ thể trong danh mục tài liệu tham khảo.
Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào từ trước đến nay.

Hà nội, ngày 29/09/2011
Tác giả luận văn


Bùi Ngọc Tân

 

3


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................9
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA VÀ NHỰA PVC ......................12
1.1. Giới thiệu về chất dẻo polymer.......................................................................12
1.1.1. Vật liệu Polymer.......................................................................................12
1.1.2. Phân loại chất dẻo.....................................................................................13
1.1.3. Tính chất cơ bản của chất dẻo Polymer ...................................................15
1.1.4. Các loại chất dẻo thường gặp và ứng dụng ..............................................18
1.2. Lịch sử nhựa PVC...........................................................................................19
1.3. Tình hình nhựa PVC trên thế giới ..................................................................20
1.4. Tình hình nhựa PVC ở Việt Nam ...................................................................22
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ RADAR...............................................................26
2.1 Giới thiệu chung ..............................................................................................28
2.1.1. Những vấn đề chung về Radar .................................................................28
2.1.2 Nguyên tắc nhận tin tức Radar ..................................................................29
2.1.3. Chỉ tiêu chiến thuật..................................................................................30
2.2. Phân loại hệ thống radar và dải tần làm việc .................................................31
2.2.1. Phân loại hệ thống radar ..........................................................................31
2.2.2. Dải tần làm việc của hệ thống radar .........................................................32
2.3. Ứng dụng. ......................................................................................................32
CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA PVC ........................................34
3.1. Vinyl Clorua Monomer (VCM) ......................................................................34

3.1.1. Tính chất của Vinyl Clorua ......................................................................34
3.2. Tổng hợp PVC ................................................................................................35

 

4


3.2.1. Giai đoạn khơi mào ..................................................................................35
3.2.2. Giai đoạn phát triển mạch ........................................................................36
3.2.3. Giai đoạn ngắn mạch ................................................................................42
3.2.4. Phản ứng chuyển mạch.............................................................................42
3.2.5. Khuyết tật cấu trúc ...................................................................................43
3.3. Các phương pháp trùng hợp PVC ...................................................................43
3.3.1. Trùng hợp khối (PVC-M) - M:Mass ........................................................43
3.3.2. Trùng hợp dung dịch ................................................................................46
3.3.3. Trùng hợp nhũ tương (PVC-E) -E: Emultion...........................................46
3.3.4. Trùng hợp huyền phù (PVC-S) – S: Suspention ......................................47
3.4. Các phương pháp tạo màng ............................................................................48
3.4.1. Phương pháp gạt dao ................................................................................48
3.4.2. Phương pháp khắc phủ .............................................................................49
3.4.3. Phương pháp phủ quay ngược ..................................................................50
3.4.4. Phủ bằng phương pháp đùn ......................................................................50
3.4.5. Phủ bằng thanh gạt Meyer ........................................................................50
3.4.6. Phương pháp tạo màng bằng dao không khí ............................................51
CHƯƠNG IV: DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THỰC NGHIỆM .............................53
4.1. Hóa chất sử dụng ............................................................................................53
4.1.1. Nhựa PVC - E...........................................................................................53
4.1.2. Chất hóa dẻo .............................................................................................55
4.1.3. Chất ổn nhiệt ............................................................................................56

4.1.4. Các chất phụ gia khác...............................................................................57
4.1.5. Vải polyester.............................................................................................57

 

5


4.1.6 Cacbon .......................................................................................................60
4.2. Dụng cụ ...........................................................................................................60
4.3. Thực nghiệm ...................................................................................................61
4.3.1. Quy trình tạo sản phẩm ............................................................................61
4.3.2. Quá trình đo các thông số .........................................................................65
CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...........................................................69
KẾT LUẬN ...............................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................80
PHỤ LỤC ..................................................................................................................82
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Nhu cầu sử dụng PVC trên thế giới .............................................................22
Hình 2: Dải tần làm việc của hệ thống radar ...........................................................32
Hình 3: Màn hình hiển thị của hệ thống radar .........................................................32
Hình 4: Các quy trình sản xuất VCM .......................................................................34
Hình 5: Quy trình kết hợp etylen và axetylen ...........................................................35
Hình 6: Quy trình khí trộn từ Naphta .......................................................................35
Hình 7: Quy trình oxy-clo hóa ..................................................................................35
Hình 8: Sơ đồ chuyển hóa PVC ................................................................................45
Hình 9: Sơ đồ mô tả sự tạo thành các sản phẩm ......................................................48
Hình 10: Sơ đồ phương pháp gạt dao .......................................................................48
Hình 11: Sơ đồ phương pháp khắc phủ ....................................................................49
Hình 12: Sơ đồ phương pháp phủ quay ngược .........................................................50

Hình 13: Sơ đồ phương pháp đùn .............................................................................50
Hình 14: Sơ đồ phủ bằng thanh gạt ..........................................................................50

 

6


Hình 15: Sơ đồ tạo màng bằng dao không khí..........................................................51
Hình 16: Sơ đồ phương pháp cán ép ........................................................................52
Hình 17: Bột nhựa PVC - E ......................................................................................53
Hình 18: Sơ đồ khối ..................................................................................................61
Hình 19: Tủ sấy .........................................................................................................62
Hình 20: Máy khuấy ..................................................................................................63
Hình 21: Thanh gạt Mayer........................................................................................64
Hình 22: Máy đo hấp thụ tia radar ...........................................................................65
Hình 23: Máy kéo đứt ...............................................................................................66
Hình 24: Mẫu vải kéo ................................................................................................66
Hình 27: Thiết bị đo độ thấm nước ...........................................................................67
Hình 28: Thiết bị xác định độ kín khí........................................................................68
Hình 29: Sản phẩm vải cán tráng nhựa PVC ...........................................................69
Hình 30: Biểu đồ phần trăm hấp thụ tia radar .........................................................71
Hình 31 : Sự ảnh hưởng giữa số lớp cán đến độ bền kéo đứt của sản phẩm ...........73
Hình 32: Sự ảnh hưởng giữa số lớp cán đến độ giãn dài của sản phẩm..................73
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Phân loại các chất cao phân tử dựa trên trọng lượng các phân tử ............13
Bảng 2: Độ co rút của một số loại nhựa ...................................................................16
Bảng 3: Cơ cấu sử dụng PVC tại các nước ..............................................................21
Bảng 4: Mức tiêu thụ nhựa của Việt Nam năm 2002................................................23
Bảng 5: Mục tiêu sản lượng nhựa Việt Nam.............................................................24

Bảng 6: Các dự án nguyên liệu .................................................................................24
Bảng 7: Một số tính chất vật lý của vinyl clorua ......................................................34

 

7


Bảng 8: Hàm lượng của khuyết tật cấu trúc .............................................................38
Bảng 9: : Hàm lượng liên kết đầu nối đầu trong PVC .............................................39
Bảng 10: Hàm lượng của các nguyên tử clo linh động trong PVC ..........................41
Bảng 11: Bảng so sánh phương pháp trùng hợp gốc của vinyl clorua ....................44
Bảng 12: Khả năng hấp thụ tại các tần số (tính theo dB) ........................................70
Bảng 13: Khả năng hấp thụ tại các tần số (tính theo %) .........................................70
Bảng 14: Chỉ tiêu cơ lý .............................................................................................72
Bảng 15: Kết quả đo cơ lý của sản phẩm .................................................................73
Bảng 16: Kết quả đo độ kín khí của sản phẩm .........................................................74
Bảng 17: Kết quả đọ không thấm nước của sản phẩm .............................................74
Bảng 18: Kết quả đo độ dày và tỷ trọng của sản phẩm ............................................75
Bảng 19: Các thông số kỹ thuật tối ưu......................................................................76
Bảng 20: Thông số kỹ thuật chính của vải ................................................................77

 

 

 

8



LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, cùng với sự đóng góp
của các ngành công nghiệp kỹ thuật khác thì ngành công nghiệp vật liệu nhựa là
một trong những ngành giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ngày nay
trên thế giới cũng như ở Việt Nam nhu cầu các sản phẩm nhựa trong kỹ thuật cũng
như trong dân dụng, quốc phòng ngày càng tăng. Dựa trên cơ sở khoa học kỹ thuật
công nghệ, thành tựu và sự phát triển mạnh mẽ của ngành vật liệu polymer
composize, các nhà sản xuất đã đưa ra thị trường một số lượng lớn các sản phẩm có
nguồn gốc từ nhựa phong phú về chủng loại có nhiều tính chất và ứng dụng khác
nhau. Với các tình chất đặc trưng của chất dẻo như bền đẹp, dễ gia công, nhẹ và
nhất là bền dưới tác động của môi trường, polyvinyl clorua (PVC) được các nhà sản
xuất ứng dụng vào một số sản phẩm như: cửa nhựa, bàn ghế, các loại vải giả da và
còn nhiều sản phẩm đa dạng khác nữa. với các tính chất ưu việt của mình ngày nay
sản phẩm có nguồn gốc từ PVC không những quan trọng trong đời sống mà còn có
vai trò lớn trong các sản phẩm phục vụ cho quốc phòng như các tấm vải bạt, vải che
phủ các lều trại và các trang bị vũ khí, khí tài, các loại áo mưa trong quân
đội…chúng đều có nguồn gốc từ PVC. Các sản phẩm vải che phủ sử dụng trong
quân đội phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về tính công nghệ như: nhẹ, bền
dưới tác động của cơ học (độ bền kéo đứt, độ giản dài, độ bền chọc thủng…), bền
dưới tác động của môi trường và các chất hóa học, khả năng chịu áp suất thủy tĩnh
trong thời gian dài…và nhất là khả năng ngụy trang chống tia radar của đối phương.
Mặc dù các tính chất này ngày càng được nghiên cứu sâu nhưng nó vẫn chưa được
thực sự hoàn thiện và đưa vào ứng dụng rộng rãi. Vấn đề làm cải thiện thêm tính
hấp thụ tia radar của các loại vải ngụ trang sử dụng trong quân đội đó là một nhu
cầu cấp thiết cần được giải quyết và đó cũng chính là nhiệm vụ của các kỹ sư Công
nghệ Hóa học phải đảm nhiệm.
Trong công nghiệp chất dẻo, Polyvinyl clorua (PVC) là một trong ba chất dẻo chủ
lực gồm Polyolefin (PO), PVC nà Polystyren (PS). Nó đứng hàng thứ hai sau PO
với tổng công suất toàn thế giới trên 25 triệu tấn.


 

9


Lịch sử nghiên cứu của vật liệu có khả năng hấp thụ radar cũng có những quá trình
dài tương đương với quá trình phát triển radar. Từ phương trình sóng điện từ
Maxwell người ta có thể tính được độ phản hồi và hấp thụ radar của một vật liệu.
Nếu là kim loại, radar sẽ không bị hấp thụ và bị phản hồi 100 %. Sự hấp thụ radar
nhiều hay ít tuỳ vào điện tính và từ tính của vật liệu đó. Từ những tính toán này
người ta thấy bột than (cacbon powder), than chì (graphite) hay sợi cacbon (carbon
fibres) với một độ dẫn điện ở mức trung bình có thể trộn với sơn, polymer/plastic
hoặc cao su để tạo vật liệu hấp thụ radar. Sơn có thể dùng để phủ lên những chiến
đấu cơ. Những tấm cao su có thể dùng để che những nơi trọng yếu của tàu chiến.
Ferrite là một loại bột oxít sắt mang từ tính có thể hấp thụ sóng radar như carbon
nhưng hữu hiệu hơn. Tiếc thay, ferrite có tỷ trọng nặng tương đương với sắt và dễ
bị rỉ sét nên không thể sử dụng cho máy bay và ở trong môi trường ẩm và nóng. Với
độ dầy vào khoảng vài mm những vật liệu nầy có thể hấp thụ radar trên 90 % và
phản hồi 10 % ở một tần số radar nhất định. Trên màn hình radar, vật thể bị thu nhỏ
lại. Nếu độ hấp thụ là 99 % thì vật thể to như chiếc máy bay sẽ "tàng hình" thành
một vật có kích thước như con chim nhỏ trên màn hình. Nếu độ hấp thụ đạt đến con
số lý tưởng 100 % (0 % phản hồi) thì vật thể hoàn toàn biến mất trên màn hình. Để
khắc phục khó khăn nầy, nhiệm vụ của các nhà khoa học là phải làm sao tạo ra một
vật liệu vừa nhẹ vừa mỏng vừa có thể hấp thụ radar trên một băng tần dải rộng và
lại có thể sử dụng lâu dài mà không bị lão hoá. Đây là một vấn đề nghiên cứu đầy
thử thách trong ngành vật liệu hiện tại.
Để đóng góp một phần công sức nhỏ bé của mình vào sự phát triển của ngành
công nghiệp chất dẻo Việt Nam cũng như nâng cao khả năng chống tia radar của vải
ngụ trang sử dụng trong quốc phòng. Sau một thời gian tìm hiểu và dưới sự định

hướng của thầy giáo TS. Phan Trung Nghĩa. Tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu công
nghệ gạt tráng P.V.C làm vải ngụy trang”.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu và cán tráng hỗn hợp vật liệu nhựa PVC và
cacbon trên vải.

 

10


Nhiệm vụ nghiên cứu: Tiến hành nghiên cứu các lý thuyết chung về nhựa nói
chung và PVC nói riêng, làm thực nghiệm cán hỗn hợp nhựa PVC và cacbon trên
vải với các công đoạn, kiểm tra các thông số sản phẩm.
Đối tượng nghiên cứu chính: Nhựa polyvinyl clorua (PVC)
Trong đề tài này em đã đưa ra được tỷ lệ hợp phần phù hợp và bột cacbon kích
thước 1-2µm để tạo sản phẩm có khả năng hấp thụ tia radar.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Đề tài này được nghiên cứu trong mô hình
phòng thí nghiệm, tạo ra sản phẩm thí nghiệm ứng dụng.

 
 
 
 
 
 
 
 

 


11


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH NHỰA VÀ NHỰA PVC
1.1. Giới thiệu về chất dẻo polymer
1.1.1. Vật liệu Polymer
Nhựa - chất dẻo (Plastics) là loại vật liệu được tạo thành bởi nhiều phân tử (các
polymer). Nhựa có thể được tổng hợp hoặc thay đổi từ từ nhiều thành phần nhỏ
(Gọi là các Monome). Chất dẻo là vật rắn (trong trường hợp nào đó nó có thể ở
trạng thái chảy lỏng trong quá trình gia công). Chất dẻo có thể được minh hoạ bằng
sự phân loại theo biểu đồ phân loại về vật liệu hữu cơ như sau:

Các vật liệu cao phân tử (Polymer) được cấu tạo từ những thành phần cấu trúc
giống nhau gọi là đoạn mạch thành phần (Monome). Các Monome được liên kết lặp
đi lặp lại nhiều lần tạo thành một phân tử rất lớn gọi là Cao phân tử (Polymer). Ví
dụ Polyetylen (Nhiều Etylen) được tạo thành qua phản ứng trùng hợp các Monome
Etylen như sau:

Các mắt xích [- CH2 - CH2 -] gọi là mạch thành phần (hay Monome). Hiện nay
trên thế giới Cao phân tử có nguồn gốc từ thiên nhiên và từ nhân tạo. Cao phân tử
Polymer từ thiên nhiên gồm có: Cellulo; Len; Cao su thiên nhiên…Cao phân tử
Polyme nhân tạo được tổng hợp từ các Monome. Và nguyên liệu nhựa là một loại

 

12


cao phân tử được tổng hợp từ các hoá chất cơ bản của công nghiệp dầu khí và được
tạo thành nhờ các quá trình phản ứng như: Trùng hợp; Trùng phối; Trùng ngưng;

Đồng trùng hợp và các Polyme hỗn hợp. Cấu tạo, cấu trúc phân tử, thành phần hoá
học, các phản ứng hoá học của Polymer là các yếu tố quyết định các tính chất cơ lý - hoá của từng loại vật liệu chất dẻo [1].
1.1.2. Phân loại chất dẻo
Dựa trên cơ sở các tính chất cơ lý đặc biệt của chất dẻo, người ta phân các chất
dẻo được sản xuất theo các phương pháp trên ra: Nhựa nhân tạo, cao su, vật liệu tạo
sợi, vật liệu tạo màng…
Bảng 1: Phân loại các chất cao phân tử dựa trên trọng lượng các phân tử
Phân loại

Trọng lượng phân tử (tính theo số khối)

Thấp phân tử

Trọng lượng phân tử <1000

Cao phân tử thường

Trọng lượng từ 1.000-100.000

Cao phân tử

Trọng lượng từ 100.000-180.000

Siêu cao phân tử

Trọng lượng trên 1.000.000

Các tính chất của chất dẻo được điều chế từ một nhóm đơn phân tử như nhau chủ
yếu do độ dài của mạch phân tử quyết định. Nếu cùng một loại vật liệu cao phân tử
như nhau, khi phân tử lượng của chúng khác nhau thì tính chất của chúng sẽ khác

nhau.
Phân loại dựa trên cấu trúc hoá học của mạch các phân tử chất dẻo có:
+ Các Polyme mạch cacbon (trong mạch chỉ có các phân tử cacbon) với các
nhóm chính là các Polyme dạng Polyvinol, Polyviniliden, Polydien….
+ Các Polyme dạng không đồng nhất (dị tính).
+ Các Polyme có mạch vô cơ trong mạch chính được cấu tạo bởi các nguyên
tử Silic và Ôxi và các nhóm phụ là các chất hữu cơ như là nhóm
Polixilixan(Silikon).
Phân loại dựa theo công nghệ, người ta chia ra 2 nhóm chất dẻo là: Chất dẻo
(nhựa) nhiệt dẻo và chất dẻo (nhựa) nhiệt rắn.

 

13


+ Nhựa nhiệt dẻo là vật liệu Polymer có khả năng lập lại nhiều lần quá trình
chảy mềm dưới tác dụng của nhiệt và trở nên cứng rắn (định hình) khi được làm
nguội. Trong quá trình tác động của nhiệt nó chỉ thay đổi tính chất vật lý chứ không
có phản ứng hoá học xảy ra. Là loại nhựa có khả năng tái sinh (tái chế) nhiều lần.
Ví dụ nhựa Polyetylen PE; Nhựa Polypropylen PP; Polystyren PS; PVC; ABS;
MMA; PA ; PET; PC…
+ Nhựa nhiệt rắn là vật liệu Polymer khi bị tác động của nhiệt, hoặc các giải
pháp xử lý hoá học khác sẽ trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm). Nói cách khác
dưới tác động của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn và áp suất nhựa loại này sẽ
xảy ra phản ứng hoá học chuyển từ cấu trúc mạch dài sang cấu trúc không gian 3
chiều (khác nhựa nhiệu dẻo có cấu trúc mạch dài). Như vậy nhựa nhiệt rắn sau khi
nóng chảy sẽ đóng rắn và nó không còn khả năng chuyển thành trạng thái chảy
mềm ra dưới tác dụng của nhiệt nữa. Do đặc tính này mà nhựa nhiệt rắn không có
khả năng tái sinh các loại phế phẩm, phế liệu hoặc các sản phẩm đã qua sử dụng. Ví

dụ nhựa Phenolic; Nhựa Urea; Melamin; Alkyd; Polyester không no; Epoxy;
Polyurethane…
Phân loại theo trạng thái sắp xếp chuỗi mạch phân ra: nhựa kết kinh và không
kết tinh (vô định hình):
+ Polyme kết tinh là các Polymer mà các chuỗi mạch được sắp xếp gần khít
nhau theo một trật tự nhất định (không phải toàn khối đều đo sắp xếp như vậy mà
vẫn có 1 số "pha" vô định hình). Các loại Polymer kết tinh thường đục mờ.
+ Polymer vô định hình là các Polymer mà các chuỗi mạch của nó không sắp
xếp theo một trật tự nhất định nào. Các loại Polymer này thường có độ trong suốt.
Ví dụ nhựa vô định hình PMMA còn có độ trong suốt hơn cả thuỷ tinh vô cơ. Có
thể dùng các phương pháp gia công để cho một loại Polymer kết tinh (đục mờ, bán
trong) thành Polymer có nhiều pha vô định hình hơn (trong suốt hơn).
Phân loại nhựa theo công dụng: Trong thực tế sản xuất và sử dụng thường được
chia làm 4 loại:

 

14


+ Nhựa thông dụng: Được sử dụng rộng rãi trên thế giới, có ưu điểm là giá
thành thấp và dễ gia công thành sản phẩm (PE; PP; PS; ABS; PVC; PMMA;
Phenolic; Urea; Melamin…).
+ Nhựa kỹ thuật: Là loại nhựa có nhiều đặc tính ưu việt hơn nhựa thông
dụng như độ bền kéo, bền va đập, độ kháng nhiệt… Nhưng giá thành thường đắt
hơn, điều kiện gia công khó khăn và nghiêm ngặt hơn. Thường dùng để sản xuất các
chi tiết máy hoặc các chi tiết có yêu cầu tính năng cao (PA; PC; POM; PPS;
PBT…).
+ Nhựa kỹ thuật chuyên dùng: Là loại nhựa có trọng lượng phân tử rất cao
(≥ 1.000.000). Mỗi loại chỉ được sử dụng trong một số lĩnh vực riêng biệt. Ở Việt

Nam, loại nhựa này chưa được sử dụng vì tính năng cao nhưng giá thành cũng rất
cao ( PPS; LCP; PI; PTFE; PAI…).
+ Nhựa hỗn hợp: Để phối hợp các tính năng ưu việt của các loại nhựa và hạn
chế những tính năng yếu kém của nó, người ta tạo ra những loại nhựa hỗn hợp
(Copolyme) như các loại PC/PET; PC/ABS; PA/PP… Các loại nhựa hỗn hợp này
có tính năng vượt trội so với từng loại nhựa riêng lẻ [4].
1.1.3. Tính chất cơ bản của chất dẻo Polymer
Phân tử lượng và độ trùng hợp: Hai tính chất này phụ thuộc lẫn nhau. Nếu phân
tử lượng càng lớn thì độ trùng hợp càng cao đồng thời độ bền cơ lý, hoá tăng tuy
nhiên càng bất lợi trong gia công do nhiệt độ chảy và độ nhớt sẽ khác.
Trọng lượng thể tích: Đo bằng g/cm3.
Tỷ trọng nhựa: Nhựa có đặc điểm tương đối nhẹ. Thường dao động từ 0,92,0g/cm3. Độ kết tinh càng cao thì tỷ trọng càng cao.
Chỉ số nóng chảy(MI)(gam): Là chỉ số thể hiện tính lưu động khi gia công vật
liệu nhựa.
Độ hút ẩm (hấp thụ nước): Là mức hút nước của nhựa. Độ hấp thụ nước thấp thì
tốt hơn do nước hấp thụ sẽ giảm một số tiêu chuẩn cơ lý của nhựa.

 

15


Độ chịu lạnh: Một số loại nhựa có độ chịu lạnh không tốt lắm. Có loại nhựa
chịu được độ lạnh -1200 (nhựa PE ở 0C này là nhiệt độ giòn gãy). Cần biết đặc tính
chịu lạnh của vật liệu để thiết kế tủ lạnh và các loại máy lạnh.
Độ co rút của nhựa: Là % chênh lệch giữa kích thước của sản phẩm sau khi lấy
ra khỏi khuôn được ổn định, định hình và kích thước của khuôn. Là chỉ số quan
trọng khi thiết kế khuôn để tạo ra những sản phẩm có độ chính xác cao. Mức độ co
rút của các loại nhựa khác nhau là khác nhau. Nhựa kết tinh có độ co rút lớn hơn
nhiều lần so với nhựa vô định hình (không kết tinh). Sau đây là bảng độ co rút của

một số loại nhựa:
Bảng 2: Độ co rút của một số loại nhựa
TT

Nhựa

Độ co (%)

Mật độ (g/cm3)

1

PS

0,3-0,6

1,05

2

ABS

0,4-0,7

1,06

3

PP


1-2,5

1,15

4

PVC mềm

>0,5

1,38

5

PVC cứng

0,5

1,38

6

PPO

0,5-0,7

1,06

7


PC

0,8

1,2

8

PA6

0,5-2,2

1,14

9

PA6,6

0,5-2,5

1,15

Tính cách điện của vật liệu nhựa: Đa số là các chất cách điện tốt, nghĩa là dẫn
điện rất kém hoặc là không dẫn điện. Được dùng trong các sản phẩm điện gia dụng
hoặc trong các thiết bị điện tử…
Tính truyền nhiệt: Đa số độ truyền nhiệt kém, trong quá trình gia nhiệt thường
thì vật liệu nhựa bị chảy mềm. Nhựa truyền nhiệt thấp hơn 500 - 600 lần so với kim
loại. Do tính truyền nhiệt kém nên nhựa không dùng để chế tạo các chi tiết máy cần
đến sự tản nhiệt nhanh… Nếu thực sự cần thiết phải trộn thêm như Graphit; bột kim
loại…


 

16


Độ bền kéo: Là đặc trưng cho sự chống đối ngoại lực kéo của vật liệu. Độ bền
kéo đứt là tỷ số của lực kéo và tiết diện ngang nhỏ nhất của mẫu thử trước khi kéo
đo bằng N/mm2. Ví dụ PE có độ bền kéo đứt là 8 - 10 N/mm2.
Độ giãn dài: Liên hệ với cường độ kéo, đo bằng tỷ lệ giữa độ dài khi lực kéo
tăng lớn đến điểm đứt trên độ dài ban đầu khi vật liệu chưa bị kéo. Độ giãn dài đo
bằng %. Vật liệu có độ giãn dài lớn thì vật liệu đó có tính dẻo lớn. Ví dụ PS là vài
%; trong khi đó PA là 150%.
Độ bền nén: Là tỷ lệ giữa lực nén cần thiết để làm vỡ mẫu thử đặt dưới nó khi
chất tải nén, đo bằng N/mm2. Thường là lớn hơn độ bền kéo.
Độ bền uốn: Là đặc trưng cho sự chống đối của vật liệu dưới tác dụng của lực
uốn(N/mm2).
Độ cứng: Biểu thị khả năng chống lại tác dụng của một vật rắn để không bị nứt,
vỡ hoặc sứt mẻ bề mặt. Thường đo bằng thiết bị đo độ cứng Shore A,D hoặc thiết bị
đo Rockwell; Brinell.
Độ bền va đập: Biểu thị khả năng chống lại một tải trọng rơi xuống, va đập vào
sản phẩm mà không vỡ. (N/mm2).
Mođul đàn hồi: Đặc trưng cho tính chất của vật liệu mà dưới tác dụng của lực đó
cho xem mẫu thử biến dạng tới mức nào. Ký hiệu là E (N/mm2). Ví dụ PE có E =
130 - 1000 N/mm2. Thép có E = 2.104 N/mm2.
Độ chịu mài mòn: Là sự chống lại tác dụng bào mòn của lực làm hao mòn vật
liệu (%). Với những sản phẩm nhựa như giầy dép thì đây để đánh giá giá trị sử dụng
của sản phẩm.
Tính chịu hoá chất: Khác với kim loại, đa số các loại nhựa thường bền khi chịu
tác động của môi trường khí quyển. Hơn thế nữa chúng còn bền đối với các loại hoá

chất như Axit, kiềm, muối và nhiều hoá chất khác nữa. Chú ý rằng với Polymer
không phân cực thì dễ hoà tan trong dung môi không phân cực. Ví dụ PS tan trong
Benzen Toluen. Polyme phân cực thì dễ hoà tan trong dung môi phân cực. Ví dụ
Polyvinyl Butyral tan trong Alcol. Polymer phân cực không hoà tan trong dung môi
không phân cực, và ngược lại Polymer không phân cực không hòa tan trong dung

 

17


môi phân cực. Độ hoà tan giảm khi Polymer có độ trung hợp cao (trọng lượng phân
tử lớn) và có độ kết tinh cao.
Tính chịu thời tiết khí hậu: Tính chịu thời tiết khí hậu là tính thay đổi về chất
lượng và độ bền của vật liệu nhựa và sản phẩm dưới tác dụng của ánh sáng (tia cực
tím); nhiệt độ; không khí… Nói chung các loại nhựa đã qua sử dụng đều ít nhiều bị
giảm chất lượng và độ bền. Ví dụ PE; PS; PP có tính kháng tia cực tím UV kém.
PVC dễ biến màu dưới tác dụng ánh sáng mặt trời. PC, Epoxy bền thời tiết tốt, đặc
biệt là PTFF, cực kỳ bền với thời tiết. Quá trình giảm độ bền của nhựa dưới tác
dụng của thời tiết gọi là quá trình lão hoá của nhựa. Để giảm sự lão hoá, cần thêm
một số phụ gia [3].
1.1.4. Các loại chất dẻo thường gặp và ứng dụng
Nhựa nhiệt dẻo
Polyetylen (PE): Đục mờ, chịu hoá chất tốt, cách nhiệt, cách điện tốt, dễ nhuộm
màu. Thường dùng sản xuất các loại màng, túi xốp, túi đựng hoá chất, túi đựng thực
phẩm, sản xuất chai lọ, sợi, ống dẫn nước…
Polypropylen (PP): Tính chất cơ học cao, độ bóng cao, bán trong, không màu,
tính chất hoá học tốt, cách điện tốt, gia công ép phun tốt. Dùng để sản xuất các loại
vật dụng thông thường, vỏ hộp, các chi tiết điện dân dụng…
Polyvinyl Clorit (PVC): Có tỷ trọng cao hơn các loại nhựa khác, có độ trong suốt

cao, cách điện tốt, độ bền cơ lý cao, độ bền nhiệt thấp 600 – 8500C. Dễ tạo màu sắc,
dễ in ấn, khó cháy, chịu va đập kém. Được dùng bọc dây cáp điện, màng mỏng, đĩa
hát, ống nhựa, chất dính…
Nhựa Polyestyren (PS): Dòn, dễ rạn nứt, chịu va đập kém, chịu hoá học kém, tan
trong Benzen. Chủ yếu dùng cho chế tạo các sản phẩm gia dụng rẻ tiền trong suốt
như hộp, cốc,…, bao bì xốp, cách nhiệt…
Nhựa AS: Trong suốt, có tính bền trong xăng, thường làm vỏ ắcquy, vỏ bật lửa.
Nhựa ABS: Độ bền va đập cao, thường dùng làm vỏ tivi, vỏ máy giặt; cánh quạt
điện, vỏ máy ảnh.

 

18


PolyAmit PA (Nylon): Sử dụng để làm các loại màng mỏng, bao bì cho thực
phẩm, sợi, ống các loại, bọc dây cáp điện…
Nhựa Polycacbonat (PC): Khó cháy, cách điện tốt ở nhiệt độ cao, độ bền nhiệt
tốt, tính chống ma sát kém, chịu hoá chất kém. Thường dùng làm các loại tấm thuỷ
tinh an toàn, ống dùng trong y tế, chai sữa, nón bảo hộ, kính che mắt, dụng cụ y tế,
hộp, nắp…
Nhựa Acrylic: Độ trong suốt cao, tính chịu thời tiết, nhuộm màu tốt, độ bền cơ
học cao, khó bị xước bề mặt. ứng dụng làm các chi tiết thay thế cho thuỷ tinh, làm
một số chi tiết cho ôtô, xe máy…
Nhựa nhiệt rắn
Nhựa Melamine: Không màu, độ cứng cao, độ bền cao, đẹp, nên thường dùng
làm đồ trang trí, dụng cụ gia đình…
Nhựa Polyester: Thường gọi là Plastics bền hoá, dùng làm kính, rất nhẹ và bền.
Thường dùng chế tạo vỏ ô tô, thuyền, thùng, ống và mũ bảo hiểm xe máy…
Nhựa Phenol, Urea: Không màu, trong suốt có thể nhuộm màu. Dùng làm dụng

cụ cho ăn uống.
Nhựa Epoxy: Có thể tạo hình ở nhiệt độ thường và áp lực thường, đặc biệt là
bám dính rất tốt trên kim loại và bê tông, tính chịu nhiệt, dung môi, chịu nước và
cách điện tốt. Dùng trong công nghiệp, vật liệu tăng bền sợi thuỷ tinh và sợi cácbon,
vật liệu cách điện.
Nhựa Silicon: Có tính cách điện và chịu nhiệt độ cao, có tính phát nước, ứng
dụng làm con dấu, li khuôn, phát nước, cách điện, chịu dầu và chịu nhiệt [5].
1.2. Lịch sử nhựa PVC
Vinyl clorua được tìm ra lần đầu tiên bởi Regnault năm 1835, Polymer Polyvinyl
clorua (PVC) được quan sát thấy lần đầu tiên năm 1938. Năm 1912, Baumann trình
bày phản ứng trùng hợp monomer vinilic gồm vinyl clorua sử dụng ánh sáng mặt
trời để tạo ra sản phẩm PVC ở dạng bột trắng. Từ đó, công nghệ trùng hợp PVC đã
có những bước phát triển mạnh mẽ chủ yếu ở Mỹ và Đức. Sản phẩm thương mại
của PVC lần đầu tiên ra đời ở Đức vào đầu những năm 30 sử dụng quá trình trùng

 

19


hợp nhũ tương. Năm 1932, bước đột phá đầu tiên để giải quyết vấn đề quá trình và
sự ổn định nhiệt diễn ra khi Semon phát minh ra chất hóa dẻo cho PVC, quá trình sử
dụng chất ổ định được phát triển vào những năm 30 của thế kỷ 20. Hiện nay PVC là
một trong những polyme chính của thế giới. Do tính chất cơ lý tốt nên PVC được sử
dụng để sản xuất với sản lượng lớn. Tuy nhiên tính ổn định nhiệt và tính mềm dẻo
của PVC kém hơn so với một số nhựa thương phẩm khác như Polyetylen (PE) và
Polystyren (PS). PVC được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp trùng hợp gốc. Tuy
nhiên, trùng hợp gốc của PVC cho ra nhiều đồng phân và các khuyết tật về cấu trúc.
Những nhân tố này là quan trọng sống còn đối với người sử dụng PVC vì chúng tạo
ra những vấn đề về màu sắc, độ ổn định nhiệt, độ tinh thể, độ bền gia công và các

tính chất cơ học khác của thương phẩm. nghiên cứu về khuyết tật cũng đem lại sự
hiểu biết sâu sắc về bản chất của phản ứng phụ xẩy ra trong quá trình trùng hợp.
Ngoài những chất phụ gia như chất hóa dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất
độn và các polyme khác. Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm cải thiện những
tính chất yếu kém của PVC, như đồng trùng hợp với các monome khác thay đổi
hình thái của hạt để tăng cường tính dễ gia công. Polyme ghép đồng trùng hợp của
PVC vơi monome acrylic và vinyl axetat, blend với MSB và acrylonitryl butadien
styren (ABS) đã được thử nghiệm để tăng tính chịu va đập. Copolyme của PVC với
monome imit và PVC clo hóa đã được nghiên cứu để tăng tính chống cháy của
PVC. Tổng hợp Polyme khối lượng phân tử cao và một liên kết ngang PVC để tăng
modun. Tổng hợp PVC hóa dẻo nội là một giải pháp cho vấn đề của chất hóa dẻo
(DOP) di chuyển từ bên trong ra bên ngoài vật liệu [2].
1.3. Tình hình nhựa PVC trên thế giới
Trên thế giới, PVC có lượng tiêu thụ đứng thứ 2 trong tất cả các loại nhựa. PVC
là loại nhựa đa năng nhất, do có nhiều ứng dụng khác nhau trong hầu hết các lĩnh
vực của cuộc sống xã hội, từ đồ chơi trẻ em, bao bì đựng thực phẩm, trang thiết bị
nội thất, phương tiện vận tải, điện và điện tử cho đến các dụng cụ y tế, vật liệu xây
dựng.... Năm 2000, sản lượng PVC của thế giới đạt khoảng 25,9 triệu tấn, đạt mức

 

20


tăng trưởng khoảng 4%/năm. Trong phần lớn thời gian của thập nên 90 của thế kỉ
XX, sản xuất PVC là một trong những ngành không đạt hiểu quả kinh tế cao.
Bảng 3: Cơ cấu sử dụng PVC trên thế giới
Ống dẫn

27%


Kết cấu xây dựng

18%

Tấm màng cứng

10%

Bọc cáp

9%

Chai lọ

9%

Màng mềm

7%

Lát sàn

6%

Các ứng dụng khác

6%

Lớp sơn lót


3%

Ống mềm

3%

Sản phẩm xốp

2%

Tổng

100%

Rất ít các nhà máy được dự kiến xây dựng. Tuy nhiên nhu cầu PVC lại tăng
mạnh vào cuối thập niên của thế kỷ này bất chấp các vấn đề về môi trường. Kết quả
là, sau ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tài chính Châu Á giảm dần, nhu cầu PVC
đã tăng lên sit sao với mức cung và lợi nhuận đã tăng trở lại trong năm 1999. Châu
Á là thị trường lớn nhất và cũng sẽ có tỷ lệ tăng trưởng cao nhất trong thời gian tới.
Sản xuất PVC ở Châu Mỹ Latinh và Trung Đông, Châu Phi cũng sẽ tăng nhanh.
Ngành xây dựng là ngành sử dụng chủ yếu đối với các sản phẩm PVC.
Trong lĩnh vực tiêu dùng vào bao bì đóng gói, các sản phẩm làm từ PVC dần
được thay thế bằng các sản phẩm thân thiện với môi trường. Những nhân tố ảnh
hưởng đến sản xuất PVC toàn cầu là: Sự tăng trưởng kinh tế kéo theo sự tăng về
nhu cầu PVC. Các vấn đề về môi trường có thể không ảnh hưởng đến khả năng tăng
trưởng sản xuất PVC.

 


21


Theo một thống kê, nhu cầu sử dụng nhựa PVC trên toàn cầu năm 2006 đạt mức
33,5 triệu tấn, tăng 1,8 triệu tấn so với năm 2005. Tuy nhiên tổng công suất tăng
thêm trong năm 2006 là 2,3 triệu tấn. Trong khi đo công suất tăng thêm trong năm
2005 là 3 triệu tấn. Sản lượng tiêu thụ nhựa PVC đang dịch chuyển trọng tâm về
khu vực Châu Á.
Hình 1: Nhu cầu sử dụng PVC trên thế giới

 
1.4. Tình hình nhựa PVC ở Việt Nam
Từ những năm đầu tiên của thập kỷ 60 Việt Nam đã sản xuất được PVC do nhà
máy hóa chất Việt Trì sản xuất. Trong phương án sản phẩm của nhà máy có 150
tấn/năm PVC chủ yếu để giải quyết cân bằng do việc tạo ra HCl, cho kết hợp với
axetylen từ đất đèn nhập ngoại, thành VCM trùng hợp. những tấn bột trắng ngả
hồng đầu tiên ấy đã được Nhà máy Cao su Sao vàng cán thành tấm nilông che mưa,
nhà máy ắcquy Hải Phòng làm những tấm lá cách điện… Song vừa không kinh tế ,
lại sản lượng quá nhỏ, chẳng giải quyết được vấn đề gì nên ngành sản xất này sớm
chấm dứt, đặc biệt khi bước vào chiến tranh phá hoại của Mỹ. Trong những năm
của thập kỷ 90 công nghiệp gia công chất dẻo trong nước phát triển mạnh với tốc độ
tăng bình quân tới 28%/năm. Năn 1990 tiêu thụ chất dẻo trong nước là 0,5 kg/người

 

22


đến năm 1996 đã lên đến 5,7 kg/người. Toàn bộ nhựa nguyên liệu là nhập khẩu,
trong số đó có PVC chiếm trung bình là 1/3. Nhựa PVC nhập khẩu dưới hai dạng

bột PVC (PVC resin) và hạt PVC (PVC compound) chứa sẵn chất hóa dẻo, chất ổn
định và chất màu. Năm 2000 cả nước tiêu thụ khoảng 150.000 tấn bột nhựa PVC,
trong nước sản xuất đáp ứng khoảng 40% nhu cầu và phải nhập khẩu 60% từ nhiều
nước trên thế giới. Năm 2002, toàn ngành nhựa Việt Nam đã sử dụng 1.260.000 tấn
nguyên liệu nhựa, trong đó PP, PE, PVC là nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất
chiếm khoảng 71,35 tổng nhu cầu nguyên liệu.
Bảng 4: Mức tiêu thụ nhựa của Việt Nam năm 2002
PP

380.000 tấn

PVC

180.000 tấn

PE

340.000 tấn

Tổng

900.000 tấn

Nguồn cung cấp PVC bột và hạt, cũng như một số bán thành phẩm PVC (tấm
trải nhà, vải giả da) và phụ gia chủ yếu là chất hóa dẻo DOP là các nước Đông Á và
Đông Nam Á (Nhật Bản, Singapo, Hàn Quốc, Đài Loan, …).
Các dự án sản xuất PVC theo danh mục các dự án nguyên liệu và bán thành
phẩm ngành nhựa giai đoạn 2001-2010 (Ban hành kèm theo Quy định số
11/2004/QD-BCN ngày 17 tháng 2 năm 2004 của bộ trưởng bộ công nghiệp).
Mặc dù công nghiệp sản xuất nhựa của Việt Nam phát triển mạnh, xếp trên một

số nước Đông Nam Á như Philippine, Indonesia… nhưng hầu hết các nguyên liệu
được nhập từ nước ngoài. PVC chủ yếu được dùng làm nguyên liệu trong ngành
xây dựng. Chính phủ đã phê duyệt và quy hoạch tổng thể phát triển ngành nhựa
Việt Nam đến năm 2010, trong đó tập trung dự án sản xuất nguyên liệu nhựa, hiện
nay nhiều dự án nguyên vật liệu nhựa được đầu tư xây dựng.

 

23


Bảng 5: Mục tiêu sản lượng nhựa Việt Nam
TT

Nguyên liệu

Năm 2010

1

Bột PVC

500.000 tấn

2

Hạt PP

450.000 tấn


3

Hạt PE

450.000 tấn

4

Màng BOPP

40.000 tấn

5

Hóa dẻo DOP

60.000 tấn

6

Hạt PS

60.000 tấn

7

Tổng

1.560.000 tấn


Bảng 6: Các dự án nguyên liệu
2005
Dự án

Địa điểm

2010

Công suất

Tổng vốn

Công suất

Tổng vốn

(tấn/năm)

(triệu USD)

(tấn/năm)

(triệu USD)

Đồng Nai

120.000

45


PVC2

Vũng Tàu

100.000

80

PVC2

Vũng Tàu

200.000

147

PVC1 mở
rộng

Bộ công thương đã vạch ra một chiến lược của ngành hóa dầu để đón đầu các
bước đi tiếp theo của sự phát triển PVC: tạo ra etylen từ cracking nafta (hoặc khí
thiên nhiên), clo hóa rồi gặp nhau ở VCM, đồng thời cung cấp 2-etyl hexanol và
axit teraphtalic. Vào năm 2010 chúng ta có khả năng sản xuất từ đầu đến cuối
500.000 tấn nhựa PVC và 75.000 tấn DOP. Tương lại ngành sản xuất PVC ở Việt
Nam rất khả quan, không chỉ đáp ứng được nhu cầu trong nước mà còn có thể xuất
khẩu ra các nước.

 

24



Ngày 17/4/2007, Công ty Nhựa và Hóa chất PVCVina (TPC Vina) chính thức
lắp đặt dây chuyền nhựa tổng hợp PVC thứ 2 tại khu công nghiệp Gò Dầu (Đồng
Nai) với chi phí đầu tư khoảng 36 triệu USD. TPC Vina là một doanh nghiệp liên
doanh giữa Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem), Tổng Công ty Nhựa Việt
Nam (Vinaplast) và Công ty Hóa chất - Nhựa Thái Lan (TPC), được thành lập năm
1995 và đi vào sản xuất thương mại tháng 8 năm 2008. Đây là một nhà máy sản
xuất bột nhựa PVC bằng công nghệ hiện đại của Nhật Bản với dây chuyền thiết bị
tiên tiến, tự động hóa hoàn toàn và chu trình khép kín. Công suất thiết kế là 80.000
triệu tấn bột PVC/năm. Hiện nay ngoài TPC Vina sản xuất nhựa PVC còn có nhà
máy Phú Mỹ ( Bà Rịa – Vũng Tàu) với công suất 100.000 tấn/năm. Tổng công suất
của hai nhà máy đủ cung cấp nhu cầu bột nhựa PVC cho Việt Nam.

 

25