BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TRỘN HỢP CỦA PVC, PE

Họ và tên sinh viên: PHẠM KIM THI
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2004-2008

Tháng 10/2008
i


KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TRỘN HỢP CỦA PVC, PE

Tác giả

PHẠM KIM THI

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Giáo viên hướng hẫn:
Thạc sỹ NGUYỄN BÁ HOÀNG HUY

Tháng 10 năm 2008

ii

CẢM TẠ
Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để em tổng hợp và vận dụng những kiến thức đã
được học trong suốt thời gian vừa qua. Em luôn trân trọng những giây phút được sống
và học tập cùng với các bạn trong lớp DH04HH, được sự chỉ dạy và truyền đạt những
kiến thức quý báu của các thầy cô.
Xin đặc biệt cám ơn thầy Nguyễn Bá Hoàng Huy. Cám ơn thầy đã dành nhiều
thời gian hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và truyền đạt nhiều kinh nghiệm thực tế cho em
trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị cũng như các cô chú trong Trung Tâm Kỹ
Thuật Chất Dẻo và Cao Su Thành Phố Hồ Chí Minh (PRT) đã tận tình giúp đỡ, động
viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, con xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến mọi người trong gia đình luôn là
nguồn động viên, là điểm tựa, giúp đỡ con cả về vật chất lẫn tinh thần để con có được
những kết quả như ngày hôm nay. Đặc biệt là các em Giang, Hồng, Nhung luôn sát
cánh cùng con trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận.
Dù đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, rất mong nhận
được sự góp ý và sửa chữa của thầy cô và các bạn về khóa luận tốt nghiệp này.

Sinh viên thực hiện:
Phạm Kim Thi

i


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài “Khảo sát khả năng trộn hợp của PVC, PE” được tiến hành tại Trung tâm
kỹ thuật chất dẻo và cao su Tp. HCM, thời gian từ 20/03/2008 đến 20/09/2008. Khảo
sát được tiến hành dựa trên kết quả nghiên cứu của một số bài báo và đề tài liên quan.

Các nghiên cứu gần đây đã mở ra hướng đi mới cho sản phẩm blend đó là ứng
dụng chúng vào công nghệ hiện đại ngày nay. Hướng đi này nhằm mục đích tạo ra
thuộc tính mới và cải tiến tính năng của hổn hợp: giá cả hiệu quả, sản xuất dễ dàng, chi
phí thấp so với tổng hợp ra một polymer mới, năng xuất cao, đáp ứng nhanh, gọn
những

yêu

cầu

của

thị

trường

ngày

càng

phát

triển

như

hiện

nay.


Đề tài sau khi hoàn thành đã thu được một số kết quả:
Tạo ra một hỗn hợp blend có những tính năng cân bằng mới về tính chất hóa
học và vật lý nổi trội hơn so với tính chất của vật liệu ban đầu bằng việc:
• Khảo sát được tỷ lệ trộn hợp thích hợp của PVC/PE theo tỷ lệ 50% PE
và 50% PVC, nhiệt độ trộn hợp là 1750C, tốc độ trộn là 55 vòng/ phút,
trong thời gian 4 phút, với 4% tỷ lệ chất tương hợp CPE.
• Khảo sát thời gian trộn của hỗn hợp 50%PE + 50%PVC + 4%CPE được
trộn ở tốc độ 55 vòng/ phút, nhiệt độ trộn là 1750C và nhận thấy hỗn hợp
chỉ có thể trộn tối đa là 6 phút.
• Khảo sát sự thay đổi của hàm lượng polyolefine và PVC trong hỗn hợp
ảnh hưởng đến tính chất cơ lí của hỗn hợp, và chọn hai hàm lượng chất
tương hợp là 4%CPE và 6%CPE thì thấy khả quan, trong đó thì hỗn hợp
40%PE + 60%PVC + 6%CPE là hỗn hợp có tính năng cơ lí tương đối tốt
trong các hỗn hợp và có tính chất trung bình của PE và PVC
•

Khảo sát thêm khả năng trộn hợp PE với PP theo tỷ lệ 50% PE và 50%
PP, nhiệt độ trộn hợp 1750C, tốc độ trộn 55 vòng/ phút trong thời gian 4
phút với tỷ lệ chất tương hợp EPDM là 6% EPDM.

ii


MỤC LỤC
CẢM TẠ

i

TÓM TẮT


ii

MỤC LỤC

iii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

x

Chương 1.MỞ ĐẦU

1

1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Mục đích khóa luận

1


1.3. Nội dung

1

1.4. Phương pháp phân tích – Đo đạt các chỉ tiêu

2

1.5. Địa điểm và thời gian thực hiện

2

Chương 2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU

3

2.1. Blend hổn hợp
2.1.1 Định nghĩa
2.1.2 Phân loại
2.1.2.1 Hình thái học của polymer blend không trộn lẫn
2.1.2.1.1 Định nghĩa
2.1.2.1.2 Tính chất của hỗn hợp polymer không trộn lẫn
2.1.2.2 Polymer trộn lẫn
2.1.3 Mục đích và ứng dụng của polymer blend
2.1.3.1 Mục đích
2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng
2.1.3.3 Ứng dụng

3
3

4
4
4
5
6
6
6
7
7

2.2. Compound PVC (trộn hợp PVC)
2.2.1 Giới thiệu
2.2.2 Phương pháp trộn hợp (compound)
2.2.3 Thiết bị trộn (compounding machine)
2.2.4 Các thành phần cơ bản tạo compound

7
7
7
8
8

2.3. Polyvinylchloride (PVC)
2.3.1 Tính chất
2.3.1.1 Tính chất vật lý của PVC
2.3.1.2 Tính chất hóa học của PVC

9
9
9

10
iii


2.3.1.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến PVC
2.3.1.2.2 Sau đây là một vài tính chất quan trọng của PVC:
2.3.2 Phụ gia PVC
2.3.2.1 Chất ổn định
2.3.2.2 Chất bôi trơn
2.3.2.3 Chất trợ gia công
2.3.2.4 Chất hóa dẽo
2.3.3 Ứng dụng PVC

10
10
11
11
12
12
12
13

2.4. PolyEthylene (PE)
2.4.1 Khái niệm
2.4.2 Nguyên liệu để sản xuất PE
2.4.3 Cấu tạo và tính chất
2.4.3.1 Cấu tạo
2.4.3.2 Tính chất
Độ hòa tan và trọng lượng phân tử
Độ bền hóa học

Độ bền khí quyển
Ảnh hưởng của O2
Độ chịu nước
Độ thấm khí và thấm hơi
Tính chất cơ học
2.4.4 Phân loại
2.4.5 Ứng dụng

13
13
13
14
14
15
15
15
15
15
15
16
16
16
17

Chương 3.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

18

3.1. Vật liệu
3.1.1 Polyethylene (PE)

3.1.2 Polyvinylcloride (PVC)
3.1.3 Polypropylene (PP)
3.1.4 Cloride polyethylene (CPE)
3.1.5 Chất hóa dẽo DOP (Dioctyl phtalat) :
3.1.6 ESO 81 – Epoxidized soya bean oil ( dầu đậu nành Epoxy )
3.1.7 Chất ổn định xà phòng kim loại:
3.1.8 EPDM (Ethylene propylene dien monomer)

18
18
18
19
20
20
21
22
22

3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Mục đích nghiên cứu
3.2.2 Nội dung nghiên cứu
3.2.3 Phương pháp đánh giá thực nghiệm
3.2.3.1 Đo độ bền kéo
3.2.3.2 Đo độ bền uốn
3.2.3.3 Đo độ bền va đập
3.2.3.4 Chụp TEM
3.2.4 Thiết bị phục vụ thí nghiệm
3.2.4.1 Máy trộn Compound PVC
3.2.4.2 Máy Brabender


23
23
24
26
26
26
26
27
27
27
27

iv


3.2.4.3 Máy ép mẫu
3.2.4.4 Máy khắc nốt

28
28
29

Chương 4.KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1. Trộn hợp PE + PVC
29
4.1.1 Khảo sát hàm lượng chất tương hợp ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp 29
4.1.2 Khảo sát nhiệt độ ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp
34
4.1.3 Khảo sát thời gian trộn ảnh hưởng đến tính chất của hỗn hợp

38
4.1.4 Khảo sát sự thay đổi hàm lượng PE, PVC ảnh hưởng đến tính chất của hỗn
hợp
42
4.2. Trộn hợp PP + PE

47

Chương 5.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

53

5.1. Kết luận

53

5.2. Kiến nghị

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

55

PHỤ LỤC

57

v



DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PVC

Poly Vinyl Chloride

PE

Poly ethylene

CTCT

Công thức cấu tạo

CPE

Cloride Poly Ethylene

PP

Poly Propylen

TEM

Transmission electron microscopy

ASTM

American standard testing method


ESO

Epoxidized soya bean oil

ENB

Ethylide Nenor Bornene

DOP

Dioctyl Phtalat

EPDM

Ethylene propylen dien monomer

vi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Vật liệu có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển bền vững của mỗi quốc
gia. Cùng với vật liệu kim loại và vô cơ – silicat, vật liệu polyme là loại vật liệu được
ứng dụng hết sức rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ hàng không - vũ trụ đến sinh hoạt
hằng ngày.
Ở Việt Nam, nhu cầu của xã hội về sản phẩm nhựa ngày càng lớn cũng như thị
hiếu của người tiêu dùng thích đa dạng hóa mẫu mã sản phẩm và nâng cao mức độ tiện
ích đồ gia dụng, tính năng của một số sản phẩm nhựa công nghiệp bền và rẻ.
Vì vậy việc nghiên cứu ra một vật liệu mới luôn luôn là một vấn đề đáng quan

tâm đối với các nhà khoa học vật liệu.
Được sự phân công của Bộ môn Công nghệ Hóa trường Đại học Nông Lâm
thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Thạc sỹ Nguyễn Bá Hoàng Huy Trung Tâm Kỹ Thuật Chất Dẽo và Cao Su (PRT) – Thành phố Hồ Chí Minh, tôi thực
hiện đề tài: “ Khảo sát khả năng trộn hợp PVC, PE ”.
1.2. Mục đích khóa luận
Tạo ra một hỗn hợp blend có những tính năng cân bằng mới về tính chất hóa
học và vật lý nổi trội hơn so với tính chất của vật liệu ban đầu bằng việc:
a. Khảo sát được tỷ lệ trộn hợp thích hợp
b. Khảo sát hàm lượng chất tương hợp thích hợp
c. Khảo sát được chế độ gia công thích hợp
1.3. Nội dung
• Tìm hiểu định nghĩa blend.
• Phương pháp tạo Compound PVC.
• Tìm hiểu tính chất vật lý, hóa học của PVC, PE.
• Kết luận, nhận xét và ý kiến đóng góp.
1


1.4. Phương pháp phân tích – Đo đạt các chỉ tiêu
• Thực hiện thí nghiệm trên máy trộn hai trục Brabender
• Tạo mẫu.
• Đo tính năng cơ lí của mỗi loại mẫu (đo độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va
đập..) bằng thiết bị tương ứng.
1.5. Địa điểm và thời gian thực hiện
- Địa điểm thực hiện khóa luận: Trung Tâm Kỹ Thuật Chất Dẻo và Cao Su (PRT),
số 56, Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Thời gian: bắt đầu từ ngày 20/03/2008 và kết thúc ngày 20/09/2008.

2



Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Blend hổn hợp
2.1.1 Định nghĩa:
Là hỗn hợp polymer được tạo thành từ ít nhất hai loại polymer. Hỗn hợp này
mang tính chất của các vật liệu thành phần, đồng thời vật liệu polymer thêm một số
tính chất mới. Có hai phương pháp để tạo ra polymer có tính chất mới. Cách thứ nhất
là tổng hợp mới hoặc biến tính từ một polymer có sẵn. Cách thứ hai là trộn lẫn các
polymer có sẵn. Ưu điểm của phương pháp thứ hai so với phương pháp thứ nhất là vấn
đề chi phí để giảm giá thành sản phẩm. Ở khóa luận này ta chọn cách thứ hai.
Polymer blend là phương pháp kết hợp hai hay nhiều polymer để thu được một
vật liệu có tính chất của các polymer thành phần. Đồng thời ta cần phải xem loại
polymer mà ta đem trộn có thể tự trộn lẫn một cách đồng nhất hay cần bổ sung chất
tương hợp để kết hợp chúng. Dựa vào giản đồ trộn lẫn hình 2.1 ta nhận thấy giữa PVC
và HDPE là ô 4 - khả năng trộn lẫn vào nhau là rất khó (poor), do đó cần chất tương
hợp để kết hợp chúng.

Hình 2.1: Giản đồ khả năng trộn lẫn của một số sản phẩm
3


+

Immiscible

Miscible

2000X
Hình 2.2: Mô phỏng khả năng trộn lẫn của hổn hợp

Miscible: hỗn hợp trộn lẫn

Immiscible: Hỗn hợp không trộn lẫn

Hỗn hợp của polymer có thể được trộn lẫn một cách đồng nhất (hỗn hợp trộn
lẫn) hoặc chúng không đồng nhất (hỗn hợp không trộn lẫn):
- Hỗn hợp trộn lẫn: phân tán ở mức độ phân tử: các cấu tử “tan biến” ( vanish)
- Hỗn hợp không trộn lẫn: phân tán ở các dạng cấu tử trong một cấu tử khác:
các cấu tử vẫn được nhận dạng. Hệ nhiều pha.
Tính trộn lẫn hoàn toàn thì rất hiếm giữa các polymer. Hầu hết các hỗn hợp
không ở trạng thái đồng nhất ở mức độ phân tử (hình 2.2)
2.1.2 Phân loại
2.1.2.1 Hình thái học của polymer blend không trộn lẫn
2.1.2.1.1 Định nghĩa
Hình thái học của polymer blend là hình dạng và cách sắp xếp của các thành
phần trong đó. Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hình thái của polymer không trộn lẫn là
thành phần tương đối của hai polymer sử dụng. Khi ta trộn hai polymer không trộn lẫn
A, B với nhau, nếu thành phần A nhiều hơn thành phần B thì polymer B sẽ tách ra
thành những hạt cầu và các hạt cầu này sẽ phân tán trong nền polymer A như hình (a).
Trong này, polymer A là thành phần chính, còn polymer B là thành phần phụ.

4


a

b

c


Thành phần tương đối của polymer B trong hỗn hợp polymer không trộn lẫn

Hình 2.3: Hình thái học của polymer không trộn lẫn
Nếu ta tăng lượng polymer B trong hỗn hợp polymer không trộn lẫn, thì các hạt
cầu này sẽ lớn dần lên cho đến khi chúng liên kết lại với nhau nhưng chưa đủ để tạo
pha liên tục (hình b). Trong trường hợp này, pha A và B được gọi là pha cùng liên tục.
Nhưng nếu tiếp tục tăng B lên nữa, lúc này thành phần B trở thành pha liên tục, còn A
trở thành các hạt cầu được phân tán trong thành phần B (hình c). Bây giờ, polymer B
trở thành thành phần chính, còn polymer A trở thành thành phần phụ.
2.1.2.1.2 Tính chất của hỗn hợp polymer không trộn lẫn
Khi trộn lẫn hai polymer có Tg khác nhau, muốn biết hai polymer này có trộn
lẫn hay không thì ta xác định Tg. Nếu còn tồn tại hai Tg thì hỗn hợp đó là không trộn
lẫn, ngược lại, chỉ có một Tg thì đây là hỗn hợp trộn lẫn được.
Cách tốt nhất để làm cho vật liệu không trộn lẫn tăng độ bền là dùng chất tương
hợp. Chất tương hợp sẽ liên kết chặt chẽ hai pha lại với nhau và nó sẽ truyền năng
lượng giữa hai pha với nhau. Điều này có nghĩa là thành phần phụ sẽ cải thiện tính
chất cơ lý của thành phần chính.

5


Ranh giới phân
chia pha

Hình 2.4: Copolymer tương hợp liên kết giữa hai pha
Chất tương hợp cũng có ảnh hưởng khác lên hỗn hợp polymer không trộn lẫn.
Khi trộn hai polymer không trộn lẫn thì thành phần phụ thường hình thành những khối
cầu lớn vì hai thành phần polymer này có sức căng bề mặt khác nhau. Do đó, chúng
có khuynh hướng ít tiếp xúc nhau. Nhưng khi thêm chất tương hợp vào thì sẽ làm giảm
sức căng bề mặt giữa hai pha. Do đó, các khối cầu của thành phần phụ sẽ nhỏ hơn.

Điều này thuận lợi cho tính chất cơ lý của hỗn hợp không trộn lẫn. Kích thước hạt
càng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa hai pha tăng lên. Vì vậy, sự truyền năng lượng giữa
hai pha dễ dàng hơn, nghĩa là tính chất cơ lý giữa hai pha sẽ tốt hơn.
2.1.2.2 Polymer trộn lẫn
Khi trộn hai polymer, nếu chúng trộn lẫn thì tính chất của polymer thu được là
tính chất trung gian của hai polymer thành phần. Để nhận biết hai polymer có trộn lẫn
hay không, ta xác định Tg. Nếu hỗn hợp chỉ xuất hiện một Tg thì hai polymer này trộn
lẫn nhau. Giá trị Tg sẽ phụ thuộc vào tỉ lệ hai thành phần và nằm trong khoảng từ TgA
đến TgB .
2.1.3 Mục đích và ứng dụng của polymer blend
2.1.3.1 Mục đích
Là tạo ra một dạng polymer mới có sự thay đổi về cấu trúc và tính chất,
polymer blend có tính chất chung của các polymer được đem kết hợp và có tính chất
cải thiện hay bổ xung thêm những tính chất mà ở một loại polymer không thể có đuợc.
Polymer blend được tạo ra bằng phương pháp cơ học là cách dùng máy cán
luyện để tiến hành trộn hợp, trong quá trình trộn hợp thì cho vào một số chất tương

6


hợp để làm khả năng kết hợp giữa các polymer để tạo mối liên kết giữa các phân tử
với nhau nhằm tạo ra cấu trúc mới
2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng
Sức căng bề mặt hay khả năng hoà tan vào nhau của các polymer để tạo pha
đồng nhất, các polymer có sức căng bề mặt gần giống nhau thi sức căng liên diện khi
kết hợp thấp là điều kiện tốt để chúng phân tán vào nhau .
Cấu trúc của hai polymer ta đem trộn lẫn càng gần giống nhau hay có sự tương
đồng về kích thước, cấu trúc và chỉ số mạng thì khả năng đan xen và kết hợp dễ dàng.
Tỷ lệ của các polymer ta đem trộn lẫn: khả năng phân tán của các polymer vào
với nhau là có giới hạn và tỷ lệ tối ưu là điều kiện tốt dễ ổn định hình thái kết hợp giữa

chúng .
Bề dày của vùng liên diện giữa hai pha polymer càng lớn thì khả năng và thời
gian kết hợp của hai polymer tạo cấu trúc blend càng cao và lâu dài.
2.1.3.3 Ứng dụng
Polymer blend được sử dụng trong sản phẩm kĩ thuật và công nghệ cao như chi
tiết máy, vật liệu điện tử và trong các điều kiện đòi hỏi khả năng chịu môi trường cao.
2.2. Compound PVC (trộn hợp PVC).
2.2.1 Giới thiệu
Mục đích quá trình trộn là làm phân tán các phụ gia vào PVC và làm tăng tỉ
trọng của bột PVC để đưa vào máy đùn dễ dàng. PVC được trộn với các phụ gia bằng
máy trộn cao tốc, trong quá trình trộn nhiệt độ tăng lên làm tăng tỉ trọng của PVC.
Khi trộn PVC dẻo, phải cẩn thận ổn định PVC ở đầu quá trình trộn, chất hoá
dẻo không được thêm vào cùng lúc với các phụ gia khác mà được thêm vào khi nhiệt
độ hỗn hợp trộn đạt 90-130oC. Khi quá trình trộn kết thúc cần mở nước giải nhiệt hỗn
hợp PVC đến nhiệt độ phòng rồi mới lấy hỗn hợp ra.
Tóm lại, việc kết hợp phụ gia vào nhựa trước khi gia công nhằm đáp ứng các
yêu cầu về gia công để tạo ra sản phẩm cuối cùng có tính chất và giá thành mong
muốn gọi là trộn hợp (compound).
2.2.2 Phương pháp trộn hợp (compound)
Phụ gia trộn hợp với nguyên liệu polymer để tạo hỗn hợp. Đây là phương pháp
quan trọng nhất vì tạo ra vật liệu dạng hỗn hợp có tính chất đa dạng tùy vào tỷ lệ giữa
7


các thành phần. Phương pháp này được xem như một quá trình gia công độc lập, trong
đó có các dạng sản phẩm sau:
- Dạng bột: trộn hợp dưới điểm mềm của nhựa.
- Dạng bột nhão (paste): hỗn hợp hình thành từ các thành phần rắn với lượng lớn
chất lỏng, ví dụ như trường hợp chất hóa dẻo được thêm vào bột PVC.
- Dạng cô kết (agglomerate): trộn và gia nhiệt trên điểm mềm nhưng dưới nhiệt

độ hóa dẻo.
- Dạng hạt: trộn, dẻo hóa và tạo hạt.
Đối với PVC người ta thường sử dụng compound dạng bột.
2.2.3 Thiết bị trộn (compounding machine)
Máy trộn hợp PVC là máy trộn cơ, đặc trưng bởi roto và cánh khuấy được thiết
kế khác nhau tùy theo đặc tính quá trình trộn. Ví dụ như phân loại theo máy trộn tốc
độ thấp và tốc độ cao, máy trộn cánh khuấy đứng và nằm ngang.
2.2.4 Các thành phần cơ bản tạo compound
Về cơ bản tạo compound PVC là thêm vào nhựa nền PVC các thành phần mà
chúng cho phép PVC gia công được thành sản phẩm hoàn tất với các tính chất mong
muốn ở giá thành thấp nhất.
Các thành phần thêm vào PVC hay còn gọi là phụ gia là:
- Chất hóa dẻo là DOP.
- Hệ ổn định để ngăn cản sự phân hủy trong suốt quá trình gia công và sử dụng
- Chất bôi trơn để gia công dễ dàng
- Chất biến tính va đập để tăng độ bền va đập
- Chất trợ gia công để dễ chảy và dễ gia công
- Chất tạo màu cho việc tạo màu đúng và còn giúp ổn định ánh sáng (nếu được
yêu cầu)
- Chất độn để giảm giá thành hay để cải thiện độ va đập hay các tính chất khác
nào đó
- Các phụ gia khác (tác nhân chống tĩnh điện, chất hấp thụ tia UV, chất chống
kết khối, chất chống cháy, chất chống nấm mốc, hương liệu).

8


2.3. Polyvinylchloride (PVC) :
Công thức phân tử (C2H3Cl)x


Hình 2.5 : Công thức phân tử và cấu tạo PVC

Dấu hiệu nhận dạng
PVC là loại nhựa nhiệt dẻo thương mại sử dụng nhiều nhất ở Việt Nam do giá
thành thấp, tính năng linh hoạt (từ cứng cho đến mềm như cao su) và khả năng gia
công đa dạng (sử dụng được trong hầu hết các công nghệ nhựa nhiệt dẻo). Nồng độ
Clo trong polymer cao (chiếm 56,8% khối lượng) tạo cho PVC có tính chất chậm
cháy. Tuy nhiên, PVC lại rất nhạy với nhiệt độ, bị phân hủy ngay trước khi gia công
cũng như trong quá trình sử dụng. Do đó, trước khi gia công phải trộn hợp PVC với
một số phụ gia nhất định như chất ổn định nhiệt, chất hóa dẻo, chất bôi trơn, chất trợ
gia công,… để hạn chế hoặc khử các khuyết điểm trên.
2.3.1 Tính chất
2.3.1.1 Tính chất vật lý của PVC:
– Bột màu trắng. Tỷ trọng: d = 1.3÷1.4 g/cm3.
–

Độ bền nhiệt thấp. Độ bền va đập kém. Độ bền sử dụng cao.

–

Chống lão hóa cao. Kháng thời tiết tốt. Ổn định kích thước tốt.

– Mềm dẻo khi dùng thêm chất hóa dẽo. Dễ tạo màu sắc.
–

Trọng lượng nặng hơn so với một số chất dẻo khác.

–

Cách điện tần số cao kém, độ bền ổn định nhiệt kém.


–

PVC và sự bốc cháy: cũng như tất cả các chất hữu cơ khác, PVC bị phân hủy

bởi ngọn lửa, nhưng do có mặt của clo trong phân tử PVC (Cl2 có bản chất là
chống cháy) nên nó khó bốc cháy. Có thể tham khảo thêm phụ lục 1 (một số tính
chất vật lý của PVC)
9


2.3.1.2 Tính chất hóa học của PVC:
2.3.1.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến PVC:
– PVC là một loại nhựa vô định hình nhiệt độ thủy tinh hóa thấp Tg = 80oC nên
ở nhiệt độ bình thường PVC cứng nếu không hóa dẻo. Nhiệt độ gia công của
PVC từ 150–220oC, tuy nhiên PVC bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1400C nên khi
gia công phải sử dụng chất ổn định nhiệt. PVC cũng dễ bị ánh sáng làm lão hóa.
Vì vậy trong nhiều trường hợp phải sử dụng chất ổn định quang.
– Sự phân hủy nhiệt bao gồm:
+ Dehydroclorua của mạch phân tử.
+ Sự mất HCl kết quả là các nối đôi hình thành phản ưng tiến hành theo kiểu
dây chuyền.
2.3.1.2.2 Sau đây là một vài tính chất quan trọng của PVC:
– Bằng cách thêm chất hóa dẽo, có thể sản xuất ra các sản phẩm có độ cứng
thay đổi.
– PVC có nhiều tính chất cơ học tốt như độ bền kéo đứt, độ dãn đứt, tính chất
cách điện, chịu ăn mòn cao.
– Có thể sản xuất các sản phẩm có màu sắc đa dạng.
– Là loại nhựa khó cháy vì có clo trong phân tử.
– Giá thành vừa phải.

Giá trị K:
– Người ta xác định giá trị K bằng cách đo độ nhớt của dung dịch PVC trong
cyclohexanone, sau đó dùng công thức để tính ra K.
– Như vậy giá trị K phản ánh độ nhớt của dung dịch PVC, do đó phản ánh khối
lượng phân tử của nó cũng như phản ánh chỉ số MI đối với nhựa PP, PE… Khi
lựa chọn PVC , giá trị K là tiêu chuẩn cần xét đến đầu tiên vì tính chất sản phẩm
và gia công phụ thuộc vào K.
– Ví dụ: đối với sản phẩm thông thường như tole, màng, ống nước…dùng PVC
có K= 65–68. Đối với màng bán cứng, khớp nối… dùng PVC có K=57–62.
10


Sự phân hủy PVC
– Trong quá trình gia công và tạo sản phẩm PVC, nguyên liệu cần được làm
nóng. Thông thường ở nhiệt độ từ 160–200oC, tuy nhiên PVC có đặc điểm bắt
đầu phân hủy ở nhiệt độ này, ánh sáng mặt trời cũng là nguyên nhân làm cho
PVC phân hủy và các tác động như va đập… cũng góp phần tạo sự phân hủy
PVC. Khi PVC bị đốt nóng HCl thoát ra từ nguyên liệu, tác dụng như một chất
xúc tác làm tăng thêm quá trình phân hủy PVC. Khi một nguyên tử clo tạo thành
HCl thì nguyên tử clo bên cạnh phản ứng tiếp theo gọi là phản ứng dây chuyền.
Clo cũng như ánh sáng mặt trời là nguyên nhân gây nên oxy hóa PVC cắt đứt và
tạo các nối ngang các phân tử đó.
– Qua công thức của PVC … (–CH2 –CHCl –)… ta thấy trong cấu tạo của nó
có chứa phân tử HCl. Ở nhiệt độ tương đối cao, dưới ánh sáng mặt trời, trong
môi trường oxy hóa… PVC có khả năng phân hủy giải phóng ra HCl và bị oxy
hóa do đó PVC bị chuyển màu.
– PVC là một halogenua alkyl, đồng thời lại là một cao phân tử. Thực tế rất
nhiều trường hợp chất halogenua alkyl thường kém bền vững và có khuynh
hướng giải phóng HCl. Ngoài ra, các cao phân tử thường bị phân hủy dưới tác
dụng của ánh sáng và nhiệt độ.

– Qua khảo sát người ta xác định PVC có cấu tạo –CH2–CHCl–CH2–CHCl–
Hầu như không có cấu tạo là –CHCl–CHCl–CH2–CH2–. Hiện tượng một nguyên
tử halogen đính trực tiếp vào cacbon của mạch chính làm cho cấu tạo phân tử
kém bền vững. Ngược lại nguyên tử halogen đính vào cacbon mạch nhánh sẽ
làm cho cấu tạo của phân tử khá bền vững.
2.3.2 Phụ gia PVC
2.3.2.1 Chất ổn định :
Chất ổn định là chất thêm vào compound PVC với mục đích ngăn chặn, hạn
chế sự phân hủy PVC dưới tác dụng của nhiệt và lực cắt cơ học khi gia công. Đồng
thời cũng ngăn chặn sự phân hủy do ánh sáng và sự oxy hóa trong thời gian sử dụng.
Ở đây sử dụng là chất ổn định xà phòng kim loại Coinex 4153D (Ba – Zn Organic

11


Complex). Thông thường hệ ổn định xà phòng kim loại sử dụng kèm theo các chất trợ
ổn định như dầu đậu nành epoxy hóa.
2.3.2.2 Chất bôi trơn :
Là chất có tác dụng làm yếu tác dụng của ứng suất cơ học khi gia công PVC
điều này đạt được bằng cách điều chỉnh tính chảy của hỗn hợp nhựa trong quá
trình gia công. Kết quả là làm giảm ma sát nội và lượng nhiệt tỏa ra, giảm được
nhiệt độ gia công bảo đảm quá trình tạo hình nhanh chóng, giảm sự phân hủy
của PVC tránh được hiện tượng dính của hỗn hợp trên bề mặt của kim loại.
Ngoài ra còn trợ phân tán của các thành phần khác vào hỗn hợp làm tăng vẻ
ngoại quan của sản phẩm. Việc sử dụng chất bôi trơn rất quan trọng không kém
việc sử dụng chất ổn định.
2.3.2.3 Chất trợ gia công :
Là một loại nhựa khi thêm vào hỗn hợp PVC thì tạo ra kết quả sau :
+ Cải thiện sự nhựa hóa, giữ được các tính chất cơ lý của hỗn hợp PVC sau khi
gia công và trong công thức có thể đưa vào hàm lượng chất độn cao hơn. Có thể

tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp khi đùn profile.
+ Tính ổn định của quá trình sản xuất được nâng cao, vì vậy năng suất sẽ tăng.
+ Các sự cố bề mặt của sản phẩm và sự cố do năng suất không ổn định giảm đi
hoặc không còn xuất hiện.
+ Tăng được chiều rộng của sản phẩm khi cán.
+ Sự phân bố các cơ cấu xốp đồng đều hơn, tế bào xốp nhỏ hơn đối với sản
phẩm PVC xốp.
+ Khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết, độ bền màu có xu hướng được cải thiện.
+ Nếu sản phẩm cần định hình nhiệt thì công đoạn định hình nhiệt được thực
hiện dễ dàng hơn.
Mục đích của việc sử dụng chất trợ gia công là khắc phục hiện tượng dòng nhựa
PVC chảy không đồng đều, làm cho sản phẩm không đồng nhất. Bề mặt sản
phẩm bị nứt nẻ.
2.3.2.4 Chất hóa dẽo :
Là vật liệu được kết hợp với polymer hoặc hỗn hợp polymer nhằm tăng khả
năng làm việc, độ dẻo dai và độ dãn dài của polymer. Nó không thuộc nhóm polymer
12


là chất lỏng hữu cơ, có tính dầu, nhiệt độ sôi cao, có giá trị hòa tan gần với polymer.
Chất hóa dẻo polymer hay chính xác hơn là prepolymer ngoài tác dụng hóa dẻo còn
góp phần biến tính một số tính chất của hỗn hợp polymer PVC.
Cho chất hóa dẻo vào polymer PVC có hai chức năng chính: tăng khả năng gia
công do giảm độ nhớt nhiệt độ chảy và làm mềm sản phẩm.
2.3.3 Ứng dụng PVC
Hiện nay, PVC là loại nhựa được sử dụng nhiều thứ 2 trên thế giới do PVC là vật liệu
nhựa đa tính năng. Ta có thể thấy PVC xuất hiện trong hầu hết các lĩnh vực của đời
sống như: xây dựng, thực phẩm, y tế, thương mại,… Các sản phẩm PVC ngày càng đa
dạng và phong phú: ống, màng, tấm, dây điện, đồ gia dụng.


Hình 2.6: Một số sản phẩm ứng dụng từ PVC
2.4. PolyEthylene (PE)
2.4.1 Khái niệm
Polyethylene (PE) còn gọi là poly ethene là một loại nhựa nhiệt dẻo được sử
dụng rộng rãi và được xếp vào nhóm nhựa thông dụng hiện nay. Trên thế giới hàng
năm sản xuất khoảng hơn 60 triệu tấn.
2.4.2 Nguyên liệu để sản xuất PE
Nguyên liệu để sản xuất PE là ethylene

13


Hình 2.7: CTCT của ethylene Hình 2.8: Cấu tạo không gian của ethylene
Ethylene là một chất khí không màu, ở nhiệt độ thường có nhiệt độ sôi khoảng
103.8 oC và nhiệt độ nóng chảy cỡ 169.2 oC, tỷ trọng ở nhiệt độ sôi là 0.570. Đến
350oC thì còn bền nhưng ở nhiệt độ cao hơn thì phân hủy thành CH4 và H2.
2.4.3 Cấu tạo và tính chất
2.4.3.1 Cấu tạo

Hình 2.9: Công thức cấu tạo của PE

Dấu hiệu nhận dạng
Polyethylene – Polyme nhiệt dẻo có độ cứng tương đối không cao, không có
mùi, vị. Qua nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau ( kính hiển vi, Rơnghen, điện
tử…) thấy rằng Polyethylene có cấu trúc kết tinh giống như paraffin thường (như
C60H122…). Độ kết tinh không bao giờ đạt 100% vì xen lẫn pha kết tinh luôn luôn có
pha vô định hình. Tỉ lệ các pha này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất Polyme và
nhiệt độ. Giống như paraffin, Polyethylene cháy chậm và cháy với ngọn lửa yếu. Nếu
không có O2 thì Polyethylene bền đến 290oC. Trong khoảng 290 – 350oC PE phân hủy
thành các polyme phân tử thấp dạng sáp, trên 350oC thì sản phẩm phân hủy là các chất

lỏng phân tử thấp và các hợp chất dạng khí butylene, H2, CO, CO2, ethylene, etan …
14


2.4.3.2 Tính chất
• Độ hòa tan và trọng lượng phân tử
Ở nhiệt độ thường PE không tan trong bất cứ dung môi nào, nhưng để tiếp xúc
lâu với hidrocacbua khí, thơm và đã clo hóa thì bị trương.
• Độ bền hóa học
Ở nhiệt độ thường, PE bền trong acid sulfuaric và nitric loãng và các acid đậm
đặc: HCl, H3PO4, HCOOH và CH3COOH, trong ammoniac và amin, peroxide hydro,
NaOH và KOH và trong dung dịch của các muối khác. Nhưng H2SO4 và HNO3 đậm
đặc, hỗn hợp nitro hóa, xăng và acid cromic tác dụng nhiều đến polyethylene. Đến
60oC polyethylene bền trong dung dịch muối và kiềm loãng hoặc đặc, H2SO4 50% và
HNO3 40% và HCl đậm đặc, nhưng ở 90-100oC, H2SO4 và HNO3 phá hủy nhanh
polyme.
• Độ bền khí quyển
Dưới tác dụng của O2 không khí, tia tử ngoại và nhiệt, các tính chất cơ lí và
điện môi của polyethylene giảm
Hiện tượng này gọi là lão hóa. Trong quá trình lão hóa độ dãn dài tương đối và
độ chịu lạnh của polyme giảm, xuất hiện tính dòn và nứt. Nếu PE không được ổn định
thì sẽ bắt đầu bị thay đổi qua 8 giờ trong không khí ở 120oC.
• Ảnh hưởng của O2
O2 không khí tác dụng oxy hóa lên PE rất chậm trong điều kiện lạnh và tương
đối nhanh ở nhiệt độ cao. Thoạt tiên tạo ra peroxide, hydroperoxyde và acid, sau đó do
phản ứng tiếp tục với O2 sinh ra những polyethylene đồng đẳng thấp (sáp và dầu).
Quá trình oxy hóa là tự xúc tác, trong đó vận tốc oxy hóa tăng khi lượng O2 bị
hấp thụ tăng, khi nhánh tăng và phụ thuộc vào hàm lượng ban đầu của O2 trong
polyme (ở dạng nhóm carbonyl). Trong điều kiện gia công, để ngăn ngừa hoặc làm
chậm quá trình oxy hóa polyethylene thường người ta thêm các chất chống oxy hóa.

Hiện tượng oxy hóa còn làm giảm các tính chất điện môi của vật liệu, đặc biệt
là làm tăng tang của góc hao tổn điện môi
• Độ chịu nước
Polyethylene có độ bền với nước rất cao. Nếu để polyethylene lâu (trên 2 năm)
trong nước lọc, tính chất điện môi của vật liệu vẫn giữ được.
15


• Độ thấm khí và thấm hơi
Độ thấm khí và thấm hơi được xác định do 2 quá trình: hòa tan và khuếch tán.
Lúc đầu hơi hoặc khí hòa tan trong polyme sau đó khuếch tán vào phía khác của vật
liệu và bốc hơi.
Polyethylene là 1 polyme không phân cực do đó đối với hơi của các chất lỏng
có cực nó có độ thấm không lớn, nhưng hơi của các chất không phân cực thì truyền
qua nó rất nhanh. Điểm đặc biệt của polyethylene là độ thấm hơi nước thấp. Kết hợp
tính chất này với độ thấm khí (O2 và CO2) cao làm cho polyethylene trở nên vật liệu
rất quí để làm màng bao gói
• Tính chất cơ học
Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Những màng
mỏng PE (nhất là loại tỷ trọng thấp) thì mềm dẻo và đàn hồi, nhưng những tấm dày thì
cứng. Tính chất cơ học của PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nhất là độ bền đứt, uốn
tăng rõ rệt khi giảm nhiệt độ.
Một đặc tính nữa của PE là có thể chảy ở trong 1 số điều kiện xác định. Thí
nghiệm với polyethylene tỷ trọng cao cho ta thấy, rằng mặc dù có độ cứng lớn nhưng
nó cũng đã bắt đầu chảy ngay ở nhiệt độ trong phòng dưới tác dụng lâu dài của 1 lực
mà lực này chỉ bằng 25% lực giới hạn đứt.
Tính chất cơ học của PE tăng lên rất nhiều nếu cho thêm các chất độn dạng sợi
(sợi tổng hợp, sợi thủy tinh, sợi amiang).
2.4.4 Phân loại
PE được phân thành các nhóm chính theo tỷ trọng như sau:

•

HDPE ( high density PE ): d = 0.941 ÷ 0.965, mật độ nhánh thấp nên lực liên
kết liên phân tử và chịu kéo cao

•

MDPE ( medium density PE ): d = 0.926-0.94, có khả năng chống sốc và ít bị
giảm cấp

•

LDPE (low density PE) : d = 0.910-0.925, mật độ nhánh cao, bán kết tinh, khả
năng chịu kéo thấp, chịu nhiệt thấp, chống va đập cao

•

LLDPE (linear low density PE) : d = 0.915-0.925, mạch thẳng,chịu kéo cao
hơn LDPE.

•

Nhưng trong khóa luận này ta sử dụng HDPE để trộn hợp
16


2.4.5 Ứng dụng
Những sản phẩm cần độ bền kéo cơ học: búa nhựa, vật liệu cách điện và nhiệt,
bồn tắm, ống dẫn nước, chi tiết xe hơi. Sản phẩm cần kháng dung môi và dầu nhớt:
thùng chứa dung môi, chai lọ ...

Đường ống: do có những ưu điểm : nhẹ, chống rỉ, sức cản chuyển động của chất
lỏng không đáng kể, lắp ráp đơn giản, mềm mại, chịu lạnh, dễ hàn, bền hóa học, đàn
hồi….ống PE có thể chế tạo bằng phương pháp đùn hoặc đúc ly tâm.
Các sản phẩm tạo hình: gia công từ tấm PE bằng phương pháp dập khuôn.
Nhiệt độ gia công thường cao hơn nhiệt độ chảy mềm 10 – 150C. Có thể gia công
những sản phẩm có trọng lượng lớn bằng cách hàn các bộ phận riêng lẻ lại nhờ luồng
không khí ở 2500C.
Sản phẩm đúc: được ứng dụng rộng rãi nhất. Nhiệt độ gia công (đối với PE tỉ
trọng thấp) 1500 – 1800C và thời gian, giữ dưới áp suất từ 10 – 30s. Sản phẩm không
làm lạnh với không khí mà làm lạnh với nước nóng (70 – 800oC) để tránh gây ra ứng
suất nội tại. Dùng nhiều trong công nghiệp hóa học và dược phẩm để làm hộp, lọ …

Ghế nhựa PE

Túi sách PE

Túi xách, vali

ống nhựa
Hình 2.10: Một số sản phẩm từ PE

17