Nhựa làm từ gì?

Nhựa là gì?

Nhựa là một loại chất liệu tổng hợp hoặc được sản xuất từ các tài nguyên thiên nhiên, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, thương mại và gia đình. Các loại nhựa thường được tạo ra bằng cách kết hợp các chất hóa học trong quá trình sản xuất, với mục đích tạo ra một chất liệu có tính chất và đặc tính đáp ứng nhu cầu sử dụng cụ thể. Các ứng dụng của nhựa rất đa dạng, từ sản xuất các sản phẩm nhựa đơn giản như chai, hộp đựng đồ, túi xách, ống dẫn nước đến các ứng dụng cao cấp hơn như trong ngành y tế, hàng không vũ trụ, ô tô, điện tử, vật liệu xây dựng và nhiều lĩnh vực khác.

Nhựa tổng hợp là gì?

Nhựa tổng hợp là loại nhựa được sản xuất từ các hợp chất hóa học được tạo ra trong quá trình công nghiệp, thường được sản xuất để thay thế cho các loại nhựa tự nhiên như cao su, gỗ hoặc da. Các loại nhựa tổng hợp được sản xuất thông qua quá trình polymer hóa, trong đó các phân tử đơn vị được kết hợp với nhau để tạo ra các chuỗi polymer dài.

Các loại nhựa tổng hợp phổ biến bao gồm polyethylene, polypropylene, PVC, nylon, polyester và polystyrene. Chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm nhựa đa dạng như chai lọ, túi nilon, ống dẫn nước, bao bì, linh kiện điện tử, đồ chơi và nhiều sản phẩm khác. Nhựa tổng hợp có đặc tính nhẹ, độ bền và khả năng chống ăn mòn, đồng thời cũng có thể được tái chế và sử dụng lại, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nhựa tổng hợp là một loại vật liệu đa dạng và phổ biến được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất ô tô đến đồ gia dụng và đồ chơi. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về nhựa tổng hợp và những đặc tính của nó.

Nhựa tổng hợp là loại nhựa được sản xuất từ các nguyên liệu hóa học như dầu mỏ và khí đốt. Những loại nhựa này có thể được sản xuất thành các hình dạng khác nhau, từ tấm nhựa phẳng đến ống dẹt hoặc cả các chi tiết phức tạp.

Ứng dụng của nhựa tổng hợp

Nhựa tổng hợp là một vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính linh hoạt và đa dạng của nó. Dưới đây là một số ứng dụng chính của nhựa tổng hợp:

Ngành công nghiệp: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như chai nhựa, túi xách, đồ dùng gia đình, đồ chơi, bàn ghế, vật liệu xây dựng và nhiều sản phẩm khác.
Ngành y tế: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm y tế như ống tiêm, dụng cụ phẫu thuật, màng bọc, dây chuyền sản xuất thuốc và nhiều sản phẩm khác.
Ngành ô tô: Nhựa tổng hợp được sử dụng trong sản xuất ô tô, như là các linh kiện bên trong và bên ngoài, đồng thời cũng được sử dụng để sản xuất lốp xe.
Ngành điện tử: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm điện tử như bảng mạch in, mạch điện tử, ống kính và nhiều sản phẩm khác.
Ngành đóng tàu: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm trong ngành đóng tàu như bình chữa cháy, bảo vệ tàu và nhiều sản phẩm khác.
Ngành thực phẩm: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như túi đựng thực phẩm, nắp đậy, bao bì thực phẩm và nhiều sản phẩm khác.
Ngành năng lượng: Nhựa tổng hợp được sử dụng để sản xuất các sản phẩm năng lượng như tấm pin năng lượng mặt trời.

Như vậy, nhựa tổng hợp có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực khác nhau và có mặt trong hầu hết các mặt hàng tiêu dùng hàng ngày của chúng ta.

Đặc tính của nhựa tổng hợp

Nhựa tổng hợp là một loại vật liệu polymer được sản xuất thông qua quá trình tổng hợp hóa học các monomer. Nhựa tổng hợp có đặc tính chung là có khả năng dẻo dai và có thể được chế tạo thành nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Dưới đây là một số đặc tính chung của nhựa tổng hợp:

Dẻo dai: Nhựa tổng hợp có độ dẻo dai cao, cho phép nó được chế tạo thành nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Độ bền: Với độ bền cao, nhựa tổng hợp có thể chịu được tải trọng và va chạm mà không bị vỡ hoặc bị phá hủy.
Khả năng chịu nhiệt: Nhựa tổng hợp có khả năng chịu nhiệt tốt, cho phép nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng có liên quan đến nhiệt độ, như trong lò nướng hay trong máy móc sản xuất.
Khả năng chống ăn mòn: Nhựa tổng hợp có khả năng chống ăn mòn tốt, cho phép nó được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến hóa chất hay môi trường có tính ăn mòn cao.
Độ dẫn điện: Nhựa tổng hợp có độ dẫn điện thấp, cho phép nó được sử dụng trong các ứng dụng cần yêu cầu tính cách điện cao.
Tính đàn hồi: Nhựa tổng hợp có tính đàn hồi tốt, cho phép nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng liên quan đến đàn hồi như trong sản xuất cao su nhân tạo hay sản xuất băng tải.

Tùy thuộc vào loại nhựa tổng hợp và quá trình sản xuất cụ thể, các đặc tính trên có thể thay đổi. Tuy nhiên, đặc tính chung của nhựa tổng hợp là sự dẻo dai và đa dạng trong việc chế tạo sản phẩm.

Định nghĩa cơ bản dựa theo cấu trúc hoá học

Nhựa là một loại chất dẻo được tạo thành từ những phân tử lớn, phân tử này được hình thành thông qua quá trình polymer hóa, trong đó các monomer (những phân tử đơn vị) được kết nối với nhau để tạo thành các chuỗi phân tử dài. Các nhóm chức như hidrocacbon, oxy, nitơ, halogen, vv. có thể được thêm vào các phân tử monomer để tạo ra những đặc tính khác nhau cho nhựa.

Các nhóm đơn phân tử chính được sử dụng trong việc sản xuất nhựa tổng hợp thường được chia thành hai loại chính: nhóm đơn phân tử có nối đơn và nhóm đơn phân tử có nối đôi. Cả hai loại đều có khả năng tạo ra phản ứng kết nối để tạo thành các đơn vị lớn hơn, được gọi là polymer, và cuối cùng tạo thành cấu trúc của nhựa tổng hợp.
Các nhóm đơn phân tử có nối đơn thường được sử dụng để sản xuất nhựa polyethylene terephthalate (PET), nhựa polyurethane (PU), và nhựa polycarbonate (PC), trong khi các nhóm đơn phân tử có nối đôi thường được sử dụng để sản xuất nhựa polyvinyl chloride (PVC), nhựa polyethylene (PE), và nhựa polystyrene (PS).

Các loại nhựa cơ bản

Nhựa Polystyrene (PS): Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bao bì, đồ chơi, thiết bị điện tử và ống nghiệm. Có độ bền và tính đàn hồi tốt, nhưng dễ bị giòn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Nhựa Polyethylene (PE): Có tính đàn hồi và độ bền tốt, được sử dụng để sản xuất túi đựng đồ, chai nhựa, ống dẫn nước, phễu và đồ chơi.
Nhựa Polypropylene (PP): Có độ bền cao, đàn hồi tốt và khá bền đối với các hóa chất. Thường được sử dụng để sản xuất chai nhựa, bao bì, lưới đan và các sản phẩm y tế.
Nhựa Polyvinyl Chloride (PVC): Có độ cứng cao và độ bền tốt, được sử dụng để sản xuất ống dẫn nước, bao bì, thảm trải sàn, đồ chơi và đồ dùng y tế.
Nhựa Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS): Có độ bền cao, đàn hồi tốt và khá chịu va đập. Thường được sử dụng để sản xuất thiết bị điện tử, đồ chơi và sản phẩm gia dụng.
Nhựa Polyethylene Terephthalate (PET): Có tính đàn hồi tốt, khá bền và chịu nhiệt tốt. Thường được sử dụng để sản xuất chai nước, bình đựng dược phẩm và đồ dùng gia đình.
Nhựa Polycarbonate (PC): Có độ bền cao, khá chịu va đập và chịu được nhiệt độ cao. Thường được sử dụng để sản xuất kính an toàn, ống kính máy ảnh, đồ chơi và sản phẩm y tế.

Đây là một số loại nhựa cơ bản và ứng dụng của chúng. Ngoài ra còn có nhiều loại nhựa khác như Polyamide (PA), Polymethyl Methacrylate (PMMA), Polyurethane (PU) và Polytetrafluoroethylene (PTFE), tùy thuộc vào tính chất và ứng dụng sẽ có sự lựa chọn phù hợp.

Điều chế nhựa

Nhựa được điều chế từ các phương pháp tổng hợp (synthetic). Các phân tử nhỏ (monomer) với tác dụng cơ học hay hoá học sẽ kết nối lại với nhau để tạo thành chuỗi cao phân tử tổng hợp (polymer) của nhựa. Kết nối này được đơn giản hóa bằng hình tượng tạo dựng mô hình của một cột tháp từ những mẫu LEGO của trẻ con, và những hình thể to lớn hơn cũng được tạo dựng từ những phần nhỏ, riêng biệt trước đó.

Sự hình thành nhựa nhân tạo đến từ hiện tượng kết nối giữa những đơn phân tử (monomer) có sẵn trong một số thành phẩm của dầu hỏa thông qua phương pháp chưng cất. Tuy nhiên, nguyên lý chủ yếu cho hiện tượng kết nối này chính là những phản ứng, lệ thuộc rất nhiều vào hoá tính của những phân tử thành phần.

Người ta phân biệt những phản ứng hóa học sau đây đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các phân tử lại với nhau:

Phản ứng trùng hợp (polymerization)
Phản ứng ngưng tụ (polycondensation)
Phản ứng cộng (polyaddition)

Phản ứng trùng hợp

Phản ứng trùng hợp (Polymerization) là quá trình hình thành các phân tử lớn (polymers) từ các phân tử nhỏ hơn (monomers) thông qua việc kết hợp các đơn vị monomer với nhau. Trong quá trình này, các liên kết đôi (double bonds) hoặc các nhóm chức khác trong phân tử monomer bị phá vỡ, các nguyên tử trong monomer kết hợp với nhau theo cách tạo thành một chuỗi phân tử dài hơn. Phản ứng trùng hợp là cơ sở cho việc sản xuất các loại nhựa và polymer, và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

Một vài loại nhựa điển hình với phản ứng trùng hợp:

Polyethylen (PE, Hostalentypen),
Polypropylen (PP, Hostalentypen),
Polyvinylchlorid (PVC),
Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas, Acrylglas),
Polyacrylnitril (PA, Polyacryl, Chemiefasern),
Polystyrol (PS, Styropor),
Polytetrafluorethen (PTFE, Teflon),
Butadienpolymerisate (Buna, analoges Naturstoffbeispiel: Polyisopren Kautschuk).

Phản ứng ngưng tụ

Phản ứng ngưng tụ là phản ứng hóa học giữa ít nhất hai nhóm phân tử khác nhau để tạo thành một sản phẩm mới có khối lượng lớn hơn. Trong phản ứng ngưng tụ, các phân tử ban đầu sẽ tách rời một phân tử nhỏ hơn (sản phẩm phụ) và kết nối với nhau thông qua các liên kết hóa học mới để tạo ra sản phẩm mới có khối lượng lớn hơn. Sản phẩm phụ thường là nước, rượu, ammoniak, axit hữu cơ hoặc một phân tử nhỏ khác.

Một số loại nhựa điển hình được điều chế thông qua phản ứng ngưng tụ bao gồm polyester (PET), polyamide (nylon), nhựa formaldehyd, polycarbonate và polyether. Ví dụ, phản ứng ngưng tụ giữa hai nhóm carboxyl (COOH) và một nhóm hydroxyl (OH) tạo thành một loại polyester. Các loại nhựa này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như đóng gói, quần áo, dụng cụ y tế và công nghiệp ô tô.
Một vài loại nhựa điển hình được điều chế với phản ứng ngưng tụ:

Polyester (PET, Trevira, Terylen, Polycarbonate, Nhiên liệu: DNA)
Polyamide (Nylon, Perlon, Kevlar, Naturstoffbeispiel: Protein)
Nhựa Formaldehyd (Nhựa Phenol, nhựa Bakelit, nhựa khai , nhựa Melamin)
Polycarbonate
Polyether (Nhiên liệu: Cellulose)

Phản ứng cộng

Trong phản ứng cộng, các nhóm phân tử thường thêm vào các liên kết π không bão hòa của phân tử, tạo thành các liên kết hóa học mới. Ví dụ, trong trường hợp của rượu Butandiol và Diisocyanate, các nhóm isocyanate cộng với các nhóm OH của rượu Butandiol để tạo ra liên kết urethane mới.
Phản ứng cộng là một phương pháp quan trọng để sản xuất các chất hoạt động, dược phẩm, chất bảo vệ thực vật, và các sản phẩm công nghiệp khác.
Các ví dụ khác về phản ứng cộng bao gồm:
Phản ứng cộng của Ethylene và Propylene với HBr để tạo ra các sản phẩm Alkyl Halide.
Phản ứng cộng của Ethylene với Formaldehyde để tạo ra Phenol và các chất tương tự Phenol.
Phản ứng cộng của Nitril và H2O để tạo ra Amide.

Tên gọi và tên viết tắt của các loại nhựa thông dụng

Polyethylene (PE)
Polypropylene (PP)
Polyvinyl chloride (PVC)
Polystyrene (PS)
Polyethylene terephthalate (PET)
Polycarbonate (PC)
Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS)
Polymethyl methacrylate (PMMA)
Polyurethane (PU)
Polyamide (PA)
Polyethylene oxide (PEO)
Polyphenylene oxide (PPO)
Polyetheretherketone (PEEK)
Polyvinyl acetate (PVA)
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
Polyvinylidene fluoride (PVDF)
Polybutylene terephthalate (PBT)
Polysulfone (PSU)
Polyetherimide (PEI)
Polyphthalamide (PPA)
Polycaprolactone (PCL)
Polyacrylate (PAc)
Polyvinyl butyral (PVB)
Cellulose acetate (CA)
Phenolic resin (PR)

Các phương pháp chế biến nhựa

Có nhiều phương pháp chế biến nhựa, trong đó phổ biến nhất bao gồm:

Ép phun (Injection molding): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách ép phun hỗn hợp nhựa nóng chảy vào khuôn để tạo hình dạng sản phẩm.
Ép ép (Compression molding): Là phương pháp ép chất liệu nhựa vào khuôn đúc để tạo hình dạng sản phẩm.
Kéo ép (Extrusion): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách đẩy nhựa nóng chảy qua khuôn, tạo hình dạng sản phẩm.
Thổi khuôn (Blow molding): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách ép phun hỗn hợp nhựa nóng chảy vào khuôn, sau đó sử dụng khí áp lực cao để thổi hình dạng sản phẩm.
Tạo màng (Film blowing): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách đẩy nhựa nóng chảy qua khuôn hình ống, tạo ra màng nhựa mỏng.
Ép dập (Thermoforming): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách ép nhựa nóng chảy vào khuôn và sử dụng áp suất để ép dập thành sản phẩm.
Chất tạo hình (Foaming): Là phương pháp chế biến nhựa bằng cách thêm chất tạo bọt vào nhựa để tạo ra sản phẩm nhẹ hơn và có tính đàn hồi cao hơn.
Tạo hình bằng laser (Laser sintering): Là phương pháp sử dụng máy laser để chế tạo sản phẩm từ nhựa bằng cách chảy nhựa nóng chảy để tạo hình dạng sản phẩm.