NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA ĐẾN TÍNH CHẤT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA ĐẾN TÍNH CHẤT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT

1. Lý do chọn đề tài

Polypropylene (PP) là một trong những polymer thương phẩm với khả năng chịu hóa chất tuyệt vời cùng với độ cứng tương đối cao và điểm nóng chảy cao so với các polymer khác như polyethylene, được sử dụng cho các ứng dụng về ép phun, sợi, màng và đùn trong nhiều ngành công nghiệp quan trọng như sản xuất bao bì, y tế, ô tô, xây dựng, điện và điện tử,…

Theo Nexant, năm 2015, cả thế giới tiêu thụ trên 61 triệu tấn PP, so với gần 41 triệu tấn vào năm 2005. Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ PP cho giai đoạn này đạt 4,1%/năm. Dự báo đến đến năm 2025, nhu cầu tiêu thụ PP sẽ đạt gần 92 triệu tấn và vượt mức 125 triệu tấn vào năm 2035 với tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn 2016-2025 là 4,1%/năm và giai đoạn 2025-2035 là 3,2%/năm [1]. Qua đó có thể thấy nhu cầu và tiềm năng to lớn của PP.

Tại Việt Nam, Polypropylene (PP) là một trong những chủng loại chất dẻo nguyên liệu có lượng tiêu thụ lớn nhất cả nước, chỉ đứng sau Polyethylene (PE). Kể từ năm 2015, nhu cầu tiêu thụ PP đã đạt mức trên 1 triệu tấn/năm. Năm 2017, cả nước tiêu thụ khoảng hơn 1,28 triệu tấn PP. Tốc độ tăng trưởng tiêu thụ PP trung bình năm giai đoạn 2010 – 2017 đạt 10,7%/năm [2].

Trước năm 2010, nhu cầu tiêu thụ trong nước phụ thuộc hoàn toàn vào nhập khẩu. Việc xây dựng Nhà máy sản xuất PP Dung Quất và đưa vào vận hành từ năm 2010 đến nay, với công suất 150 ngàn tấn/năm đã giúp đảm bảo tính chủ động, an toàn trong vận hành của Nhà máy Lọc dầu, đồng thời sản phẩm nhựa PP của Nhà máy đã đáp ứng được hơn 15% nhu cầu nhựa PP trên thị trường ở Việt Nam, giúp giảm một phần nào sự lệ thuộc vào nhập khẩu từ nước ngoài, làm tăng khả năng sinh lợi cho toàn thể cụm Lọc – Hoá dầu Dung Quất.

Sản phẩm nhựa PP được sản xuất từ nguồn nguyên liệu Propylene của phân xưởng thu hồi Propylene và Hydro của phân xưởng Reforming xúc tác liên tục của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất bằng công nghệ Hypol II của Tập đoàn Mitsui Chemicals (MCI-Nhật Bản). Theo nhà sản xuất, đây là một trong những công nghệ sản xuất hạt nhựa PP tiên tiến và uy tín nhất trên thế giới hiện nay. Công nghệ này cho ra sản phẩm có chất lượng cao, ổn định và được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới.

Đây là sản phẩm polymer đầu tiên được sản xuất tại Việt Nam, đánh dấu sự phát triển của ngành Hóa dầu Việt Nam. So với ngành công nghiệp Lọc dầu có lịch sử phát triển lâu đời từ những thập niên đầu của thế kỷ 20, ngành công nghiệp Hóa dầu tuy có khởi đầu muộn hơn nhưng có bước phát triển mạnh và đáng kể trong những năm gần đây, góp phần vào tăng trưởng kinh tế của các nước. Nhu cầu các sản phẩm hóa dầu tại thị trường các nước trong khu vực cũng như Châu Á tăng cao cùng với sự phát triển vượt bậc của các ngành tiêu thụ như sản xuất ô tô, xây dựng, điện, dệt may, sản phẩm gia dụng, y tế, …

Tuy nhiên, các sản phẩm từ polypropylene lại rất dễ bị lão hóa. Trong suốt quá trình gia công và sử dụng, nhiệt, ứng suất cơ học, bức xạ năng lượng cao (UV), xúc tác tồn dư cùng với sự có mặt của oxy không khí là các tác nhân có thể khơi mào cho các phản ứng phân hủy PP hình thành các gốc tự do và hydroperoxide. Hydroperoxide lại dễ dàng phân hủy thành hai gốc tự do RO và OH, cùng với các gốc tự do hình thành trước đó tiếp tục lan truyền phản ứng trong các phân tử polymer khác [4]. Kết quả là làm giảm khối lượng phân tử, thay đổi các tính chất cơ lý, màu sắc, độ bền của vật liệu. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng, tuổi thọ, ngoại quan của sản phẩm và đặc biệt là ưu thế cạnh tranh của PP so với các loại nhựa nhiệt dẻo khác.

Như vậy, việc cải thiện chất lượng, tuổi thọ của nhựa PP luôn được đặt lên hàng đầu mà mối quan tâm nhiều nhất chính là khả năng ổn định, chống oxy hóa của nó.

Thực tế, phụ gia được thêm vào để giải quyết vấn đề này. Phụ gia ổn định hindered phenol (phenol cồng kềnh) có tác dụng hiệu quả trong việc ổn định, chống oxy hóa, dập tắt gốc tự do, dập tắt các phản ứng phân hủy gây ra do các nhóm peroxy hình thành khi PP bị oxy hóa. Tuy nhiên, nó lại có khả năng gây biến màu, vàng hóa sản phẩm do chuyển sang dạng quinone có màu [5]. Kết hợp với một lượng nhỏ chất chống oxy hóa thứ cấp phosphite sẽ làm tăng hiệu quả chống oxy hóa và hạn chế khả năng gây biến màu của hindered phenol. Các Phosphite có khả năng phân hủy hiệu quả hydroperoxide, hỗ trợ và hạn chế sự tiêu thụ của hindered phenol [6]. Ngoài ra, PP sau khi tổng hợp thường chứa một lượng xúc tác dư. Xúc tác này có khả năng phân hủy tạo axit HCl và gây ăn mòn thiết bị trong quá trình gia công. Calcium stearate có tác dụng như một chất ổn định, trung hòa axit, chống ăn mòn thiết bị và hạn chế sự oxy hóa, biến màu PP.

Vì vậy, trong nghiên cứu này, Polypropylene được kết hợp với lượng nhỏ phụ gia ổn định, chống oxy hóa gồm Calcium stearate (HA), hindered phenol (AE), phosphite (AK) nhằm ổn định, hạn chế sự ăn mòn thiết bị, chống oxy hóa PP; nâng cao tuổi thọ và hạn chế sự suy giảm ngoại quan của sản phẩm.

Từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất nhựa polypropylene tại Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất” là thiết yếu nhằm tạo ra đơn pha chế polypropylene với các phụ gia thích hợp, để sản phẩm đạt được có tính năng sử dụng tốt nhất nhưng giá thành thấp, có khả năng cạnh tranh với các loại nhựa khác trên thị trường.

1. Mục tiêu nghiên cứu

• Đánh giá sự ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất nhựa PP được sản xuất tại Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của một số phụ gia đến tính chất của nhựa PP.
• Đề xuất đơn pha chế tối ưu cho nhựa PP được sản xuất tại Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất.

1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Các tỷ lệ phụ gia cho nhựa PP, các tính chất hóa lý (độ bền kéo, độ bền uốn và độ bền va đập), các tính chất vật lý (chỉ số chảy, độ vàng) và tính chất nhiệt của nhựa PP (phân tích nhiệt trọng lượng – TGA, thời gian cảm ứng oxy hóa – OIT).
  • 1. Phạm vi nghiên cứu: Phòng thí nghiệm.
    2. Đối tượng khảo sát: Nhựa Polypropylene dạng bột nguyên sinh và dạng hạt thương phẩm, các phụ gia ổn định cho PP.

1. Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng

• Phương pháp gia công, tạo mẫu: Sử dụng phương pháp ép đùn và đúc tiêm
• Phương pháp khảo sát tính chất cơ, lý, nhiệt:
• Khảo sát tính chất cơ học: Độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền va đập
• Khảo sát tính chất vật lý: Độ vàng, chỉ số chảy
• Khảo sát tính chất nhiệt: Các mẫu được phân tích nhiệt trọng lượng TGA, phân tích thời gian cảm ứng oxy hóa OIT

1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

• Ý nghĩa khoa học: Làm tài liệu tham khảo bổ ích cho các nghiên cứu về phụ gia cho nhựa PP.
• Ý nghĩa thực tiễn: Đánh giá được ảnh hưởng của các phụ gia đến tính chất của nhựa PP nhằm tạo ra đơn phối liệu tạo hạt nhựa PP compound đáp ứng yêu cầu về tính năng kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYPROPYLENE

1. Lịch sử ra đời
2. Đặc điểm của Polypropylene
3. Công dụng
4. Cấu trúc phân tử Polypropylene
5. Phân loại Polypropylene
6. Quá trình oxy hóa của Polypropylene
7. Các yếu tố gây ra sự oxy hóa
   • • • 1. Sự oxy hóa Polypropylene do xúc tác trùng hợp
         2. Sự oxy hóa Polypropylene trong gia công, bảo quản và sử dụng
8. Sự ảnh hưởng của hình thái cấu trúc đến quá trình oxy hóa PP
9. Cơ chế oxy hóa Polyolefin
10. Cơ chế oxy hóa Polypropylene
11. Phương pháp ổn định Polypropylene
    • • 1. Chất chống oxy hóa sơ cấp
        2. Chất chống oxy hóa thứ cấp
        3. Chất trung hòa axit (Acid scavengers)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT HẠT NHỰA POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLENE DUNG QUẤT

1. Giới thiệu về Nhà máy sản xuất Polypropylene Dung Quất
2. Công nghệ sản xuất Polypropylene
3. Phụ gia trong quá trình sản xuất Polypropylene tại Nhà máy
   • 1. Irganox 1010 (AE)

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KHOA 35\28. Dao Thi Thanh Tuyen\TOM TAT