MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Polycacbonat (PC) được bắt đầu đưa vào sử dụng ở quy mô công nghiệp từ những năm 1950, và nhanh chóng trở thành một trong những loại nhựa kỹ thuật được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới. Lĩnh vực chính sử dụng PC là công nghiệp điện tử, truyền thông, xây dựng, … để sản xuất các cấu kiện như vỏ máy tính, các loại đĩa CD, kính chắn trong xây dựng và trang trí. Theo thống kê [11, 24, 29] thị trường Polycarbonate toàn cầu trong năm 2009 là 2,9 triệu tấn, trong đó đứng đầu là Châu Á với tổng mức tiêu thụ là 930.000 tấn, các quốc gia có lượng tiêu thụ đặc biệt lớn là Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ với mức tăng trưởng dự báo là 6% năm, thứ hai là Châu Âu với tổng mức tiêu thụ khoảng 600.000 tấn, tiếp theo Bắc Mỹ với lượng sử dụng polycacbonat trong năm 2009 gần 440.
Ba khu vực trên chiếm hơn 95% lượng polycarbonate toàn cầu. Nhu cầu tại các quốc gia còn lại của thế giới khoảng 112. Tại Việt Nam, các sản phẩm từ polycacbonat phát triển mạnh trong những năm gần đây, đặc biệt là trong các ngành xây dựng, truyền thông…. Chỉ tính riêng sản phẩm đĩa dùng cho hệ thống đọc laze, theo thống kê của Tổng cục thống kê năm 2003 giá trị nhập khẩu vào Việt Nam đã đạt hơn 15 triệu USD.
Bên cạnh việc gia tăng mạnh về số lượng và lĩnh vực ứng dụng thì các sản phẩm phế thải cũng tăng lên một cách vô cùng nhanh chóng, nên vấn đề tái sử dụng và xử lý các sản phẩm phế thải của Polycacbonat ngày càng trở thành nhu cầu bức thiết cả về mặt khinh tế lẫn vấn đề phát triển bền vững bảo vệ môi trường. Nhựa PC có thể được tái chế bằng cách băm, xay các sản phẩm ép phế thải sau đó cho trực tiếp vào máy ép đùn nhiệt để tạo lại hạt nhựa, hoặc gia công ngay thành các sản phẩm khác, tuy nhiên theo cách này sẽ làm giảm chất lượng của nhựa, và hầu như 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh không được sử dụng lại cho các chi tiết yêu cầu chất lượng cao, ngoài ra đây có thể lại là nguồn gây ô nhiễm mới còn nặng nề hơn nếu như sử dụng các thiết bị lạc hậu. Quá trình depolyme hoặc phân hủy nhựa PC phế thải thành các hợp phần monome ban đầu, và tái sử dụng chúng như nguyên liệu đầu trong quá trình tổng hợp polyme gần đây được phát triển mạnh mẽ, và trở thành một hướng đi mới trong giải quyết vấn đề nhựa phế thải nói chung và PC nói riêng. Với PC qua quá trình tái chế hóa học có thể chuyển thành hợp phần Bisphenol A ban đầu cũng như các dẫn xuất có giá trị của nó, trong đó đáng chú ý là Bishydroxylethyl Bisphenol A ete và Bishydroxylpropyl Bisphenol A ete, các rượu đa chức này là nguyên liệu đầu quan trọng trong công nghiệp sơn polyuretan (PU) đây cũng là hướng nghiên cứu đã và đang được các nước trên thế giới hiện nay đầu tư [1,3,6,8,13].
Đi theo hướng nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn đề tài “Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng trên cơ sở nhựa poliuretan thu được từ quá trình tái chế polycarbonate phế thải”. Mục tiêu của đề tài là: 1. Nghiên cứu xây dựng quy trình thực nghiệm điều chế Bishydroxylethyl Bisphenol A ete và Bishydroxylpropyl Bisphenol A ete từ nhựa PC phế thải. Khảo sát một số tính chất và cấu trúc của sản phẩm thu được.
Tổng hợp được polyeste từ BHE-BPA và BHP-BPA, kết hợp cùng TDI dùng làm chất tạo màng PU. Khảo sát một số tính chất và đánh giá khả năng áp dụng vào thực tiễn của chất tạo màng chế tạo được. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA POLYCACBONAT [11, 24, 25, 26, 28, 29] 1.1 Phân loại polycacbonat Polycacbonat là tên chung cho nhóm nhựa nhiệt dẻo mà trong mạch phân tử có nhóm cacbonat (-O-CO-O-) Nhựa PC được chia thành hai nhóm chính [7,8,15,17], dựa trên khung mạch cacbon trong polyme đó là polycacbonat béo và polycacbonat thơm.
Các Polycacbonat béo điển hình là: 1. O O O O O O n n Với các polycacbonat thơm thì Bisphenol A polycacbonat là sản phẩm phổ biến nhất nó thường được biết đến với các tên thương mại như: Phổ cương, Lexan (GE), Makrolon (Bayer), Caliber (Dow), Palite (Teijin), Iunpilon (Mitsubishi).1 Công thức tổng quát của Bisphenol A polycacbonat Thông thường các polycacbonat được điều chế bằng phản ứng: 1. Phản ứng của Photgen với các hợp chất diol béo tương ứng. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh 2.
Phản ứng đồng ngưng tụ của các epoxy và cacbon đioxit với sự có mặt của xúc tác cơ kim. Quá trình polyme hóa bằng cách mở vòng của vòng cacbonat. Phản ứng trao đổi cacbonat giữa các điol béo và điankyl cacbonat. Phản ứng ngưng tụ trực tiếp của các điol với cacbon đioxit hoặc các muối cacbonat của kim loại kiềm.2 Tính chất và ứng dụng [4, 11, 24, 28, 29] 1.1 Tính chất Do có khả năng bền nhiệt, tính năng cơ lý cao, bền hoá học nên nó được sử dụng rộng rãi trong đời sống như làm vỏ điện thoại di động, thiết bị vi tính, dụng cụ thể thao, đồ điện, đồ dùng gia đình, đĩa CD, DVD, chai hộp thực phẩm.
Do dễ đúc khuôn và dễ nhuộm màu nên Polycacbonat tạo ra hàng trăm sản phẩm có màu sắc khác nhau như kính ô tô, mũ bảo hiểm, v. Bên cạnh đó, nhờ có độ trong suốt cao, chiết suất 1,585 0,001, ánh sáng truyền qua 90% 1% Polycacbonat được sử dụng làm kính chắn, thay thế kính trong các công trình xây dựng, đồ trang trí, v.v… Polycacbonat bắt nguồn từ BPA có độ bền cơ lý rất cao, có khả năng chống va đập lớn, có độ chịu xước tốt nên thường được dùng để phủ lên mặt kính ngoài của ôtô. Các đặc tính của polycacbonat khá giống những hợp chất polymetyl metacrylat (PMMA, acrilic), nhưng trội hơn, nó có thể sử dụng trong một phạm vi nhiệt độ rộng hơn, tuy nhiên giá thành của chúng đắt hơn. Nhựa PC có độ trong suốt rất cao > 90% thậm chí khả năng truyền ánh sáng còn tốt hơn rất nhiều loại thủy tinh.
Polycacbonat có nhiệt độ thủy tinh hóa khoảng 150°C (302°F), vì vậy nó mềm dần trên điểm này và chảy trên khoảng 300°C (572°F). Do đó trong quá trình gia công, tạo hình vật liệu người ta phải tăng nhiệt độ trên 80°C (176°F) để làm cho chúng biến dạng. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh Khác xa so với hầu hết các chất nhiệt dẻo, polycacbonat có khả năng biến dạng dẻo lớn mà không bị nứt hoặc gãy. Do đó, nó có thể được gia công và tạo hình ở nhiệt độ phòng, ngay cả đối với góc uốn cong có bán kính hẹp cũng không cần thiết phải đun nóng.
Chính vì thế PC được sử dụng làm các bộ phận trong suốt. Nhựa PMMA / Plexiglas có tính chất tương tự như polycacbonat, nhưng không có khả năng uốn cong ở nhiệt độ phòng. Polycacbonat Khối lượng riêng: 1220 kg/m3 Mođun đàn hồi (E) 2000-2200 MPa Độ bền kéo đứt (σt) 60-65 MPa Độ dãn dài khi đứt 80-150% Nhiệt độ nóng chảy 250°C Hệ số truyền nhiệt (λ) 0.K Hệ số nở dài (α) 6.5 10-5 /K Nhiệt dung riêng (c) 1.K Nhiệt độ sử dụng từ -1000C đến +1350C Giá thành 5-9 USD/kg Bảng 1.1 Một số tính chất của nhựa PC Ngoài ra, polycacbonat còn có khả năng tương hợp tốt với nhiều loại polyme khác, điển hình là trộn hợp với ABS (Acrylonitrin Butadien Styren), tạo nên hỗn hợp PC/ABS có nhiệt chảy mềm cao, độ dai chắc ngay cả ở nhiệt độ thấp và tăng khả năng chống rạn nứt cho sản phẩm ép. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh 1.2 Ứng dụng * Chế tạo các linh kiện điện tử Polycacbonat được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp điện tử vì khả năng cách điện tốt, chịu nhiệt cao, chống cháy.
Ngoài ra, PC được sử dụng trong các sản phẩm khác nhau liên quan đến phần cứng điện tử viễn thông và PC cũng được dùng như chất điện môi có độ ổn định cao, tụ điện, đĩa CD, DVD, …. Với mức tiêu thụ chiếm đến 21% tổng lượng PC.2 Một số sản phẩm làm từ nhựa PC trong lĩnh vực truyền thông * Vật liệu xây dựng Lĩnh vực lớn thứ hai của nhựa polycacbonat là ứng dụng trong công nghiệp xây dựng, chúng được dùng để sản xuất các loại kính phẳng chịu lực và trang trí, tường cách âm thanh và chống cháy. Hiện nay sản phẩm PC dùng trong xây dựng phổ biến ở nước ta là các loại tấm lợp thông minh lấy sáng với đủ các màu sắc, kích cỡ.3 Một số sản phẩm làm từ nhựa PC trong lĩnh vực xây dựng 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh * Công nghiệp ô tô Trong ngành công nghiệp ô tô, polycacbonat khi đúc có bề mặt rất mịn, nên thích hợp để sản xuất các bộ phận trang trí, nhựa kết hợp giữa PC và ABS dùng để chế tạo một số bộ phận cho chi tiết vỏ. Lượng polyacacbonat sử dụng trong công nghiệp ô tô chiếm đến 12% tổng sản lượng.
* Ngoài ra polycacbonat còn được sử dụng trong rất nhiều các ngành công nghiệp khác như: Y tế, đóng gói, đồ gia dụng, dụng cụ thể thao, …. Tổng mức tiêu thụ polycacbonat toàn cầu năm 2010 đạt 3,4 triệu tấn, được giới chuyên môn đánh giá là một trong những loại nhựa có mức độ phát triển nhanh nhất toàn cầu.4 Phân bố lƣợng PC trong các ngành trên thế giới năm 2010 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn cao học Hồ Ngọc Minh 2. TỔNG QUAN VỀ POLYURETAN [1, 5, 7, 8, 10, 15, 18, 22, 27] Polyuretan (PU) là một nhóm đặc biệt của các polyme dị tố, được đặc trưng bởi đơn vị cấu trúc: OCONH R NHCOO R' n Loại polyme này được Dr Otto Bayer và các cộng sự tổng hợp lần đầu tiên tại Đức vào năm 1937, bằng phản ứng của một diisoxyanat với với polyeste có hai nhóm -OH đầu mạch. Sau chiến tranh thế giới II, phạm vi ứng dụng của PU ngày càng được mở rộng và phát triển mạnh mẽ ở Đức, Mỹ, Anh, Nhật, Liên Xô (cũ).
Đến nay, PU được sản xuất ở quy mô công nghiệp, và tiêu thụ trên toàn thế giới ở các dạng vật liệu khác nhau như: vật liệu xốp, chất dẻo, keo dán, sơn.