LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VẬT LIỆU NHỰA
Nhựa là một vật liệu quen thuộc và đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện nay. Tính dẻo của chúng giúp nhựa có thể được đúc , đùn hoặc ép thành các vật rắn có hình dạng khác nhau. Khả năng thích ứng này cộng với một loạt các đặc tính như nhẹ, bền, linh hoạt và sản xuất rẻ, đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi. Nhựa thường được sản xuất thông qua các hệ thống công nghiệp của con người. Hầu hết các loại nhựa hiện đại có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, các phương pháp công nghiệp gần đây sử dụng các biến thể được làm từ nguyên liệu tái chế, chẳng hạn như các dẫn xuất của ngô, mì hoặc bông .
Với nhiều ưu thế về mặt năng suất sử dụng, tốc độ sử dụng, khả năng tái chế, tiết kiệm chi phí sản xuất,… Nguyên liệu này ngày càng chứng minh được vị thế không thể thay thế của mình trong nhiều lĩnh vực đời sống của con người hiện nay.
Nhựa là thuật ngữ phổ biến chung cho các loại vật liệu rắn vô định hình tổng hợp hoặc bán tổng hợp. Thích hợp để sản xuất các sản phẩm công nghiệp. Nhựa thường là các polyme có trọng lượng phân tử cao và có thể chứa các chất khác để cải thiện hiệu năng hoặc làm giảm chi phí. Từ Plastic xuất phát từ tiếng Hy Lạp (plastikos).
Ở các nền kinh tế phát triển, khoảng một phần ba nhựa được sử dụng trong đóng gói và ống nước trong xây dựng. Trong nội thất ô tô và đồ chơi chiến 20% tổng số nhựa được tao ra. Ở các nước đang phát triển, các ứng dụng của nhựa có thể khác nhau; 42% sản lượng tiêu thụ của Ấn Độ được sử dụng trong bao bì.. Trên toàn thế giới, mỗi người sử dụng đến 50kg nhựa mỗi năm
Tác động của nhựa đến môi trường
Sự phát triển của chất dẻo bắt đầu từ đầu thế kỷ 20 đã gây ra các vấn đề môi trường trên diện rộng, do tốc độ phân hủy chậm của chúng trong các hệ sinh thái tự nhiên. Vào cuối thế kỷ 20, ngành công nghiệp nhựa đã thúc đẩy tái chế để giảm bớt những lo ngại về môi trường trong khi vẫn tiếp tục sản xuất nhựa nguyên sinh. Tuy nhiên việc sử dụng nhựa tái chế đẩy chi phí của các công ty lên cao và quá trình sản xuất sản xuất sản phẩm từ nhựa tái chế gặp nhiều khó khăn. Việc thu gom và tái chế nhựa phần lớn không hiệu quả vì việc làm sạch và phân loại nhựa sau tiêu dùng để tái sử dụng chưa hiệu quả. Hầu hết nhựa được sản xuất đã không được tái sử dụng, hoặc được thu giữ trong các bãi chôn lấp và tồn tại trong môi trường như ô nhiễm nhựa. Ô nhiễm nhựa có thể được tìm thấy ở tất cả các vùng nước lớn trên thế giới , tạo ra các mảng rác ở tất cả các đại dương trên thế giới và làm ô nhiễm các hệ sinh thái trên cạn.
Lịch sử hình thành các loại nhựa
1. Polyethylene Terephthalate (PETE hoặc PET)
Lịch sử hình thành: PET lần đầu tiên được tổng hợp ở Mỹ vào giữa những năm 1940 bởi các nhà hóa học DuPont, nó có thể được sử dụng để sản xuất sợi dệt mới. Sau này DuPont đặt tên cho những sợi polyester này là “Dacron.”
Vào cuối những năm 1950, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách kéo căng một tấm PET ép đùn mỏng để tạo ra màng PET, ngày nay được sử dụng rộng rãi làm phim video, phim ảnh và phim X-quang, cũng như để đóng gói.
Vào đầu những năm 1970, công nghệ này đã được phát triển để cho phép ép thổi các chai PET cứng, nhẹ và chống vỡ. Năm 1973, chai PET được cấp bằng sáng chế và nhanh chóng được thị trường chấp nhận. Năm 1977, chai PET đầu tiên được tái chế.
Ứng dụng: Ngày nay PET là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến, linh hoạt và được tin dùng nhất trên thế giới. Hơn một nửa sợi tổng hợp trên thế giới được làm từ PET, và hầu hết tất cả các chai nước ngọt có ga và nước đều được làm từ nhựa PET.
Các sản phẩm thường được làm từ PET tái chế bao gồm chai và lọ PET mới, thảm, quần áo, dây đai công nghiệp, dây thừng, phụ tùng ô tô, chất làm đầy cho áo khoác và vật liệu xây dựng và bao bì bảo vệ.
2. Polyethylene mật độ cao (HDPE)
Lịch sử hình thành: Vào cuối thế kỷ 19, nhà hóa học người Đức Hans von Pechmann đã ghi nhận một kết tủa khi làm việc với một dạng metan trong ete. Năm 1900, các nhà hóa học người Đức Eugen Bamberger và Friedrich Tschirner đã xác định hợp chất này là polymethylene, họ rất gần với polyethylene. Ba mươi năm sau, một chất cặn có mật độ cao được tạo ra bởi một nhà hóa học người Mỹ tại E.I. du Pont de Nemours &
Company, Inc., Carl Shipp Marvel, bằng cách cho ethylene chịu một lượng lớn áp suất.
Làm việc với ethylene ở áp suất cao, các nhà hóa học người Anh Eric Fawcett và Reginald Gibson đã tạo ra một dạng polyethylene rắn vào năm 1935. Ứng dụng thương mại đầu tiên của nó là trong Thế chiến thứ hai, khi người Anh sử dụng nó để cách điện cáp radar.
Năm 1953, Karl Ziegler của Viện Kaiser Wilhelm (đã đổi tên thành Viện Max Planck) và Erhard Holzkamp đã phát minh ra polyethylene mật độ cao (HDPE). Quá trình này bao gồm việc sử dụng chất xúc tác và áp suất thấp, là cơ sở để tạo ra nhiều loại hợp chất polyethylene. Hai năm sau, vào năm 1955, HDPE được sản xuất dưới dạng ống. Với phát minh thành công về HDPE, Ziegler đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1963.
Ứng dụng: HDPE được làm từ dầu mỏ đôi khi được gọi là “alkathene” hoặc “polythene”. Là loại nhựa có mật độ cao, HDPE được sử dụng trong sản xuất chai nhựa, đường ống dẫn nước, băng tải, bao bì mỹ phẩm, hóa chất, các dụng cụ ngoài trời ….
3. Polyvinyl clorua (PVC)
Lịch sử hình thành: Polyvinyl chloride (PVC) là một trong những vật liệu được tổng hợp nhân tạo sớm nhất và có lịch sử dài nhất trong sản xuất công nghiệp. Năm 1835 lần đầu tiên Henri Regnault đã tổng hợp được vinyl chloride (VC), nguyên liệu chính để tạo nên PVC. Polyvinyl chloride được phát lần đầu tiên vào năm 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylchloride dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hóa học của nó chưa được xác định. Bốn mươi năm sau, năm 1912 là năm PVC được công nhận là do Iwan Ostromislensky (Nga) tìm ra, thực tế cùng năm đó Fritz Klatte (Đức) đã công bố một quy trình sản xuất PVC.
Tuy nhiên, polyme mới này vẫn không được ứng dụng và không được chú ý quan tâm nhiều, bởi tính kém ổn định, cứng và rất khó gia công. Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon tìm ra phương pháp dẻo hóa PVC, đây mới là một bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công cho PVC. Sau đó lần lượt là các nghiên cứu và sáng chế về chất ổn định cho PVC được công bố.
Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức nhưng phải đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại Đức và sau đó là ở Mỹ
Ứng dụng: PVC là polyme nhựa tổng hợp được sản xuất rộng rãi thứ ba trên thế giới, sau polyetylen và polypropylen. Dạng cứng của PVC được sử dụng trong xây dựng đường ống và trong các ứng như cửa ra vào và cửa sổ, sản xuất chai lọ, bao bì phi thực phẩm và Các loại thẻ như thẻ từ, thẻ ngân hàng.
4. Polyethylene mật độ thấp (LDPE)
Lịch sử hình thành: Polyetylen mật độ thấp lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1933 ở Anh bởiImperial Chemical Industries Ltd. (ICI) trong các nghiên cứu về tác động của áp suất cực cao đối với quá trình trùng hợp polyetylen. ICI đã được cấp bằng sáng chế về quy trình của mình vào năm 1937 và bắt đầu sản xuất thương mại vào năm 1939. Nó được sử dụng lần đầu tiên trong Thế chiến II như một chất cách điện cho cáp radar .
Ứng dụng:
LDPE được sử dụng rộng rãi để sản xuất các thùng chứa khác nhau, chai pha chế, chai đựng hóa mỹ phẩm, ống hút, túi nhựa. Phổ biến nhất là sử dụng làm túi nhựa
5. Polypropylene (PP)
Lịch sử hình thành: Polypropylene là một polyme nhiệt dẻo có độ tinh thể cao được sản xuất bằng quá trình polyme hóa chuỗi propylene, một loại khí thu được từ quá trình phân tách dầu mỏ. Nó có các đặc tính liên quan đến polyethylene nhưng có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều và cứng hơn nhiều. Polypropylene có thể được sản xuất với các cấu trúc chuỗi phân tử khác nhau trong các điều kiện được kiểm soát
Polypropylene isotactic được phát hiện vào năm 1954 bởi nhà hóa học người Ý Guilio Natta và trợ lý của ông là Paulo Chini, làm việc cùng với công ty Ý Montecatini.
Polypropylene được s ản xuất thương mại lần đầu tiên vào năm 1957 bởi Hercules Incorporated, Montecatini và Farbwerke Hoechst AG. ICI đã sản xuất nhựa polypropylene với tên gọi Propathene vào năm 1954. Natta và Ziegler đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1963 để công nhận công trình nghiên cứu của họ về chất xúc tác “Ziegler-Natta”.
Polypropylene là một loại nhựa quan trọng và được sử dụng ở nhiều dạng và ứng dụng khác nhau thông qua một loạt các quy trình sản xuất. Một tỷ lệ lớn polypropylene được sử dụng trong sợi làm thành phần của vải, vải bọc và thảm. Nhiều ứng dụng công nghiệp liên quan đến dây thừng, vải dệt thoi và không dệt và các vật liệu gia cố. Thổi các hộp đựng bằng khuôn, chẳng hạn như chai lọ đựng thực phẩm, dầu gội đầu và các chất lỏng khác. Ngoài ra công nghệ ép nhựa giúp PP được sử dụng trong rất nhiều các vật dụng hằng ngày
Kể từ những năm 1980, việc sản xuất, tiêu thụ và ứng dụng của PP đã tăng lên thông qua việc áp dụng các chất xúc tác và cải tiến đặc của nhựa.
Ứng dụng: PP là vật liệu chắc chắn về mặt cơ học và có khả năng kháng hóa chất cao. Polypropylene là loại nhựa hàng hóa được sản xuất rộng rãi thứ hai (sau polyethylene) và nó thường được sử dụng trong ngày công nghiệp bao bì và in ấn.
Mức độ an toàn: Nhựa PP có tính dẻo, dai, khả năng chịu nhiệt cao và không thể khử các chất hóa học. Do đó chúng hay được sử dụng để đựng các đồ ăn nóng. Thậm chí, nhựa PP còn dùng để chế tạo tã lót dùng một lần, áo choàng giữ nhiệt, phụ tùng xe hơi như cản gió, thảm xe. Đây là loại nhựa an toàn cho thực phẩm và đồ uống, có thể tái sử dụng nhiều lần.
Khả năng tái chế : Nhựa PP có có thể tái chế được tuy nhiên ngày nay chỉ có 1% lượng PP sản xuất ra được tái chế, do chi phí tái PP khá cao và ứng dụng của chúng thường là các vật dụng nhỏ và kết hợp với các vật liệu khác như nắp chai, bàn chải đánh răng, dao cạo râu gây ra khó khăn trong quá trình thu gom và phân loại.
6. Polystyrene (PS)
Lịch sử hình thành: Năm 1839, một nhà bào chế thuốc ở Đức tên là Eduard Simon đã phát hiện ra polystyrene. Eduard Simon đã phân lập được một chất từ nhựa tự nhiên tại thời điểm đó ông chưa nhận ra được các đặc tính của chất này.
Gần một thế kỷ sau, khi nhà hóa học hữu cơ người Đức, Hermann Staudinger, nhận ra rằng hóa chất cô lập thực chất là một polyme nhựa được tạo thành từ các chuỗi dài phân tử styren, và cái tên polystyren đã ra đời.
Nghiên cứu mang tính cách mạng tập trung vào polyme, và đặc biệt là polystyrene, đã mang về cho Hermann Staudinger giải Nobel Hóa học. Kể từ những năm 1930, các nhà khoa học thời đó đã bắt đầu phát triển cách sản xuất polystyren cho mục đích thương mại.
Đặc biệt, các nhà khoa học tại Badische Anilin & Soda-Fabrik (BASF), một công ty được thành lập năm 1861 và dưới sự ủy thác của IG Farben, đã phát triển thành công polystyrene.
Ngay sau đó Dow Chemical đã giới thiệu polystyrene vào thị trường Hoa Kỳ vào năm 1937. “Styrofoam”, là một dạng vật liệu cách nhiệt bằng bọt polystyrene đã đăng ký nhãn hiệu của Dow Chemical Co. và là dạng bao bì xốp polystyrene dễ nhận biết nhất, được giới thiệu vào năm 1954.
Ứng dụng: Ps thường được sử dụng để chế tạo các bao bì xốp bảo vệ sản phẩm, nắp đậy, chai, khay, hộp đựng cơm, dao kéo dùng một lần.