Trong những bài chia sẻ kiến thức trước của H&T Chemicals, các bạn đã nắm được tầm quan trọng cũng như thông tin chi tiết về các phụ gia phổ biến trong ngành nhựa: Phụ gia ổn định nhiệt tại đây, Phụ gia tăng trơn tại đây và Phụ gia chống cháy tại đây.
Trong bài này, hãy cùng H&T Chemicals tiếp tục tìm hiểu về Phụ gia chống lão hóa – một loại phụ gia vô cùng thú vị được sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa để tìm hiểu mục đích sử dụng cũng như công năng hoạt động của phụ gia này như thế nào.
- Tại sao cần phải sử dụng đến phụ gia chống lão hóa trong sản xuất nhựa?
Các sản phẩm nhựa tuy bền và dẻo nhưng luôn có nguy cơ bị xuống cấp do nhiều yếu tố môi trường (như oxy, tia cực tím, nhiệt độ cao,…) trong suốt vòng đời của sản phẩm. Sự xuống cấp của nhựa còn được gọi là lão hóa hoặc oxy hóa thể hiện rõ nhất qua hiện tượng các đặc tính cơ học có lợi của sản phẩm nhựa có xu hướng biến mất hoặc bị thay thế bằng các đặc tính tiêu cực, chẳng hạn như phai màu, đổi màu hoặc nứt, vỡ.
Chính vì vậy việc sử dụng phụ gia chống oxy hóa đóng vai trò không thể thiếu trong công nghiệp sản xuất nhựa để ngăn ngừa quá trình oxy hóa làm suy giảm tính chất cơ học của nhựa, từ đó duy trì tình trạng tối ưu, gia tăng hiệu quả và tuổi thọ của sản phẩm.
- Nguyên lý hoạt động của phụ gia chống lão hóa:
Các sản phẩm nhựa thông thường được tạo ra từ các phản ứng trùng hợp và trùng ngưng, tạo thành những hợp chất cao phân tử. Trong quá trình chịu tác động bởi các tác nhân: nhiệt độ, bức xạ ánh sáng, lực cơ học, nước, không khí, hóa chất… sẽ làm biến đổi cấu trúc nhựa, dẫn đến việc thay đổi trọng lượng phân tử của nhựa. Các quá trình biến đổi trên sẽ khiến các sản phẩm nhựa có xu hướng suy giảm tính năng cơ lý, đặc tính quang học và tính chất hóa học. Quá trình cấu trúc hóa học của nhựa bị phá vỡ bởi các tác nhân bên ngoài theo thời gian, còn được gọi là quá trình lão hóa của nhựa.
Phụ gia chống lão hóa được bổ sung vào trong quá trình sản xuất nhựa chính là nhằm ngăn chặn quá trình lão hóa trên, thông qua việc vô hiệu hóa các phản ứng và các tác nhân thúc đẩy quá trình lão hóa bằng việc đưa oxy vào cấu trúc phân tử của polyme, sau đó làm ngắn các chuỗi polyme, quá trình oxy hóa sẽ bị cản trở, dẫn đến giảm trọng lượng phân tử và thay đổi vĩnh viễn bên trong sản phẩm nhựa, từ đó nâng cao tuổi thọ của sản phẩm…
Thông thường nhựa được cung cấp dưới dạng hạt, bột. Qua quá trình gia công, nhựa biến đổi hình thái (chảy lỏng) dưới tác động của cơ năng và nhiệt năng do đó cấu trúc cao phân tử của nhựa bị tác động mạnh. Các chất phòng chống lão hóa được bổ sung vào hỗn hợp nhựa nhằm ngăn chặn quá trình thoái hóa diễn trong khi gia công. Chất ổn định gia công này ngăn cản các phản ứng tự oxy hóa trong nhựa, giúp vô hiệu hóa các gốc tự do (R*, ROO*,…) hình thành trong hỗn hợp. Việc vô hiệu hóa các gốc tự do nêu trên đã giúp ngăn chặn các phản ứng dây chuyền bất lợi trong nhựa vì vậy dẫn tới hạn chế biến đổi tính chất của nhựa.
- Phân loại phụ gia chống lão hóa
Trong ngành nhựa, quá trình oxy hóa còn nguy hại hơn khi nó xảy ra ở cả hai giai đoạn của một sản phẩm nhựa: đầu tiên là trong quá trình sản xuất và sau đó là trong suốt vòng đời của nó. Đồng nghĩa với việc sử dụng phụ gia nhựa chống oxy hóa cũng tương ứng với điều này. Về cơ bản, chất này được chia thành ba loại chính nhằm phục vụ các chức năng cụ thể.
– Sơ cấp: Loại này chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm cuối cùng trong vòng đời của chúng để bảo vệ chúng khỏi quá trình oxy hóa và các yếu tố môi trường có hại khác. Thông thường, các chất phụ gia nhựa chống oxi hóa thuộc nhóm này đều có gốc phenolic.
– Thứ cấp: Phụ gia nhựa chống oxy hóa thứ cấp đóng vai trò là chất ổn định gia công để bảo vệ polyme không bị phân hủy do oxy hóa trong quá trình sản xuất, đặc biệt khi nhựa trải qua nhiều phương pháp nhiệt (thổi màng, ép phun,…). Các hóa chất điển hình được sử dụng bao gồm phosphite hoặc thioesters.
– Kết hợp sơ cấp & thứ cấp: Các chất chống oxy hóa sơ cấp và thứ cấp không chỉ được sử dụng riêng biệt mà chúng còn được kết hợp với nhau để tối ưu hóa lợi ích thu được. Bằng cách này, các sản phẩm nhựa được bảo vệ cả trong bước gia công và trong suốt vòng đời của chúng. Điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất nhựa có thể thu được nhiều lợi ích khi họ được có được thành phẩm chất lượng cao, trong khi người dùng cũng hài lòng với các sản phẩm có tuổi thọ cao hơn. Tùy theo đặc tính của thành phẩm và mục đích sử dụng mà các nhà sản xuất nhựa có thể lựa chọn loại phụ gia chống oxy hóa nhựa phù hợp.
- Các phụ gia chống lão hóa thông dụng
Dựa vào bản chất, phụ gia chống lão hóa được chia thành 03 loại:
4.1. Phụ gia chống lão hóa gốc Phenolic (H_donor)
Hợp chất H-donor phản ứng với các gốc tự do peroxy (ROO*), và ngăn cản quá trình lấy các nguyên tố Hydro trên mạch phân tử nhựa, chuyển chúng thành các hyeroxide.
4.2. Phụ gia chống lão hóa gốc Organophosphorus
Hợp chất Organophosphorus có tác dụng ngăn cản sự phân hủy của các hyeroxide (ROOH) thành gốc tự do hydroxy (RO*), nên giúp ngắt mạch của phản ứng dây chuyền.
4.3. Phụ gia chống lão hóa gốc Lactone & Hydroxylamine (chất hấp thụ gốc tự do)
Các hợp chất Lactone và Hydroxylamine là những hợp chất có khả năng khóa các gốc tự do, chúng cũng là những chất phòng lão hiệu quả. Quá trình hấp thu các gốc tự do alkyl (R*) sẽ giúp ngăn chặn được chu trình trong chuổi phản ứng dây chuyền.
Các hợp chất này giúp giảm các phản ứng gây phân hủy nhựa trong quá trình gia công, ngăn chặn sự tồn tại của các gốc tự do sau quá trình gia công, hạn chế sản phẩm bị thoái hóa trong quá trình sử dụng. Do dó các chất phòng lão loại này thường sử dụng ở những công đoạn gia công cuối cùng.
- Ứng dụng của phụ gia chống lão hóa
Nhờ những ưu điểm vượt trội của mình, phụ gia chống lão hóa đóng vai trò không thể thiếu trong việc nâng cao tính năng và kéo dài thời gian sử dụng của nhựa. Do đó, phụ gia chống lão hóa được sử dụng đa dạng và phổ biến trong các sản phẩm nhựa, cụ thể là:
- Các chi tiết ngoại thất ô tô (đặc biệt là bánh răng, lưới tản nhiệt, vỏ nhựa,…);
- màng nông nghiệp (màng mùn, màng nhà kính,…) và lưới đánh cá;
- Các vật dụng sử dụng ngoài trời như bạt, bàn ghế, ghế sân vận động, sản phẩm làm vườn, đường dây tải điện, hộp nối ngoài trời,…;
- Các loại bao bì, màng bọc;
Trên đây là những kiến thức tổng quan về phụ gia chống lão hóa trong công nghiệp sản xuất nhựa, H&T Chemicals hy vọng bài viết này sẽ hữu ích đối với các bạn.
Đừng quên H&T Chemicals chúng tôi luôn sẵn sàng cung cấp các loại hóa chất công nghiệp chất lượng cao, được nhập khẩu với đầy đủ chứng nhận chất lượng sản phẩm.