cơ chế tác dụng cúa các loại phụ gia

Phụ gia tẩy rửa Sử dụng để tẩy rửa lòng trục của nhựa Có 3 loại chất tẩy rửa trục máy chính - Loại hóa học: dạng lỏng và dạng rắn, thường ở dạng nồng độ đậm đặc mà thường trộn với nhựa m

1 Phụ gia tẩy rửa (Sử dụng để tẩy rửa lòng trục của nhựa)

Có 3 loại chất tẩy rửa trục máy chính

- Loại hóa học: dạng lỏng và dạng rắn, thường ở dạng nồng độ đậm đặc mà thường trộn với nhựa mới hoặc đã được trộn trước Hợp chất tẩy rửa này được đưa vào máy và ngâm trong xylanh đủ lâu để kích hoạt phản ứng hóa học Phản ứng hóa học này sẽ biến tính mạch phân tử polyme cần được làm sạch và rất dễ bị nhựa mới tiếp theo đẩy ra Chất tẩy rửa hóa học rất hiệu quả nhưng giá thành khá cao và thời gian ngâm lâu Một số chất tẩy rửa hóa học sinh ra mùi Amoniac và một số mùi khác có hại cho sức khỏe Nhiệt độ cao nên polyme có thể bị phân hủy, có thể gây ăn mòn hóa học

- Loại cơ/mài mòn: hợp chất tẩy rửa loại này thường ở nồng độ cao nhưng có thể được cung cấp dạng trộn trước Hệ chất mang tải hàm lượng cao hạt thủy tinh, độn trơ Hệ chất tẩy rửa này làm sạch bằng cách cọ rửa mạnh trong xy lanh và trục vít Sự cọ rửa mạnh và hàm lượng độn cao sẽ làm mòn dung sai nhỏ giữa trục vít

và xylanh nhưng tẩy sạch loại này sẽ bị mòn trục vít nhanh hơn thông thường Chất tẩy rửa loại này không chảy, có thể nổ li ti khi được gia công ở nhiệt độ cao hoặc qua đầu phun hoặc đầu lò nhỏ, chúng có thể gây nguy hiểm cho thiết bị vì áp suất tác động lên máy cao và dễ cháy

- Loại cơ/ không ăn mòn nhựa nhiệt dẻo: nhóm hợp chất tẩy rửa trục máy này

sử dụng dễ nhất cũng như an toàn cho thiết bị, máy móc Công thức hợp chất tẩy rửa loại này gồm chất mang polyme trộn với hạt tẩy sạch mềm Các hạt này mềm bên ngoài nhưng vẫn còn cứng bên trong để bề mặt kim loại của trục vít và xy lanh được tẩy sạch một cách nhẹ nhàng và hoàn toàn không bị mòn Hệ thống mang có công thức đặc biệt để đẩy màu cũ, vật liệu bị phân hủy và các tạp chất trong máy

2 Phụ gia tạo bọt

- Vô cơ, hữu cơ tạo ra cấu trúc xốp

- Dùng nhiều trong PVC, PE, PP, PS

- Giúp cải thiện tính chất, vẻ bên ngoài (cách nhiệt, cách âm, tăng độ cứng, độ dẫn điện), giảm trọng lượng

- Phân loại

+ Theo nguyên tắc vật lý: chất lỏng bay hơi, khí nén có thể hòa tan trong polyme, thay đổi trạng thái trong khi gia công, tạo ra cấu trúc cellular

+ Theo nguyên tắc hóa học (chemical blowing agents CBA): phân hủy nhiệt trong khi gia công, tạo ra các chất khí để hình thành sản phẩm xốp

- Sử dụng làm tác nhân tạo xốp (bọt) cho nhựa

- Chất tạo bọt vật lý

+ Dung môi hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp, sinh bọt do áp suất trong quá trình gia công

+ Bay hơi khi tăng nhiệt độ

+ Pentan, heptan (30-100oC), metyl clorit (24oC), methylene chloride (40oC), tricloroethylene (87oC), Chlorfluoralkane (40-50oC)

- Chất tạo bọt hóa học

+ Chất rắn hữu cơ, thoát N2 ở một nhiệt độ gia công nào đấy

+ Các hạt rắn phân bố đồng đều, nhỏ mịn

+ Muối đơn giản (Na2CO3) tạo ra CO2 nhưng tạo thêm nước, gây hỏng khuôn đúc

- Thông dụng:

+ Azodicarbonamide: phân hủy ở 230-235oC

+ Sulfonyl hydrazide: 90-275oC, 100-300 cm3 N/gam

+ CBA phối trộn của carbonate và polycarbonic acid Hoạt động ở

150-300OC

+ Sử dụng thêm các chất ổn định kim loại để giảm nhiệt độ phân hủy

+ Độ nhớt nóng chảy phải phù hợp để tạo xốp

+ Trong gia công:

3 Phụ gia tăng trong

Trong quá trình gia công, sản xuất màng hoặc sản phẩm PE bị ảnh hưởng đến độ bóng hoặc trong Nguyên nhân là khi sử dụng chất độn (Taical) nhựa tái sinh hoặc kết hợp các yếu tố của quá trình gia công Đôi khi nhựa bị lão hóa, màu

bị phai hoặc bay màu nhanh Phụ gia tăng trong và bóng là một giải pháp tốt cho sản phẩm đòi hỏi có độ trong và bóng cao với mức chi phí hợp lí nhất

- Tăng trong PE: LLDPE đã được lựa chọn ưa thích cho nhiều ứng dụng trong suốt, do mức độ trong suốt cao có thể đặt được Tuy nhiên, một số mã nhựa LLDPE không có độ trong cao và tạo độ mờ khá lớn Điều này ảnh hưởng đến chát lượng, thẩm mỹ của sản phẩm

Hạt tăng trong là một tác nhân làm tăng sự trong suốt của PE Với hạt tăng trong các giá trị mây mù có thể được giảm một nửa so với hiệu suất ban đầu trước PE

- Bản chất cơ chế tác dụng của phụ gia tăng trong: Sau khi tan chảy và trong tiến trình làm lạnh, chúng sẽ tạo ra một số lượng lớn những tinh thể cực nhỏ hình

cầu (<1micro) có thể làm giảm độ đục của sản phẩm, củng cố độ trong, làm cứng sản phẩm, rút ngắn thời gian luân chuyển cấu hình

4 Phụ gia chống tĩnh điện

Làm giảm trở kháng bề mặt sản phẩm gia công, làm suy hao điện tích bề mặt sản phẩm khi gia công

Nếu polyme là một hydrocacbon, tác nhân chống tĩnh điện tương thích chứa

một nhóm hydrocacbon như nhóm alkyl và một nhóm phân cực Khi chất chống tĩnh điện di chuyển đến bề mặt, các nhóm tương thích thường được nằm bên trong trong polyme và các nhóm phân cực được định hướng ra phía ngoài ngoài bề mặt, như mô tả trong hình 1.1 Để hình thành một lớp dẫn điện trên bề mặt, các nhóm không tương thích phải thu hút một lớp mỏng hơi nước từ không khí Các nhóm phân cực cũng có thể thu hút và liên kết phức với ion chất gây ô nhiễm trên bề mặt ion, chẳng hạn như những hạt bụi Sự truyền điện phụ thuộc vào mức độ tương thích Quá trình trên được tăng tốc bởi nhiệt độ Thời gian cần thiết cho truyền điện cũng sẽ phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của chất chống tĩnh điện, độ kết tinh của nhựa và độ ẩm tương đối (RH)

Hình: Các hợp chất của một amin béo bậc ba và muối amoni bậc bốn của nó (Trilaurylammonium stearat) tạo thành lớp màng trên bề mặt để thu hút hơi nước trong không khí dẫn điện, tạo ra một hiệu ứng ESD bề mặt trong khi về cơ bản, polymer vẫn là chất cách điện trong tự nhiên

Hiện tượng GMS khá đặc biệt Trong polypropylene nó tạo thành một lớp màng bề mặt, với nhóm phân cực (stearat) nằm định hướng bên trong polymer và nhóm không phân cực (glyceryl) hướng ra khỏi bề mặt, trái ngược với xu hướng bình thường Tác dụng nhanh nhưng khả năng chống tĩnh điện của nó dễ mất đi,

thường sau một vài tuần Mặt khác amin ethoxylat hóa có thể được làm chậm để đạt được hiệu quả chống tĩnh điện trong polyethylene mật độ thấp

Phụ gia chống tĩnh điện non-ion: bao gồm GMS, các rượu ethoxylat hóa

(được sử dụng rộng rãi trong PVC) và diethanolamide (được sử dụng trong bao bì điện tử) GMS chiếm 1% trong polyolefin và nó được sử dụng trong màng bọc thực phẩm Khả năng chống tĩnh điện trong màng mỏng không được lâu bởi vì khả năng ko tương thích tốt với olefin và khả năng truyền điện quá nhanh Để kéo dài khả năng chống tĩnh điện, có thể kết hợp với chất phụ gia thứ 2 như là diethanolamide Tuy nhiên diethanolamide không phải lúc nào cũng được chấp nhận sử dụng trong thực phẩm

Chất chống tĩnh điện anion: bao gồm sodium alkyl sulfonates như

RO(SO2)ONa; sulphonamides như C12H25-Ν-SO2NH2 (N trong vòng benzen) và sodium alkyl phosphates như (RO)2PONa (trong đó R là gốc hidrocacbon mạch dài như stearate) Alkyl sulfonates thường được sử dụng 2-3% thể tích trong Styren polyme, trừ khi có đặc tính yêu cầu, nếu không có thể sử dụng ethoxylated amines Alkyl sulfonate được sử dụng trong cứng PVC, trong khi đó PVC mềm sử dụng từ 2-6% ethoxylated amines và axit béo như GMS

Chất chống tĩnh điện cation: thường là các muối amin bậc 4 như

R(NR’2)+CH2Cl, trong đó R là gốc alkyl mạch dài và R’ là gốc alkyl mạch ngắn hoặc vòng thơm Chúng thường được sử dụng trong PVC nhưng không được sử dụng trong thực phẩm

Chất chống tĩnh điện lưỡng tính: thường sử dụng là alkylbetaine Các chất

kém bền về nhiệt hạn chế sử dụng chúng

Nguyên lí hoạt động của các chất chống tính điện

5 Phụ gia tăng trắng

Các cách phổ biến để tăng trắng:

- Tăng khả năng phản xạ ánh sáng

- Bù đắp vùng màu khuyết ( Thường là vùng cận màu xanh)

- Tẩy màu

* Nguyên lí hoạt động của chất tăng trắng quang học:

Chất tăng trắng quang học tăng cường độ trắng sáng cho các loại nhựa có màu vàng nhạt Chúng hấp thụ các tia UV và phát xạ một phần năng lượng thu được dưới dạng huỳnh quang ở vùng xanh tím của bước sóng sau 10-7- 10-9s Tiêu chuẩn quang trọng đối với chất tăng trắng quang học là màu sắc của bước sóng được phát

xạ và độ bền sáng của chúng Chúng cũng cần được hòa tan trong nhựa, bền nhựa trong suốt quá trình gia công và kháng di chuyển Chúng được sử dụng trong rất nhiều loại nhựa, với hàm lượng thuộc khoảng 0,005-0,1%; khi được sử dụng cùng với TiO2, đặc biệt là dạng rutile Chất tăng trắng quang học cũng có thể được sử dụng như chất hòa tan trong chất độn hoặc chất hóa dẻo dưới dạng materbatch

6 Phụ gia hỗ trợ gia công

Các dòng sản phẩm phụ gia với chất nền là Fluoropolyme được nghiên cứu phát triển nhằm hỗ trợ các quá trình gia công các loại polyme như polyolefin và các polyme khác Phụ gia trợ gia công thường được sử dụng là PPA( polymer processing aids) Cơ chế tác dụng của PPA

- Khi đưa PPA vào nhựa nền, do sự hình thánh liên kết hydro với các oxide hay hydroxide trên thành thiết bị xylanh (lớp oxide hay hydroxide này luôn luôn xuất hiện trên bề mặt kim loại ở điều kiện thường có bề dày 2-20 micro) PPA có

xu hướng đi ra bên ngoài và dính vào thành thiết bị xylanh tạo thành một lớp mỏng lên bề mặt thiết bị (xylanh, trục vis, đầu đùn, trục cán ) Nhờ vậy nên ma sát giữa lớp nhựa ngoài cùng và thành thiết bị cực thấp

- Ngoài ra nhờ cấu trúc đặc biệt của flouropolymer không tương tác với các thành phần phụ gia khác, giúp phân tán tốt các thành phần khác trong nhựa Chính

vì vậy giúp đảo trộn dễ dàng hơn, nhiệt phân bố đều hơn, ngăn ngừa sự đóng bẩn đầu đùn (Die Build-up), loại bỏ được hiện tượng da cá mập (Shark skin), hay hiện tượng nứt gãy bề mặt (Melt Fracture) PPA hoàn toàn không gây ra bất kỳ phản ứng hay bất lợi nào đối với các loại phụ gia khác

7 Phụ gia chống dính

- Chống dính giữa các phần của sản phẩm

- Cơ chế:

8 Phụ gia chống oxi hóa

Giup ngăn chặn các poly me phản ứng với các tác nhân oxy hóa Qúa tronfh oxy hóa có thể gây ra mất khối lượng, dãn dài, nứt bề mặt và mất màu Chất chống occi hóa giúp ngăn ngừa phản ứng oxi hóa nhiệt khi nhựa được xử lí ở nhiệt độ cao

và quá trình oxi hóa ánh sáng hỗ trợ khi nhựa được tiếp xúc với ánh sáng cực tím

- Chất chống oxy hóa sơ cấp

Cơ chế tác dụng:

Các chất chống oxy hóa thuộc nhóm này bao gồm các dẫn xuất phenolic và dẫn xuất của amin thơm hoặc dẫn xuất lacton Tuy nhiên, các chất chống oxy hóa nhóm phenolamin có xu hướng làm đổi màu sản phẩm nên ít được sử dụng hơn các dẫn xuất phenol Cấu trúc của dẫn xuất phenol có sự liên quan trực tiếp đến sự hình thành chromophore làm rối loạn sắc tố màu, do đó, chúng được dùng thêm với một lượng chất ổn định thích hợp AO dẫn xuất lacton ít nhậy cảm nhiệt và vật liệu tái chế, có tác dụng hiệu quả do sự có mặt của AO này nhường trực tiếp Hydro cho các gốc tự do R., do đó lượng cần dùng ít hơn ổn định các gốc peroxide ROO. Các chất AO dẫn xuất lacton cũng được do rằng chúng nhường Hydro cho phenoxy, tái sinh các AO phenol cho phép tác dụng tốt và lâu hơn

Các AO của dẫn xuất phenolic thường được sử dụng phổ biến nhất Chúng được gọi là cản trở, bởi vì hydro linh đọng được nhường bởi các AO này thuộc nhóm OH, nó có kiệu ứng không gian được che chắn bởi các hydrocacbon liên kết với các carbon lân cận thuộc vòng Cấu trúc này cho phép nhường một nguyên tử hydro của nhóm OH để ngắt , ức chế các gốc tự do hoạt động, lúc đó chúng sẽ trở thành các gốc phenoxy kém hoạt động nên ngăn chặn sự khơi màng của các gốc tự

do mới của mạch phân tử nhựa

Khi thêm nhóm phụ gia chống oxy hóa này, chúng ngăn chặn sự dây chuyền oxy hóa bằng cách nhường hydro cho gốc R., RO., ROO. và tạo thành những gốc

tự do kém hoạt động hơn Sau đó các gốc tự do này sẽ kết hợp với 1 loại gốc tự do

R., RO., ROO. và tạo thành sản phẩm bền, do đó quá trình chống oxy hóa được hình thành

- Chất chống oxi hóa thứ cấp

Các chất AO dẫn xuất photphite ổn định nhiệt trong quá trình gia công nóng chảy bằng cách nhận nguyên tử oxy từ ROOH, photphate hóa và tạo các ra sản phẩm ROH ổn định hơn

Cơ chế chống oxy hóa quan trọng nhất là quá trình phân hủy hydroperoxide tạo các sản phẩm không phải là gốc tự do và ổn định nhiệt Photphite hoặc photphonites lưu huỳnh hữu cơ có chứa các hợp chất dithophotphonates được sử dụng phổ biến trong quá trình phân hủy peroxit

9 Phụ giá chống tia UV

+ Chất hấp thụ Uv chuyển hóa bức xạ tử ngoại có hại thành bức xạ hồng ngoại không gây hại hay bức xạ nhiệt, tiêu tán qua nền polyme Các chất hấp thụ tử

ngoại thường được sử dụng đối với vật liệu dỏe là than đen (dạng hạt mịn), titan dioxxit hay các dân xxuaats bezophenon và benzotriazole

+ Chất dập gốc tự do và trạng thái kích thích ( Quencher): loại chất ổn định quang này hoạt động nhớ đưa các phân tử polyme ở trạng thái bị kích thích (màng màu) trở về trạng thái bền của chúng, ngăn chặn sự gãy liên kết và cuối cùng hình thành các gốc tự do

+ Chất ổn định quang amin cồng kềnh (HALS) là một loại chất ức chế quá trình oxi hóa quang của polime đặc biệt có hiệu quả với polyolefin Cơ chế ổn định quang của các hợp chất HALS liên quan đến quá trình oxi hóa các amin thành gốc nitroxyl; Cơ chế ổn định quang của HALS

N H

N O P

>

N O*

POO*

hay P*

*

C CH

10 Chất tăng liên kết và hàn dán

11 Phụ gia chống đọng sương

Thuật ngữ “ fogging” được sử dụng để mô tả sự ngưng tụ của hơi nước trên màng nhựa dưới dạng những giọt nước nhỏ, riêng lẻ Đọng hơi sương xảy ra khi khối không khí có hơi nước bị bao kín và bị lạnh đến nhiệt độ dưới mức nhiệt độ ngưng tụ Do sương xuất hiện khi hơi nước ngưng tụ trên bề mặt để tạo thành giọt nước làm tia sáng khuếch tán riêng rẽ và tán sắc, các phương pháp được sử dụng thường xuyên nhất để chống sương mù là làm tăng năng lượng bề mặt Hiện tượng này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và độ ẩm của khối không khí bị bao phủ cũng như nhiệt độ của màng phủ Sự ngưng tụ hơi nước được quan sát chung khi thực phẩm đựng trong bao bì nhựa được bảo quản trong tủ lạnh và trong nhà kính

Nguyên tác hoạt động: Bề mặt đã được phủ chất chống đọng sương mà chất này là một lớp tráng bề mặt có thể phân tán nước một cách tự nhiên Điều này được thực hiện nhờ vào một lớp làm chảy nước cực kỳ mỏng nhưng được bám chặt trên bề mặt vật liệu

12 Phụ gia tăng bôi trơn, giảm ma sát

Chất bôi trơn kiểm soát đặc tính ma sát và bám dính của nhựa trong suốt quá trình gia công và sử dụng Chất bôi trơn cũng đồng thởi cải thiến ự phân tán của bột màu và chất độn trong nhựa, giúp sản phẩm có màu đồng nhất không có các hạy màu vón cụ, kết tủa Sự phân tán tốt hơn của chất độn giúp cải thiện giới hạn chảy và đặc tính của vật liệu

Chất bôi trơn được chia làm hai loại:

+ Chất bôi trơn trong: giảm ma sát giữa các phân tử polime trong suốt quá trình nóng chảy của nhựa và chuyển thành dạng nóng chảy Như vậy, chúng giúp giảm năng lượng tiêu thụ trongq úa trình hóa dẻo, giảm độ nhớt nóng chảy, cải thiện đặc tính chảy, cải thiện đầu ra của máy gia công và cho phép gia công ở các điều kiện khó khắn

+ Chất bôi trơn ngoài: giảm ma sát và sự kết dính của polime nóng chảy với

bề mặt khuôn kim loại nóng trong quá trình gia công Điều này giúp giảm mài mòn giữa polime nóng chảy và kim loại, cải thiện đặc tính chảy Nó cũng cải thiện độ bóng, độ phẳng và sự đều đặn của bề mặt sản phẩm

Hoạt tính của tác nhân bôi trơn phụ thuộc vào độ phân cực của nó Các phân

tử phân cực đống vai trò chất bôi trơ trong đối các polime phân cực như PVC và là chất bôi trơn ngoài đối với các polime không phân cực như poliolefin và ngược lại

13 Phụ gia chống vi khuẩn

Phụ gia kháng khuẩn được đưa vào giúp ngăn chặn sự suy giảm của vật liệu nhựa, nơi một phần của vật liệu có thể dễ dàng bị tấn công vi sinh Các cuộc tấn công như vậy có thể gây nhuộm màu, mất màu, mùi và mất thẩm mỹ mà quan trong hơn, mất tính chất cách điện, vệ sinh và mất mát chung của tính chất cơ học trong vật liệu

- Nano bạc