Hiện nay ở Việt Nam lần lượt có rất nhiều các công ty, Nhà máy , xí nghiệp được thành lập để sản xuất ra loại sợi này nhằm đáp ứng nhu cầu thịtrường trong nước như Công ty sợi
Trang 1THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT SỢI POLYESTER TỪ NHỰA PET TÁI SINH NĂNG SUẤT 3000 TẤN/NĂM
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 10
1.1 Giới thiệu về ngành nhựa việt nam 10
1.1.1 Tình hình phát triển chung của ngành nhựa 10
1.1.2 Tình hình nhu cầu thị trường trong nước của ngành nhựa 12
1.1.3 Giới thiệu về hạt nhựa 14
1.2 Tình trạng rác thải nhựa hiện nay và khả năng tái sinh nhựa 16
1.2.1 Tình trạng rác thải hiện nay 16
1.2.2 Các công nghệ sản xuất nhựa 17
1.3 Tình hình phát triển của ngành nhựa PET 18
1.3.1 Giới thiệu chung về PET 18
1.3.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PET trên thế giới 19
1.3.3 Giới thiệu về PET tái chế 20
1.3.4 Cơ hội và khó khăn của PET tái chế 20
1.3.5 Phương pháp tái chế PET 22
1.4 Tiềm năng và năng suất thiết kế nhà máy sản xuất sợi polyester từ PET tái sinh 25
1.4.1 Tiềm năng sản xuất sợi Polyester 25
1.4.2 Năng suất thiết kế nhà máy sản xuất sợi polyester từ PET tái sinh……….27
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM 29
2.1 Tổng quan về sợi Polyester 29
2.1.1 Lịch sử phát triển sợi Polyester 29
Trang 32.1.3 Ứng dụng của sợi Polyester tái sinh 30
2.2 Cấu tạo sản phẩm sợi dệt 32
2.2.1 Nguyên liệu tạo sợi polyester 32
2.2.2 Một số đặc điểm của sợi Polyester 32
2.2.3 Tính chất của sản phẩm 33
2.3 Giới thiệu về nguyên liệu PET 34
2.3.1 Tổng quan 34
2.3.2 Cấu trúc phân tử 35
2.3.3 Đặc tính đặc trưng 36
2.3.4 Độ nhớt đặc trưng 37
2.3.5 Độ hút ẩm 37
2.3.6 Sự kết tinh 37
2.3.7 Sự giảm cấp của nhựa 38
2.3.8 Chỉ số chảy 38
2.3.9 Ứng dụng 38
2.3.10 Những ưu điểm của chai nhựa PET 38
2.4 Máy móc thiết bị và công nghệ sản xuất sợi Polyester 39
2.4.1 Máy trộn 39
2.4.2 Máy đùn 40
2.4.3 Máy bơm định lượng 41
2.4.4 Máy cuốn sợi 42
2.4.5 Máy nghiền 43
2.5 Đơn pha chế trong sản xuất sợi Polyester 43
Trang 4CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 45
3.1 Quy trình công nghệ sản xuất mảnh PET 45
3.1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất mảnh PET 45
3.1.2 Thuyết minh quy trình 46
3.2 Quy trình công nghệ tạo sơi Polyester 46
3.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sợi polyester 46
3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 47
CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT & TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ 49
4.1 Cân bằng vật chất tổng quát 49
4.1.1 Số giờ làm việc trong ngày 49
4.1.2 Cân bằng vật chất tổng quát 50
4.1.3 Định mức nguyên liệu 52
4.1.4 Định mức theo sản phẩm: 52
4.1.5 Định mức từng loại nguyên liệu trong năm 52
4.1.6 Định mức sản xuất thực tế 53
4.2 Máy trộn nguyên liệu 53
4.3 Máy đùn trục vít 56
4.4 Máy bơm định lượng 58
4.5 Gương sen 60
4.6 Hệ thống máy kéo sợi 61
4.7 Buồng làm nguội 63
4.8 Hệ thống máy kéo căng sợi 63
4.9 Máy quấn sợi 65
Trang 5CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN MẶT 69
5.1 Xác định kho nguyên liệu 69
5.2 Xác định diện tích kho chứa thành phẩm 71
5.3 Xác định diện tích phân xưởng chính 72
5.4 Diện tích khu vực khác 74
5.5 Diện tích cho khu nhà hành chính: 75
5.6 Lựa chọn địa điểm xây dựng 77
CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO NHÀ MÁY 78
6.1 Tính toán điện năng tiêu thụ 78
6.1.1 Điện năng dùng cho chiếu sáng: 78
6.1.2 Điện năng dùng cho sản xuất và các thiết bị phụ: 81
6.1.3 Tổng công suất tiêu thụ của thiết bị trong nhà máy 83
6.1.4 Tổng điện năng tiêu thụ của nhà máy trong 1 năm 84
6.2 Tính lượng nước tiêu thụ 84
6.2.1 Tính lượng nước dùng cho sản xuất 85
6.2.2 Tính lượng nước dùng cho sinh hoạt 86
6.2.3 Lượng nước dùng cho tưới cây trong 1 ngày 87
6.2.4 Lượng nước dùng cho phòng cháy chữa cháy 88
CHƯƠNG 7 TÍNH KINH TẾ 90
7.1 Bố trí nhân sự trong nhà máy 90
7.1.1 Sơ đồ tổ chức của bộ máy 91
7.1.2 Nhiệm vụ của các phòng ban 91
7.1.3 Bố trí nhân sự 95
Trang 67.2 Tính vốn đầu tư 97
7.2.1 Tính vốn đầu tư cho tài sản cố định 97
7.2.2 Vốn lưu động của nhà máy 100
7.2.3 Vay vốn ngân hàng và lãi xuất 106
7.3 Tính kinh tế dự án 117
7.3.1 Gía bán một sản phẩm và doanh thu của nhà máy 117
7.3.2 Lãi trước thuế 118
7.3.3 Lãi sau thuế 118
7.3.4 Tính cho các năm còn lại 118
CHƯƠNG 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG 119
8.1 An toàn lao động 119
8.1.1 An toàn khi tiếp xúc với nhiệt độ 119
8.1.2 An toàn khi tiếp xúc với tiếng ồn 119
8.1.3 An toàn khi tiếp xúc với hóa chất độc hại 120
8.2 Phòng chống cháy nổ 120
8.3 Vệ sinh môi trường 121
8.3.1 Môi trường làm việc 121
8.3.2 Xử lí nước thải và phế liệu 122
Trang 7DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 : Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam qua các năm ……….……13
Hình 1.2 : Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam theo nhóm ngành 2015….………14
Hình 1.3 : Một số sản phẩm ngành nhựa……….… 15
Hình 1.4 : Tình hình tiêu thụ chất dẻo 2012-2016……… … 16
Hình 1.5 : Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam theo doanh thu 2015……….……16
Hình 1.6 : Hạt nhựa nguyên sinh……….……… 18
Hình 1.7 : Hạt nhựa phế thải……….……….19
Hình 1.8 : Hiện trạng rác thải nhựa của nước ta………20
Hình 1.9 : Phản ứng thủy phân……….….26
Hình 1.10 : Phương trình phản ứng rượu phâ ………… ……….……26
Hình 1.11 : Phương trình phản ứng glycol phân……… …27
Hình 1.12 : Biểu đồ thể hiện nhu cầu sử dụng các loại nguyên liệu trong ngành dệt may ở Việt Nam hiện nay……….…….31
Hình 2.1 : Tổng tiêu thụ sợi toàn cầu từ 2008-2017……… 34
Hình 2.2 : Khối lượng thị trường R-PET toàn cầu tính đến cuối năm 2016……… 34
Hình 2.3 : Các sản phẩm từ sợi Polyester ứng dụng trong nội thất….…… 36
Hình 2.4 : Các sản phẩm từ sợi Polyester thành phẩm……… 38
Hình 2.5 : Một số loại máy trộn nhựa……… 44
Hình 2.6 : Máy đùn nhựa……… 45
Hình 2.7 : Bơm định lượng………46
Hình 2.8 : Hệ thống kéo sợi……… 46
Hình 2.9 : Máy cuộn sợi Winder……… 47
Trang 8Hình 2.10 : Máy nghiền và một số bộ phận trong máy nghiền nhựa……….48
Hình 2.11 : Công thức hóa học của IRGANOX AO- 1076……… 49
Hình 3.1 : Sơ đồ quy trình sản xuất mảnh PET………50
Hình 3.2 : Sơ đồ quy trình sản xuất sợi Polyester……….52
Hình 4.1 : Bảng định mức nguyên liệu cho sản xuất……….56
Hình 4.2 : Máy trộn……… 59
Hình 4.3 : Máy đùn trục vít……….…… 61
Hình 4.4 : Bơm định lượng………63
Hình 4.5 : Gương sen……….65
Hình 4.6 : Hệ thống trục kéo sợi………66
Hình 4.7 : Hệ thống trục kéo căng sợi……… ……68
Hình 4.8 : Máy quấn sợi………69
Hình 4.9 : Máy nghiền dao………70
Hình 7.1 : Sơ đồ bố trí nhân sự của công ty……… 93
Trang 9DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Tính chất vật lý của nhựa PET……… 41
Bảng 2.2: Đơn công nghệ sản xuất sợi Polyester……….…48
Bảng 4.1: Bảng định mức nguyên liệu cho sản xuất……….57
Bảng 4.2: Bảng tổng kết thiết bị trong dây chuyền sản xuất……….72
Bảng 5.1: Bảng tính toán số ballet cần thiết trong dây chuyền sản xuất sợi……….……… 74
Bảng 5.2: Liệt kê các thiết bị trong dây chuyền sản xuất sợi……… 76
Bảng 5.3: Liệt kê diện tích trong dây chuyền sản xuất ống………….……77
Bảng 5.4: Các công trình phụ trợ……….………….78
Bảng 5.5: Các công trình khu nhà hành chính……….….79
Bảng 5.6: Tổng kết diện tích các công trình chính ở nhà máy……… 80
Bảng 6.1: Công suất chiếu sáng cho các khu vực trong nhà máy………… 83
Bảng 6.2: Công suất chiếu sáng trong nhà máy……….84
Bảng 6.3: Công suất các thiết bị trong nhà máy………85
Bảng 6.4: Tổng công suất tiêu thụ của thiết bị trong nhà máy……….86
Bảng 6.5: Lượng nước để làm nguội dây chuyền sản xuất………87
Bảng 6.6: Tổng số lao động trong nhà máy……… 89
Bảng 7.1: Bảng tổng số lượng nhân viên trong mỗi phòng ban………97
Bảng 7.2: Bảng phân bố số lượng nhân viên làm theo ca sản xuất……… 98
Bảng 7.3: Chi phí cho trang thiết bị của nhà máy……… 100
Bảng 7.4: Tỷ lệ trích các khoản bảo hiểm mới nhất………102
Bảng 7.5: Bảng lương mỗi tháng của nhân viên trực tiếp tham gia sản xuất……… 103
Trang 10Bảng 7.6: Bảng lương mỗi tháng dành cho nhân viên hành chánh……….104
Bảng 7.7: Chi phí nguyên liệu trong 30 ngày của nhà máy……….104
Bảng 7.8: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ nhất……… 107
Bảng 7.9: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ hai………108
Bảng 7.10 : Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ ba……….109
Bảng 7.11: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ tư………110
Bảng 7.12: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ năm………111
Bảng 7.13: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ nhất………112
Bảng 7.14: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ hai……… 113
Bảng 7.15: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ ba……… 114
Bảng 7.16: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ tư……….… 115
Bảng 7.17: Tính dư nợ giảm dần cho năm thứ năm………116
Bảng 7.18: Tổng chi phí phải trả cho ngân hàng………117
Bảng 7.19: Lợi nhuận của nhà máy trong các năm……….………118
Trang 11LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta là một trong những đất nước đang phát triển, nhu cầu sử dụngcác sản phẩm từ nhựa hằng năm rất cao chính vì thế hằng năm nước ta thải ramôi trường một số lượng phế thải từ nhựa là rất lớn Do đó việc cho ra đời sảnphẩm được tái chế từ nhựa phế thải nhằm hạn chế những tác động xấu của conngười đến môi trường là rất cần thiết
Hiện trên thế giới cứ mỗi phút có 1 triệu chai nhựa được bán ra Còn ởViệt Nam, thống kê bình quân, mỗi hộ gia đình sử dụng khoảng 1 kg túinilon/tháng Riêng Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trung bình mỗi ngày thải ramôi trường khoảng 80 tấn nhựa và nilon Đa phần các chai nhựa được làm từPET nguyên sinh và có khả năng tái sinh lại sản phẩm khác mang tính ứngdụng mà điển hình là ngành may mặc
Ở nước ta, trong khi là 1 trong 10 quốc gia xuất khẩu mặt hàng may mặclớn nhất thế giới Nhưng nguyên liệu chủ yếu để phục vụ cho ngành dệt maythì đa phần nhập khẩu từ nước ngoài như : Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc ,những nguồn nguyên liệu thiên nhiên không đủ để đáp ứng các nhu cầu ngàycàng cao của con người cả về số lượng lẫn chất lượng
Một trong những loại sợi hóa học có đóng góp quan trọng hơn cả là sợipolyester, đây là loại sợi đã và đang phát triển mạnh trên thị trường Việt namvà thế giới Hiện nay ở Việt Nam lần lượt có rất nhiều các công ty, Nhà máy ,
xí nghiệp được thành lập để sản xuất ra loại sợi này nhằm đáp ứng nhu cầu thịtrường trong nước như Công ty sợi Thế Kỷ, Nhà máy sợi Đình Vũ – Hải
Phòng vì thế em chọn đề tài là: “thiết kế nhà máy sản xuất sợi Polyester từ
nhựa PET tái sinh năng suất 3000 tấn/năm”
Sinh viên thực hiện
Trang 12
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về ngành nhựa việt nam
1.1.1 Tình hình phát triển chung của ngành nhựa
Ngành sản xuất sản phẩm nhựa là một trong những ngành công nghiệp đangphát triển nhanh nhất tại Việt Nam với tốc độ tăng trưởng trung bình trong 10năm trở lại đây là 15 – 20% Cùng với nhịp độ tăng trưởng kinh tế, các công
ty trên thế giới ngày càng sản suất nhiều sản phẩm có sử dụng vật liệu là nhựavà điều đó mở ra triển vọng khả quan cho thị trường ngành nhựa tổng hợp(như polyethylene PE và polypropylene PP) [1]
Theo Hiệp hội nhựa Việt Nam (VPA), cấu trúc nhựa được chia thành bốnmảng chính: nhựa bao bì, nhựa gia dụng, nhựa xây dựng và nhựa kỹ thuật [1]
Hình 1.1: Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam qua các năm
(Nguồn: VPA,VCBS tổng hợp )
Trang 13Hình 1.2: Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam theo nhóm ngành năm 2015
(Nguồn: VPA,VCBS tổng hợp)
Mảng bao bì nhựa: đây là phân khúc duy trì tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu
ngành nhựa Việt Nam với các sản phẩm như bao bì thực phẩm, bao bì xâydựng, bao bì PET, túi nhựa… Theo xu hướng chung của thế giới, nhóm sảnphẩm chai PET và túi nhựa tái chế thân thiện với môi trường sẽ đạt tốc độtăng trưởng cao trong các năm tới so với các dòng sản phẩm khác
Mảng nhựa gia dụng: chiếm hơn 29% giá trị sản xuất của ngành nhựa, với
các sản phẩm đồ dùng gia dụng như bàn ghế, tủ kệ, đồ chơi, chén dĩa…Nhựagia dụng Việt Nam hiện chiếm đến 90% thị trường nội địa, nhưng chủ yếu lànhững sản phẩm bình dân với biên lợi nhuận thấp, trong khi đó các sản phẩmcao cấp với biên lợi nhuận cao lại thuộc về các doanh nghiệp FDI và doanhnghiệp ngoại như Lock&Lock của Hàn Quốc…
Mảng nhựa kỹ thuật: bao gồm các sản phẩm là thiết bị nhựa dùng trong lắp
ráp ô tô, xe máy, thiết bị nhựa điện tử, chiếm 15% giá trị sản xuất của sảnphẩm Mặc dù số lượng doanh nghiệp hạn chế nhưng tổng sản lượng sản xuấtcủa mảng này chiếm đến 20% tổng sản lượng ngành nhựa và chủ yếu phục vụthị trường nội địa [1]
Trang 14Mảng nhựa xây dựng: các sản phẩm chính trong nhóm ngành này gồm ống
nhựa uPVC, HDPE, cánh cửa nhựa, tấm ốp trần, nội thất phục vụ chủ yếu chonhu cầu xây dựng Thị phần mảng nhựa xây dựng chỉ chiếm 18,2% tổngngành, tuy nhiên tốc độ phát triển của nhựa xây dựng khá lớn 15- 20%/nămnên tiềm năng phát triển mạnh Hiện nay, có 180 doanh nghiệp đang hoạt độngtrong 02 mảng là ống nhựa xây dựng và nhựa vật liệu xây dựng Nguyên liệuchủ yếu của nhóm sản phẩm này là hạt nhựa PVC, PP, HDPE
Hình 1.3: Một số sản phẩm ngành nhựa.
(Nguồn: Công Ty Cổ Phần Nhựa Đại Thành Long )
1.1.2 Tình hình nhu cầu thị trường trong nước của ngành nhựa
Tại Việt Nam, mức tiêu thụ bình quân chất dẻo đầu người tăng nhanh quacác năm giai đoạn 2012 - 2014 ở mức 38 kg/người/năm tăng lên49kg/người/năm vào năm 2115 và dự đoán đạt 53 – 54 kg/ người/ năm chonăm 2016 tương đương mức tăng bình quân 16,5 %/năm trong hai năm qua
Trang 15Hình 1.4: Tình hình tiêu thụ chất dẻo 2012 – 2016 (Nguồn FPTS Research).
Chỉ số tiêu thụ nhựa bình quân đầu người của Việt Nam khá tương đồng vớicác quốc gia trong khu vực như Thái Lan, Trung Quốc Trong hai năm 2015-
2016 giá nguyên liệu giảm và nhu cầu gia tăng tiêu thụ trong nước ( từ ngànhxây dựng và tiêu dùng), các doanh nghiệp nhựa Việt Nam đã đẩy mạnh sảnxuất khiến tổng sản lượng nguyên liệu nhựa nhập khẩu tăng bình quân23%/năm từ mức 2,9 triệu tấn (năm 2014 ) lên 4,4 triệu tấn ( năm 2016) Sảnphẩm của ngành nhựa cũng rất đa dạng và ngày càng được sử dụng nhiều lĩnhvực trong nhiều ngành [2]
Hình 1.5: Cơ cấu ngành nhựa Việt Nam theo doanh thu 2015
(Nguồn: Hiệp hội nhựa Viêt Nam (VPA))
Trang 161.1.3 Giới thiệu về hạt nhựa
a Hạt nhựa nguyên sinh
Hạt nhựa nguyên sinh đều là những loại nhựa nguyên chất, không pha tạp,không thêm phụ gia, thường có màu trắng tự nhiên, khi đưa vào ứng dụngngười ta thường pha thêm hạt tạo màu để được các màu sắc khác nhau như:xanh, đỏ, tím, vàng…
Đặc tính của nhựa nguyên sinh là mềm, dẻo, có độ đàn hồi lớn, chịu đượccong vênh và áp lực Thành phẩm của nhựa nguyên sinh có thẩm mỹ khá cao
do bề mặt bóng, mịn và màu sắc tươi sáng
Tùy vào đặc tính của từng loại nhựa nguyên sinh mà các loại nhựa này hiệnđược ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp như bao bì thực phẩm, mũbảo hiểm (chống va đập), đầu gậy đánh golf, hệ thống ống chất dẻo chịu đượcáp lực…
Hạt nhựa ABS: có màu trắng tự nhiên hoặc trắng đục Nhựa ABS cứng, rắn
nhưng không giòn, cách điện, không thấm nước, tính chất đặc trưng của ABSlà khả năng chịu va đập và độ dai được ứng dụng để sản xuất mũ bảo hiểm,thùng chứa và một số linh kiện xe máy
Hạt nhựa PP: là loại hạt nhựa phổ biến nhất trong đời sống hằng ngày của
con người, PP có màu trắng trong suốt, tuy nhiên nhà sản xuất thường pha vớicác loại hạt tạo màu nhằm tạo ra sản phẩm đầy đủ màu sắc, tính bền cơ họccao (bền xé và bền kéo đứt), khá cứng vững, không mềm dẻo như PE, không
bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi PP không màu không mùi, không
vị, không độc Hạt nhựa PP cháy sáng với ngọn lửa màu xanh nhạt, có dòngchảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su PP được ứng dụng rộng rải như:sản xuất đồ chơi, thau, rổ, khay nhựa…
Trang 17dẻo dai tốt, bôi trơn bề mặt, đặc biệt chịu mài mòn nên được ứng dụng trong y
tế, linh kiện điện tử, linh kiện ô tô, xe máy, máy bay và một số ngành maymặc, gia dụng khác
Ngoài ra trên thế giới còn có rất nhiều loại hạt nhựa có ứng dụng khác nhaunhư: HDPE, LDPE, PET, PVC…[3]
Hình 1.6: Hạt nhựa nguyên sinh.
(Nguồn: Công Ty TNHH Đầu Tư và Phát Triển Thương Mại Quốc Đạt)
b Hạt nhựa tái chê
Hạt nhựa tái sinh là nhựa được tái chế nhiều lần từ nhựa nguyên sinh hoặcchính nó Nhựa tái sinh có giá thành rẻ hơn nhựa nguyên sinh nên được sửdụng rất nhiều trong cuộc sống như: bàn ghế nhựa, pallet kê đồ, các vật dụnggiả gỗ, cốp pha nhựa… Tái sinh nhựa là công nghệ và thành quả tuyệt vờitrong tiết kiệm năng lượng, tài nguyên thiên nhiên và môi trường…
Nhựa tái sinh HDPE: (High Density Polyethylene) được tái chế từ ống dẫn
hơi nóng, ống phục vụ cho ngành bưu điện cáp quang, ống thoát nước, v.v…HDPE dùng sản xuất túi, bao bì, can nhựa, đồ gia dụng, thổi túi, sản phẩm môitrường
Nhựa tái sinh PP: (Polypropylen) được tái sinh từ bao bì, dây chão, thảm,
màng, văn phòng phẩm, các phần bằng nhựa PP khác như: dụng cụ thínghiệm, loa, các phần nội thất ôtô, v.v… Các sản phẩm của hạt nhựa tái sinh
PP có tính chất vật lý dai, hơi cứng và có độ bền cao
Trang 18Hạt nhựa tái sinh ABS: (Acrylonitrin butadien styrene) là một loại nhựa rất
dẻo dai, chịu được sự va đập mạnh được tái chế từ các sản phẩm ép phun, bànphím, máy văn phòng, các bộ phận xe hơi, xe máy, mũ bảo hiểm, đồ chơi, cácsản phẩm nhẹ, cứng, dễ uốn như ống, vỏ hộp, dụng cụ âm nhạc, dè xe, ống chỉvà được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thấp cấp hơn [3]
Hình 1.7: Hạt nhựa phế thải.
(Nguồn : Công ty TNHH Cơ Khí Nhựa Việt Úc)
1.2 Tình trạng rác thải nhựa hiện nay và khả năng tái sinh nhựa
1.2.1 Tình trạng rác thải hiện nay
Nhựa là một trong những chất liệu tiện dụng nhất mà con người từng phátminh Với đặc tính rẻ, bền, tiện lợi, nhựa được ứng dụng trong hầu hết các lĩnhvực của đời sống - từ túi nilon cho tới đồ dùng, chai lọ nhựa… Tuy nhiên,cuộc sống chúng ta ngày nay đang phải đối mặt với mối đe dọa từ chính thứchất liệu này gây nên Những phế phẩm, rác thải từ nhựa bị vứt một cách bừabãi xuống biển đang từng ngày, từng giờ đưa thế giới tới bờ vực ô nhiễm nặngnề
Theo một nghiên cứu mỗi năm các đại dương trên thế giới đang phải hứngchịu từ 8 đến 9 triệu tấn rác thải nhựa Con số này cao hơn 33 lần so với cácdự đoán trước đây Có tới hơn phân nửa số rác thải này đến từ 5 quốc gia châu
Trang 19Trung Quốc lần lượt là Indonesia, Philippines, Việt Nam và Sri Lanka [4].
Có một điều hết sức đáng sợ là khi đã lọt ra biển thì rác thải nhựa có thể cầntới hơn 400 năm để phân hủy Vì thế, có tới hơn 90% lượng rác trôi nổi trênmặt biển là rác thải nhựa Theo kịch bản xấu nhất mà tổ chức bảo tồn OceanConservancy và công ty tư vấn McKinsey dự báo, tới năm 2025 trên các đạidương khắp thế giới cứ có 3 tấn cá thì sẽ có 1 tấn rác thải nhựa [4]
Hình 1.8: Hiện trạng rác thải nhựa của nước ta.
(Nguồn: Công ty TNHH SX Thương Mại Nhựa Hiệp Phát)
1.2.2 Các công nghệ sản xuất nhựa
Công nghệ ép phun (Injection technology): công nghệ này được sử dụng
để làm cho các thành phần nhựa và phụ tùng cho các thiết bị điện tử, điện lực,
xe máy và ngành công nghiệp ô tô Có khoảng 3.000 loại thiết bị ép phun tạiViệt Nam [1]
Công nghệ đùn - thổi (Blow-Extrusion technology): đây là công nghệ thổi
màng, sản xuất ra các loại vật liệu bao bì nhựa từ màng, dùng trong các côngnghệ thổi túi PE, PP và màng (cán màng PVC) Hiện nay nhiều doanh nghiệpnhựa sử dụng công nghệ đùn thổi bằng nhiều thiết bị nhập từ các nước, nhiềuthế hệ để sản xuất các sản phẩm bao bì nhựa [1]
Trang 20Công nghệ sản xuất nhựa sử dụng thanh Profile (Profile Technology): ở
Việt Nam, công nghệ này được sử dụng để làm các sản phẩm như ống thoátnước PVC, ống cấp nước PE, ống nhôm nhựa, cáp quang, cửa ra vào PVC,khung hình, tấm lợp, phủ tường
Tuy nhiên, các công nghệ này cũng tồn tại khá nhiều nhược điểm như tiêutốn năng lượng, ô nhiễm môi trường, chất lượng sản phẩm chưa đảm bảo tínhcạnh tranh, 60 – 70% máy móc đều là máy mới và chủ yếu được nhập khẩu từthị trường châu Á Tuy vậy, sản phẩm từ các thị trường này, đặc biệt là TrungQuốc có giá thành thấp hơn nhưng còn khá đợn giản và chưa đạt được trình độcông nghệ phức tạp như thiết bị của Đức, Ý, Nhật Các công nghệ mới hiệnđại trong 8 ngành kinh tế kỹ thuật nhựa đều đã có mặt tại Việt Nam [1]
1.3 Tình hình phát triển của ngành nhựa PET
1.3.1 Giới thiệu chung về PET
Polyethylene terephte (PET) là một trong những loại vật liệu phổ biến đượcứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với tốc độ tăng rất nhanh Với phạm vi
sử dụng rộng, PET hầu như dần được thay thế các loại vật dụng truyền thồngkhác như gỗ, sứ, thủy tinh…
PET được cung cấp dưới dạng hạt nhỏ (dạng chip) có kích thước khoảng 2
mm, khối lượng khoảng 0,05g, có màu trắng (hoặc trắng hơi xanh) Nhựa PET
có độ bền kéo cao, chịu nhiệt (C-PET), chịu mài mòn, bền hóa học, dai chắc,
có tính kháng thẩm thấu (antiosmosis) tốt, bề mặt trơn láng, khi cháy tạo ngọnlửa màu vàng và tiếp tục cháy khi cách ly khỏi ngọn lửa, 30% nhựa PET đượcdùng để sản xuất các sản phẩm chai lọ chứa nước khoáng, nước trái cây, dầu
ăn, đựng thuốc, mỹ phẩm, etc Trong lĩnh vực sản xuất màng (film), độ bềnkéo của màng PET tương đương màng nhôm, gấp 3 lần màng polycarbonatevà màng polyamide [5]
Có 3 loại PET : - Homopolymer (polymer đồng thể) : được tổng hợp từ tỷ lệ1:1 TPA hoặc DMT và EG - Copolymer (polymer đồng trùng hợp) : sử dụng
Trang 21dimethanol (lên đến 5% mol) thích hợp cho quá trình kéo thổi tốc độ cao, độtrong được cải thiện so với homopolymer - PETG (polyethylene terephthalateglycol) là copolyester đạt được từ trùng ngưng DMT với 15-34 % mol 1,4cyclo – hexane dimethanol, chủ yếu dùng cho thẻ tín dụng và màn hình [5] PET homo- và co- có đặc tính gần tương tự nhau như có cấu trúc bán kếttinh, nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 760C, nhiệt độ nóng chảy 2500C, khốilượng riêng 1,3 – 1,4 (g/cm3), I.V nhỏ nhất 0,7 (dl/g), phổ hồng ngoại tươngtự nhau Trong khi đó PETG có phổ hồng ngoại khác homo- và co-, khốilượng riêng khoảng 1,27 (g/cm3), I.V nhỏ nhất 0,65 (dl/g), nhiệt độ chuyểnthủy tinh khoảng 860C, cấu trúc chủ yếu là pha vô định hình Một số thông số
kỹ thuật của PET resin (nguyên liệu) [5]
1.3.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ PET trên thế giới
PET chiếm khoảng 18% sản lượng polymer thế giới và là polymer sản xuấtnhiều thứ ba, sau polyethylene (PE) và polypropylene (PP) Hai ứng dụngchính cho nhựa PET là dùng để làm sợi để dệt vải polyester và cho các ứngdụng dạng rắn như chai, thùng chứa, màng và polyme cấp kỹ thuật Sự phânchia gần đúng giữa các lớp chính này là 65% -70% chất xơ và 30% -35% chấtrắn trạng thái rắn Sợi PET chiếm khoảng 55% tổng số sợi dệt được sản xuấtSản lượng PET nguyên chất toàn cầu năm 2015 là 72 triệu tấn, trong đó 48triệu tấn là PET vô định hình dùng cho các ứng dụng sợi, 20 triệu tấn là PETdạng rắn dùng cho các ứng dụng đóng gói và 4 triệu tấn được sử dụng trongphim Chất lượng của nguyên liệu đầu vào phụ thuộc vào tính chất vật lý củanguyên liệu, và là yếu tố quyết định chính của chi phí [6]
1.3.3 Giới thiệu về PET tái chế
PET tái chế là sản phẩm của quá trình sản xuất hoặc chế tạo từ nhựa PET đãqua sử dụng PET sau khi sử dụng được thu gom phân loại ở các cơ sở tái sinh,làm sạch rồi đóng thành kiện hay cắt nhỏ thành vảy Thông thường có rất ít
Trang 22thông tin về tính chất của PET tái chế( Recycle-PET), do sản phẩm sau tái chếthường khó xác định được tính chất cũng như thành phần của vật liệu.
Vì mức độ tiêu thụ nhựa PET ngày càng nhiều, vòng đời sử dụng tương đốingắn nên hàm lượng rác thải từ nhựa PET thải ra môi trường là rất lớn Dovậy, việc ứng dụng công nghệ tái chế hoặc tái sử dụng PET phế thải là hết sứccần thiết, góp phần ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, đồng thời hạn chế khảnăng khai thác nguồn tài nguyên
Tái chế là một hoạt động thu hồi lại từ phế thải các thành phần có thể sửdụng để chế biến thành những sản phẩm mới sử dụng lại cho các hoạt độngsinh hoạt và sản xuất Có 2 quá trình tái chế chính là tái chế vật liệu bao gồmcác hoạt động thu gom vật liệu có thể tái chế từ rác thải, xử lý và sử dụng vậtliệu này để sản xuất các sản phẩm mới và thu hồi nhiệt bao gồm các hoạt độngsản xuất năng lượng từ rác thải nhựa
1.3.4 Cơ hội và khó khăn của PET tái chế
a Cơ hội
So với các sản phẩm khác, nhựa tái chế là sản phẩm khá mới mẻ và đangngày càng được ưa chuộng, đặc biệt là ở các nước phát triển do đặc tính thânthiện với môi trường và mục đích tiết kiệm năng lượng do có thể tái chế nhựa.Sản lượng nhựa tái chế tăng trung bình 11% trong hơn 10 năm qua, là mộttrong những phân ngành có tăng trưởng ấn tượng nhất trong ngành nhựa thếgiới Tính đến 2009, tỷ lệ nhựa tái chế ở các nước châu Âu như Pháp, Đứcchiếm 15-30% và tỷ lệ cao nhất tại Anh với 40% Từ 2006, nguồn cung chonhựa tái chế đã tăng mạnh nhưng vẫn chưa đủ cho như cầu
Sản phẩm và triển vọng: các sản phẩm nhựa có thể tái chế hiện nay chủ yếulà sản phẩm của phân ngành bao bì nhựa như các chai nhựa PET, bao bì thựcphẩm Trong những năm gần đây, số lượng chai nhựa PET tăng gấp đôi,chiếm 30% tổng lượng chai PET được tiêu thụ trên thế giới Đây cũng là tăngtrưởng ấn tượng nhất trong các phân khúc bao bì nhựa Nhu cầu cho nhựa tái
Trang 23nhựa PET và HDPE, nguyên liệu chính sản xuất nhựa có thể tái chế Tiêu thụhạt nhựa PET vượt 550,000 tấn trong năm 2012 và có khả năng vượt trên600,000 tấn trong những năm tiếp theo Triển vọng tăng trưởng của nhựa PETtái chế là rất lớn Theo cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA), chai nhựatái chế chiếm khoảng 2% số lượng nhựa tái chế tại Mỹ Với mục tiêu 25% sốnhựa tiêu thụ sẽ được sản xuất từ nhựa tái chế, thị phần và sản lượng chainhựa PET sẽ càng tăng[7].
Nhựa tái chế sẽ tăng trưởng mạnh và bền vững nhất trong thời gian tới.Thêm vào đó, xu hướng sử dụng và sản xuất nhựa tái chế ngày càng phổ biếnvới sản lượng tăng trung bình 11%/năm và hiện nguồn cung nhựa tái chế vẫnchưa đáp ứng đủ nhu cầu Nhu cầu tái chế nhựa tăng cao một phần là nhờchính sách khuyến khích của chính phủ các nước trong quá trình giảm thiểumức độ ô nhiễm môi trường do sản phẩm nhựa gây ra Các nước ÚC, Ireland,
Ý, Nam Phi, Đài Loan, đã chính thức cấm sử dụng túi nylon Danh sách sảnphẩm nhựa không được lưu dùng của Trung Quốc đã dẫn tới sự sụp đổ của nhàmáy sản xuất bao bì nhựa mềm lớn nhất Trung Quốc- Suiping HuaqiangPlastic năm 2008 Và ngày càng nhiều nước đưa ra chính sách khuyến khích
sử dụng nhựa tái chế, trong đó có Việt Nam Xu hướng này mới bắt đầukhoảng 10 năm nay trở lại đây và đòi hỏi công nghệ mới và phức tạp hơn đểsản xuất nhựa tái chế [7]
Trang 241.3.5 Phương pháp tái chế PET
Hiện nay, có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý PET thải như chôn lấp,tái sử dụng hoặc tái chế Do hầu hết nhựa PET không thể tự phân hủy sinhhọc, khi xử lý bằng cách đốt hoặc chôn lấp sẽ gây ra ô nhiễm môi trường,thoái hóa đất, phát sinh ra khí độc hại gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Do đó, tái chế PET là phương pháp khả thi nhất cho việc xử lý PET thải Đặcbiệt, đây còn là nguồn nguyên liệu đầu vào giá rẻ cho 1 số ngành sản xuấtkhác
Các phương pháp tái chế PET chính là phương pháp cơ học và phương pháphóa học Với phương pháp cơ học, đơn thuần là thu gom, rửa sạch, băm nhỏ,sấy khô, tái gia công Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là hạt nhựatái chế có chất lượng thấp, không xác định được thành phần và hàm lượng tạpchất nên PET sau tái chế có độ nhớt thấp Do đó, tái chế hóa học ngày càng trởnên hiệu quả để xử lý PET thải[8]
a Phương pháp hóa học
Phương pháp tái chế hóa học, còn được gọi là tái chế monomer, là phươngpháp phân hủy các polymer và đưa chúng trở về các thành phần banđầu( hydrocacbon) sao cho có thể sử dụng làm nhiên liệu hoặc nguyên liệucho phản ứng polymer hóa Phương pháp hóa học không chỉ tạo ra nguồnnguyên liệu có tính chất giống PET ban đầu mà còn tạo ra những nguyên liệumới có thể ứng dụng vào các lĩnh vực sản xuất, nghiên cứu khác Tái chế bằngphương pháp hóa học có những ưu điểm như hiệu suất thu hồi cao, sản phẩmkhông bị giảm cấp sau quá trình tái chế, thành phần ổn định
Phương pháp hóa học được chia làm 3 loại : Thủy phân (hydrolysis), rượuphân (methanolysis), và glycol phân (glycolysis) (Dutta, soni, 2014)
Thủy phân (hydrolysis): Trong phản ứng thuỷ phân nhựa PET có thể dùng
xúc tác axit vô cơ hoặc kiềm Sản phẩm của phản ứng là terephthalic acid(TPA) thô được xử lý bằng than hoạt tính để loại bỏ tạp chất và sau đó tái kết
Trang 25tương đương với độ tinh khiết TPA có trên thị trường Với phương pháp này,phản ứng xảy ra chậm, cần nhiều giai đoạn để làm sạch TPA, giá thành cao,cho nên phương pháp ít được sử dụng cho tái chế PET với quy mô côngnghiệp[8]
Hình 1.9: Phương trình phản ứng thủy phân.
Rượu phân (methanolysis): Tác nhân khử trùng hợp là rượu methylic ở
nhiệt độ khoảng 200 ˚ C, dưới áp suất cao Phản ứng rượu phân rất có hiệu quảđể tái chế nhựa PET ở dạng màng, dạng sợi và chai Tuy nhiên, quá trình phântách sản phẩm của phản ứng cần chi phí cao, phương pháp này ít kinh tế
Hình 1.10: Phương trình phản ứng rượu phân.
Glycol phân (glycolysis): Phản ứng glycol phân PET được tiến hành dưới
áp suất cao, nhiệt độ 180-220 ˚ C trong môi trường khí trơ (N2) để tránh oxyhoá các polyol tạo thành Sản phẩm của phản ứng là monome bis(2-hydroxyetyl) terephtalat (BHET) cùng với oligome Tinh chế BHET bằngphương pháp lọc nóng dưới áp suất để loại các tạp chất Sau đó làm sạch bằng
Trang 26than hoạt tính để khử màu và tạp chất Hiện nay, đây là phương pháp đangđược sử dụng phổ biến nhất [8]
Hình 1.11: Phương trình phản ứng glycol phân.
Trong cuộc sống hiện đại, việc sử dụng các vật dụng như chai nhựa, màngnylon bọc thực phẩm, ống nhựa dẫn nước… đã trở nên quen thuộc với đờisống con người Sản phẩm nhựa trở thành một phần không thể thiếu trongcuộc sống cũng như trong công nghiệp Nhựa được ứng dụng rất phổ biến từbao bì chứa thực phẩm đến hóa chất công nghiệp và gia dụng
Trên thực tế, nhựa tái chế có tính ứng dụng cao, một số nơi có ý tưởng chếbiến nhựa phế thải thành dầu thô, tái chế thành thảm, chế biến dầu xanh từnhựa phế thải Các nguyên liệu sợi công nghiệp làm từ nhựa PET tái chế đượcdùng để tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như quần áo, giày, khăn tắm,chăn…Những hoạt động này đã góp phần làm giảm giá thành và giúp giảiquyết vấn đề khan hiếm nguyên liệu sản xuất[8]
b Trong lĩnh vực vật liệu
Một ứng dụng quan trọng của PET tái chế trong lĩnh vực vật liệu là việc sửdụng các vật liệu polyme gia cố bằng sợi thủy tinh đã phát triển nhanh chóngtrong những năm qua Các hợp chất cao phân tử đầu tiên sử dụng sợi thủy tinhcắt nhỏ dựa trên polyeste không no và nhựa epoxy, nhưng gần đây các vật liệunhựa nhiệt dẻo đã được ứng dụng chẳng hạn như PET[8]
Trang 27PET tái chế được ứng dụng trong xây dựng là vấn đề phổ biến nhất hiện nay.Việc ứng dụng PET tái chế vào xây dựng nhằm nâng cao hiệu suất cách nhiệt,cải thiện tính chất cơ học của bê tông vì lợi ích kinh tế và môi trường Các vậtliệu cách nhiệt và điện cho ngành công nghiệp xây dựng là một trong nhữngứng dụng khả thi của PET tái chế
Một số ứng dụng đang được quan tâm hiện nay như: Cốt vật liệu cho bê tôngpolyme, gạch, nhựa đường, sơn, nhằm tạo sự thân thiện với môi trường vàtránh lãng phí tài nguyên
Bê tông polyme (PC) với nhiều tính năng tốt như: Khả năng chống ăn mòn,chịu nhiệt, chịu nén và có độ bền kéo tốt hơn so với bê tông thông thường(spemat.com) Vì lý do này, bê tông polyme được sử dụng trong nhiều côngtrình như cống hộp, thùng chứa chất thải nguy hại, các đường rãnh, cống sànvà trong việc sửa chữa làm lớp phủ của bề mặt bê tông xi măng như đường vàcầu bị hư hỏng Sự kết hợp giữa nhựa PET tái chế vào bê tông polyme giúpgiảm chi phí vật liệu giải quyết một số vấn đề chất thải rắn gây ra và tiết kiệmnăng lượng[8]
d Một số ứng dụng khác của PET tái chê
Phụ tùng ôtô: tấm phủ ghế, hộp đựng pin, cánh quạt và các tấm cửa, thảm lótkhoang hành lý được sản xuất bằng chất liệu PET bền, đẹp, chống thấm nước,
dễ vệ sinh (Panda,., 2010) Ngoài ra, còn được ứng dụng trong ngành côngnghiệp điện tử (hộp công tắc điện, vỏ dây cáp điện, màn hình tivi…), hệ thốnglọc thoát nước …[8]
1.4 Tiềm năng và năng suất thiết kế nhà máy sản xuất sợi polyester từ PET tái sinh.
1.4.1 Tiềm năng sản xuất sợi Polyester
Trong xu hướng phát triển của khoa học kĩ thuật hiện nay trên toàn thế giới,sự cạn kiệt nguồn nguyên liệu tự nhiên đang là nguy cơ hàng đầu trên tất cả
Trang 28các lĩnh vực thì các sản phẩm nhân tạo, tổng hợp đang dần thay thế cho cácsản phẩm từ tự nhiên Trong lĩnh vực các mặt hàng dệt may cũng vậy, nếungày xưa con người thường sử dụng các loại vải được dệt từ tự nhiên như vảicotton làm từ bông thì ngày nay với sự phát triển của các loại sợi tổng hợp,nhân tạo đã giữ thế chủ động trên thị trường may mặc.
Sợi tổng hợp đang vượt mặt sợi bông trong cuộc chiến giá cả và chất lượngtrên thị trường dệt may thế giới bởi nhiều điều kiện kinh tế đang hậu thuẫn chonguyên liệu nhân tạo này, và dự kiến xu hướng này sẽ còn tiếp diễn
Các nhà sản xuất vải sợi ngày càng ưa chuộng các loại sợi nhân tạo, bởi côngnghệ tiên tiến giúp cho những loại sợi này ngày càng có nhiều ưu điểm về chấtlượng, không thua kém so với bông thiên nhiên Ngoài ra, sợi tổng hợp còncho phép tiết kiệm được năng lượng vì nó cần ít thời gian hơn trong quá trìnhlàm khô, và không nhanh bị bẩn nên tiết kiệm được cả nước Không chỉ ngườitiêu dùng, các nhà máy dệt cũng càng ngày càng ưa chuộng sợi tổng hợp hơn
Do diện tích đất trồng bông phải cạnh tranh với các cây trồng khác, đồngthời chi phí sản xuất bông, nhất là phân bón tăng cao, không chỉ các nướcđang phát triển mà cả các nước phát triển cũng ngày càng giảm sử dụng bôngtrong ngành dệt may
Hình 1.12: Biểu đồ sau thể hiện nhu cầu sử dụng các loại nguyên liệu trong
ngành dệt may ở Việt Nam hiện nay
Giá sợi tổng hợp có quan hệ chặt chẽ với giá dầu mỏ Tuy nhiên, với cáccông nghệ sản xuất tiên tiến, những ảnh hưởng trực tiếp của giá dầu thô đối
Trang 29kiện thuận lợi cho sự phát triển sản xuất các loại vải tổng hợp như sợipolyester.
Ở Việt Nam, dầu mỏ cũng như ngành dệt may, trong khi là một trong 10quốc gia xuất khẩu mặt hàng may mặc lớn nhất thế giới thì ngược lại ViệtNam phải nhập khẩu các nguyên liệu cho ngành dệt may như bông để sản xuấtvải cotton, hạt chip sản xuất sợi polyester từ các nước khác như Ấn Độ, TháiLan, Trung Quốc vì nguồn nguyên liệu trong nước không đủ đáp ứng nhu cầucho ngành dệt may cả về số lượng lẫn chất lượng
1.4.2 Năng suất thiết kế nhà máy sản xuất sợi polyester từ PET tái sinh.
Theo dự báo, đến năm 2023, lượng nguyên liệu nhựa chính phẩm cho sảnxuất ở Việt Nam cần khoảng 10 triệu tấn Lượng nhựa phế liệu (NPL) nhậpkhẩu (NK) phục vụ pha trộn lên tới ba triệu tấn/năm, chưa tính phần NK đểsản xuất nhựa tái sinh xuất khẩu (XK) Vì thế, việc cho NK và sử dụng NPLlàm nguyên liệu sản xuất là một hướng đi mang tính chiến lược, kèm đó là sựkiểm soát chặt các tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường (ONMT) nước và khí[9] Hiện trên thế giới cứ mỗi phút có 1 triệu chai nhựa được bán ra, mỗi năm5.000 tỷ túi nilon được tiêu thụ Còn ở Việt Nam, thống kê bình quân, mỗi hộgia đình sử dụng khoảng 1 kg túi nilon/tháng Riêng Hà Nội và TP Hồ ChíMinh trung bình mỗi ngày thải ra môi trường khoảng 80 tấn nhựa và nilon.[10]
Theo đánh giá của Bộ TN&MT, lĩnh vực tái chế chất thải nhựa của ViệtNam vẫn chưa phát triển Tỷ lệ phân loại chất thải tại nguồn rất thấp, hầu nhưcác loại chất thải được dồn chung với nhau và được thu gom bởi các xe chởchất thải Đơn cử như Thành phố Hồ Chí Minh, mỗi năm, có khoảng 250.000tấn chất thải nhựa được tạo ra; trong đó, 48.000 tấn được chôn trong các bãichôn lấp (đa số là nhựa có giá trị thấp) chiếm 19,2%; còn lại hơn 200.000 tấnchất thải nhựa được tái chế hoặc thải trực tiếp ra môi trường[10]
Trang 30Từ những phân tích về tính chất của sợi trong chương tổng quan và tình hìnhlượng rác thải thải ra môi trường trong các năm nhằm bảo vệ môi trường vàtránh lãng phí nguyên liệu có thể tái sử dụng qua nhiều hướng khác nhau saukhi nghiên cứu kỹ em quyết định chọn sản phẩm thiết kế là sợi Polyester dùngtrong may mặc từ nhựa PET tái sinh với năng suất 3000 tấn/năm
Trang 31CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VỀ THIẾT KẾ SẢN PHẨM
2.1 Tổng quan về sợi Polyester
2.1.1 Lịch sử phát triển sợi Polyester
Thập niên 1930, W.H.Carothers và đồng sự ở viện Duponts tổng hợppolyester dựa trên phản ứng ngưng tụ đa phân tử Sợi polyester đầu tiên đượctổng hợp dựa trên phương pháp kéo nguội không được sử dụng trong côngnghiệp dệt do nhiệt độ nóng chảy thấp ngoài ra nó còn dễ tan trong một sốdung môi thông thường[17]
Năm 1941 J.R.Whinfield và J.T.Dickson tổng hợp được một loại polyestermới từ acid terephthalic và một số rượu hai chức Loại sợi mới này có nhiệt độnóng chảy cao, các tính chất của nó vượt trội nên bắt đầu được ứng dụng trongcông nghiệp dệt với tên gọi là Terylene[17]
Kể từ đó rất nhiều sợi polyester mới được tổng hợp và được đưa ngay vàosản xuất từ nguyên liệu ban đầu là acid terephthalic Gia đình sợi polyestercàng ngày càng đông đúc với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất,trong đó các loại sợi polyester được sản xuất với sản lượng cao nhất là: Polyethylene terephthalate, poly 1-4 butylene terephthalate, poly 1-4 biscyclohexane terephthalate[17]
Bằng cách đưa các rượu thơm hai chức thay thế cho các rượu hai chức mạchthẳng, người ta đã sản xuất được các sợi polyester có các đơn vị cấu trúc chỉchứa những vòng thơm Những sợi này tạo thành họ polyacrylate, được sảnxuất bằng phương pháp kéo nóng chảy sau đó được ủ ở nhiệt độ gần với nhiệt
độ nóng chảy để làm tăng mật độ pha tinh thể Do chúng có khả năng hìnhthành pha tinh thể ở trạng thái lỏng nên mật độ pha tinh thể trong sợi rất cao,sợi có các tính chất cơ lý ưu việt hơn hẳn các polyester thông thường Phầnlớn các polyester là polymer đồng trùng hợp[17]
Trang 322.1.2 Tình hình chung sợi polyester
Hình 2.9: Tổng tiêu thụ sợi toàn cầu từ 2008-2017
(Nguồn: Báo cáo của The Fiber Year Consulting 2017)Trong giai đoạn 2008-2016, tổng tiêu thụ sợi dài polyester toàn cầu đã tăngtrung bình 7.3%/năm, so với tốc độ tăng trưởng 0.2%/năm của sợi cotton vàtốc độ tăng trưởng 2.4%/năm của sợi ngắn Tỷ trọng của sợi polyester trongtổng tiêu thụ đã tăng từ 33% (2008) lên 45% (2016).( hình 2.1)
Sự phổ biến của sợi polyester là nhờ vào việc ứng dụng rộng rãi của nó trongngành dệt may (cho các sản phẩm giày dép, quần áo, đồ dùng gia đình) vàtrong công nghiệp (lốp xe, dây an toàn)
2.1.3 Ứng dụng của sợi Polyester tái sinh từ PET phế thải
Nhu cầu tái chế PET toàn cầu đã thấy một sự thay đổi mô hình do sự nângcao nhận thức của người tiêu dùng Sợi xuất hiện như là phân khúc sử dụngcuối cùng lớn nhất và chiếm hơn 44% tổng doanh thu thị trường trong năm
2016 Các vật liệu sợi này được sử dụng trong thảm, chăn, quần áo và các ứngdụng dệt khác
Trang 33Hình 2.10: Khối lượng thị trường R-PET toàn cầu (cuối năm 2016 (%)).
Do tính chất của nhựa PET nên sau khi tái sinh đa phần người ta sử dụng hạtnhựa tái sinh vào trong ngành công nghệ dệt may Xơ sợi là phân khúc lớnnhất trong năm 2016 và dự kiến sẽ tiếp tục thống trị vào năm 2025 cả về khốilượng lẫn doanh thu Các loại vật liệu quần áo khác nhau như áo phông và áojacket sử dụng chất xơ được sản xuất từ PET tái chế Chất xơ cũng được sửdụng trong sản xuất vỏ bọc ghế ô tô, ghế sofa và ghế bọc ghế, thảm và nhiềuthứ khác nữa
Sợi polyester được sản xuất dưới hai loại : loại thường dùng trong sinh hoạtvà có độ bền cao dùng trong kỹ thuật Loại dùng trong sinh hoạt, chủ yếu sửdụng trong may mặc như quần áo lót, áo mặc ấm, áo quần mùa hè…vì sợipolyester tuy hút ẩm kém, nhưng nhờ tính mao dẫn sợi vẫn hút mồ hôi và phântán ra môi trường bên ngoài
Nhờ tính cách nhiệt cao, sợi polyester được dùng để nhồi vào gối, chăn bôngvà áo bông, vừa ấm vừa dễ giặt sạch
Đối với sợi polyester có độ bền cao được sử dụng trong công nghiệp nhưdùng làm băng chuyền trong sản xuất giấy, băng tải trong dây chuyền trángcao su…, làm vải lọc, dùng làm lưới đánh cá, dây neo tàu, dây thừng[6]
Trang 34Hình 2.11: Các sản phẩm từ sợi Polyester.
2.2 Cấu tạo sản phẩm sợi dệt
2.2.1 Nguyên liệu tạo sợi polyester
Polyester được hình thành từ một phản ứng hóa học giữa acid và rượu.Nhóm chức ester được hình thành do quá trình tương giữa các nhóm chức acidvà rượu nối các phần còn lại của các phần tử phản ứng
Có nhiều loại polyester đi từ các loại monomer khác nhau, trong đó loạipolyester dùng để sản xuất sợi là loại polyester đi từ acid terepthalic vàetylenglycol và polymer tương ứng gọi là polyethylenterepthtalat
Hiện nay, người ta đã sử dụng nguồn polyester từ chai nhựa PET phế liệuthông qua quá trình tái chế, vừa giảm được ô nhiễm môi trường, vừa giảmđược giá thành Ở Việt Nam đã có nhiều công ty làm theo hướng này
2.2.2 Một số đặc điểm của sợi Polyester
Khối lượng riêng: 1,33 g/cm3
Được kết hợp từ: acid và rượu
Bền với acid kém tác dụng với kiềm ( nồng độ cao và nhiệt độ thường )Hàm ẩm: 0,4%
Bền trong dung môi: axetol, benzene, Tetraclorua, rượu, toluene,…
Có khả năng cách điện cao và dễ gây hiện tượng tích điện
Bị hòa tan trong dung môi: me-cryol, o-clophenol khi đun sôi
Trang 35Hình 2.12: Hình ảnh sợi Polyester thành phẩm
(Công Ty TNHH Sản Xuất Thương Mại Vải Sợi Hải Yến)
2.2.3 Tính chất của sản phẩm
a Độ bền cơ lý và ngoại quan
Sợi polyester là loại sợi có độ bền cơ học cao .Độ bền đứt tương tương vớisợi polyamide cũng như đối với các loại sợi tổng hợp khác phụ thuộc vàotrọng lượng phân tử polime, điều kiện tạo sợi và kéo căng
Do cấu tạo của polymer có hình ziczac giống như cao su nên sợi polyester cókhả năng đàn hồi lớn, modul đàn hồi cao hơn
Về bề ngoài sợi polyester rất giống len, vải đi từ polyester rất bền, đẹp,không bị nhàu So với polyamide thì sợi polyester có cấu trúc chặt chẽ hơn, tỷ
lệ phần vi kết tinh cao nên nó kém bền với ma sát hơn, tuy nhiên chỉ sau rất ítvà lớn hơn nhiều so với các loại sợi khác
Cần chú ý rằng khi sợi polyester có độ bền đứt càng cao thì độ mài mòncàng thấp Loại sợi có độ bền đứt trung bình chịu mài mòn tốt hơn loại có độbền cao tới 20-25 lần[11]
b Độ bền với tác dụng của nhiệt và ánh sáng
Do trong phân tử của polyester có chứa nhân thơm nên khả năng bền nhiệtvượt xa các loại sợi Khi gia nhiệt ở 1500C trong 1000 giờ liền, độ bền sợi chỉ
Trang 36giảm 50% trong khi đó các ở nhiệt độ này chỉ trong 200-300 giờ đối với cácloại sợi hóa học khác đã bị phá hủy hoàn toàn Đến nhiệt độ 2350C sợipolyester mất độ định hướng các đại phân tử, đến nhiệt độ 1650C sợi bị nóngchảy và đến 2750C sợi bắt đầu bị phá hủy, vì các vải từ sợi polyester chỉ đượcphép là ủi ở nhiệt độ <2350C.
Dưới tác dụng của ánh sáng sợi polyester cũng bị suy giảm độ bền nhất làkhi chịu tia sáng có bước sóng ngắn 300-330 micromet[11]
c Độ bền hóa học và vi sinh vật
Tương đối bền với acid, hầu hết các acid vô cơ và hữu cơ ở nồng độ khôngcao, ở nhiệt độ thường đều không ảnh hưởng đến độ bền của sợi polyester Vớicác chất oxy hóa sợi polyester tương đối bền Sợi polyester khó nhuộm màu,chỉ nhuộm được bằng thuốc nhuộm thích hợp ( thuốc nhuộm phân tán)
Bền với tác dụng của dung môi hữu cơ như: axetol, benzene…bị hòa tantrong dung môi m-crezol, o-clophenol khi đun sôi Kém bền với tác dụng củakiềm, khi đun sôi lâu trong dung dịch xút 1% sợi bị thủy phân Còn trong dungdịch xút 40% ở nhiệt độ thường sợi bị phá hủy mạnh, vì trong mạch củapolyester có chứa nhóm ester dễ bị phân hủy đặc biệt trong môi trườngkiềm[ 11]
2.3 Giới thiệu về nguyên liệu PET
2.3.1 Tổng quan
Polyethylene terephalate (PET) là một loại polymer nhiệt dẻo, thuộc họpolyester và được dùng trong xơ sợi, vật đựng đồ uống, thức ăn và các loạichất lỏng Có thể sử dụng công nghệ ép phun để tạo hình và trong kỹ nghệthường kết hợp với xơ thủy tinh, PET là một trong số những nguyên vật liệusản xuất sợi thủ công PET có thể tồn tại ở dạng vô định hình (trong suốt) hoặc
ở dạng bán kết tinh (màu trắng đục) tùy thuộc vào quá trình gia công và xử lýnhiệt Nếu tốc độ làm nguội chậm, vật liệu có thời gian để sắp xếp trật tự và có
Trang 37độ bền va đập tốt PET tinh thể thì mờ đục, có độ bền cao.
PET có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc các cấu
tử tổng hợp Ở dạng homopolymer, PET được tổng hợp bởi phản ứng ester hóagiữa acid terephtalic và ethylene glycol tạo ra nước hoặc phản ứng transestergiữa ethylene glycol và dimethyl terephtalate, methanol là sản phẩm Sựpolymer hóa được tiến hành bởi một quá trình đa trùng ngưng của cácmonomer (ngay lập tức sau quá trình ester hóa hoặc transester hóa) vớiethylene glycol là sản phẩm (ethylene glycol được thu hồi trong sản xuất).Đa
số công nghiệp sản xuất PET trên thế giới là tổng hợp sợi (chiếm 60%) cungcấp cho khoảng 30% nhu cầu của thế giới Trong lĩnh vực vãi sợi, PET đượcứng dụng làm polyester kết hợp với cotton Hầu hết, PET được ứng dụng đùn
ép tạo sản phẩm PET có thể được bọc bởi vỏ cứng hay làm vỏ cứng bọc vậtdụng, quyết định bởi bề dày lớp và lượng nhựa cần thiết Nó tạo thành mộtmàng chống thấm khí và ẩm rất tốt Chai PET chứa được các loại thức uốngnhư rượu và các loại khác, bền và chịu được va đập mạnh PET có màu tựnhiên và độ trong suốt cao Chai PET là một loại vật đựng rất tốt và được sửdụng rộng rãi để đựng đồ uống lỏng[12]
Trang 38Công thức phân tử (C10H804)n
Khối lượng riêng (dạng vô định hình) 1,370 g/cm3
Khối lượng riêng (dạng kết tinh) 1,455 g/cm3
Độ bền va đập (mẫu có khía) 3,6 Kj/m2
Đơn vị tính là decilit/gram (dl/g)
Độ nhớt của một vài dạng:
Trang 392.3.6 Sự kết tinh
Sự kết tinh xảy ra khi những phân tử polymer sắp xếp một cách có trật tự
Độ kết tinh càng cao nhựa càng trở nên trắng và đục, để tạo sản phẩm có độtrong suốt như thủy tinh trong quá trình gia công cần làm lạnh nhanh để cácphân tử không có đủ thời gian để sắp xếp một cách có trật tự, khi đó sẽ tạochất rắn vô định hình Sản phẩm đi từ nhựa PET có thể có cấu trúc bán kết tinh(từ trong mờ đến đục) hoặc hoàn toàn vô định hình (trong suốt) tùy thuộc vàosự kiểm soát nhiệt độ kết tinh và tốc độ làm nguội Thông thường sản phẩm có
độ kết tinh 0-50% Độ nhớt có giá trị càng cao thì tốc độ kết tinh càngchậm[12]
2.3.7 Sự giảm cấp của nhựa
PET bị các loại giảm cấp khác nhau trong quá trình gia công chủ yếu là quátrình phân hủy và phân hủy oxi hóa Khi có sự giảm cấp xảy ra sản phẩm có
Trang 40thể bị biến màu, làm giảm khối lượng phân tử tạo acetaldehyde (AA còn gọi làaldehyde acetic) và nối ngang (làm sản phẩm bị giòn) [12].
2.3.8 Chỉ số chảy
Melt index (MI) cho ta đánh giá khái quát về khối lượng phân tử của nhựa vàkhả năng gia công (MI cao thích hợp với phương pháp gia công bằng máy épphun, trong khi MI nhỏ thích hợp với phương pháp đùn)[12]
2.3.9 Ứng dụng
PET là một loại vật liệu làm bao bì phổ biến đối với các sản phẩm thực phẩmvà phi thực phẩm Lĩnh vực nước giải khát có gas đang dẫn đầu các ứng dụngcủa nhựa PET, ngoài ra còn có nước tinh khiết đóng chai và các loại đồ uốngkhác như nước trái cây, dầu ăn, mỹ phẩm, màng film Ngoài ra PET còn được
sử dụng để sản xuất chi tiết trong xe hơi, điện và điện tử, màng bao gói thựcphẩm, sợi tổng hợp
2.3.10 Những ưu điểm của chai nhựa PET
Sản phẩm có ngoại quan tốt, trông như thủy tinh
Không mùi, không độc hại, thích hợp cho thực phẩm
Rất an toàn: do có độ bền cao, dai chắc nên khó bị hỏng khi chứa đựng thựcphẩm, khi lực tác dụng vượt quá độ bền chúng chỉ bị nứt mà không vỡ tan gâynguy hiểm như chai thủy tinh
Khả năng che chắn tốt: độ thấm khí oxy, cacbon dioxit rất thấp (rất tốt trongbảo quản thực phẩm, nước có gas)
Khối lượng nhẹ: khối lượng chỉ bằng 10% khối lượng chai thủy tinh cùngthể tích, thuận tiện khi sử dụng, giảm chi phí vận chuyển
Không bị rò rỉ do cổ chai được định hình rất tốt
Độ bền hóa học tốt nhất trong các loại polymer thông dụng cho sản xuấtchai, lọ