Nhựa được sản xuất như thế nào? Giải thích từng bước đơn giản.

Nhựa được sản xuất như thế nào? Giải thích từng bước đơn giản.

 

Tác giả: Tiến sĩ Payal Baheti

 

Nhựa có thể là ‘tổng hợp’ hoặc ‘được phân bổ’. Nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ dầu thô, khí đốt tự nhiên hoặc than đá. Trong khi chất dẻo sinh học đến từ các sản phẩm tái tạo như carbohydrate, tinh bột, dầu mỡ thực vật, vi khuẩn và các chất sinh học khác.

 

Phần lớn nhựa được sử dụng ngày nay là nhựa tổng hợp vì sự dễ dàng của các phương pháp sản xuất liên quan đến quá trình chế biến  dầu thô. Tuy nhiên, nhu cầu ngày càng tăng đối với trữ lượng dầu có hạn đang thúc đẩy nhu cầu về nhựa mới hơn từ các nguồn tài nguyên tái tạo như sinh khối chất thải hoặc các sản phẩm từ động vật thải ra từ ngành công nghiệp.

 

Nhựa được sử dụng ngày nay được tạo ra bởi các bước sau:

Bước 1. Khai thác nguyên liệu thô (chủ yếu là dầu thô và khí đốt tự nhiên, nhưng cũng có thể là than đá) – đây là một hỗn hợp phức tạp của hàng nghìn hợp chất cần được xử lý.

Bước 2. Quá trình tinh chế biến dầu thô thành các sản phẩm dầu mỏ khác nhau – chúng được chuyển đổi để tạo ra các hóa chất hữu ích bao gồm “monome” (một phân tử là khối cấu tạo cơ bản của polyme). Trong quá trình tinh chế, dầu thô được làm nóng trong lò, sau đó được đưa đến thiết bị chưng cất, nơi dầu thô nặng phân tách thành các thành phần nhẹ hơn gọi là phân đoạn. Một trong số đó, được gọi là naphtha, là hợp chất quan trọng để tạo ra một lượng lớn nhựa. Tuy nhiên, có những phương tiện khác, chẳng hạn như sử dụng khí đốt. 

Bước 3. Polyme hóa là một quá trình trong ngành công nghiệp dầu khí, nơi các khí olefin nhẹ (xăng) như ethylene, propylene, butylene (tức là monome) được chuyển đổi thành hydrocacbon có trọng lượng phân tử cao hơn (polyme). Điều này xảy ra khi các monome được liên kết hóa học thành chuỗi. Có hai cơ chế khác nhau để polyme hóa:

1. Polyme hóa bổ sung

Phản ứng polyme hóa bổ sung là khi một monome kết nối với monome tiếp theo (dimer) và dimer với monome tiếp theo (trimer), v.v. Điều này đạt được bằng cách đưa vào chất xúc tác, điển hình là peroxit. Quá trình này được gọi là polyme tăng trưởng chuỗi – vì nó thêm một đơn vị monome vào một thời điểm. Các ví dụ phổ biến về polyme bổ sung là polyetylen, polystyren và polyvinyl clorua.

1. Trùng hợp ngưng tụ

Sự trùng hợp trùng ngưng bao gồm việc nối hai hoặc nhiều monome khác nhau, bằng cách loại bỏ các phân tử nhỏ như nước. Nó cũng cần chất xúc tác để phản ứng xảy ra giữa các monome liền kề. Đây được gọi là tăng trưởng từng bước, vì ví dụ bạn có thể thêm một chuỗi hiện có vào một chuỗi khác. Các ví dụ phổ biến về polyme ngưng tụ là polyester và nylon.

Bước 4. Hợp chất / Xử lý

Trong chế biến hỗn hợp, các hỗn hợp vật liệu khác nhau được trộn nóng chảy (trộn bằng cách nấu chảy) để tạo ra công thức cho nhựa. Nói chung, một số loại máy đùn được sử dụng cho mục đích này, sau đó là tạo viên hỗn hợp. Đùn hoặc một quy trình đúc khác sau đó biến những viên này thành thành phẩm hoặc bán thành phẩm. Sự kết hợp thường xảy ra trên máy đùn trục vít đôi, nơi các viên này sau đó được xử lý thành các vật thể bằng nhựa có thiết kế độc đáo, kích thước, hình dạng, màu sắc đa dạng với các đặc tính chính xác theo các điều kiện định trước được thiết lập trong máy gia công.

 

1. Polymer so với nhựa

Tất cả các chất dẻo về cơ bản là polyme, nhưng không phải tất cả các polyme đều là chất dẻo.

Thuật ngữ polyme và monomer có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: trong đó “poly” có nghĩa là “nhiều”, “mer” có nghĩa là “đơn vị lặp lại” và từ “mono” có nghĩa là “một”. Điều này có nghĩa đen là một polyme được tạo ra từ nhiều đơn vị lặp lại monome. Polyme là những phân tử lớn hơn được hình thành bằng cách liên kết cộng hóa trị nhiều đơn vị monome lại với nhau dưới dạng chuỗi giống như ngọc trai trên chuỗi ngọc trai .

Từ nhựa có nguồn gốc từ “plasticus” và “plastikos”. Khi chúng ta nói chất dẻo, chúng ta đang đề cập đến các polyme hữu cơ (tổng hợp hoặc tự nhiên) có trọng lượng phân tử cao được trộn với các chất khác.

Nhựa là các polyme hữu cơ có trọng lượng phân tử cao bao gồm các nguyên tố khác nhau như cacbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh và clo. Chúng cũng có thể được sản xuất từ ​​nguyên tử silicon (được gọi là silicone) cùng với carbon; một ví dụ phổ biến là cấy ghép ngực bằng silicon hoặc hydrogel silicone cho thấu kính quang học. Nhựa được tạo thành từ nhựa cao phân tử thường được trộn với các chất khác gọi là phụ gia.

“Tính dẻo” là thuật ngữ dùng để mô tả đặc tính, tính năng và thuộc tính của vật liệu có thể biến dạng không thể phục hồi mà không bị vỡ. Độ dẻo mô tả liệu một polyme có tồn tại được ở nhiệt độ và áp suất trong quá trình đúc hay không.

Hóa học cho phép chúng ta thay đổi các thông số khác nhau để điều chỉnh các đặc tính của polyme. Chúng ta có thể sử dụng các nguyên tố khác nhau, thay đổi loại monome và sắp xếp lại chúng theo các mẫu khác nhau để thay đổi hình dạng của polyme, trọng lượng phân tử hoặc các đặc tính hóa học / vật lý khác. Điều này cho phép chất dẻo được thiết kế để có các đặc tính phù hợp cho một ứng dụng cụ thể.

 

2. Hiđrocacbon là gì?

 Hầu hết nhựa được sử dụng ngày nay đến từ hydrocacbon có nguồn gốc từ dầu thô, khí tự nhiên và than – nhiên liệu hóa thạch.

 

Hydrocacbon là gì?

Hydrocacbon là các hợp chất hữu cơ (có thể béo hoặc thơm) được tạo thành từ cacbon và hydro . Các hiđrocacbon béo không có vòng benzen trong khi các chất thơm có vòng benzen.

Cacbon (C , số hiệu nguyên tử = 6) có hóa trị 4, nghĩa là nó có 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng. Nó có thể bắt cặp với bốn electron khác từ bất kỳ nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn để tạo thành liên kết hóa học (đối với hydrocacbon, nó sẽ bắt cặp với hydro). Mặt khác, hiđro (H , với số hiệu nguyên tử = 1) chỉ có một điện tử ở lớp vỏ hóa trị nên bốn nguyên tử H này sẵn sàng bắt cặp với nguyên tử C bằng cách tạo liên kết đơn để tạo ra phân tử CH 4 . Phân tử CH 4 được gọi là metan, là hiđrocacbon đơn giản nhất và là thành viên đầu tiên của họ Alkan. Tương tự, nếu hai nguyên tử C liên kết với nhau, chúng có thể liên kết với tối đa sáu nguyên tử H với ba nguyên tử trên mỗi nguyên tử C để đưa ra công thức hóa học của CH3 -CH 3 (hoặc C 2 H 6 ) được gọi là etan và chuỗi tiếp tục như sau.

 

Họ ankan : Metan (CH 4 ), etan (CH 3 -CH 3 hoặc C 2 H 6 ), propan (CH 3 -CH 2 -CH 3 ), butan (CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 ), pentan (CH 3 -CH 2 -CH 2 – CH 2 -CH 3 ), hexan, heptan, octan, nonane, dodecan, undecan, v.v.

Lưu ý rằng loại liên kết này với cacbon và hydro là liên kết bão hòa (liên kết sigma được ký hiệu là liên kết σ). Cũng có thể có liên kết không bão hòa trong đó liên kết pi (liên kết π) có mặt cùng với liên kết sigma tạo liên kết đôi cacbon-cacbon ( anken ) hoặc có hai liên kết π với sigma tạo liên kết ba cacbon-cacbon ( alkynes ), mà phụ thuộc rất nhiều vào kiểu lai hoá giữa các nguyên tố.

 

Họ anken : Etylen (CH 2 = CH 2 hoặc C 2 H 4 ), propylen (CH 2 = CH-CH 2 ), 1-butylen (CH 2 = CH-CH 2 -CH 3 ), 2-butylen (CH 3 -CH = CH-CH 3 ) và như vậy. (Lưu ý rằng 1-butylen và 2-butylen là đồng phân của butylen).

 

Hydrocacbon ankan : Etyne (CH ≡ CH hoặc C 2 H 2 ), propyne (CH≡C-CH 3 ), 1-butyne (CH≡C-CH 2 -CH 3 ), 2-butyne (CH 3 -CH≡CH -CH 3 ) và như vậy.

 

Nhiên liệu hóa thạch là gì và chúng đến từ đâu?

Nhiên liệu hóa thạch chủ yếu là dầu thô, khí tự nhiên và than được tạo thành từ các nguyên tố cacbon, hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxy và các khoáng chất khác. Lý thuyết được chấp nhận chung là các hydrocacbon này được hình thành từ tàn tích của các sinh vật sống được gọi là planktons (thực vật và động vật nhỏ bé) tồn tại trong kỷ Jura. Các sinh vật phù du đã bị chôn vùi sâu hơn bên dưới các lớp trầm tích nặng trong lớp phủ của Trái đất, do bị nén từ một lượng nhiệt và áp suất khổng lồ. Các sinh vật chết bị phân hủy mà không có oxy, biến chúng thành các túi dầu và khí nhỏ. Dầu thô và khí đốt sau đó thâm nhập vào đá và cuối cùng tích tụ trong các hồ chứa. Các giếng dầu và khí đốt tự nhiên được tìm thấy dưới đáy đại dương và bên dưới của chúng ta. Than chủ yếu có nguồn gốc từ thực vật chết.

 

Hình 1. Thành phần nguyên tố của nhiên liệu hóa thạch.

 

Các nhà khoa học cũng đã đặt câu hỏi về lý thuyết này. Một nghiên cứu gần đây trên  tạp chí Nature Geoscience từ Viện Carnegie phối hợp với các đồng nghiệp Nga và Thụy Điển tiết lộ rằng chất hữu cơ có thể không phải là nguồn cung cấp hydrocacbon nặng và chúng có thể đã tồn tại ở sâu dưới lòng đất. Các chuyên gia phát hiện ra rằng etan và các hydrocacbon nặng khác có thể được tạo ra nếu các điều kiện áp suất-nhiệt độ có thể được bắt chước với những điều kiện hiện diện sâu bên trong lõi Trái đất. Điều này có nghĩa là các hydrocacbon có thể được tạo ra trong lớp phủ phía trên là lớp Trái đất giữa vỏ và lõi. Họ chứng minh điều đó bằng cách đưa khí mê-tan vào quá trình xử lý nhiệt bằng laser ở lớp trên của Trái đất, sau đó chuyển hóa thành phân tử hydro, etan, propan, ete dầu mỏ và than chì. Sau đó, các nhà khoa học cho etan tiếp xúc với cùng điều kiện mà sự thuận nghịch tạo ra mêtan.

 

3. Nhựa tổng hợp được tạo ra từ dầu thô như thế nào?

 

Nhựa tổng hợp có nguồn gốc từ hóa dầu. Khi nguồn dầu bên dưới bề mặt Trái đất được xác định, các lỗ được khoan qua các tảng đá trong lòng đất để chiết xuất dầu.

Khai thác dầu – Dầu được bơm từ dưới lòng đất lên bề mặt nơi các tàu chở dầu được sử dụng để vận chuyển dầu vào bờ. Việc khoan dầu cũng có thể diễn ra dưới lòng đại dương nhờ sự hỗ trợ từ các dàn khoan. Các máy bơm kích thước khác nhau có thể tạo ra từ 5 – 40 lít dầu mỗi lần (Hình 2).

Tinh chỉnh dầu – Dầu được bơm qua một đường ống dẫn có thể được hàng ngàn dặm dài và vận chuyển đến một công ty lọc dầu (Hình 2). Dầu tràn từ đường ống trong quá trình vận chuyển có thể gây ra hậu quả môi trường cả trước mắt và lâu dài nhưng các biện pháp an toàn được áp dụng để ngăn ngừa và giảm thiểu rủi ro này.

Hình 2: Quá trình chưng cất phân đoạn dầu thô

 

Chưng cất dầu thô và sản xuất hóa dầu – Dầu thô là hỗn hợp của hàng trăm hiđrocacbon cũng chứa một số chất rắn và một số hiđrocacbon ở thể khí hòa tan trong nó từ họ ankan (chủ yếu là CH 4 và C 2 H 6 , nhưng nó có thể C 3 H 8 hoặc C 4 H 10). Đầu tiên, dầu thô được đốt nóng vào lò nung, sau đó hỗn hợp thu được được đưa dưới dạng hơi vào tháp chưng cất phân đoạn. Cột chưng cất phân đoạn tách hỗn hợp thành các ngăn khác nhau gọi là phân đoạn. Tồn tại một gradient nhiệt độ trong tháp chưng cất ở đó đỉnh lạnh hơn đáy. Hỗn hợp các phần lỏng và hơi được tách ra trong tháp tùy thuộc vào khối lượng và điểm sôi của chúng (điểm sôi là nhiệt độ mà pha lỏng chuyển thành khí). Khi hơi bay hơi và gặp phần chất lỏng có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của hơi, nó sẽ ngưng tụ một phần. Các hơi dầu thô bay hơi này ngưng tụ ở nhiệt độ khác nhau trong tháp. Hơi (khí) của các phân đoạn nhẹ nhất (xăng và khí dầu mỏ), chảy lên đỉnh tháp, Các phần nhỏ chất lỏng có trọng lượng trung gian (dầu hỏa và dầu diesel chưng cất), nằm ở giữa, các chất lỏng nặng hơn (gọi là dầu khí) phân tách xuống thấp hơn, trong khi các phần nặng nhất (chất rắn) có nhiệt độ sôi cao nhất vẫn ở chân tháp. Mỗi phần trong cột chứa các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon tương tự, các phân tử nhỏ hơn hướng về phía trên và các phân tử dài hơn ở gần cuối cột. Theo cách này, dầu mỏ được phân hủy thành khí dầu mỏ, xăng, dầu hỏa (dầu hỏa), naphtha, dầu nhẹ, dầu nặng, v.v.

 

Sau bước chưng cất, các hydrocacbon mạch dài thu được được chuyển hóa thành hydrocacbon sau đó có thể được biến thành nhiều hóa chất quan trọng mà chúng ta sử dụng để điều chế nhiều loại sản phẩm từ nhựa đến dược phẩm.

Cracking hydrocacbon là quá trình chính phá vỡ hỗn hợp hydrocacbon phức tạp thành các anken/ankan có khối lượng phân tử tương đối thấp đơn giản hơn (cộng với các sản phẩm phụ) bằng nhiệt độ và áp suất cao.

Có thể thực hiện crackinh thành hai cách: cracking bằng hơi nước và cracking xúc tác.

CracKing hơi sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để phá vỡ các chuỗi dài hydrocacbon mà không cần chất xúc tác, trong khi quá trình cracking xúc tác thêm một chất xúc tác cho phép quá trình xảy ra ở nhiệt độ và áp suất thấp hơn.

Nguyên liệu thô mà ngành hóa dầu sử dụng chủ yếu là naphtha và khí tự nhiên từ hoạt động lọc dầu trong nguyên liệu đầu vào của hóa dầu. Quá trình crackinh hơi sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp hydrocacbon từ các phân đoạn khác nhau như khí phản ứng (etan, propan hoặc butan) từ khí tự nhiên hoặc chất lỏng ( naphtha hoặc dầu khí ) (Hình 3).

Hình 3: Các hóa chất khác nhau thu được từ nhiên liệu hóa thạch sau quá trình lọc dầu.

 

(Naphtha là hỗn hợp của các hydrocacbon từ C 5 đến C 10 thu được từ quá trình chưng cất dầu thô).

Ví dụ, decan hydrocacbon được bẻ gãy thành các sản phẩm như propylen và heptan, sau đó chất này được sử dụng để sản xuất poly (propylen) (Hình 4).

Hình 4. Biểu diễn Cracking của decan để chuyển thành propylen và heptan.

 

Các phân tử nguyên liệu thô được chuyển thành các monome như ethylene, propylene, butene và các chất khác. Tất cả các monome này bao gồm các liên kết đôi để các nguyên tử cacbon sau đó có thể phản ứng để tạo thành polyme.

Polyme hóa – hydrocarbon monome sau đó được liên kết với nhau bởi cơ chế polyme hóa học để polyme sản. Quá trình polyme hóa tạo ra các chất đặc, nhớt như nhựa, được sử dụng để tạo ra sản phẩm nhựa. Nếu chúng ta xem xét một trường hợp của ethylene monome ở đây; etylen là một hiđrocacbon ở thể khí. Khi chịu nhiệt, áp suất và một chất xúc tác nào đó, nó liên kết với nhau thành các chuỗi cacbon dài, lặp lại. Các phân tử liên kết này (polyme) là một loại nhựa dẻo được gọi là polyetylen (PE).

Sản xuất nhựa gốc PE –poly (ethylene) được xử lý trong nhà máy để sản xuất hạt nhựa. Các viên này được đổ vào lò phản ứng, nấu chảy thành chất lỏng đặc để đúc thành khuôn. Chất lỏng nguội đi để cứng lại thành chất dẻo rắn và tạo ra thành phẩm. Quá trình xử lý polyme cũng bao gồm việc bổ sung chất hóa dẻo, thuốc nhuộm và hóa chất chống cháy.

 

Các loại polyme hóa

 

Nhựa tổng hợp được tạo ra bởi một phản ứng được gọi là phản ứng trùng hợp, có thể được thực hiện theo hai cách khác nhau:

Phản ứng trùng hợp bổ sung : Tổng hợp bao gồm việc thêm các monome lại với nhau trong một chuỗi dài. Một đơn phân kết nối với đơn vị tiếp theo, v.v., khi một chất xúc tác được đưa vào, trong một quá trình được gọi là polyme tăng trưởng chuỗi, thêm một đơn vị đơn phân tại một thời điểm. Một số phản ứng trùng hợp bổ sung được coi là không tạo ra sản phẩm phụ và phản ứng có thể được thực hiện trong pha hơi (tức là pha khí) phân tán trong chất lỏng. Ví dụ: polyetylen, polypropylen, polyvinyl clorua và polystyren.  

Trùng hợp trùng ngưng : Trong trường hợp này, hai monome kết hợp với nhau để tạo thành một chất dimer (hai đơn vị) bằng cách giải phóng một sản phẩm phụ. Sau đó, các dimers có thể tham gia để tạo thành tetrame (bốn đơn vị), v.v. Những sản phẩm phụ này là cần thiết để loại bỏ để phản ứng thành công. Sản phẩm phụ phổ biến nhất là nước, được xử lý và thải bỏ dễ dàng. Các sản phẩm phụ cũng có thể là nguyên liệu thô có giá trị được tái chế trở lại dòng cấp liệu.

Ví dụ: Nylon (polyamide), polyester và polyurethane.

 

4. Nhựa được tạo ra từ naphtha như thế nào?

Nhựa thường được tạo ra từ naphtha. Ví dụ, ethylene và propylene là nguyên liệu chính cho nhựa gốc dầu từ Naphtha.

 Naphtha là gì?

Có nhiều loại naphtha khác nhau. Nó là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả một nhóm hỗn hợp dễ bay hơi của hydrocacbon lỏng, thu được bằng cách chưng cất dầu thô. Nó là một hỗn hợp của C5 đến C10 hidrocacbon.

Naphtha bị phân hủy bằng nhiệt ở nhiệt độ cao (~ 800 ° C) trong một máy cracker hơi nước với sự hiện diện của hơi nước, nơi nó phân tách thành hydrocacbon nhẹ được gọi là chất trung gian chính. Đây là olefin và chất thơm. Trong số các olefin có C 2 (etilen), C 3 (propylen), C 4(butan và butadien). Chất thơm bao gồm benzen, toluen và xylen. Các phân tử nhỏ này được liên kết với nhau thành các chuỗi phân tử dài được gọi là polyme. Khi một polime ra khỏi nhà máy hóa chất, chúng vẫn chưa ở dạng nhựa – chúng ở dạng hạt hoặc bột (hoặc chất lỏng). Trước khi chúng có thể trở thành một loại nhựa sử dụng hàng ngày, chúng cần phải trải qua một loạt các biến đổi. Chúng được nhào, nung, nấu chảy và làm nguội thành các vật có hình dạng, kích thước màu sắc khác nhau với các đặc tính chính xác theo từng ống xử lý.

Ví dụ, để polyme hóa etylen thành polyethylen(PE), chất khơi mào được thêm vào để bắt đầu phản ứng dây chuyền, chỉ sau khi tạo thành PE, nó mới được đưa đi xử lý bằng cách bổ sung một số hóa chất (chất chống oxy hóa và chất ổn định). Sau đó máy đùn chuyển đổi PE thành chuỗi, sau đó máy xay chuyển nó thành hạt PE. Các nhà máy sau đó nấu chảy chúng thành sản phẩm cuối cùng.

 

5. Thành phần chính trong nhựa là gì?

Thành phần chính trong hầu hết vật liệu nhựa là một dẫn xuất từ ​​dầu thô và khí tự nhiên.

Có nhiều loại nhựa khác nhau – trong, đục, màu đặc, dẻo, cứng, mềm, v.v.

Các sản phẩm nhựa thường là một loại nhựa polyme, sau đó được trộn với hỗn hợp các chất phụ gia. Các chất phụ gia rất quan trọng vì mỗi chất trong số chúng được sử dụng để cung cấp cho nhựa có các đặc tính tối ưu được nhắm mục tiêu như độ dẻo dai, tính linh hoạt, độ đàn hồi, màu sắc hoặc để làm cho chúng an toàn hơn và hợp vệ sinh để sử dụng cho một ứng dụng cụ thể.

Đôi khi có thể nhận biết được sản phẩm được làm từ loại nhựa nào bằng cách nhìn vào con số ở đáy hộp nhựa. Dưới đây là một số loại nhựa chính và monome mẹ (Bảng 1). Bảng này cho thấy các loại nhựa và các monome tạo nên nhựa.

 

Bảng 1. Các loại polyme chính, monome và cấu trúc hóa học của nó

Mã nhận dạng nhựa	Polyme	Monome
♳   PETE	Polyethylene terephthalate (PET)	Ethylene glycol và Dimethyl terephthalate
♴ HDPE	Polyetylen mật độ cao (HDPE)	Etylen (CH 2 = CH 2 ) * (phân nhánh ít hơn giữa các chuỗi polyme)
♵ PVC	Polyvinyl clorua (PVC)	Vinyl clorua (CH 2 = CH-Cl)
♶LDPE	Polyetylen mật độ thấp (LDPE)	Etylen (CH 2 = CH 2 ) * (phân nhánh quá mức)
♷ PP	Polypropylene (PP)	Propylen (CH 3 -CH = CH 2 )
♸ PS	Polystyrene (Tái bút)	Styrene
♹ Khác	Các loại nhựa khác bao gồm acrylic, polycarbonat, axit polylactic (PLA), sợi, nylon	Các monome khác nhau được sử dụng cho một loại polyme cụ thể. Ví dụ, PLA được làm từ axit Lactic

 

* Monome được sử dụng trong LDPE và HDPE là etylen nhưng có sự khác biệt về mức độ phân nhánh. 

 

6. Chất dẻo đầu tiên do con người tạo ra là gì?

Các nền văn hóa Meso Mỹ (Olmec, Maya, Aztecs, 1500 TCN) đã sử dụng cao su thiên nhiên và cao su để làm đồ đựng và quần áo chống nước.

Alexander Parkes (Anh, 1856) đã được cấp bằng sáng chế cho loại nhựa sinh học nhân tạo đầu tiên, được gọi là Parkesine, được làm từ cellulose nitrat. Parkesine là một loại nhựa cứng, dẻo và trong suốt. John Wesley Hyatt (Mỹ, những năm 1860) đã kiếm được nhiều tiền nhờ phát minh của Parkes. Anh em nhà Hyatt đã cải thiện tính dẻo của cellulose nitrat bằng cách thêm long não và đổi tên nhựa thành Celluloid. Mục đích là để sản xuất bóng bi-a, cho đến lúc đó được làm từ ngà voi. Các sáng chế được coi là ví dụ đầu tiên của nhựa sinh học con người gây ra bởi nhiều.

Loại nhựa tổng hợp thực sự đầu tiên là Bakelite được làm từ nhựa phenol và formaldehyde. Leo Baekeland (Bỉ, 1906) đã phát minh ra Bakelite được coi là ‘Dấu mốc lịch sử hóa học quốc gia vì nó đã hoàn toàn cách mạng hóa mọi ngành công nghiệp hiện nay trong cuộc sống hiện đại. Nó có đặc tính chịu được điện, nhiệt và hóa chất cao. Nó có đặc tính không dẫn điện, điều này cực kỳ cần thiết khi thiết kế các thiết bị điện tử như vỏ vô tuyến và điện thoại.

 

7. Những gì đã được sử dụng trước khi nhựa?

Trước khi nhựa ra đời, chúng ta đang sử dụng gỗ, kim loại, thủy tinh và gốm, và các vật liệu có nguồn gốc động vật như sừng, xương và da.

Đối với mục đích lưu trữ, đất sét có thể trộn lẫn với thủy tinh được sử dụng có nghĩa là các vật chứa thường nặng và dễ vỡ.

Vật liệu tự nhiên từ vỏ cây cao su – gôm (nhựa mủ) ra đời, hỗn hợp này dính và có thể tạo thành khối nhưng không dùng để bảo quản.

Vào thế kỷ 18, Charles Goodyear tình cờ phát hiện ra cao su – ông nói thêm 

Vào thế kỷ 18, Charles Goodyear tình cờ phát hiện ra cao su – ông đã thêm lưu huỳnh vào cao su thô nóng để phản ứng và làm cho cao su đàn hồi mà khi nguội trở nên đàn hồi, tức là nó có đặc tính trở lại hình dạng ban đầu.

 

8. Bạn có thể làm nhựa mà không cần dầu?  

Có, có thể tạo ra nhựa từ các nguồn khác ngoài dầu.

Mặc dù dầu thô là nguồn cacbon chính cho nhựa moden, nhưng một loạt các biến thể được sản xuất từ ​​vật liệu tái tạo. Nhựa được làm không chứa dầu được bán trên thị trường là nhựa biobased hoặc nhựa sinh học. Chúng được làm từ sinh khối tái tạo như:

• Lignin, cellulose và hemicellulose,
• Terpenes,
• Dầu và mỡ thực vật,
• Carbohydrate (đường từ mía, v.v.)
• Rác thải thực phẩm tái chế
• Vi khuẩn

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nhựa sinh học không tự động là lựa chọn thay thế bền vững hơn trong mọi trường hợp. Nhựa sinh học khác nhau tùy theo cách mà chúng phân hủy, và nhựa sinh học cũng như bất kỳ vật liệu nào, cũng cần nguồn lực trong quá trình sản xuất của chúng.

Ví dụ, nhựa sinh học như PLA đại diện cho một vật liệu có thể phân hủy sinh học sẽ phân hủy trong một số điều kiện môi trường nhất định, nhưng có thể không phân hủy sinh học trong mọi loại khí hậu. Do đó cần phải có một dòng thải nhựa dựa trên PLA. Trong trường hợp của PLA, nó là một loại polyester nhạy cảm bắt đầu phân hủy trong quá trình tái chế và cuối cùng có thể gây ô nhiễm cho dòng tái chế nhựa hiện có.

Nhưng nhựa sinh học có thể có nhiều công dụng khi được thiết kế có lưu ý đến dòng thải thích hợp.

 

Nhựa sinh học là vật liệu tiềm năng để sản xuất nhựa sử dụng một lần, chẳng hạn như nhựa cần thiết để sản xuất chai và màng bao bì phân hủy sinh học. Ví dụ, vào năm 2019, một nhà nghiên cứu từ Đại học Sussex đã tạo ra một màng nhựa trong suốt từ chất thải da cá và tảo; được gọi là MarinaTex. Biopolymer cũng đã được nghiên cứu cho các ứng dụng y tế, chẳng hạn như phát hành thuốc được kiểm soát, đóng gói thuốc và chỉ khâu phẫu thuật có thể hấp thụ.

Maurice Lemoigne (Pháp, 1926) đã phát hiện ra chất dẻo sinh học đầu tiên được tạo ra từ vi khuẩn, polyhydroxybutyrate (PHB), từ vi khuẩn Bacillus megaterium. Khi vi khuẩn tiêu thụ đường, chúng sẽ tạo ra các polyme. Tầm quan trọng của phát minh Lemoigne đã bị bỏ qua cho đến khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ xảy ra vào giữa những năm 1970 đã thúc đẩy sự quan tâm đến việc khám phá các sản phẩm thay thế từ dầu mỏ.

Henry Ford (Mỹ, 1940) đã sử dụng nhựa sinh học làm từ đậu nành cho một số bộ phận xe hơi. Ford đã ngừng sử dụng nhựa đậu nành sau Thế chiến II vì nguồn cung dầu rẻ tiền dư thừa.

Những phát triển trong kỹ thuật chuyển hóa và di truyền đã mở rộng nghiên cứu về nhựa sinh học và các ứng dụng cho nhiều loại nhựa sinh học đã được thành lập, đặc biệt là PHB và polyhydroxyalkanoate(PHA), mặc dù có nhiều phát triển thú vị khác xảy ra liên tục.