Giáo trình Ứng dụng phụ gia trong ngành nhựa

o polymer. Vẫn hoạt động đƣợc khi có sự hiện diện của các thành phần khác nhƣ chất độn hay chất gia cƣờng. Peroxide và các sản phẩm phân hủy của nó phải không độc và thỏa mãn các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp. 3. Phân loại peroxide: Hydroperoxides: R – O – O – H Hydroperoxides không phù hợp cho phản ứng nối mạng ngang do có thể xảy ra phản ứng phụ, ví dụ: sự phân ly ion quá lớn. JJJ. Alkyl peroxide: R1 – O – O – R2 Trong đó R1, R2 là các gốc hữu cơ béo 4. Một số chất peroxide: - Dialkyl peroxide: ví dụ nhƣ di-tert-butyl peroxide: CH3CH3 H3C - C - O - O - C - CH3 CH3 CH3 Trạng thái vật lý ở 23 0 C: là chất lỏng, nhiệt độ phân ly xấp xỉ 190 0 C, Ƣng dụng: dùng trong bọc cách ly và bọc ngoài dây cáp. 5. Diaralkyl peroxide: ví dụ dicumyl peroxide CH3 CH3 C - O - O - C CH3 CH3 Trạng thái vật lý ở 23 0 C: dạng tinh thể, nhiệt độ phân ly khoảng 170 0 C Đƣợc sử dụng trong bọc dây điện. Alkylarakyl peroxides: ví dụ tert-butylcumyl peroxide: CH3 CH3 C - O - O - C - CH3 CH3 CH3 Plastic and Rubber Technology Center Trạng thái vật lý ở 23 0 C: chất lỏng, nhiệt độ phân ly xấp xỉ 180 0 C Đƣợc sử dụng trong bọc ngoài dây cáp Ví dụ : Bis-(tert-butylperoxyisopropyl) benzene: CH3 CH3 CH3 CH3 CH3- C - O - O - C C - O - O - C - CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Trạng thái vật lý ở 23 0 C: chất rắn, nhiệt độ phân ly xấp xỉ ở 180 0 C Đƣợc ứng dụng rộng rãi, nhƣng có mùi hơi khó chịu. Peroxyesters: R1 - C - O - O - R2 O Ví dụ: tert-butylperoxide benzoate: CH3 C - O - O - C - CH3 O CH3 Trạng thái vật lý ở 23 0 C: chất lỏng, nhiệt độ phân li xấp xỉ 140 0 C Ứng dụng: sử dụng trong cao su silicone, EVA, EPDM ở nhiệt độ tạo liên kết ngang thấp Diacyl peroxides: R1 - C - O - O - C - R2 O O Đối với Dialkanol peroxide: R1 và R2 là mạch thẳng. Alkanol-aroyl peroxides: R1 và R2 là mạch thẳng và mạch vòng Diaroyl peroxides: R1 và R2 là mạch vòng ví dụ nhƣ dibenzoyl peroxide C - O - O - C O O Trạng thái vật lý ở 23 o C: dạng tinh thể, nhiệt độ phân ly khoảng 120 o C. Sử dụng trong cao su silicone Peroxylketals: Cấu trúc tổng quát: Plastic and Rubber Technology Center R 1 O - O -R3 C R2 O - O - R4 Một loại peroxylketal đƣợc biết nhiều là 1,1-di-tert- butylperoxy- 3,3,5-trimethylcyclohexan CH3 CH3 O - OC(CH3)3 O - OC(CH3)3 CH3 Trạng thái vật lý ở nhiệt độ 23 0 C: dạng lỏng, nhiệt độ phân ly xấp xỉ 150 0 C Ứng dụng rộng rãi. Phản ứng gốc của peroxide và nhựa: Cơ chế phản ứng gốc từ peroxide phân ly: Ví dụ: Dicumyl peroxide: CH3 CH3 C - O - O - C CH3 CH3 C H 3 C - O + PH CH3 CH3 . C - O CH3 CH3 . . C - O + CH3 CH3 2 C - O CH3 CH3 . C - O + P CH3 . C = O + CH3 CH3 C - OCH3 CH3 Plastic and Rubber Technology Center Các yếu tố ảnh hƣởng đến mức độ kết mạng ngang của peroxide Số oxy hoạt tính và cấu trúc của peroxide. Polymer đƣợc nối mạng ngang. Điều kiện gia công: thời gian lƣu, nhiệt độ. Các phụ gia: Chất độn: peroxide có thể bị hút vào bề mặt chất độn nhƣ talc, silicate. Trong trƣờng hợp này ta nên tăng lƣợng peroxide hoặc thêm chất đồng tác nhân. Chất hóa dẻo, các loại dầu gây trương nở: làm giảm hiệu quả kết mạng ngang, tuỳ theo loại dầu mà mức độ ảnh hƣởng khác nhau. Hợp chất vòng ảnh hƣởng nhiều nhất; dầu naphthene và paraffine chỉ ảnh hƣởng nhẹ; còn chất hóa dẻo tổng hợp nhƣ dioctyl phthalate và alkylbenzene hầu nhƣ không ảnh hƣởng. Chất chống oxy hóa: hầu hết chất chống oxy hóa đều làm giảm hiệu quả của peroxide. Tác nhân tạo bọt: không ảnh hƣởng nhiều đến tính ổn định nhiệt và hiệu quả kết mạng ngang của peroxide. Các loại đồng tác nhân (Coagents): làm tăng mật độ hoặc hiệu suất kết mạng ngang. Plastic and Rubber Technology Center TÁC NHÂN TẠO MẦM CHO POLYMER KẾT TINH GIỚI THIỆU Sự kết tinh của polymer Các polymer kết tinh từ trạng thái nóng chảy dƣới các điều kiện sau: Cấu trúc phân tử polymer phải cho phép sự tạo cấu trúc kết tinh: sự không linh động của mạch chính, các nhóm phụ đƣợc sắp xếp không đều đặn dọc theo mạch chính, sự tạo nhánh hay các mạch nhánh cồng kềnh có thể cản trở sự kết tinh hóa. Nhiệt độ kết tinh phải dƣới điểm nóng chảy, nhƣng không quá gần điểm chuyển thủy tinh, để các chuỗi phân tử có sự chuyển động cần thiết để kết tinh. Mầm tinh thể phải có để khơi mào sự kết tinh, từ đó các tinh thể đƣợc tạo thành và sau đó sắp xếp thành cấu trúc thƣợng tầng, các tinh thể hình cầu (spherulite). Tốc độ kết tinh phải tƣơng đối cao. Tốc độ tổng thể của sự kết tinh có thể xác định từ khối lƣợng riêng mầm kết tinh và tốc độ phát triển của các tinh thể hình cầu. Bảng 1 cho biết độ kết tinh có thể đạt đƣợc cao nhất c (max), tốc độ phát triển tinh thể lớn nhất max và điểm nóng chảy Tm của một số polymer. Các polymer có vận tốc phát triển tinh thể trung bình nhƣ PA 6, PP và PET rõ ràng là cần làm lạnh nhanh hơn PE (có thể tạo tinh thể với vận tốc cao); do vậy có thể tạo ra các mầm thiếu nhiệt và không đồng nhất với sự trợ giúp của các chất ngoài - các tác nhân tạo mầm. Phƣơng pháp gia công thông thƣờng cho các polymer nhƣ PS và PC, có vận tốc phát triển tinh thể rất thấp, luôn luôn tạo ra dạng vô định hình. Bảng 1. Các thông số kết tinh của các polymer khác nhau Plastic and Rubber Technology Center Polymer c (max) max ( m/s) Tm ( o C) HDPE 0,80 33 141 PA 66 0,70 20 267 PA 6 0,35 3,3 229 PP isotactic 0,63 3,3 . 10 -1 183 (isotactic: các nhóm thế chỉ ở một phía của mạch chính) PET 0,50 1,2 . 10 -1 270 PS isotactic 0,32 4,2 . 10 -3 240 PC 0,25 1,7 . 10 -4 267 Số lƣợng và kích thƣớc các tinh thể hình cầu tạo thành xác định bởi sự tạo mầm tinh thể đồng nhất hay không.Vì rất nhiều mầm đƣợc tạo thành khi có mặt chất tạo mầm, ở cùng điều kiện làm lạnh nhƣ nhau các tinh thể cầu tạo thành sẽ nhỏ hơn trƣờng hợp không thêm chất tạo mầm. Do vậy, các polymer có phụ gia tạo mầm có cấu trúc hạt mịn hơn không dùng chất tạo mầm, và điều này đƣợc thể hiện trong các đặc tính lý hóa của vật liệu; vì vậy, các chất dẻo có cấu trúc tinh thể thô thì giòn hơn và ít trong suốt hay trong mờ hơn các loại có phần kết tinh tƣơng tự nhƣng có cấu trúc tinh thể nhỏ mịn. Sự tạo mầm tự sinh (spontaneous nuleation), ví dụ trƣờng hợp không có chất tạo mầm, thƣờng đƣợc tin tƣởng để làm vì các chất ngoài nhƣ phần xúc tác còn lại, polymer bị phân hủy oxi hoá, ..., sự lẫn tạp chất do gia công mà bản chất lý hoá của chúng đƣợc biết rất ít. Cần phân biệt sự tạo mầm tự sinh với sự tự động tạo mầm (autonucleation), trong đó sự kết tinh đƣợc bắt đầu bằng các tinh thể cầu tạo ra từ trạng thái polymer nóng chảy không đầy đủ. 2. Yêu cầu cho chất tạo mầm, phân loại Chất tạo mầm đúng đƣợc nhận ra theo kinh nghiệm. Chính xác hơn cụ thể là quan hệ giữa loại polymer và đặc tính lý hoá của chất tạo mầm và hoạt tính của nó chƣa rõ ràng. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp các chất tạo mầm gốc hữu cơ một vài quan sát đã đƣợc thực hiện trên những chất có khả năng tạo mầm: Chất tạo mầm phải bị làm ƣớt hay bị hấp thụ bởi polymer. Nó phải không hoà tan trong dung môi. Điểm nóng chảy của nó phải cao hơn của polymer. Plastic and Rubber Technology Center - Nó phải phân tán đồng nhất trong polymer nóng chảy, tạo thành các thể mịn 1 - 10 m. Các chất tạo mầm có thể phân loại sơ bộ nhƣ sau: Các phụ gia vô cơ nhƣ talc, silica, kaolin Các hợp chất hữu cơ nhƣ các muối của mono- hay polycarboxylic acids, màu pigment (dye: màu hữu cơ, tan trong nhựa; pigment: màu hữu cơ hay vô cơ, không tan trong nhựa, phân tán ở dạng hạt mịn). Các polymer nhƣ là các copolymer ethylene/acrylic ester. Thực tế dùng nồng độ lên đến 0,5%, nồng độ cao hơn không tăng hiệu quả thêm nữa. Các chất tạo mầm đƣợc kết hợp dạng hỗn hợp bột / bột, huyền phù hay dung dịch, hay ở dạng master batch. Bất kì phƣơng pháp nào đƣợc dùng, sự phân tán trƣớc tác nhân tạo mầm tốt là cần thiết nếu cần đạt hiệu quả tốt nhất. 3. Mô tả hoạt động của các chất tạo mầm Các phân tích nhiệt vi sai (DTA, DSC) thƣờng đƣợc dùng nhất để nghiên cứu hiệu ứng kết tinh của polymer nóng chảy và để xác định hoạt động của chất tạo mầm. Trong phƣơng pháp đo này, sự kết tinh của polymer nóng chảy xảy ra ở tốc độ làm nguội không đổi và nhiệt độ mà tại đó tốc độ kết tinh là lớn nhất. Nhiệt độ này, tại đó nhiệt thoát ra do sự kết tinh từ trạng thái nóng chảy đạt đến đỉnh peak ở tốc độ làm nguội không đổi, thƣờng đƣợc hiểu là nhiệt độ kết tinh. Tốc độ làm nguội nhanh hơn làm giảm nhiệt độ kết tinh và đỉnh nhiệt kết tinh thấp hơn. Kích thƣớc của các tinh thể hình cầu thƣờng đƣợc đo bằng kính hiển vi phân cực. Trong trƣờng hợp mẫu không đƣợc tạo mầm nhanh, khối lƣợng riêng tinh thể spherulite hay khối lƣợng riêng mầm có thể xác định bằng đếm số spherulite. 4. Ảnh hưởng của chất tạo mầm lên tính chất của polymer Hầu hết các chất tạo mầm công nghiệp tạo ra độ kết tinh cao, dẫn đến làm tăng độ cứng, modul đàn hồi, độ bền kéo và điểm chuyển so với vật liệu không đƣợc tạo mầm. Thêm nữa, cấu trúc spherulite hạt mịn của polymer đƣợc tạo mầm (nuleated polymer) cải thiện các tính chất quang học nhƣ tính trong suốt hay tính trong mờ, độ dãn dài lúc đứt và độ bền va đập, vì cấu trúc nhƣ thế cho sự phân tán ứng suất đồng nhất hơn khi chịu kéo cơ học. Ý nghĩa rất quan trọng của các compound có chất tạo mầm trong đúc phun là rút ngắn thời gian chu kỳ sản phẩm. Rút ngắn thời gian bằng cách dùng nhiệt độ kết Plastic and Rubber Technology Center tinh cao hơn hoặc tốc độ của quá trình kết tinh nhanh hơn (do khối lƣợng riêng spherulite cao hơn). Vì vậy, sự kết tinh đƣợc bắt đầu với việc làm lạnh ít hơn và hoàn tất sau thời gian làm lạnh ngắn hơn. Vì nhựa có tạo mầm có xu hƣớng kết tinh tăng lên, sự kết tinh lại thƣờng đuợc ngăn cản. Sự kết tinh lại tạo ra các tính chất cơ không đƣợc mong đợi và làm thay đổi kích thƣớc của sản phẩm khi tồn trữ kéo dài. Trong thực tế, các tác động của sự tạo mầm nâng cao các đặc tính sản phẩm cuối cùng và gia công, đặc biệt với PET, PP và PA 6; trong trƣờng hợp PE và polybutene-1, ý nghĩa công nghệ của các ảnh hƣởng này nhỏ hơn rất nhiều. CÁC CHẤT TẠO MẦM THÔNG DỤNG 1. Các chất tạo mầm cho PET Tốc độ kết tinh thấp (xem bảng 1) và sự tạo mầm thấp của PET đặc biệt thuận lợi cho sản xuất chai PET kết tinh một phần, có độ trong suốt cao, nhƣng chúng gây ra một bất lợi trong đúc phun PET. Phun vào trong khuôn nóng (ví dụ khoảng 150 o C) - để tăng nhanh sự kết tinh và để rút ngắn thời gian chu kỳ - tạo ra các sản phẩm hoàn tất có độ kết tinh thấp, gặp khó khăn để tách khỏi khuôn; nếu dùng thời gian chu kỳ sản phẩm rất dài (không kinh tế) kết quả là sản phẩm rất giòn (các spherulite lớn). Những vấn đề này có thể đƣợc tránh bằng cách dùng chất tạo mầm, để đạt đƣợc các tính chất vật liệu tốt (nhiều spherulite nhỏ) và thời gian chu kỳ có thể chấp nhận đƣợc về kinh tế. Bảng 2 cho ta một hình dung về sự đa dạng của các chất tạo mầm cho PET trong các tài liệu đã công bố. Bảng 2. Các chất tạo mầm cho PET Các chất không hoà tan, trơ Các chất độn khoáng nhƣ đá phấn, thạch cao, đất sét, cao lanh, mica, talc (một khoáng chất mềm, mịn còn đƣợc gọi là đá tan), silicate Pyrophyllite (khoáng qua nung) Các màu pigment nhƣ đỏ cadmium, vàng cobalt, oxyt crom Các kim loại: oxyt kim loại nhƣ TiO2, MgO, antimony trioxide; các phosphate Các carbonate và sulfate, ƣa dùng hơn cà là muối của kim loại kiềm thổ Boron nitride Plastic and Rubber Technology Center NaF Than đen Các hợp chất hữu cơ, dùng riêng một mình hay với chất rắn trơ Muối của acid monocarboxylic hay polycarboxylic Wax montan và muối ester montan Diphenylamine Acetone, nitromethane, benzene, toluene Các alkane halogen hoá nhƣ tetrachloroethane Benzophenone, tetralin Các rƣợu thơm và các amine Các aralkylsulfonate kiềm Các epoxide Các polymer, dùng riêng một mình hay với chất rắn trơ Các polyolefin: PE, PP, poly-4-methylpentene-1, poly-3-methylbutene-1 Các copolymer của ethylene và các ester carboxylic không no Các copolymer ion của ethylene và muối của các acid carboxylic không no Các copolymer của các dẫn xuất styrene và các diene kết hợp Trong thực tế, các chất tạo mầm vô cơ không tan nhƣ các oxide kim loại, muối kim loại, màu pigment và khoáng có kích thƣớc hạt 3 m đƣợc ƣa dùng hơn với nồng độ khoảng 0,5%. Chúng có thể đƣợc thêm vào trƣớc, trong hay sau quá trình đồng trùng ngƣng, ở dạng bột khô, mịn hay dạng huyền phù; hay có thể ở dạng hạt. 2. Các chất tạo mầm cho các nhựa PA Sự tạo mầm của PA 6, 66 và 610 tạo ra các biến đổi tính chất nhƣ sau: Tính kết tinh cao. Tăng modul kéo và uốn. Tăng độ cứng bề mặt. Tăng điểm chuyển. Nâng cao nhiệt độ biến dạng dƣới tải. Cải thiện tính kháng mòn. Độ dãn dài khi đứt và độ bền va đập thấp hơn. Giảm tính hấp thu nƣớc. Plastic and Rubber Technology Center Không thể làm các sản phẩm đúc phun trong suốt dày hơn 2 mm ngay cả vật liệu PA đƣợc tạo mầm, vì đƣờng kính spherulite vƣợt quá 5 m; thời gian chu kỳ đúc phun giảm từ 3 - 30%. Silica có độ phân tán cao thƣờng đƣợc dùng nhƣ tác nhân tạo mầm với nồng độ khoảng 0,1%. Các phụ gia có thể dùng đƣợc khác là molybdenum disulfide, sắt sulfide, TiO2, talc và natri phenylphosphinate. Các polymer nóng chảy cao nhƣ PA 66 hay PET cũng đƣợc dùng trong PA 6. 3. Các chất tạo mầm cho PP Các chất tạo mầm cho PP mới đƣợc áp dụng thƣơng mại gần đây. Với PP có chỉ số chảy cao, thêm chất tạo mầm rút ngắn thời gian chu kỳ đúc phun 30%. Sự tạo mầm của PP có giá trị cải thiện các tính chất quang học của màng. Màng đƣợc tạo mầm có độ mờ đục thấp hơn, độ bóng láng cao hơn và cải thiện độ trong (xem bảng 3). Bảng 3. Các tính chất quang của màng PP Loại màng Màng thổi Màng cán Vật liệu màng PP không PP đƣợc tạo mầm PP PP PP tạo mầm không đƣợc đƣợc tạo tạo định mầm mầm hƣớng Nhiệt độ nóng chảy, 220 220 260 280 280 280 oC Độ mờ đục, % 36 20 17 4 7 1 Độ bóng 19 28 40 71 65 90 Độ trong 1) 39 29 10 1 2 2 Đƣợc đo với thiết bị đo độ trong EEL, lƣu ý là con số độ trong thấp hơn tƣơng ứng với tính chất quang tốt hơn Các sản phẩm đúc phun làm từ PP đƣợc tạo mầm có độ bền tốt hơn so với PP không tạo mầm. Độ trong của các sản phẩm đúc PP đƣợc cải thiện bằng sự tạo mầm, đặc biệt thấy rõ trong các copolymer PP random (ngẫu nhiên). Các phụ gia vô cơ nhƣ talc, các loại silica khác nhau, than đen và cao lanh có hiệu quả tạo mầm thấp. Muối của các acid monobasic hay dibasic béo hay acid arylalkyl nhƣ natri succinate, natri glutarate, natri caprotate, natri 4-methylvalerate, Plastic and Rubber Technology Center nhôm phenylacetate và natri cinnamate là các phụ gia tạo mầm trung bình. Các chất tạo mầm có hoạt tính đặc biệt là các muối nhôm hay kim loại kiềm của các acid carboxylic no hay thơm nhƣ nhôm benzoate, natri hay kali benzoate, natri - naphthoate, lithium benzoate và nhôm tert- butylbenzoate. Bis-benzylidene sorbitol là chất tạo mầm hữu cơ đặc biệt thích hợp cho PP. Các chất tạo mầm hữu cơ thƣờng đƣợc nghiền xuống đến kích thƣớc 5 m và đƣợc trộn khô với bột PP với nồng độ lên đến 0,5%. Thêm vào ở dạng dung dịch và làm khô sau hay tạo master batch thì ít hiệu quả. 4. Các chất tạo mầm cho PE ( chất tăng trong cho PE) Do PE là polymer kết tinh nhanh (xem bảng 1), trong các tài liệu tƣơng đối ít đề cập đến các chất tạo mầm cho PE. Trong HDPE sạch, chất tạo mầm nhƣ kali stearate (không hiệu quả lắm trong PP) có vẻ có hiệu quả tƣơng đối lớn, kích thƣớc của các spherulite giảm từ 47 m (không tạo mầm) xuống đến 13 m (có tạo mầm). Việc thêm vào PE đƣợc tạo mầm hay polyolefin cao hơn có hiệu quả nhƣ trong LDPE. Trong đúc phun HDPE, trong suốt quá trình định hƣớng phân tử thƣờng xảy ra theo hƣớng dòng chảy, các màu pigment hữu cơ có thể hoạt động nhƣ tác nhân tạo mầm, kết quả tạo ra các ứng suất nội cao và gây ra hiện tƣợng biến dạng không mong muốn. 5. Các chất tạo mầm cho polybutene-1 (PB) Thêm acid adipic hay phenylcoumarin-aminobenzoic làm tăng nhiệt độ kết tinh hơn 15 o C so với PB không tạo mầm. Đặc tính biến đổi mạng lƣới không gian của PB từ dạng thù hình II tứ giác thành dạng I hình thoi, không tăng do các chất tạo mầm. Plastic and Rubber Technology Center MÀU CHO NHỰA - KHÁI NIỆM VỀ MÀU SẮC Quan hệ ánh sáng và màu sắc Màu sắc là kết quả tƣơng tác giữa ánh sáng và vật thể tạo nên. Ngƣời ta nhận biết đƣợc màu sắc là nhờ phần cuối của dây thần kinh nằm trong mắt có những tế bào thị giác hình que và hình nón. Các bức xạ ánh sáng đƣợc tế bào hình nón thu nhận và truyền đến trung tâm thần kinh gây ra cảm giác màu sắc. Mắt chúng ta nhận đƣợc màu sắc là màu phụ với màu các tia sáng bị hấp phụ. Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Các photon ánh sáng có năng lƣợng E = h. Trong đó là tần số dao động, có quan hệ với bƣớc sóng và tốc độ ánh sáng: C Mắt chúng ta chỉ thu nhận đƣợc các dao động điện từ của các tia sáng có năng lƣợng từ (2,5 - 5)10 -22 KJ, tƣơng ứng với bƣớc sóng 400 - 760 nm. Vùng ánh sáng có bƣớc sóng 400 - 760 nm là vùng ánh sáng nhìn thấy (vùng ánh sáng trắng hay khả kiến). Vùng có bƣớc sóng lớn hơn 760 nm là vùng hồng ngoại, nhỏ hơn 400 nm là tử ngoại. Các vật thể có hấp thụ ánh sáng ở vùng tử ngoại và hồng ngoại nhƣng mắt chúng ta không nhận thấy đƣợc màu sắc vùng này. Đối với ánh sáng nhìn thấy, khi ánh sáng đập vào vật thể bị phản xạ hoàn toàn mắt chúng ta nhận thấy vật thể có màu trắng. Ngƣợc lại nếu toàn bộ các tia ánh sáng đập vào vật bị hấp thụ hết thì vật có màu đen. Vật thể hấp thụ một số tia và tán xạ những tia còn lại, mắt chúng ta thấy vật có màu. Thí dụ vật thể hấp thụ tia ánh sáng có màu đỏ thì màu của nó là màu xanh và ngƣợc lại. 2. Quan hệ giữa cấu tạo và màu sắc Nhƣ trên đã trình bày, màu sắc là sự hấp thụ chọn lọc miền xác định trong phổ liên tục của ánh sáng nhìn thấy đập vào vật thể. Vùng ánh sáng nhín thấy rất hẹp so với các vùng ánh sáng khác. Năng lƣợng bức xạ vùng này là 300 - 158 KJ/mol quá Plastic and Rubber Technology Center nhỏ, nó chỉ đủ khả năng kích thích và làm chuyển dời trạng thái các điện tử từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích có năng lƣợng nhỏ hơn (300 - 158) KJ/mol. 3. Phân loại màu Có nhiều cách phân loại màu như màu vô cơ, hữu cơ, màu tổng hợp, màu thiên nhiên. - Các chất màu thiên nhiên hiện nay rất ít dùng, thƣờng dùng cho thực phẩm và dƣợc phẩm. Ở miền Bắc có nhuộm màu nâu từ củ nâu, miền Nam nhuộm đen từ quả mặc nƣa. - Màu vô cơ không tƣơi, không đa dạng, cƣờng độ màu không cao nhƣng có ƣu điểm rẻ, chịu đƣợc nhiệt độ cao và không tan trong nƣớc. - Ngƣợc lại, màu hữu cơ tƣơi, đa dạng, cƣờng độ màu cao nhƣng chịu nhiệt và môi trƣờng không cao. Nhƣng trong công ngiệp nhựa chủ yếu phân thành hai loại là màu pigment và dye: a. Bột màu (pigment): (dry pigment and liquid pigment concentrate) Là chất tạo màu cho hỗn hợp nhựa nhƣng không tan trong nhựa. Nói cách khác là bột màu phân tán trong môi trƣờng nhựa dƣới dạng hạt rắn và tạo màu cho hỗn hợp nhựa. Kích thƣớc của các hạt bột màu trong khoảng 0.01 1 m. bột màu có thể nằm ở dạng bột, hạt khô rắn hoặc có thể tạo paste trong môi trƣờng dầu. Thông thƣờng bột màu thƣờng là các oxide hay các muối (muối đơn và muối phức vô cơ). Màu nƣớc (dye) Là thành phần tạo màu cho hỗn hợp nhựa và nó phân tán trong nhựa ở mức độ phân tử. Màu nƣớc thƣờng ở dạng lỏng và đƣợc tạo từ các hợp chất hữu cơ. Plastic and Rubber Technology Center B So sánh tương đối các tính chất cơ bản của màu pigment và màu hòa tan trong nhựa như sau: Kháng nhiệt Di hành Độ trong Độ bền ánh sáng Độ bền thời tiết 4. Trạng thái tập hợp của màu Khi định nghĩa hạt màu cần phân biệt ba khái niệm: Thể đơn hình rời rạc (single partical), thể tập hợp (aggregates) và thể cô kết (agglomerates) a. Thể đơn hình rời rạc (single partical) Là trạng thái mà các hạt màu (màu bột) nằm rời rạc, tức các hạt nàu sau quá trình sản xuất không tham gia vào quá trình tập hợp. Thể tập hợp (aggregates) Là trạng thái mà các thể đơn hình tập hợp lại với nhau theo các bề mặt đặc trƣng riêng bằng các liên kết vật lý, thƣờng thấy nhất là các hạt màu có cấu trúc hình vảy, kim. c. Thể cô kết (agglomerates) Là trạng thái tập hợp của các thể tạp hợp hay nói cách khác là thể cô kết không tìm thấy trật tự sắp xếp chung. 5. Sự phân tán (dispersion) Plastic and Rubber Technology Center Sự phân tán là quá trình làm cho một thành phần phân bố đều trong một môi trƣờng. Phân tán màu là mức độ mà thể cô kết bột màu bị phá vỡ thành những hạt đơn (primary particles) và thể tập hợp (aggregates). Bột màu phân tán càng mịn (kích thƣớc hạt trung bình càng nhỏ) thì tổng diện tích bề mặt hạt màu càng lớn và độ bền màu càng cao. Màu hòa tan trong polymer - Đặc điểm của sự phân tán màu Màu sắc (hue, shade) và độ mờ đục (opacity) của vật liệu tạo màu bị ảnh hƣởng bởi sự phân bố kích thƣớc hạt của bột màu đƣợc phân tán. Nguyên tắc chung là phân tán thể cô kết (agglomerate) của pigment hữu cơ trong cần lực trƣợt cao hơn so với pigment hữu cơ đục; phân tán trong ép phun không giống đùn. Kích thƣớc hạt màu quá lớn rất nguy hiểm cho gia công nhƣ bám đầy lên lƣới lọc, cắt đứt sợi hoặc xé rách bóng thổi; đồng thời tính chất cơ lý cũng thƣờng là bị giảm đi. - Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt Kích thƣớc hạt và sự phân bố hạt tƣơng ứng quyết định tính chất gia công màu trong môi trƣờng nền. Màu có phân bố kích thƣớc hạt càng rộng thì càng khó phân tán. Nếu kiểm soát đƣợc kích thƣớc hạt và tần số xuất hiện hạt quá lớn thì quá trình phân tán sẽ dễ hơn. Plastic and Rubber Technology Center Bình thƣờng Kiểm soát kích thƣớc hạt Kích thƣớc hạt quá lớn có thể gây ra một số vấn đề phân tán mà thể hiện một số lỗi sau: - Sự dao động cƣờng độ màu và lệch màu. - Gây vệt màu. - Xuất hiện thể cô kết màu thấy đƣợc và các đốm màu. - Dính lên tàn ong trong máy đùn. - Xé rách bóng trong đùn thổi. - Đứt sợi, sợi đơn và băng. - In ấn không đều. - Giảm cơ tính. Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt màu lên độ mờ đục và độ bền màu Ƣu điểm của bột màu đƣợc kiểm soát kích thƣớc Tốc độ gia công cao hơn. - Nồng độ bột màu có thể sử dụng cao hơn. - Khả năng ứng dụng đa dạng. Plastic and Rubber Technology Center Các lỗi về chất lƣợng ít xảy ra hơn. 6. Dạng bột màu cung cấp Trong quá trình phân tán cần phá vỡ lực liên kết giữa các hạt màu mà trong môi trƣờng nhựa khi gia công bị giới hạn thời gian và nhiệt độ (nhằm tránh hiện tƣợng phân hủy nhựa) nên trên thị trƣờng cung cấp bột màu dƣới các dạng sau: a. Nhũ màu chủ (liquid pigment concentrates) Để giúp cho quá trình phân tán thành phần bột màu vào trong thành phần pha liên tục (nhựa), ngƣời ta tạo hỗn hợp tiền phân tán là hỗn hợp mà các hạt màu đã phân tán hoàn hảo trong môi trƣờng dầu. Thông thƣờng để tạo ra trạng thái tiền phân tán ngƣời ta phải sử dụng các chất liên diện để tạo điều kiện liên kết tốt với nhựa và tránh hiện tƣợng tạo thể tập hợp giữa các hạt màu. - Bột màu chủ (solid pigment concentrates) Là tập hợp chứa hàm lƣợng bột màu cao, bột màu chủ thƣờng ở dạng nén của các hạt bột màu thành dƣới dạng viên. Bột màu chủ thông thƣờng đƣợc tạo hạt nhờ lực nén kết dính giữa các hạt, trong hạt không chứa thành phần kết dính có bản chất là polymer. Hỗn hợp chủ (masterbatch) Là hỗn hợp chứa thành phần cần phân tán với hàm lƣợng cao với một chất mang (đóng vai trò là môi trƣờng phân tán) . Thành phần chất mang thƣờng có bản chất hay thành phần giống với môi trƣờng phân tán sau này. Trong công nghiệp nhựa và cao su các chất mang này thƣờng là các polymer hay những chất hữu cơ tƣơng hợp rất tốt với polymer cần bổ sung hỗn hợp chủ. - Hỗn hợp màu cô kết (special pigment mixtures) Là sự trộn hợp giữa hai thành phần: bột vô cơ (màu hay độn) dễ phân tán và thành phần màu hữu cơ khó phân tán. Trong quá trình hình thành ra hỗn hợp trộn hợp này các thể cô kết của các thành phần hữu cơ khó phân tán sẽ bị phá vỡ và những thành phần ở thể tập hợp và đơn hình sẽ bám lên thành phần các chất vô cơ có mặt. - NGUYÊN LÝ CƠ SỞ VÀ HIỆN TƢỢNG QUANG TRUYỀN (OPTICAL PRINCIPLES AND PHENOMENA) Việc sử dụng màu để tạo màu cho nhựa dựa trên hiện tƣợng hấp phụ và khúc xạ ánh sáng (absorption and scattering phenomena). Plastic and Rubber Technology Center 1. Hiện tượng quang trên màu nước Đối với hỗn hợp nhựa chứa thành phần màu nƣớc thì chỉ có hiện tƣợng quang truyền còn hiện tƣợng phản xạ rất ít. Hiện tƣợng phản xạ ít là do các thành phần màu nƣớc phân tán trong môi trƣờng nhựa đến mức độ phân tử. Và do hiện tƣợng phản xạ ít nên thông thƣờng hỗn hợp chứa màu nƣớc dễ tạo sự trong suốt. 2. Hiện tượng quang trên bột màu Trong hỗn hợp chứa màu bột thì hiện tƣợng phản xạ ánh sáng đóng vai trò vƣợt trội hơn. Hiện tƣợng phản xạ ánh sáng