Nhựa đóng vai trò quan trọng và là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất và sinh hoạt. Không chỉ vì giá thành rẻ, nhựa còn có những đặc tính nổi bật như nhẹ, bền, linh hoạt và dễ tạo hình. Để hiểu rõ hơn về loại vật liệu này, mời bạn cùng Thái Dương Plastics theo dõi bài viết bên dưới đây.
Nhựa là gì và nguồn gốc
Nhựa (plastic) là một loại vật liệu hữu cơ, được cấu tạo chủ yếu bởi các phân tử polyme. Polyme là chuỗi dài của nhiều đơn vị nhỏ hơn gọi là monome. Khi các monome liên kết với nhau bằng các phản ứng hóa học (chủ yếu là phản ứng trùng hợp hoặc trùng ngưng), chúng tạo ra những chuỗi phân tử lớn, bền vững và linh hoạt.
Tên gọi “plastic” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “plastikos” có nghĩa là “có thể nắn được”. Điều này phản ánh đúng bản chất của nhựa: có thể dễ dàng đúc, ép, thổi, kéo… thành nhiều hình dạng khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng.
Quá trình hình thành và phát triển của nhựa
Nhựa tự nhiên đã được con người sử dụng từ rất sớm, điển hình là cao su hay nhựa thông. Tuy nhiên, nhựa tổng hợp chỉ thực sự ra đời vào thế kỷ XIX, khi các nhà khoa học tìm ra cách tổng hợp cellulose nitrate.
Kỷ nguyên mới cho ngành vật liệu học mở ra vào năm 1907 với sự ra đời của Bakelite, loại nhựa tổng hợp hoàn toàn đầu tiên và có tính chất nhiệt rắn. Bước sang thế kỷ XX, hàng loạt loại nhựa hiện đại như PE, PP, PVC… ra đời, đưa nhựa trở thành vật liệu không thể thiếu trong đời sống. Dầu mỏ và khí tự nhiên nhanh chóng trở thành nguồn nguyên liệu chính để sản xuất hàng loạt loại nhựa với đặc tính khác nhau.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ xanh, xu hướng sử dụng nhựa sinh học (bioplastic) và nhựa tái chế đang được đẩy mạnh nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ và hạn chế tác động xấu đến môi trường.
Nhựa được làm từ gì?
Nhựa được tạo ra chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu chứa hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ, khí tự nhiên và một phần nhỏ từ than đá hoặc sinh khối (cellulose).
Trong quá trình chế biến, dầu thô được tách ra các phân tử nhẹ gọi là monome như ethylen, propylen, styren… Đây chính là nguyên liệu để tổng hợp các loại nhựa khác nhau thông qua phản ứng hóa học trùng hợp.
- Ví dụ về nguồn nguyên liệu khác: Muối (NaCl) được điện phân để cung cấp Clo, thành phần quan trọng để sản xuất Vinyl Clorua monome.
Bên cạnh thành phần chính là polyme, nhựa còn được pha trộn với nhiều phụ gia để cải thiện đặc tính cơ học, độ bền màu và khả năng chịu nhiệt. Các phụ gia thường gặp gồm chất hóa dẻo, chất độn khoáng, phẩm màu và chất chống cháy.
Công thức hóa học của nhựa
Không có một công thức hóa học cố định cho tất cả các loại nhựa, vì mỗi loại có cấu trúc phân tử riêng. Tuy nhiên, hầu hết nhựa đều được hình thành từ các chuỗi polyme có thành phần chính là carbon và hydro, đôi khi có thêm các nguyên tố như oxy, clo, lưu huỳnh, nitơ…
Công thức tổng quát thường được sử dụng để biểu diễn nhiều loại nhựa vinyl phổ biến (polyme được tạo ra từ phản ứng trùng hợp cộng) là (CH2-CHX)n, trong đó X là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử đặc trưng cho từng loại. Một số ví dụ cụ thể như:
| Loại nhựa | Monome | Công thức Polyme | Ứng dụng phổ biến |
| Polyethylene (PE) | Ethylen (CH2=CH2) | (CH2-CH2)n | Túi nilon, màng bọc, chai lọ. |
| Polypropylene (PP) | Propylen (CH2=CHCH3) | (CH2-CHCH3)n | Bao bì, hộp đựng thực phẩm, chi tiết kỹ thuật. |
| Polyvinyl Chloride (PVC) | Vinyl clorua (CH2=CHCl) | (CH2-CHCl)n | Ống nước, dây cáp điện, vật liệu xây dựng. |
| Polystyrene (PS) | Styren (CH2=CHC6H5) | (CH2-CHC6H5)n | Ly nhựa, hộp xốp, đồ gia dụng. |
| Polytetrafluoroetylen (PTFE) (Teflon) | Tetrafluoroethylene (CF2=CF2) | (CF2-CF2)n | Lớp chống dính cho chảo, linh kiện điện tử. |
Các chuỗi này có thể sắp xếp theo nhiều cấu trúc khác nhau, tạo nên sự đa dạng về độ bền, tính đàn hồi, khả năng chịu nhiệt và độ trong suốt của từng loại nhựa. Chính sự khác biệt trong công thức và liên kết giữa các monome đã giúp nhựa có thể tồn tại ở nhiều dạng và phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
Cấu tạo và tính chất của nhựa
Cấu tạo của nhựa gồm hai phần chính: polyme nền (quyết định tính cơ bản) và phụ gia bổ sung (giúp điều chỉnh đặc tính). Nhựa có tỉ trọng thấp nên rất nhẹ, có khả năng cách điện, cách nhiệt và chống ăn mòn cao. Nhựa không bị gỉ sét và chịu được tác động của nhiều loại hóa chất.
Tùy vào cấu trúc polyme, nhựa được chia làm hai loại chính:
- Nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastics):
Phổ biến là PE, PP, PET và PS. Khi gia nhiệt sẽ trở nên mềm dẻo, có thể tạo hình theo khuôn và cứng lại khi nguội. Có thể tái chế bằng cách nung chảy và định hình lại.
- Nhựa nhiệt rắn (Thermosets):
Các loại như Bakelite, Epoxy, Melamine… sau khi được tạo hình và làm cứng bằng nhiệt hoặc chất xúc tác, chúng sẽ tạo ra các liên kết chéo bền vững vĩnh viễn. Không thể mềm ra khi gia nhiệt lại và rất khó hoặc không thể tái chế bằng phương pháp nung chảy thông thường.
Ưu điểm và hạn chế của nhựa
Với đặc tính linh hoạt và khả năng thích nghi cao, nhựa đã trở thành vật liệu không thể thiếu trong đời sống hiện đại. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhựa cũng tồn tại nhiều hạn chế cần được nhận thức rõ để có cách sử dụng và xử lý phù hợp.
Ưu điểm của nhựa:
- Nhẹ, dễ vận chuyển và tiết kiệm chi phí sản xuất.
- Có độ bền cơ học cao, chịu va đập và chống ăn mòn tốt.
- Cách điện, cách nhiệt và chống thấm nước hiệu quả.
- Dễ tạo hình, có thể sản xuất với nhiều kích thước, kiểu dáng và màu sắc khác nhau.
- Quá trình gia công nhựa đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng hơn so với kim loại hoặc thủy tinh.
- Có khả năng kết hợp với phụ gia để thay đổi đặc tính theo nhu cầu sử dụng.
Hạn chế của nhựa:
- Khó phân hủy trong tự nhiên, gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.
- Sản xuất phụ thuộc nhiều vào dầu mỏ và khí tự nhiên, là nguồn tài nguyên không tái tạo.
- Một số loại nhựa khi tiếp xúc với nhiệt độ cao có thể giải phóng chất độc hại.
- Việc tái chế còn gặp khó khăn do đặc tính khác nhau của từng loại nhựa.
Nhựa là vật liệu được hình thành từ các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên, trải qua quá trình trùng hợp để tạo ra các polyme bền, dẻo và linh hoạt. Nhờ khả năng kết hợp với các phụ gia, nhựa có thể thích ứng với nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích vượt trội đó, nhựa cũng mang lại thách thức lớn về môi trường. Sử dụng đúng cách, tăng cường tái chế và phát triển nhựa sinh học là hướng đi cần thiết để đạt được sự cân bằng giữa lợi ích kinh tế và bảo vệ hệ sinh thái.
Xem thêm: TOP 11 công ty gia công ép nhựa Việt Nam