1.Tổng quan về vật liệu EVOH: Từ vật liệu hóa học cơ bản đến vật liệu rào cản hiệu suất cao
VinylEthylene Vinyl Alcohol Polymer là vật liệu polymer chức năng có đặc tính rào cản tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong bao bì thực phẩm, bao bì dược phẩm, bình nhiên liệu ô tô và ống sưởi dưới sàn. Đặc điểm lớn nhất của nó là khả năng thấm oxy cực thấp, đó là lý do tại sao nó được mệnh danh là "vật liệu rào cản hiệu suất cao" trong lĩnh vực bao bì nhựa.
Không giống như các loại nhựa thông thường như polyetylen (PE) và polypropylen (PP), EVOH không được polyme hóa trực tiếp từ một vật liệu duy nhất mà được tạo ra thông qua phản ứng hóa học nhiều bước. Nguyên liệu thô chính của công ty đến từ chuỗi công nghiệp hóa dầu, với nguyên liệu cốt lõi là ethylene và vinyl acetate (VA).
Xét về mặt chuỗi công nghiệp, EVOH thuộc lĩnh vực hóa chất mịn và polymer hiệu suất cao. Thượng nguồn phụ thuộc vào việc cung cấp nguyên liệu thô hóa dầu và trung nguồn sản xuất nhựa EVOH thông qua quá trình trùng hợp, cồn hóa và các quá trình khác. Xử lý tiếp theo thành vật liệu đóng gói màng, tấm, ống và composite.
2. Nguyên liệu cốt lõi của EVOH: Ethylene và vinyl axetat
Nguyên liệu chính của EVOH là chất đồng trùng hợp ethylene vinyl acetate (EVA). Lộ trình sản xuất như sau:
Ethylene → Chất đồng trùng hợp etylen axetat (EVA) → Chất đồng trùng hợp rượu etylen vinyl (EVOH)
(1) Etylen
Ethylene là một trong những nguyên liệu hóa học cơ bản lớn nhất trên thế giới và là nguyên liệu monome quan trọng nhất trong ngành nhựa.
Ethylene chủ yếu có nguồn gốc từ:
Cracking Naphtha
nứt ethane;
Công nghệ olefin than.
Sau các phản ứng hóa học, ethylene có thể được sử dụng để sản xuất nhiều loại vật liệu polyme khác nhau, như:
polyetylen (PE);
Vật liệu liên quan đến PVC;
EVA;
EVOH và cộng sự.
Trong quá trình sản xuất EVOH, ethylene cung cấp cấu trúc ethylene trong chuỗi polymer, giúp vật liệu có tính linh hoạt, dễ gia công và chống ẩm.
Hàm lượng ethylene cũng là một chỉ số quan trọng về hiệu suất EVOH. Nói chung:
Hàm lượng ethylene thấp → hiệu suất rào cản oxy cao, nhưng khả năng chống ẩm kém;
Hàm lượng ethylene cao → cải thiện tính linh hoạt, cải thiện hiệu suất xử lý nhưng làm giảm hiệu suất rào cản.
Do đó, các lĩnh vực ứng dụng khác nhau sẽ chọn các loại EVOH có tỷ lệ ethylene khác nhau.
(2) Vinyl axetat
Ethylene acetate là một nguyên liệu thô quan trọng khác để sản xuất rượu vinyl.
Vinyl axetat chủ yếu bao gồm:
Etylen;
Axit axetic;
Ôxy
được điều chế bằng phản ứng xúc tác.
Đầu tiên, etylen axetat đồng trùng hợp với etylen để tạo thành:
Etylen vinyl axetat
EVA sau đó được cồn hóa để chuyển các nhóm axit axetic thành cấu trúc hydroxyl, dẫn đến:
Chất đồng trùng hợp rượu etylen vinyl
Trong số đó, cấu trúc rượu ethylene là chìa khóa cho đặc tính rào cản cao của EVOH.
3. Quy trình sản xuất EVOH: Từ nhựa EVA đến nhựa rào cản hiệu suất cao
Rượu vinyl và rượu vinyl không thể được trùng hợp trực tiếp vì bản thân rượu vinyl quá không ổn định để trùng hợp trực tiếp trong công nghiệp. Do đó, sản xuất công nghiệp đi theo con đường gián tiếp.
Toàn bộ quá trình sản xuất bao gồm ba bước chính:
Giai đoạn 1: Đồng trùng hợp ethylene với đồng trùng hợp vinyl axetat
Đầu tiên, ethylene và vinyl axetat đồng trùng hợp để tạo thành nhựa EVA.
Giai đoạn này quyết định:
Cấu trúc phân tử;
Tỷ lệ ethylene;
Hiệu suất sản phẩm tiếp theo.
Giai đoạn thứ hai: phản ứng phân giải rượu
Các đơn vị vinyl axetat trong EVA được chuyển đổi thành các đơn vị rượu vinyl bằng quá trình phân giải rượu.
Hiểu đơn giản:
Vinyl axetat → → Cấu trúc rượu vinyl
Độ hòa tan của rượu càng cao thì tỷ lệ nhóm hydroxyl trong EVOH càng cao và hiệu suất rào cản oxy của vật liệu càng tốt.
Giai đoạn III: Chế biến hạt
Sau khi phân hủy rượu, EVOH trải qua:
Vệ sinh;
Khô;
đùn nóng chảy
Cắt hạt;
Cuối cùng, các hạt nhựa EVOH được hình thành.
Những hạt nhựa này được bán lại cho các công ty sản xuất phim và được xử lý thành sản phẩm cuối cùng thông qua quá trình thổi, đúc và ép đùn đồng nhiều lớp.
Cấu trúc của nguyên liệu thô ảnh hưởng đến hiệu suất EVOH như thế nào?
Hiệu suất của EVOH liên quan chặt chẽ đến tỷ lệ nguyên liệu thô và chỉ số quan trọng nhất là hàm lượng ethylene.
Hàm lượng ethylene thường vào khoảng 20% đến 50%, với các tỷ lệ khác nhau mang lại những đặc tính khác nhau.
Hàm lượng ethylene thấp EVOH
Đặc trưng:
-Hiệu suất rào cản oxy cực mạnh;
Tính minh bạch cao;
Thích hợp đóng gói theo yêu cầu cao.
Ứng dụng:
Màng rào cản thực phẩm cao;
Bao bì thuốc;
Vật liệu đóng gói chính xác.
Điểm yếu:
Độ hút ẩm mạnh;
Việc xử lý tương đối khó khăn.
EVOH có hàm lượng ethylene cao
Đặc trưng:
Tính linh hoạt tốt hơn;
Cửa sổ xử lý rộng hơn;
Cải thiện khả năng chống ẩm.
Ứng dụng:
Hệ thống nhiên liệu ô tô;
Bao bì công nghiệp;
Lớp rào cản oxy đường ống.
Điểm yếu:
hiệu suất hàng rào oxy giảm.
Do đó, các doanh nghiệp sản xuất EVOH cần điều chỉnh tỷ lệ ethylene theo nhu cầu thị trường và phát triển các loại sản phẩm khác nhau.
