Phenikaa: Tự chủ công nghệ sản xuất nhựa PEKN

Nhựa PEKN (nhựa Polyeste không no) là một trong những loại nhựa nhiệt rắn có nhiều ưu điểm như tính chất cơ lý cao, có thể sản xuất với khối lượng lớn, trong khi giá thành thấp nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn làm vật liệu đúc khuôn, vật liệu cách điện trong kỹ thuật vô tuyến điện, xi măng hữu cơ, trong công nghiệp chế tạo ô tô, tàu thủy, ứng dụng để tổng hợp vật liệu composite,... Đặc biệt trong công nghiệp và vật liệu composite, nhựa PEKN là loại nhựa nền phổ biến nhất trong số các nhựa nền nhiệt rắn.

Khối lượng nhựa PEKN được sử dụng tăng trưởng liên tục khoảng 5,5% trong những năm qua. Năm 2012, nhu cầu về nhựa PEKN là khoảng hơn 4 triệu tấn, đến năm 2019 là hơn 6 triệu tấn và lượng PEKN sử dụng năm 2020 là khoảng 7 triệu tấn.

Rất nhiều các công ty lớn phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu nhựa PEKN từ những nhà sản xuất Đài Loan, Singapore, Hàn Quốc; trong đó, Tập đoàn Phenikaa cũng không phải là ngoại lệ. Từ năm 2002, Phenikaa đã tham gia vào lĩnh vực sản xuất đá nhân tạo cốt liệu thạch anh. Hiện họ là một trong những nhà sản xuất đá thạch anh lớn trên thế giới, sở hữu thương hiệu VICOSTONE. Mỗi năm, để duy trì ổn định hoạt động sản xuất hơn 3 triệu m² đá thạch anh chất lượng cao, Phenikaa cần sử dụng hơn 20.000 tấn nhựa PEKN làm chất kết dính.

Bên cạnh việc đang phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu, các kỹ sư tại Phenikaa nhận thấy một trong những nhược điểm chính của nhựa PEKN chính là khả năng chịu UV và độ bền thời tiết kém, do vậy, đã hạn chế khả năng ứng dụng ở ngoài trời của vật liệu. Dưới tác dụng của tia UV chiếu vào bề mặt đá, đặc biệt là ở những vùng nóng ẩm nhiệt đới, nhựa PEKN dù là loại chất lượng cao nhập khẩu từ nước ngoài cũng vẫn bị lão hóa và phân hủy mạch phân tử, gây mất độ bóng bề mặt, suy giảm tính chất cơ lý và ảnh hưởng đến nhiều ứng dụng của nhựa.

Xuất phát từ nhu cầu giải quyếtcác bài toán thực tế trong sản xuất kinh doanh, PGS.TS. Hồ Xuân Năng, GS.TSKH. Trần Vĩnh Diệu và các cộng sự thuộc Tập đoàn Phenikaa đã tiến hành thực hiện dự án “Nghiên cứu công nghệ và xây dựng nhà máy sản xuất nhựa polyester không no công suất 25.000 tấn/năm phục vụ sản xuất đá nhân tạo gốc thạch anh”. Đây cũng là đề tài nghiên cứu khoa học cấp quốc gia năm 2018 mà Tậpđoàn Phenikaa đăng ký và được Bộ KH&CN giao thực hiện.

Sau hai năm triển khai, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công quy trình công nghệ sản xuất nhựa PEKN từ quy mô phòng thí nghiệm đến dây chuyền pilot với các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu sử dụng trong sản xuất đá nhân tạo. Họ đã tối ưu công thức phối liệu cho quá trình tổng hợp nhựa PEKN thể hiện qua tỷ lệ mol các thành phần DEG/DPG/EG/PG/ AM/AP/AD/MHHPA/IAP, tỷ lệ HQ; PTSA.

Bằng việc đưa cấu tử MHHPA và IAP vào thành phần nguyên liệu chính, các chuyên gia đã tạo ra một loại nhựa PEKNvới các tính chất cơ, lý hóa tương tự và tốt hơn loại PEKN ban đầu nhưng có khả năng chịu bức xạ UV và bền thời tiết.

Kết quả thử nghiệm trên nhựa nền và trên mẫu đá nhân tạo cho thấy nhựa PEKN thu được có khả năng chịu bức xạ UV và bền thời tiết vượt trội so với một số mẫu nhựa nhập khẩu trước đây.

Với những ưu điểm đó, “sản phẩm nhựa polyeste không no chịu bức xạ tử ngoại và bền thời tiết ứng dụng trong sản xuất đá nhân tạo và vật liệu composite” đã được Cục Sở hữu Trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế số 25362 ngày 29/7/2020.

Đây đồng thời cũng là cơ sở để Tập đoàn đầu tư thiết kế, chế tạo và lắp đặt dây chuyền sản xuất nhựa PEKN trên quy mô công nghiệp với dự án đầu tư xây dựng Nhà máy sản xuất Hóa chất Phenikaa. Khánh thành từ năm 2021, Nhà máy sản xuất Hóa chất Phenikaa hiện có khả năng cung cấp tới 25% tổng nhu cầu về loại nhựa PEKN tại thị trường Việt Nam, là doanh nghiệp Việt Nam duy nhất đến nay sở hữu bí quyết công nghệ và dây chuyền sản xuất vật liệu này.

“Nhà máy Hóa chất Phenikaa có tổng công suất giai đoạn I là 25.000 tấn/năm. Sau hơn ba năm vận hành, dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa PEKN hoạt động ổn định và cung cấp đủ 100% khối lượng nhựa PEKN cho nhu cầu sản xuất của Tập đoàn, thay thế hoàn toàn khối lượng nhập khẩu,” đại diện Tập đoàn cho biết. “Điều này góp phần quan trọng giúp Phenikaa thực hiện thành công chiến lược nội địa hóa nguyên vật liệu, làm chủ hơn 95% nguyên liệu đầu vào cho sản xuất đá thạch anh thương hiệu VICOSTONE, từ đó hạn chế tối đa rủi ro phụ thuộc vào nhà cung cấp bên ngoài, rủi ro về biến động tỉ giá, kiểm soát chất lượng sản phẩm và tối ưu giá thành.”

Một trong những nỗi lo của Phenikaa trước đây khi nhập khẩu nhựa PEKN từ các đơn vị khác đó là thời gian bảo quản hạn chế - đây là một nhược điểm lớn, nhất là khi họ phải nhập theo từng lô hàng lớn. Việc tự chủ được sản xuất giúp tập đoàn có thể sản xuất đến đâu tiêu thụ đến đó.

Các kỹ sư của nhà máy đã xây dựng và tối ưu chương trình nhiệt cho quá trình tổng hợp nhựa PEKN trên dây chuyền pilot công suất 1000 kg/ mẻ. Theo đó, chương trình nhiệt bao gồm 5 giai đoạn nhiệt độ với tốc độ gia nhiệt ở các giá trị đã xác lập, làm cơ sở để xây dựng chương trình kiểm soát nhiệt độ tự động trong tương lai. Toàn bộ nhựa PEKN được sản xuất trên dây chuyền công nghiệp từ tháng 1/2021 đến tháng 6/2023 đã cung cấp cho nhiều công ty sản xuất đá thạch anh nhân tạo trên thị trường, với tổng sản lượng là 46.588 tấn nhựa PEKN. Dự kiến, đến hết năm 2025, nhà máy sẽ hoàn thành đầu tư thêm dây chuyền sản xuất nhựa PEKN giai đoạn II để nâng tổng công suất lên 50.000 tấn/năm.

Điều này đã giúp công trình nghiên cứu đoạt giải Nhất lĩnh vực Công nghệ vật liệu của Giải thưởng Sáng tạo KH&CN Việt Nam VIFOTEC lần thứ 29 vào ngày 30/5. Cũng trong khuôn khổ Giải thưởng VIFOTEC, công trình này còn được Tổ chức Sở hữu trí tuệ Thế giới WIPO trao Giải WIPO 2023.

Cho đến hiện tại, Phenikaa vẫn đang triển khai mở rộng dây chuyền sản xuất nhựa PEKN quy mô công nghiệp để đáp ứng nhu cầu hiện tại của thị trường nội địa. Trong thời gian tới, họ có tiềm năng cạnh tranh với các sản phẩm khác ở thị trường quốc tế, đặc biệt trong bối cảnh thị trường nhựa PEKN toàn cầu đạt tổng giá trị 12,9 tỉ USD vào năm 2023 và dự kiến tăng lên 20,9 tỉ USD vào năm 2030 với mức tăng trung bình hàng năm là 7,1%.