Nhựa PVC là gì?
Nhựa PVC hay còn được gọi là Polyvinyl Chloride, là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylchloride có công thức hóa học là (̵CH2=CHCl)̵. Nhựa PVC có khối lượng riêng khoảng 1,7 g/cm3, tuy có thể chênh lệch nhưng không đáng kể.
Nhựa PVC là vật liệu rắn, màu trắng, có tính chất giòn. Tùy vào ứng dụng, nó có thể có dạng bột hoặc hạt. Vì tính linh hoạt như nhẹ, bền, chi phí thấp và khả năng gia công dễ dàng, nhựa PVC đang được sử dụng để thay thế các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại, bê tông, cao su, gốm sứ và nhiều vật liệu khác trong nhiều ứng dụng.
Polyvinylchloride được tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylchloride.
Nguồn gốc ra đời
Polyvinyl chloride (PVC) được coi là một trong những vật liệu tổng hợp nhân tạo sớm nhất trong công nghiệp. Vào năm 1835, Henri Regnault đã tổng hợp thành công vinylchloride, nguyên liệu chính để tạo nên PVC. Đến năm 1872, Baumann phát hiện ra PVC lần đầu tiên khi phơi ống nghiệm chứa vinylchloride dưới ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, tính chất hóa học của PVC vẫn chưa được xác định.
Đến năm 1912, PVC được công nhận chính thức khi Iwan Ostromislensky, nhà khoa học người Nga, tìm ra quá trình sản xuất PVC. Cùng năm đó, Fritz Klatte, người Đức, cũng công bố một phương pháp sản xuất PVC. Mặc dù đã có công nghệ, PVC vẫn chưa được sử dụng rộng rãi do tính kém ổn định và khó để gia công.
Năm 1926, tiến sĩ Waldo Semon tìm ra phương pháp làm dẻo hóa PVC, đây là bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm của PVC. Sau đó, các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC cũng được công bố. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC khác nhau đã được tổng hợp thành công ở Mỹ và Đức, nhưng đến năm 1937, PVC mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp tại hai đất nước này.
Nhà phát minh nhựa PVC
Nhựa PVC có an toàn không?
Trước năm 1970, PVC được sử dụng phổ biến nhờ tính dễ điều chế, giá thành rẻ và độ bền cao. Tuy nhiên, năm 1970, đã phát hiện ra chất vinyl chloride (VCM) có trong PVC có khả năng gây ung thư. Từ đó, sử dụng PVC bị hạn chế, đặc biệt là trong bao bì thực phẩm để đảm bảo sức khỏe con người.
Ngoài ra, trong quá trình sản xuất để tăng độ dẻo cho PVC và dễ gia công hơn, thường phải thêm 5-15% các chất phụ gia như MBS, EVA, ABS, CPE, phthalate và bisphenol (BPA). Những phụ gia này, nếu vượt quá mức cho phép, có thể gây phá hủy nội tiết tố và gây ra nhiều bệnh lý nguy hiểm.
Tính chất nhựa PVC
Tính chất vật lý
Nhựa PVC là một polyme vô định hình, có dạng bột màu trắng hoặc vàng nhạt, có trọng lượng riêng khoảng 1,4 và chỉ số khúc xạ là 1,544. PVC chịu được nhiệt độ trong khoảng 80 độ C – 1600 độ C. Tuy nhiên, nhựa PVC lão hoá nhanh chóng, dẫn đến giảm tính co giãn và tính chất cơ học.
Tính chất điện của nhựa PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
- Hằng số điện môi tại 60Hz và 30 độ C là 3,54.
- Hằng số điện môi tại 1000Hz và 30 độ C là 3,41.
- Hệ số công suất tại thời điểm trên là 3,51% và 2,51%.
- Cường độ điện môi: 1080 V/ml.
- Điện trở suất là 1015 W.
Từ những số liệu trên, có thể thấy tính chất cách điện của nhựa PVC khá tốt, tuy nhiên điều này phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.
Tính chất hoá học
PVC có tính ổn định hoá học tốt ở nhiệt độ thường. Khi nhiệt độ tăng cao, PVC có tính chất hoạt động hoá học. Trong quá trình biến đổi hoá học của PVC, các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và kéo theo nguyên tử Hidro ở bên cạnh Cacbon.
Phản ứng đáng chú ý nhất của nhựa PVC là sự Clo hóa cuối cùng. Quá trình này có thể được thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl4 dưới tác dụng của ánh sáng tử ngoại. Phản ứng cũng có thể được thực hiện trong huyền phù dưới dạng nước với sự cộng hợp của tác nhân gây trương như clorofom và cacbon tetraclorua xúc tác bởi tia tử ngoại.
Các loại phản ứng chính bao gồm:
- Phản ứng phân huỷ
- Khử HCl
- Thế các nguyên tử Clo
Tính chất của nhựa PVC – nguồn tham khảo từ internet
Ưu nhược điểm của nhựa PVC
Ưu điểm
- Độ bền: Nhựa PVC chống mài mòn tốt, chịu được điều kiện khắc nghiệt, nên được sử dụng rộng rãi trong việc chế tạo vật dụng ngoài trời. Theo một nghiên cứu khoa học, các ống nước ngầm được làm bằng nhựa PVC gần như không bị hư hại sau 35 năm sử dụng.
- Khả năng chống cháy tốt: Nhựa PVC chứa 57% Clo từ muối thông thường, do đó khi đốt cháy, hàm lượng Clo trong PVC sẽ dập tắt ngọn lửa. Nhiệt độ cháy của PVC cao đến 455 °C, nhiệt độ giải phóng khi đốt cháy thấp hơn so với các loại nhựa khác như PE và PP, do đó ít có khả năng truyền lửa sang các vật liệu khác.
- Cách điện: Nhựa PVC chịu được cường độ điện lớn mà không bị phá vỡ cấu trúc, kết hợp với khả năng chống cháy tốt, nó trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất các loại cáp điện, hộp công tắc, v.v.
- Kháng hóa chất: Mặc dù PVC có thể hòa tan hoặc trương nở trong các chất hydrocarbon thơm, ketone và ete tuần hoàn, nhưng lại rất khó hòa tan trong các hóa chất hữu cơ khác. Đồng thời, PVC cũng chống lại hầu hết các hóa chất vô cơ.
Nhựa PVC có độ bền và tuổi thọ vượt trội
Nhược điểm
- Trong môi trường có nhiệt độ trên 120 độ C, PVC dễ bắt lửa và có mùi khá khó chịu, đồng thời hít phải một lượng quá lớn có thể dẫn đến ngộ độc.
- Trong môi trường có nhiệt độ thấp, PVC có độ bền không cao do phân tử bên trong mất liên kết.
- Tính năng chống bào mòn của PVC khá yếu.
Ứng dụng của nhựa PVC
Ống nhựa PVC
Ống nhựa PVC được chia thành hai loại: ống nhựa cứng (ống uPVC) và ống nhựa mềm. Có nhiều loại ống PVC như ống dẫn cấp nước, ống nước thải trong tòa nhà cao tầng, ống dẫn xăng dầu và khí ở nhiệt độ không quá 60°C, ống dẫn tưới tiêu tại các nông trại, v.v. Tuy nhiên, ngày nay nhựa HDPE dần thay thế ống PVC để giảm mức độ độc hại từ các chất phụ gia.
Ống nhựa được làm từ nhựa PVC
Dây và cáp điện
Nhờ khả năng cách nhiệt tốt, PVC còn được sử dụng làm dây điện và cáp điện. Các loại dây cáp được phân chia thành dây sử dụng ở 70°C, 90°C và 105°C với các mục đích khác nhau. Loại 70°C dùng làm dây truyền tải điện dân dụng trong hộ gia đình, loại 90°C và 105°C thì dùng trong xe hơi, tàu biển và trạm biến thế, v.v.
Dây điện và cáp được sản xuất từ nhựa PVC
Màng nhựa PVC
Màng nhựa PVC được tạo ra thông qua quá trình cán hoặc thổi trên máy chuyên dụng. Có các loại màng nhựa PVC như màng mềm, bán cứng và cứng tùy thuộc vào hàm lượng chất hóa dẻo được thêm vào. Hàm lượng chất hóa dẻo dưới 5 phần trong mỗi 100 phần PVC tạo ra màng cứng. Từ 5-15 phần sẽ tạo ra màng bán cứng và trên 15 phần sẽ tạo ra màng mềm.
Màng nhựa PVC được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm như áo mưa, nhãn chai nước khoáng, màng bọc hoặc bao bì sản phẩm, màng phủ ruộng muối, album, v.v.
Màng nhựa PVC của Thuận Thiên Plastic
Thanh uPVC
Thanh uPVC có chức năng cách âm, cách nhiệt và chịu nhiệt lên đến 1000°C. Đôi khi được lắp lõi thép gia cường để tăng khả năng chịu lực cho kết cấu cửa. Thanh uPVC được sử dụng trong sản xuất các loại cửa nhựa lõi thép cao cấp như cửa sổ, cửa chính, vách ngăn PVC, hàng rào nhựa, v.v.
Những ứng dụng của nhựa PVC
Một số ứng dụng khác
Ngoài các ứng dụng trên, nhựa PVC còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác:
- Vật liệu xe ô tô: Phụ tùng ô tô, vật liệu cách nhiệt ô tô, thảm da nhân tạo, v.v.
- Thực phẩm: Sản xuất đồ dùng đựng thức ăn dùng một lần, bao bì đóng gói.
- Thiết bị điện, đồ gia dụng: Vỏ tủ lạnh, vỏ ghế nệm, v.v.
- Thiết bị y tế: Ống kim tiêm, ống truyền nước, v.v.
Nhựa PVC cứng có mật độ cao, rất cứng và bền. Nó có thể chịu được tác động của yếu tố ngoại vi, là lựa chọn lý tưởng cho nhiều ngành công nghiệp như xây dựng, y tế, vật liệu ô tô, v.v. Tuy nhiên, trong điều kiện nhiệt độ thấp, nhựa PVC có độ bền không cao.
Trên đây là thông tin tổng hợp về nhựa PVC, bao gồm tính chất và ứng dụng đa dạng của vật liệu này. Vì trong thành phần cấu tạo của nhựa PVC có một số chất phụ gia làm dẻo, nên sẽ không thực sự an toàn cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc trong thời gian dài. Vì vậy, ưu tiên lựa chọn các vật liệu khác cho các vật dụng hằng ngày và đồ chơi cho trẻ em sẽ là điều tốt hơn.