NHỰA PVC
1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA PVC
Hiện nay, nền công nghiệp chất dẻo được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân kể cả các lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, đại dương và cả trong đồ dùng sinh hoạt hàng ngày.
Trong các loại chất dẻo, PVC là một hợp chất cao phân tử được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp vinylclorua (VC) thuộc loại phổ biến và được sử dụng nhiều nhất. Tổng sản lượng PVC luôn đứng đầu trong các loại chất dẻo, nhựa PVC có nhiều tính chất ưu việt có thể đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của khoa học kỹ thuật và đời sống.
Nhựa PVC có nhiều tính chất quý như: ổn định hoá học, bền thời tiết, bền ôxy hoá, cách điện, dễ gia công, giá thành thấp,…vì vậy nó được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sản phẩm được tạo ra từ PVC rất đa dạng trên 2/3 lượng PVC được dùng làm các sản phẩm lâu bền như ống dẫn nước, khung cửa sổ, bàn ghế…còn lại PVC được gia công thành những sản phẩm khác như màng mỏng, bao bì, giày dép giả da, dây bọc cách điện,…
Trong thời gian gần đây, người ta đặc biệt chú ý đến loại PVC cứng và xốp, có thể làm vật liệu thay thế gỗ, sự thay thế này có ảnh hưởng đến giá thành và sự ổn định, dẫn đến sự thuận lợi cho quá trình tổng hợp vật liệu.
Nền công nghiệp chất dẻo nói chung và nhựa PVC nói riêng vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân là lĩnh vực không thể thiếu được và luôn gắn liền với sự phát triển cuả khoa học kỹ thuật.
2. TÍNH CHẤT CỦA NHỰA PVC
2.1. Tính chất vật lý
PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột trắng hay vàng nhạt, có trọng lượng riêng là 1,4 ¸1,45. Chỉ số khúc xạ 1,544. PVC là một loại nhựa dẻo chịu nhiệt trong khoảng 80 ¸1600C. Trọng lượng phân tử không đồng đều, độ trùng hợp từ 100 ¸ 2000. Để có vật liệu bền và co giãn thì 70% các phần của polyme phải có độ trùng hợp từ 1000 trở lên. PVC lão hoá rất nhanh, dẫn đến giảm tính co giãn và tính chất cơ học.
Tính chất điện của sản phẩm PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:
- Hằng số điện môi tại 60 Hz và 30 0C là 3,54.
- Hằng số điện môi tại 1000 Hz và 30 0C 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 cho ta thấy tính chất cách điện của PVC khá tốt, tuy nhiên phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất.
2.2. Tính chất hoá học
PVC có tính ổn định hoá học tốt ở nhiệt độ thường. Còn khi nhiệt độ tăng thì PVC có tính chất hoạt động hoá học và trong các quá trình biến đổi hoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và kéo theo cả nguyên tử Hidro ở bên cạnh Cacbon. Phản ứng được chú ý nhất của PVC đó là sự Clo hoá cuối. Quá trình có thể thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl4 tại nhiệt độ vừa phải dưới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại.
Phản ứng cũng có thể thực hiện trong huyền phù dạng nước với sự cộng hợp của tác nhân gây trương như clorofom, cacbon têtracloxit xúc tác bởi tia tử ngoại.
PVC có tính hoạt động hoá học khá lớn: trong các quá trình biến đổi hoá học đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và thường kéo theo cả nguyên tử Hidro ở Cacbon bên cạnh.
Các loại phản ứng chính gồm:
- Phản ứng phân huỷ
- Khử HCl
- Thế các nguyên tử Clo
3. ĐỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT VÀ CHẤT ỔN ĐỊNH
Nhiệt độ chảy mềm của PVC cao hơn một ít so với nhiệt độ phân huỷ. Sự phân huỷ PVC khi đun nóng cũng theo phản ứng chuỗi, trung tâm bắt đầu phân huỷ ở những phần mạch mà ở đó có liên kết C- H và C- Cl yếu. Những phần đó có thể là những nhóm cuối phân tử, ngoài ra quá trình trùng hợp theo cơ chế gốc, sự đứt mạch có thể xảy ra do chuyển mạch cho monome hoặc polyme hoặc cho cả hai.
Còn nếu chuyển mạch cho polyme thì xuất hiện phân tử nhánh và phân tử có cacbon bậc 3. Oxy trong không khí nhiệt phân huỷ PVC xảy ra nhanh hơn trong N2. Một số kim loại như Zn và Fe ngay cả khi chỉ có vết (≥ 10 trọng lượng kim loại trên 106 phần trọng lượng Polyme) cũng làm xúc tiến quá trình phân huỷ PVC và làm cho khí HCl trở thành chất xúc tác của quá trình phân huỷ. Polyme kỹ thuật luôn chứa vết, do đó thực tế có tác dụng xúc tác khí HCl. Chất ổn định có trong polyme cũng ảnh hưởng không tốt đến độ ổn định. Oxy ở nhiệt độ cao xảy ra phân huỷ PVC. Trong kỹ thuật có hai chỉ số rất quan trọng đó là nhiệt độ phân huỷ và độ ổn định nhiệt độ của PVC. Nó phụ thuộc vào thành phần và mục đích của nhựa dẻo mà gia công PVC ở 140 ¸ 1750C.
Trong điều kiện này có xảy ra phân huỷ HCl và phân huỷ một phần polyme cũng có khi tạo thành cầu nối giữa các đại lượng. Nếu nhiệt độ phân huỷ của polyme trên 1700C và độ ổn định nhiệt trên 70 phút thì có thể dùng chế tạo màng và tấm, nếu độ ổn định trên 90 phút thì dùng chế tạo ống và các vật phẩm khác.
Để tăng độ ổn định nhiệt của PVC ta thêm chất ổn định vào để nó có khả năng làm chậm hoặc ngăn ngừa phân huỷ polyme.
Chất ổn định chia làm 4 nhóm (dựa theo tác dụng của từng nhóm):
- Nhóm hấp thụ HCl
- Nhóm chất trung hoà HCl
- Chất ngăn chặn tác dụng của ôxy
- Chất hấp thụ tia tử ngoại
Tuỳ vào loại cấu tạo ta chia ra chất ổn định ở dạng hữu cơ, vô cơ và cơ kim. Chất vô cơ và cơ kim quan trọng nhất vì ngoài tác dụng ổn định nhiệt chúng còn ngăn ngừa PVC khỏi bị phân huỷ, trong điều kiện gia công có nhiệt độ cao và chúng có khả năng bảo vệ các tính chất của vật liệu trong thời gian dài khi sử dụng vật liệu.
+ Chất ổn định nhiệt vô cơ như: Pb(HPO3)2, Pb3O4, Na2CO3, Na2SiO3, Na3PO4
+ Chất ổn định nhiệt cơ kim (hấp thụ khí HCl): Xà phòng kim loại (muối của axit béo) để tạo ra muối dùng kim loại Mg, Ca, Ba, Zn, Pb và cả các axit béo: stearic, redinonic, laurinic … Xà phòng kim loại không độc.
+ Chất ổn định nhiệt hữu cơ: menamin, dẫn xuất ure và tioure, lượng chất epoxy, estes.
Một nhược điểm khi dùng chất ổn định là tạo ra muối clorua kim loại làm ảnh hưởng đến độ trong suốt của polyme, tính điện môi giảm, ngoài ra nó cũng tan trong nước và có thể đây là nguyên nhân gây độc.
4. CÁC LOẠI CHẤT DẺO TỪ NHỰA PVC
4.1 Sản phẩm từ PVC hoá dẻo
Hoá dẻo PVC với mục đích có các vật liệu mẫu, co giãn ở nhiệt độ thường và đặc biệt là nhiệt độ thấp và để dễ dàng cho quá trình gia công ra sản phẩm. Như vậy tác dụng cuả chất hoá dẻo thêm vào là giảm nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh của polyme nhưng đồng thời nó cũng làm giảm sức bền và tăng độ giãn dài cuả sản phẩm.
Những chất hoá dẻo thường dùng là những chất phôtphat chiếm 75% lượng chất hoá dẻo đó là các hợp chất trung gian như DIOP, DEHP, DOP và estephtalat của C7¸C9, oxo – alcohol, …
Những chất này có tác dụng tương tự nhau đối với PVC nếu không phụ thuộc vào lý do kinh tế. Nếu dùng thêm chủng loại chất hoá dẻo là hợp chất cao phân tử có nhiệt độ hoá thuỷ tĩnh thấp và có thể tạo ra các sản phẩm đồng nhất như caosu nitril (chất đồng trùng hợp của acrylic nitril với butadien).
Ưu điểm chính của loại chất hoá dẻo này là làm cho sản phẩm ổn định vì chúng không bay hơi. Trong trường hợp này muốn hóa dẻo dùng các trục nóng để trộn hỗn hợp và các máy có vết xoắn.
Thông thường dùng hỗn hợp 60- 70% PVC và 30- 40% chất hoá dẻo, vì thế lượng chất hoá dẻo dùng rất nhiều. Do đó vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, chế tạo chất hoá dẻo từ nguyên liệu trong nước để thay thế hoàn toàn hay một phần các chất hoá dẻo mua của nước ngoài.
4.2 Sản phẩm từ PVC không hoá dẻo
Khi thêm chất hoá dẻo nhiệt độ mềm của nhựa giảm xuống nên gia công dễ dàng hơn nhưng chất hoá dẻo làm giảm tính chất ổn định hoá học và tính cách điện của polyme giảm tính chất chịu nhiệt và làm cho nhựa dễ bị lão hóa. Để khắc phục tính chịu nhiệt và ổn định hoá học thì dùng PVC không có chất hoá dẻo thường gọi là PVC cứng. Khi sử dụng PVC cứng này phải dùng thêm chất ổn định để đảm bảo tính ổn định đối với nhiệt của PVC.
Chất ổn định là những chất có tính bazơ, có khả năng kết hợp với HCl thoát ra khi gia công để ngăn chặn quá trình phân huỷ.
Chất ổn định gồm hai dạng vô cơ và hữu cơ.
+ Chất ổn định dạng vô cơ thường dùng là oxit chì, cacbonat chì, silicat chì…
+ Chất ổn định dạng hữu cơ: stearat canxi, bari, chì, các amin, ure, metamin.
PVC cứng không hoá dẻo rất bền về cơ học và ổn định hoá học. Xét về phương diện cơ học, PVC cứng là một vật liệu cứng đàn hồi cao (»10000 kg/cm2) cường độ va chạm riêng cao (»100-200 kg/cm2) và độ bền tĩnh học khi kéo cũng tương đối lớn (500- 800 kg/cm2) nhưng tính chất này lại phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bề mặt sản phẩm cũng như trong quá trình gia công mà đun nóng, làm lạnh không đều, ép dính các lớp không đều sẽ dẫn đến làm giảm tính cơ học của PVC cứng.
Tính ổn định hoá học rất cao
+ Độ hút nước (sau 24 h) 0,1.10-4¸0,3.10-4 g/cm2.
+ Bền với axit và kiềm.
+ Bền với tác dụng của ximăng, dầu hoả, dầu thảo mộc, rượu, glixêrin.
Chính nhờ có tính ổn định hoá học cao và tính chất bền cơ học cho nên có rất nhiều phương pháp gia công (hàn, ép, dán, cán…) nên có thể xem PVC cứng là một loại vật liệu xây dựng chống ăn mòn rất tốt.
