Nhựa polyvinyl clorua

Nhựa Polyvinylclorua (poly(vinyl chloride) viết tắt là PVC) là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ phản ứng tổng hợp vinylclorua có công thức (̵CH₂=CHCl)̵.

Lịch sử của PVC

Nhựa polyvinyl clorua (PVC) là một trong những vật liệu tổng hợp nhân tạo sớm nhất và có lịch sử dài nhất trong sản xuất công nghiệp. Năm 1835, Henri Regnault lần đầu tiên tổng hợp được vinylclorua (VC), nguyên liệu chính để sản xuất PVC. Polyvinyl clorua được quan sát lần đầu tiên vào năm 1872 bởi Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylclorua dưới ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo ra là bột màu trắng và tính chất hóa học của nó chưa được xác định. Bốn mươi năm sau, năm 1912, Iwan Ostromislensky (Nga) công nhận PVC, và cùng năm đó Fritz Klatte (Đức) công bố phương pháp sản xuất PVC. Tuy nhiên, polyme mới này ban đầu không được áp dụng nhiều vì tính kém ổn định, cứng và khó gia công. Năm 1926, tiến sĩ Waldo Semon phát minh ra phương pháp làm mềm PVC, mở ra một bước tiến lớn để khắc phục nhược điểm khi gia công PVC. Sau đó, các nghiên cứu và sáng chế về phương pháp ổn định hóa PVC tiếp tục được công bố. Đến năm 1933, nhiều loại PVC đã được tổng hợp ở Mỹ và Đức, nhưng phải đến năm 1937, PVC mới được sản xuất công nghiệp trên quy mô lớn ở Đức và sau đó là ở Mỹ.

Tính chất vật lý

PVC có dạng bột màu trắng hoặc màu vàng nhạt. PVC tồn tại ở hai dạng là huyền phù (PVC.S–PVC Suspension) và nhũ tương (PVC.E–PVC Emulsion). PVC.S có kích thước hạt lớn từ 20–150 micron. PVC.E nhũ tương có độ mịn cao.

PVC không độc, chỉ độc khi có phụ gia, monome VC dư, và trong quá trình gia công sản phẩm do sự tách ra HCl. PVC chịu va đập kém. Để cải thiện tính chịu va đập của PVC, thường sử dụng các chất như MBS, ABS, CPE, EVA với tỷ lệ từ 5–15%. PVC là vật liệu cách điện tốt, các vật liệu cách điện từ PVC thường được sử dụng kết hợp với các chất hóa dẻo để cải thiện tính mềm dẻo, dai và dễ gia công hơn, đảm bảo chất lượng khi gia công.

Tỉ trọng của PVC dao động từ 1,25 đến 1,46 g/cm³ (nhựa nặng trong nước), cao hơn so với một số loại nhựa khác như PE, PP, EVA (nhựa nhẹ trong nước)...

Phân loại PVC

PVC cứng

PVC cứng là loại PVC có thành phần chính là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, các chất phụ gia, không hoặc có ít chất hóa dẻo (< 5%). Hỗn hợp này được trộn trong máy trộn, sau đó nhuyễn trong máy đùn, máy cán, ở nhiệt độ 160–180 ℃.

PVC cứng được sử dụng để làm ống dẫn nước, xăng dầu và khí ở nhiệt độ không quá 60 ℃, các thiết bị thông gió và bọc kim loại làm việc trong môi trường ăn mòn.

Ứng dụng

Tạo màng

Màng PVC được sản xuất thông qua quá trình cán trên máy cán hoặc thổi trên máy thổi màng. Màng nhựa PVC bao gồm màng cứng, bán cứng và mềm. Tùy thuộc vào lượng chất hóa dẻo thêm vào, sẽ cho ra màng PVC cứng, bán cứng hoặc mềm.

Hàm lượng chất hóa dẻo thêm vào dưới 5 phr (5 phần hóa dẻo/100 phần PVC) sẽ cho ra màng PVC cứng, từ 5 phr đến dưới 15 phr sẽ cho ra màng PVC bán cứng, cao hơn 15 phr sẽ cho ra màng PVC mềm.

Chất hóa dẻo thêm vào nhựa PVC giảm liên kết liên phân tử do phân cực, làm cho PVC trở nên mềm hơn. Độ mềm dẻo của màng PVC phụ thuộc vào lượng chất hóa dẻo như DOP, DINP, TXIB, Hexamoll DINCH và các loại khác.

Màng PVC được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm như áo mưa, mái hiên, màng phủ ruộng muối, nhãn chai nước khoáng, đóng gói sản phẩm, album và nhiều ứng dụng khác.

Ống

Ống nhựa PVC bao gồm hai loại: ống PVC cứng (uPVC) và ống PVC mềm. Ống PVC cứng không sử dụng chất hóa dẻo trong quá trình phối trộn, trong khi ống PVC mềm phải sử dụng chất hóa dẻo như dầu hóa dẻo DOP.

Ống nhựa PVC được sản xuất trên các loại máy đùn như máy đùn hai trục vis và máy đùn một trục vis. Thông thường, ống nhựa PVC sản xuất trên máy đùn hai trục vis cho chất lượng sản phẩm tốt hơn do máy có khả năng làm nóng hỗn hợp nhựa PVC tốt hơn và có thể sử dụng trực tiếp hỗn hợp sau khi trộn trên máy trộn. Trong khi đó, máy đùn một trục vis cần sử dụng hạt nhựa PVC tạo sẵn hoặc phải sử dụng phụ gia để đảm bảo độ nóng chảy tốt.

Thành phần phối trộn của ống uPVC bao gồm bột nhựa PVC với chỉ số K là 65–66, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn nội, chất bôi trơn ngoại, chất trợ gia công, chất độn, bột màu và các phụ gia khác.

Thành phần phối trộn của ống PVC mềm bao gồm bột nhựa PVC (K65–K66), chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, bột màu và chất hóa dẻo.

Ống PVC có rất nhiều ứng dụng trong đời sống như ống dẫn nước từ nhà máy nước đến các trạm phân phối nước, ống cấp nước từ nhà máy đến gia đình, ống nước thải trong các tòa nhà cao tầng, ống dẫn nước tưới cho các trang trại trồng cây cao su, cà phê, tiêu, điều, ống dẫn nước trong các nhà máy thủy điện và nhiều ứng dụng khác.

Mặc dù có tính chất hóa chất độc hại, ống PVC đang dần được thay thế bằng ống nhựa HDPE ít độc hại với độ bền cao hơn.

Dòng dây và cáp điện

Nhựa PVC được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất dây và cáp điện. Tùy thuộc vào loại phụ gia được sử dụng, dây cáp điện có thể được phân loại thành các loại sử dụng ở nhiệt độ 70 ℃, 90 ℃ và 105 ℃.

Dây điện dân dụng ở nhiệt độ 70 ℃ được sử dụng để dẫn điện trong các hộ gia đình, trong khi dây 90 ℃ và 105 ℃ thích hợp cho các trạm biến áp, xe hơi, và tàu biển, vv…

Các thành phần phối trộn cho dây cáp điện bao gồm nhựa PVC, chất hóa dẻo, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất chống cháy và chất độn. Sau khi trộn trên máy trộn cao tốc, hỗn hợp được đưa qua máy đùn để tạo thành hạt. Hạt này sau đó được bọc lên dây đồng, dây nhôm, vv… để tạo thành dây cáp điện.

Ngoài ra, PVC còn được dùng để sản xuất các nẹp bảo vệ người và dây điện khi bị va đập.

Hồ sơ uPVC

Hồ sơ uPVC là thanh nhựa cứng được sản xuất trên máy đùn hai trục vis. Các thành phần phối trộn bao gồm nhựa PVC (K65–K66), chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất trợ gia công, chất tăng độ bền va đập, chất độn, bột màu và chất chống tia UV.

1. Chất ổn định nhiệt giúp nhựa PVC không bị cháy trong quá trình gia công. 2. Chất bôi trơn giảm ma sát giữa bề mặt trục vis và nhựa (bôi trơn ngoài), giữa bề mặt xi-lanh và nhựa (bôi trơn ngoài), cũng như giữa các phân tử nhựa với nhau (bôi trơn nội). Quá trình bôi trơn này cải thiện tính năng máy và chất lượng sản phẩm. 3. Chất trợ gia công làm cho quá trình chảy nhiệt của nhựa PVC trong máy xảy ra nhanh hơn, cải thiện chảy nhựa và chất lượng sản phẩm. 4. Khác với các loại nhựa thông thường, uPVC là một loại Polyvinyl Chlorua chưa nhựa hoá, bao gồm các thành phần như:

+ Polymers Arylic → tạo độ bền và khả năng chịu va đập mạnh.

+ Nhóm chất ổn định → giúp nhựa chống lại tác động của nhiệt và tia cực tím.

+ Chất sáp → sử dụng trong quá trình định hình, tạo bề mặt nhẵn bóng cho thanh hồ sơ.

Thanh Profile được tạo thành từ bột nhựa PVC kết hợp với các chất phụ gia được trộn trong máy trộn và sau đó đưa vào hệ thống máy đùn. Tại đây, máy sẽ gia nhiệt và định hình thành các thanh Profile theo khuôn dạng được nhập vào từ hệ thống máy tính. Hệ thống sẽ tự động tính toán lượng nguyên liệu cần thiết và bột màu để sản xuất thanh Profile theo chuẩn.

Thanh Profile có cấu trúc hình hộp, được chia thành nhiều khoang trống có tính năng cách âm, cách nhiệt và có lõi thép gia cường để tăng tính chịu lực cho cửa. Khoang trống này giúp giảm trọng lượng mà vẫn đảm bảo tính kinh tế và độ bền an toàn.

Nhựa uPVC (Unplasticized PVC) là loại nhựa chịu nhiệt cao, chống cháy lên đến 1000 ℃ và chỉ nóng chảy sau 30 phút tiếp xúc với nhiệt. Thanh nhựa uPVC không cháy mà chỉ nóng chảy. Ngoài ra, uPVC còn có các tính năng như không bị oxy hóa, không co ngót và không biến dạng theo thời gian. Các thanh nhựa uPVC cao cấp thường được phủ lớp hóa chất chống trầy xước để tăng độ bóng cho bề mặt.

Thanh nhựa chịu nhiệt uPVC được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm cửa nhựa lõi thép cao cấp như cửa sổ, cửa ra vào, vách ngăn PVC và hàng rào nhựa bao quanh biệt thự hoặc nhà phố.

• Polyme
• Nhựa nhiệt dẻo
• Chất dẻo