Polyvinyl clorua và ứng dụng của nó

Chất dẻo, hay gọi nhựa, hợp chất cao phân tử, dùng làm vật liệu để sản xuất nhiều loại vật dụng đời sống ngày sản phẩm công nghiệp, gắn với đời sống đại người Chúng vật liệu có khả bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng tác dụng Phân loại theo hiệu ứng polyme với nhiệt độ Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm chảy mềm hạ nhiệt độ đóng rắn lại Thường tổng hợp phương pháp trùng hợp Các mạch đại phân tử nhựa nhiệt dẻo liên kết liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall) Tính chất học không cao so sánh với nhựa nhiệt rắn Nhựa nhiệt dẻo có khả tái sinh nhiều lần, ví dụ : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET), Nhựa nhiệt rắn: hợp chất cao phân tử có khả chuyển sang trạng thái không gian chiều tác dụng nhiệt độ phản ứng hóa học sau không nóng chảy hay hòa tan trở lại nữa, khả tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no Vật liệu đàn hồi (elastome): loại nhựa có tính đàn hồi cao su Phân loại theo ứng dụng Nhựa thông dụng : loại nhựa sử dụng số lượng lớn, giá rẻ, dùng nhiều vật dụng thường ngày, : PP, PE, PS, PVC, PET, ABS, Nhựa kỹ thuật : Là loại nhựa có tính chất lý trội so với loại nhựa thông dụng, thường dùng mặt hàng công nghiệp, : PC, PA, Nhựa chuyên dụng : Là loại nhựa tổng hợp sử dụng riêng biệt cho trường hợp Polyvinyl clorua Polyvinylclorua (viết tắt thường gọi PVC) loại nhựa nhiệt dẻo tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylclorua Polyvinyl clorua Tỉ trọng 1380 kg/m3 Modun đàn hồi (E) 2900-3300 MPa Độ bền kéo(σt) 50-80 MPa Độ giãn dài giới hạn 20-40% Độ dai va đập 2-5 kJ/m² Nhiệt độ thủy tinh hóa 87 °C Nhiệt độ nóng chảy 80 °C Nhiệt độ hóa mềm Vicat B1 85 °C Hệ số truyền nhiệt (λ) 0.16 W/(m·K) Nhiệt lượng tỏa cháy 17.95 MJ/kg Hệ số giãn nở nhiệt (α) 10-5/K Nhiệt dung riêng (c) 0.9 kJ/(kg·K) Độ thấm nước (ASTM) 0.04-0.4 Giá 0.5-1.25 €/kg Polyvinyl clorua (PVC) có lịch sử phát triển 100 năm qua Năm 1835 lần Henri Regnault tổng hợp vinylclorua, nguyên liệu để tạo nên PVC Polyvinyl clorua quan sát thấy lần 1872 Baumann phơi ống nghiệm chứa vinylclorua ánh sáng mặt trời, sản phẩm tạo có dạng bột màu trắng chất hóa học chưa xác định Các nghiên cứu tạo thành PVC đầy đủ công bố vào năm 1912 Iwan Ostromislensky (Nga) Fritz Klatte (Đức) nghiên cứu độc lập Tuy nhiên polyme không ứng dụng không ý quan tâm nhiều, tính ổn định, cứng khó gia công Cuối kỷ 19, sản phẩm axetylen clo tình trạng khủng hoảng thừa, việc sản xuất PVC từ nguyên liệu giải pháp hữu hiệu Năm 1926, tiến sỹ Waldo Semon vô tình phát chất hoá dẻo cho PVC, bước đột phá để khắc phục nhược điểm gia công cho PVC, sau nghiên cứu chất ổn định cho PVC Đến năm 1933, nhiều dạng PVC tổng hợp Mỹ Đức phải đến năm 1937, PVC sản xuất quy mô công nghiệp hoàn chỉnh Đức sau Mỹ [] PVC có dạng bột màu trắng màu vàng nhạt PVC tồn hai dạng huyền phù (PVC.S - PVC Suspension) 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, độc phụ gia, monome VC dư, gia công chế tạo sản phẩm tách thoát HCl PVC chịu va đập Để tăng cường tính va đập cho PVC thường dùng chủ yếu chất sau: MBS, ABS, CPE, EVA với tỉ lệ từ - 15% PVC loại vật liệu cách điện tốt, vật liệu cách điện từ PVC thường sử dụng thêm chất hóa dẻo tạo cho PVC có tính mềm dẻo cao hơn, dai dễ gia công Tỉ trọng PVC vào khoảng từ 1,25 đến 1,46 g/cm3 (nhựa chìm nước), cao so với số loại nhựa khác PE, PP, EVA (nhựa nước) Một tính chất quan trọng PVC độ đa phân tán khối lượng phân tử đại lượng tăng theo tăng mức độ biến đổi Khối lượng phân tử trung bình tính toán theo phụ thuộc độ nhớt đặc trưng khối lượng phân tử []: η = 2,4.105.M0,77 (dung môi xyclohecxanon, 25 oC) η = 0,03.M0,67 (dung môi dicloetan, 25 oC) Trong thực tế, khối lượng phân tử PVC thường đặc trưng số Phicken KΦ = 1000.k, k xác định từ phương trình: log η = c {75 k2)/(1+1,5kc) +k} Trong : η độ nhớt tương đối 25 oC ; c – nồng độ PVC (thường 0,5 1g 100 ml dung môi xyclohecxanon dicloetan) Hằng số KΦ phụ thuộc vào nhiệt độ phụ thuộc mạnh vào chất dung môi Mối quan hệ KΦ độ nhớt dung dịch PVC 5% xyclohecxanol 20 oC thể hình Phân loại PVC [sửa] PVC cứng PVC cứng PVC có thành phần chủ yếu bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn, chất phụ gia (không có chất hóa dẻo) Hỗn hợp chúng trộn máy trộn, sau làm nhuyễn máy đùn, máy cán, nhiệt độ 160 - 180oC PVC cứng dùng làm ống dẫn nước, xăng dầu khí nhiệt độ không 60o, thiết bị thông gió, dùng bọc kim loại làm việc môi trường ăn mòn Tính chât Khối lượng riêng Giới hạn bền kéo đứt Giới hạn bền uốn Giới hạn bền nén Môđun đàn hồi Độ dãn dài đứt Hệ số giãn nở dài Độ dẫn nhiệt Điện áp đánh thủng Hằng số điện môi (60Hz, 30 oC) Điện trở suất Giá trị, đơn vị đo 1,25 - 1,46 g/cm3 500 - 700 kg/cm2 800 - 1200 kg/cm2 800 - 1600 kg/cm2 4000 - 10.000 kg/cm2 10 - 25% 0,00006 - 0,00007 3,8 - 4.10-4 cal/cm.s.0C 15-35 kV/cm 3,54 10^15 Ohm.cm [sửa] Úng dụng [sửa] Tạo màng Màng uPVCđược tạo nhờ trình cán Màng nhựa uPVC mềm ống nhựa uPVC nhờ thêm vào chất phụ gia làm đứt gãy phần liên kết mạch Cacbon PVC Chất phụ gia dùng để làm mềm nhựa PVC dầu DOP S52 Màng uPVC sau cán cắt dán thành sản phẩm: áo mưa, bọc tập kẹp hồ sơ văn phòng [sửa] Ống [sửa] Dây điện [sửa] PVC cứng (uPVC) Nhựa uPVC khác với loại nhựa thông thường, uPVC Polyvinyl Chlorua chưa nhựa hoá gồm thành phần: + Polymers Arylic -> tạo bền chắc, chiu va đập mạnh + Nhóm chất ổn định -> giúp nhựa chịu tác động nhiệt tia cực tím + Chất sáp -> dùng trình tạo hình, cho Profile có bề mặt nhẵn bóng Thanh Profile gồm bột nhựa PVC chất phụ gia đưa vào máy trộn để tạo hỗn hợp PVC Sau đó, hỗn hợp đưa vào hệ thống máy đùn Tại máy gia nhiệt định hình tạo khuôn dạng Profile Trước đó, theo thông số Profile nhập vào hệ thống máy tính Hệ thống tự động tính toán khối lượng nguyên liệu lượng bột màu cần thiết nguyên liệu để tạo profile theo yêu cầu chuẩn Thanh Profile có cấu trúc dạng hộp, chia thành nhiều khoang trống có chức cách âm, cách nhiệt, lắp lõi thép gia cường để tăng khả chiu lực cho kết cấu cửa Khoan trống đáp ứng tính kinh tế, giảm thiểu trọng lượng đến mức đa đảm bảo bền vững mức an tòan Nhựa uPVC (unplastisize PVC) loại nhựa chịu nhiệt cao, có khả chống cháy tới 1000 độ C Thời gian chịu đựng nhiệt nóng chảy vòng 30 phút Thanh nhựa uPVC nóng chảy không bắt cháy Ngoài ra, uPVC loại nhựa có tính khác như: Không bị ôxy hóa, không bị co ngót, không bị biến dạng theo thời gian Loại nhựa uPVC cao cấp phủ lớp hóa chất chống trầy xướt tạo độ bóng bề mặt nhựa uPVC Các ứng dụng nhựa chịu nhiệt uPVC dùng làm dòng sản phẩm cửa nhựa lõi thép cao cấp Dòng sản phẩm uPVC gồm có cửa sổ, cửa đi, vách ngăn PVC, hàng rào nhựa bao quanh biệt thự nhà phố Polyetylen Polyetylen (tiếng Anh: polyethylene hay polyethene; viết tắt: PE), nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic) sử dụng phổ biến giới (hàng năm tiêu thụ 60 triệu tấn) Polyetylen hợp chất hữu (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với liên kết hydro no Polyetylen điều chế phản ứng trùng hợp monome etylen (C2H4) n → Polyetylen màu trắng, trong, không dẫn điện không dẫn nhiệt, không cho nước khí thấm qua Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100 °C nhiệt độ nóng chảy Tm ≈ 120 °C Polypropylen Polypropylen loại polymer sản phẩm phản ứng trùng hợp Propylen Đặc tính • • • • • Tính bền học cao (bền xé bền kéo đứt), cứng vững, không mềm dẻo PE, không bị kéo giãn dài chế tạo thành sợi Đặc biệt khả bị xé rách dễ dàng có vết cắt vết thủng nhỏ Trong suốt, độ bóng bề mặt cao cho khả in ấn cao, nét in rõ PP không màu không mùi,không vị, không độc PP cháy sáng với lửa màu xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống mùi cao su Chịu nhiệt độ cao 100oC Tuy nhiên nhiệt độ hàn dán mí (thân) bao bì PP (140oC), cao so với PE - gây chảy hư hỏng màng ghép cấu trúc bên ngoài, nên thường dùng PP làm lớp Có tính chất chống thấm O2, nước, dầu mỡ khí khác [sửa] Công dụng • • • Dùng làm bao bì lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm , không yêu cầu chống oxy hóa cách nghiêm nhặt Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn PP sản xuất dạng màng phủ màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, nước, tạo khả in ấn cao, dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn vết đứt) tạo độ bóng cao cho bao bì [sửa] Ký hiệu Ký hiệu PP • Trên sản phẩm sử dụng nguyên liệu từ PP ký hiệu số đặt hình tam giác cân Polystyren Polystiren (viết tắt thường gọi PS) loại nhựa nhiệt dẻo, tạo thành từ phản ứng trùng hợp stiren Công thức cấu tạo Polystiren là: (CH[C6H5]-CH2)n Phản ứng tổng hợp Polystiren Lịch sử khám phá sử dụng PS Polystiren biết đến năm 1845 đốt nóng styren ông thuỷ tinh nhiệt độ 200°C, tổng hợp nhờ nhiệt phân hydro cacbon loại nhựa tập trung nghiên cứu Sản phẩm mono styren dạng thương mại đưa năm 1925 Nhưng PS tổng hợp năm 1937[cần dẫn nguồn] [sửa] Tính chất vật lý PS loại nhựa cứng suốt, mùi vị, cháy cho lửa không ổn định PS không màu dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công phương pháp ép ép phun ( nhiệt độ gia công vào khoảng 180 - 200oC) [sửa] Độ hòa tan PS hòa tan cacbua hydro thơm, cacbua hydro clo hóa, este, ceton PS không hòa tan cacbua hydro mạch thẳng, rượu thấp (rượu có độ rượu thấp), ete, phenol, axit acetic nước PS bền vững dung dịch kiềm, axit sulfuric, photphoric boric với nồng độ Bền với axit clohydric 10 - 36%, axit acetic 1- 29%, axit formic 1-90% axit hữu khác Ngoài PS bền với xăng, dầu thảo mộc dung dịch muối Axit nitric đậm đặc chất oxy hóa khác phá hủy PS [sửa] Tính chất học Tính chất học PS phụ thuộc vào mức độ trùng hợp PS có trọng lượng phân tử thấp dòn co độ bền kéo thấp Trọng lượng phân tử tăng lên độ bền nhiệt tăng, độ dòn giảm Nếu vượt mức độ trùng hợp định tính chất học lại giảm Giới hạn bền kéo giảm nhiệt độ tăng lên Độ giãn dài tương đối bắt đầu tăng đạt tới nhiệt độ 80oC Vượt nhiệt độ PS trở lên mềm dính cao su Do PS dùng nhiệt độ thấp 80oC Một số tính chất học PS Tỷ trọng Độ bền Khi kéo Khi nén Khi uốn Modun đàn hồi kéo Độ dai va đập Độ cứng Brinel Nhiệt độ làm việc lâu dài 1,05 - 1,06 g/cm3 35-59 56-133 80-112 (2,8 - 3,5).103 12-20 140 - 160 70 - 75 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 KJ/m2 HB o C Nhựa nhiệt rắn Là loại nhựa gia nhiệt rắn cứng, ví dụ : PF, MF, (tay cầm chảo, tay cầm xoong, tay cầm nồi, ) • • • Có hình dáng cố định, mền gia nhiệt lần thứ Mức độ liên kết ngang cao nên cứng hóa học Vì phản ứng xảy ngược lại, cấu trúc polymer cố định, gia nhiệt lần bị phá hủy nóng chảy Có độ cứng giòn Còn nói nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastics) • • • • • • • Có nhiều dạng: hat, bột Có thể mền gia nhiệt (vài trăm độ) Nó cứng lại làm nguội đến nhiệt độ phòng, tạo hình dạng mong muốn dễ dàng liên kêt chủ yếu cho phép trượt mạch polymer Có thể định dạng lại lần thứ nhờ nhiệt thành hình dạng khác => tạo dáng dễ dàng có tính kinh tế gia công Chu kỳ gia nhiệt làm nguội lặp lại nhiều lần mà phân hủy đáng kể Thường chưa silo vận chuyển khí nén Các polymer mạch dài nóng chảy gia nhiệt Có thể lặp lại trình, nhiệt độ cao làm vật liệu giảm chất lượng Có mức độ tinh thể( có vùng tinh thể vùng vô định hình) Đại phân tử mạch nhánh mạch thẳng=> lúc gia nhiệt liên kết ngang Nhựa nhiệt dẻo loại nhựa chảy mềm thành chất lỏng tác dụng nhiệt độ cao đóng rắn lại làm nguội Nhựa nhiệt dẻo có 40 loại, xenlulo phát lần vào năm 1800 đến năm 1900 nhựa nhiệt dẻo sử dụng rộng rãi[1] Nhựa nhiệt dẻo gồm nhiều chuỗi phân tử liên kết với liên kết Van der Waals yếu, liên kết hiđrô, tương tác nhóm phân cực xếp chồng vòng thơm Phân loại [sửa] Nhựa thông dụng Nhựa nhiệt dẻo thông dụng phân thành họ với tính chất đặc trưng[2] [sửa] Họ Olefin • • • • Polyetylen (PE) Polymetylpenten (PMP) Polypropylen (PP) Polybutyl (PB) • Polyizobutylen (PIB) [sửa] Họ Styren • • • • Polystyren (PS) Acrylonitrin butadien styren (ABS) Styren – Acrylonitrin (SAN) Styren – Butadien (SB) [sửa] Họ Vinyl • • • • Polyvinyl clorua (PVC) Polyvinyl axetat (PVA) Etylen – Vinyl axetat (EVA) Etylen – Vinyl alcol (EVOH) [sửa] Các loại khác • • Polymetyl metacrylat (PMMA) Xenlulo [sửa] Nhựa kỹ thuật • • • • • PE Polyoxymetylen (POM) (Poly acetat) Polycacbonat (PC) Polyamit (PA) ( Nylon) Polybutylen terephtalat (PBT) Polyetylen terephtalat (PET) PVC Plexiglas a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH: b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl: Cao su hiđroclo hóa c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl2: (giả sử mắt xích nguyên tử clo) Tơ clorin b) Nhựa rezit (nhựa bakelit): Khi đun nóng nhựa rezol thu nhựa rezit, mạch polime khâu với nhóm –CH2– (nhóm metylen) [...]...Plexiglas a) Poli(vinyl axetat) (PVA) tác dụng với dung dịch NaOH: b) Cao su thiên nhiên tác dụng với HCl: Cao su hiđroclo hóa c) Poli(vinyl clorua) (PVC) tác dụng với Cl2: (giả sử cứ 2 mắt xích thế 1 nguyên tử clo) Tơ clorin b) Nhựa rezit (nhựa bakelit): Khi đun nóng nhựa rezol thu được nhựa rezit, trong đó các mạch polime được khâu với nhau bởi các nhóm ... gia nhiệt lần bị phá hủy nóng chảy Có độ cứng giòn Còn nói nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastics) • • • • • • • Có nhiều dạng: hat, bột Có thể mền gia nhiệt (vài trăm độ) Nó cứng lại làm nguội đến nhiệt... 0.04-0.4 Giá 0.5-1.25 €/kg Polyvinyl clorua (PVC) có lịch sử phát triển 100 năm qua Năm 1835 lần Henri Regnault tổng hợp vinylclorua, nguyên liệu để tạo nên PVC Polyvinyl clorua quan sát thấy lần... Hằng số KΦ phụ thuộc vào nhiệt độ phụ thuộc mạnh vào chất dung môi Mối quan hệ KΦ độ nhớt dung dịch PVC 5% xyclohecxanol 20 oC thể hình Phân loại PVC [sửa] PVC cứng PVC cứng PVC có thành phần