4. Phương pháp nhiên cứu
1.4.1.1.2. Tính chất vật lý của PVA
PVA đều có nhiều tính chất thông dụng, làm cho polyme có giá trị cho nhiều ngành công nghiệp. Các tính chất quan trọng nhất là khả năng tan trong
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân phân tán - ổn định.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển thủy tinh
Việc xác định trực tiếp nhiệt độ nóng chảy của PVA rất khó vì PVA bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy. Thông thường nhiệt độ nóng chảy của PVA được xác định gián tiếp, giá trị này không có tính tuyệt đối vì nhiệt độ nóng chảy của polyme không là một điểm. Bên cạnh đó, nhiệt độ nóng chảy của PVA còn phụ thuộc vào lượng nước bị hấp phụ trong phân tử polyme. Tương tự nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển thủy tinh của PVA cũng thay đổi theo lượng nước bị giữ trong polyme. Do vậy, ở cùng một khối lượng phân tử, nhiệt chuyển thủy tinh Tg có thể không giống nhau. Nhiều nghiên cứu cho thấy nhiệt chuyển thủy tinh của PVA chia làm 2 nhóm: nhóm có nhiệt chuyển thủy tinh trên 80oC dùng trong sản xuất sơ xợi, nhóm còn lại có nhiệt chuyển thủy tinh khoảng 80oC được dùng cho các ứng dụng khác. [1][3]
Tính tan
Khả năng tan của PVA trong nước phụ thuộc vào độ thủy phân, độ trùng hợp, nhiệt độ và nhiệt độ xử lý nhiệt. Tiến trình hòa tan PVA bắt đầu từ sự trương cũng như tất cả các polyme khác. Phụ thuộc vào độ thủy phân và nhiệt độ: PVA thủy phân trên 95% không tan trong nước lạnh mà chỉ tan trong nước nóng (65 - 70oC) dung dịch đạt nồng độ tối đa 10 - 12%. PVA thủy phân 88% tan trong nước ở nhiệt độ phòng. PVA thủy phân 80% chỉ tan trong nước có nhiệt độ khoảng 10 - 40oC, trên 40oC dung dịch trở nên mờ và sau đó PVA kết tủa. PVA thủy phân 50% không tan trong nước lạnh và nóng mà chỉ trương nhưng tan trong hỗn hợp rượu và nước (thường dùng CH3OH). Phụ thuộc vào độ trùng hợp (khối lượng phân tử): khả năng hòa tan trong nước cũng là một hàm của khối lượng phân tử, khối lượng phân tử càng thấp thì PVA càng dễ tan. Phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý nhiệt: khi xử lý nhiệt PVA,
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
nhiệt độ xử lý nhiệt tăng sẽ làm tăng độ tinh thể hóa và giảm độ hòa tan trong nước. Dung dịch nước của PVA chịu được lượng đáng kể các rượu đơn chức như metanol, etanol và isopropanol, tỉ lệ tăng khi phần trăm thủy phân của PVA giảm. Ví dụ: lượng isopropanol tối đa có thể đưa vào ở nhiệt độ phòng mà không làm kết tủa phần PVA, thay đổi từ khoảng 40% đối với Elvanol 72 - 60 tới khoảng 60% đối với Elvanol 50 - 42. Chỉ một vài loại hợp chất hữu cơ có thể là dung môi đối với các loại PVA thủy phân hoàn toàn. Ví dụ: các hợp chất này là các hợp chất chứa nhiều nhóm hydroxyl như glyxerin, etylen glycol và một số loại glycol polyetylen thấp hơn; các amin như etanolamin, muối etanolamin và các amit như formamit, etanol formamit và etanol axetamit. Hoạt động dung môi lên PVA dường như được hỗ trợ bởi các nhóm hydroxyl, amino và amit. Hầu hết các dung môi kể trên đều cần nhiệt để hòa tan thậm chí một lượng nhỏ PVA thủy phân hoàn toàn. Ví dụ: PVA thủy phân hoàn toàn có thể được hòa tan trong glyxerin nếu gia nhiệt tới 120 - 1500oC, nhưng hỗn hợp tạo gel khi làm nguội tới nhiệt độ phòng. Dietylentriamin và trietylentetramin thuộc số ít dung môi hữu cơ hòa tan PVA ở nhiệt độ phòng. Độ nhớt của dung dịch PVA tăng theo thời gian lưu trữ. Nồng độ dung dịch càng lớn, sự gia tăng độ nhớt theo thời gian càng mạnh. Mặt khác, dung dịch PVA với độ thủy phân cao và khối lượng phân tử lớn cũng làm tăng độ nhớt. Sự tăng độ nhớt này phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ thấp có thể làm tăng nhanh hơn. PVA thủy phân hoàn toàn có độ nhớt bền. Các muối hữu cơ, ure hoặc các alcol béo được thêm vào dung dịch PVA thủy phân hoàn toàn đóng vai trò như chất ổn định độ nhớt. [1][3]
Tạo màng
Vì PVA thường được hòa tan trong nước trước khi sử dụng nên khả năng tạo màng của chúng rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng. Màng và lớp phủ PVA không cần chu kỳ đóng rắn, sự tạo màng dễ dàng xảy ra bằng
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
cách cho nước bay hơi khỏi dung dịch. So với các loại nhựa, độ bền kéo của PVA cao và so với các vật liệu tan trong nước khác thì nó khá nổi bật. Độ bền kéo của PVA thay đổi theo một số yếu tố như phần trăm thủy phân (xem hình 1.10), độ trùng hợp, hàm lượng chất dẻo hóa và độ ẩm. [1][3]
Hình 1.10. Mối quan hệ giữa độ bền kéo và % thủy phân đối với màng PVA không dẻo hóa
Khi các yếu tố khác không đổi, độ bền kéo tăng theo độ trùng hợp. Ví dụ: màng cán từ PVA không dẻo hóa có độ nhớt cao, trung bình và thấp và trong điều kiện độ ẩm tương đối 35% có độ bền kéo trung bình tương ứng là 18000, 17000 và 9000 psi. [1][3]
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
Hình 1.11. Mối liên quan giữa độ bền kéo và phần dẻo hóa của màng PVA
Hình1.12. Mối liên quan giữa độ dãn dài và phần dẻo hóa của màng PVA (độ nhớt cao, dạng thủy phân hoàn toàn, ở điều kiện 50 phần RH)
Giá trị độ bền kéo giảm khi mức độ alcol phân giảm. Ví dụ: với độ ẩm tương đối 50%, màng cán từ PVA được alcol phân hoàn toàn, độ nhớt cao thì có độ bền kéo cao hơn khoảng 20% so với màng cán từ PVA độ nhớt cao chỉ được alcol phân 88%. Bổ sung chất dẻo hóa như glyxerin vào PVA làm giảm
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
độ bền kéo của màng (xem hình 1.12), mặc dù việc bổ sung chất dẻo hóa làm tăng các đặc tính dãn dài của màng. Độ dãn dài thay đổi từ dưới 10% tới hơn 60% là kết quả trực tiếp của việc bổ sung chất dẻo hóa (xem hình 1.11).[1][3]
Khả năng chịu dầu và dung môi
PVA không bị ảnh hưởng bởi dầu thực vật và động vật, mỡ và hydrocacbon dầu mỏ. Khả năng chịu dung môi tăng theo mức độ thủy phân. Không có sự khác nhau đáng kể trong khả năng chịu dung môi giữa các loại có độ nhớt thấp, trung bình và cao trong khoảng thủy phân cụ thể. Các loại thủy phân một phần hầu hết không bị ảnh hưởng bởi các este, ete, xeton, hydrocacbon béo, thơm và các loại rượu cao hơn. Rượu đơn chức thấp hơn có thể hòa tan hoặc làm trương các loại thủy phân một phần nhưng ảnh hưởng của các dung môi này lên các loại thủy phân hoàn toàn thì không đáng kể. [1][3]
Tính chất dính keo dán
Một trong các thuộc tính quan trọng hơn của PVA là keo dán của nó hay độ bề kết dính. Điều này có thể là do khả năng dễ tạo màng và thu được
độ bền kéo cao hơn. Như vậy, PVA là một trong những loại nhựa giá trị nhất
để sản xuất keo dán và cùng với nhũ tương polyvinyl acetate tạo nên ngành công nghiệp keo dán nhựa tổng hợp. Tương tự với các thuộc tính keo dán của PVA là các tính chất kết dính của nó. Trong các ứng dụng keo dán, PVA được sử dụng để liên kết hoặc cán mỏng 2 bề mặt, trong các ứng dụng làm chất kết dính, nó được dùng để liên kết một số loại hạt, sợi hay các vật liệu khác.[1][3]
Khả năng chống thấm khí
Một trong những thuộc tính đặc biệt nhất của PVA là khả năng chống thấm khí. Màng PVA hầu như không thấm tất cả các loại khí, trừ hơi ẩm và NH3. Các nghiên cứu đối với màng PVA thủy phân hoàn toàn, loại độ nhớt thấp ở 25oC, độ ẩm tương đối 0% không thể hiện sự truyền khí oxi và nitơ. Dưới các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí cacbonic chỉ là 0.02g/m2 trong
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2
1 giờ. Độ chống thấm khí cao có giá trị đối với vật liệu thơm được bao gói như xà phòng và các lớp phủ bảo vệ. [1][3]