Poly vinylancol là một hợp chất hữu cơ đƣợc biết đến với tên gọi là PVA, hợp
chất này có công thức hóa học tổng quát là (C2H4O)x. PVA còn đƣợc gọi với nhiều
tên gọi khác nhau nhƣ: Kuraray Poval, Mowiol, Celvol, Polyviol, Elvanol.
1.2.1. Tính chất vật lý
PVA tồn tại ở trạng thái rắn, màu trắng, có đặc tính tạo một hệ keo, trạng thái nhũ tƣơng tƣơng đối tốt, khả năng tan đƣợc trong nƣớc tốt không cần sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lƣợng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động nhƣ một tác nhân phân tán, ổn định. Đồng thời PVA còn có tính chất chống oxy hóa cao.
Tất cả các PVA đƣợc alcol phân một phần và hoàn toàn 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 nƣớc, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lƣợng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động nhƣ một tác nhân phân tán - ổn định. Tóm tắt các tính chất của PVA (đặc trƣng bởi loại Elvanol) đƣợc trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tính chất của PVA
Dạng Bột
Màu sắc Trắng tới kem
Tỉ trọng (g/cm 3) 1,19-1,31
Chỉ số khúc xạ, nD 1.49 – 1.53
Độ dãn dài, màng đã dẻo hóa, % Dƣới 600
Độ bền kéo, khô, chƣa dẻo hóa, psi Dƣới 22000
Độ cứng, đã dẻo hóa, Shore 10 – 100
Nhiệt độ hàn gắn nhiệt, khô, chƣa dẻo hóa, 0C 165 – 210
Nhiệt độ đúc ép, đã dẻo hóa, 0
C 100 – 150
Độ bền nhiệt, trên 1000
trên 1500C trên 2000C
Làm thẫm màu nhanh Phân hủy
Độ bền bảo quản (một vài năm) Không gây hỏng
Hệ số dãn nở nhiệt, 0 - 450C 7*10-5 – 12*10-5
Nhiệt dung riêng, cal/g/0
C 0.4
Tính bắt cháy Cháy với tốc độ của giấy
Ảnh hƣởng của ánh sáng Không ảnh hƣởng
Ảnh hƣởng của axit mạnh Hòa tan hoặc phân hủy
Ảnh hƣởng của kiềm mạnh Chảy mềm hoặc hòa tan
Ảnh hƣởng của axit yếu Chảy mềm hoặc hòa tan
Ảnh hƣởng của kiềm yếu Chảy mềm hoặc hòa tan
Ảnh hƣởng của dung môi hữu cơ Không ảnh hƣởng
- Nhiệt độ nóng chảy
Việc xác định nhiệt độ nóng chảy PVA rất khó vì PVA bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy. Thông thƣờng nhiệt độ nóng chảy của PVA đƣợc xác định gián tiếp và
bằng 200oC, 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 lƣợng nƣớc bị hấp phụ trong phân tử polyme.
1.2.2. Tính chất hóa học
PVA là một polyme chứa nhiều nhóm OH, do vậy nó có tính chất của một rƣợu đa chức. PVA có thể tham gia vào các phản ứng este hóa, ete hóa, axetat hóa, tạo phức với muối kim loại [19].
- Phản ứng axetat hóa: Phản ứng axetat hóa thực chất là phản ứng cộng hợp giữa một andehit và rƣợu đa chức. Cứ hai nhóm hydroxy gần nhau sẽ tham gia phản ứng axetat hóa với một phân tử andehit, kết quả là lƣợng nhóm hydroxy tự do trong PVA giảm đáng kể sau khi thực hiện phản ứng.
- Phản ứng ete hóa: PVA có thể hình thành ete rất dễ dàng. Nó hình thành ete nội phân tử bằng tách loại nƣớc. Thƣờng trong phản ứng này xúc tác là axit hoặc
kiềm mạnh, dẫn tới sản phẩm không hòa tan. Hydro trong nhóm hydroxy khá linh động nó có thể tham gia phản ứng với các axit clocacboxylic hình thành các hợp chất có nhóm axit trong mạch nhánh.
- Phản ứng este hóa: PVA dễ dàng tham gia các phản ứng este hóa với các axit vô cơ lẫn hữu cơ.
- Phản ứng tạo phức: Cũng nhƣ các rƣợu đa chức khác, PVA dễ tạo phức với các hợp chất vô cơ nhƣ axit boric. PVA hình thành phức với đồng trong môi trƣờng trung tính hoặc bazơ yếu, phức này không hòa tan ở môi trƣờng axit nhƣng có thể hòa tan trong bazơ.
- Phản ứng phân hủy: PVA là một polyme kém bền nhiệt. Khi bị nung tới
200oC trong chân không, PVA bị phân hủy sinh ra nƣớc và bột có màu nâu hình
thành. Tiếp tục đun nóng tới 400oC, PVA lại bị phân hủy lần thứ hai cho ra các sản
phẩm là các hydrocacbon phân tử nhỏ và một ít sản phẩm nhựa hóa. Các chất oxy
hóa mạnh nhƣ KMnO4, K2Cr2O7, O3 có khả năng gây ra phản ứng oxy hóa cắt mạch
cũng nhƣ oxy hóa ở đầu mạch PVA [19].
1.2.3. Phương pháp tổng hợp
Polyvinyl ancol có thể thu đƣợc từ quá trình thuỷ phân các polyvinyl este khác nhau nhƣ polyvinyl axetat, polyvinyl format, polyvinyl benzoat hoặc từ quá trình thủy phân polyvinyl ete. Tuy nhiên, tất cả các PVA thƣơng mại đều đƣợc sản xuất từ quá trình thủy phân polyvinyl axetat.
1.2.4. Ứng dụng của PVA [4]
PVA có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng nhƣ trong đời sống. PVA có thể đƣợc dùng làm keo dán, làm chất kết dính hay chất tạo nhũ, đƣợc sử dụng trong sản xuất bao gói, trong mỹ phẩm hay đƣợc dùng làm xơ sợi trong dệt may…
PVA có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng nhƣ trong đời sống. Ngoài các ứng dụng nhƣ làm keo dán, làm chất kết dính hay chất tạo nhũ, đƣợc sử dụng trong sản xuất bao gói, trong mỹ phẩm hay đƣợc dùng làm xơ sợi trong dệt may…thì còn thêm một ứng dụng nữa đƣợc áp dụng để tạo hạt HAp đó là chất kết dính.
PVA là chất kết dính hiệu quả cao đối với nhiều loại vật liệu khác nhau trong đó có sợi vải. Nó cũng đƣợc sử dụng để kết dính các hạt xúc tác, nút chai, vữa và sản phẩm phế thải. Với vai trò là chất kết dính trong gốm, PVA tạo ra các tính chất ép đùn và độ bền màu cao vì vậy giảm nứt vỡ. Trong hầu hết các ứng dụng ở đó PVA hoạt động nhƣ chất kết dính, có thể thu đƣợc các kết quả tuyệt vời nhờ sử dụng chỉ 3 – 5% PVA rắn.
Khi PVA kết hợp với bột HAp có tác dụng kết dính tạo thành vật liệu và sau khi nung cho sản phẩm có độ bền cao, ít tan trong nƣớc và có độ rỗng xốp thích hợp cho xử lý nƣớc.