Nhựa PVC là gì? Nhựa PVC có độc không – tính chất & ứng dụng

Nhựa PVC là vật liệu được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp với tính ứng dụng cao và giá thành rẻ. Vậy nhựa PVC là gì? Có độc hại hay không? Hãy cùng Thuận Thiên Plastic cùng tìm hiểu chi tiết ngay sau đây.

Nhựa PVC là gì?

Nhựa PVC có tên gọi đầy đủ là Polyvinyl Chloride, là một loại nhựa nhiệt dẻo được tạo thành từ phản ứng trùng hợp vinylchloride có công thức hóa học là (̵CH2=CHCl)̵. Khối lượng riêng của nhựa PVC vào khoảng 1,7 g/cm3, con số này có thể chênh lệch tùy vào từng loại nhựa PVC khác nhau nhưng không đáng kể.

Nhựa PVC là một vật liệu rắn có màu trắng, tính chất giòn, có sẵn ở dạng bột hoặc hạt. Do các đặc tính linh hoạt, chẳng hạn như nhẹ, bền, chi phí thấp và khả năng gia công dễ dàng, nhựa PVC hiện đang thay thế các vật liệu xây dựng truyền thống như gỗ, kim loại, bê tông, cao su, gốm sứ, v.v. trong một số ứng dụng.

Hiện nay, Polyvinyl Clorua được tạo ra từ một trong số những quy trình nhũ tương sau đây:

• Đình chỉ trùng hợp
• Trùng hợp nhũ tương
• Trùng hợp số lượng lớn

Nguồn gốc ra đời

Polyvinyl chloride (PVC) được xem là một trong những vật liệu được tổng hợp nhân tạo sớm nhất trong sản xuất công nghiệp. Vào năm 1835, Henri Regnault lần đầu tiên đã tổng hợp được vinylchloride (VC), là nguyên liệu chính để tạo nên PVC. Đến năm 1872, Baumann khi phơi ống nghiệm chứa vinylchloride dưới ánh sáng mặt trời đã quan sát thấy Polyvinyl chloride lần đầu tiên. Sản phẩm tạo ra có dạng bột màu trắng và bản chất hóa học của nó vẫn chưa được xác định. 

Bốn mươi năm sau, tức vào năm 1912, PVC được công nhận chính thức do Iwan Ostromislensky, nhà khoa học người Nga tìm ra, thực tế cùng năm đó Fritz Klatte, người Đức cũng đã công bố một quy trình sản xuất PVC. Tuy nhiên, polyme mới này vẫn chưa được ứng dụng và không được chú ý nhiều bởi tính kém ổn định và quá cứng để gia công. 

Năm 1926, khi tiến sĩ Waldo Semon tìm ra phương pháp làm dẻo hóa PVC. Đây chính là bước đột phá đầu tiên để khắc phục nhược điểm khi gia công PVC. Sau đó lần lượt là các nghiên cứu về chất ổn định cho PVC được công bố. Đến năm 1933, nhiều dạng PVC đã được tổng hợp thành công ở Mỹ và Đức nhưng mãi đến năm 1937, PVC mới được sản xuất rộng rãi trên quy mô công nghiệp hoàn chỉnh tại hai đất nước này.

Nhựa PVC có an toàn không?

Trước 1970, PVC được sử dụng phổ biến vì dễ điều chế, giá thành rẻ, lại có độ bền cao. Tuy nhiên đến năm 1970, người ta phát hiện ra trong PVC có chất vinyl chloride (VCM) có khả năng gây ung thư. Từ đó, nhựa PVC được hạn chế sử dụng hơn, nhất là trong những loại  bao bì thực phẩm vì sức khỏe con người.

Ngoài ra, trong quá trình sản xuất để tăng độ dẻo dai cho PVC và cũng để dễ  gia công hơn, người ta thường phải thêm 5 – 15% các chất phụ gia như MBS, EVA, ABS, CPE, phthalate và bisphenol (BPA),…Những phụ gia này nếu bị nhiễm vượt quá mức cho phép có thể gây phá hủy nội tiết tố, và gây ra nhiều bệnh lý nguy hiểm.

Tính chất nhựa PVC

Tính chất vật lý

Nhựa PVC là một polyme vô định hình ở dạng bột màu trắng hay vàng nhạt, có trọng lượng riêng là 1,4 và chỉ số khúc xạ là 1,544. PVC chịu được nhiệt lượng trong khoảng 80 độ C – 1600 độ C. Nhựa PVC lão hoá khá nhanh, dẫn đến giảm tính co giãn và tính chất cơ học.

Tính chất điện của nhựa PVC phụ thuộc vào quá trình hình thành:

• Hằng số điện môi tại 60Hz và 30 0C là 3,54.
• Hằng số điện môi tại 1000Hz 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, có thể thấy tính chất cách điện của nhựa PVC khá tốt, tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.

Tính chất hoá học

PVC có  tính ổn định hoá học tốt trong điều kiện nhiệt độ thường. Khi nhiệt độ tăng cao thì PVC có tính chất hoạt động hoá học. Trong các quá trình biến đổi hoá học của PVC đều có các nguyên tử Clo tham gia phản ứng và kéo theo những nguyên tử Hidro ở bên cạnh Cacbon. 

Phản ứng được chú ý nhất của nhựa PVC đó là sự Clo hóa cuối. Quá trình có thể được thực hiện trong môi trường hữu cơ như CCl4 tại điều kiện nhiệt độ vừa phải dưới tác dụng của sự chiếu xạ tử ngoại. Phản ứng cũng có thể được thực hiện trong huyền phù dưới dạng nước với sự cộng hợp của tác nhân gây trương như clorofom và cacbon tetraclorua xúc tác bởi tia tử ngoại.

Các loại phản ứng chính gồm:

• Phản ứng phân huỷ
• Khử HCl
• Thế các nguyên tử Clo

Ưu nhược điểm của nhựa PVC

Ưu điểm

• Độ bền: Nhựa PVC chống mài mòn tốt, chịu được điều kiện khắc nghiệt nên được sử dụng phổ biến để chế tạo thành vật dụng ngoài trời. Theo một nghiên cứu khoa học, các ống nước ngầm được làm bằng nhựa PVC gần như không bị hư hại nhiều sau 35 năm sử dụng.
• Khả năng chống cháy tốt: Nhựa PVC chứa 57% clo có nguồn gốc từ muối thông thường nên khi được đốt cháy hàm lượng clo có trong PVC sẽ dập tắt ngọn lửa. Nhiệt độ cháy của PVC cao đến 455 ° C, nhiệt độ PVC giải phóng khi đốt cháy thấp hơn nhiều so với các loại nhựa khác như PE và PP nên ít có khả năng truyền lửa sang các vật liệu khác.
• Cách điện: Nhựa PVC chịu được cường độ điện lớn mà không bị phá vỡ cấu trúc, kết hợp với khả năng chống cháy tốt, nó trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất các loại cáp điện, hộp công tắc,…
• Kháng hóa chất: Mặc dù PVC có thể hòa tan hoặc trương nở trong các chất hydrocarbon thơm, ketone và ete tuần hoàn nhưng lại rất khó hòa tan trong các hóa chất hữu cơ khác. Đồng thời PVC cũng chống lại hầu hết các hóa chất vô cơ.

Nhược điểm

• Mặc dù có khả năng chịu nhiệt tốt, nhưng trong môi trường có nhiệt độ trên 120 độ C thì nhựa PVC dễ bắt lửa và có mùi hôi khó chịu, khi hít phải một lượng quá lớn có thể dẫn đến tình trạng ngộ độc. 
• Trong môi trường có nhiệt độ thấp, nhựa PVC có độ bền không cao do các phân tử bên trong mất liên kết.
• Tính năng chống bào mòn của nhựa PVC khá yếu.

Ứng dụng của nhựa PVC

Ống nhựa PVC

Ống nhựa được làm từ nhựa PVC gồm hai loại là ống nhựa cứng (ống uPVC) và ống nhựa mềm. Ống nhựa PVC được sản xuất đa dạng thành ống dẫn cấp nước, ống nước thải trong các tòa nhà cao tầng, ống dẫn xăng dầu và khí ở nhiệt độ không quá 60°C, ống dẫn tưới tiêu tại các nông trại,,… Tuy nhiên, ngày nay loại ống làm từ nhựa HDPE dần thay thế cho ống PVC để giảm mức độ độc hại từ các chất phụ gia.

Dây và cáp điện

Nhờ khả năng cách nhiệt tốt nên PVC còn được dùng làm dây điện và cáp điện. Các loại dây cáp được phân chia thành dây sử dụng ở 70°C, 90°C và 105°C với các mục đích khác nhau. Loại 70°C dùng làm dây truyền tải điện dân dụng trong hộ gia đình, loại 90°C và 105°C thì dùng trong xe hơi, tàu biển và trạm biến thế,…

Màng nhựa PVC

Màng nhựa PVC được chế tạo từ quá trình cán hoặc thổi trên máy chuyên dụng. Một số loại màng nhựa PVC gồm các loại mềm, bán cứng và cứng tùy theo hàm lượng chất hóa dẻo được thêm vào. Theo đó, hàm lượng chất hóa dẻo < 5 phr (5 phần hóa dẻo/100 phần PVC) sẽ tạo ra màng nhựa PVC cứng; từ 5 – 15 phr sẽ tạo ra màng nhựa PVC bán cứng, và > 15 phr sẽ tạo ra màng nhựa PVC mềm. 

Màng nhựa PVC được sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất các loại sản phẩm mà thông dụng là áo mưa, nhãn chai nước khoáng, màng bọc hoặc bao bì đóng gói sản phẩm, màng phủ ruộng muối, album,…

Thanh uPVC 

Thanh uPVC được tạo ra có chức năng cách âm, cách nhiệt và chịu nhiệt lên tới 1000°C, được lắp lõi thép gia cường để có thể tăng khả năng chịu lực cho kết cấu cửa. Thanh uPVC được ứng dụng trong sản xuất các dòng sản phẩm cửa nhựa lõi thép cao cấp như cửa sổ, cửa chính, vách ngăn PVC, hàng rào nhựa,…

Một số ứng dụng khác

Bên cạnh đó, nhựa PVC còn được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác:

• Vật liệu xe ô tô: Phụ tùng thiết bị ô tô, vật liệu cách nhiệt ô tô, thảm da nhân tạo,…
• Thực phẩm: Sản xuất dụng cụ đựng thức ăn dùng một lần, bao bì đóng gói.
• Thiết bị điện, đồ gia dụng: Vỏ tủ lạnh, vỏ ghế nệm,…
• Thiết bị ý tế: Ống kim tiêm, ống truyền nước,…

Nhựa PVC cứng có mật độ nhựa cao, nên rất cứng và bền bỉ. Nó có thể chịu được tác động của những yếu tố ngoại cảnh nên là lựa chọn lý tưởng cho nhiều ngành công nghiệp như xây dựng, y tế, vật liệu ô tô,…. Tuy nhiên trong điều kiện nhiệt độ thấp, loại nhựa này lại có độ bền không cao.

Trên đây là thông tin tổng hợp về nhựa PVC là gì, ưu nhược điểm cũng như những ứng dụng của vật liệu này trong đời sống. Vì trong thành phần cấu tạo của nhựa PVC có một số chất phụ gia làm dẻo nên sẽ không thực sự an toàn cho sức khỏe con người nếu tiếp xúc trong một thời gian dài. Vì vậy, sẽ tốt hơn nếu các vật dụng hằng ngày hay đồ chơi cho bé được ưu tiên lựa chọn bằng các vật liệu khác.