Chất dẻo trong PVC là gì?

Polyvinyl clorua (PVC) là một trong những loại nhựa được sản xuất rộng rãi và linh hoạt nhất trên thế giới. Tuy nhiên, ở dạng thuần túy, PVC là một vật liệu cứng nhắc và giòn. Để mở khóa toàn bộ tiềm năng của nó và mở rộng các ứng dụng của nó, chất hóa dẻo được kết hợp. Một chất dẻo là một chất phụ gia, điển hình là một ester hữu cơ điểm sôi cao, được trộn với một polymer để cải thiện tính linh hoạt, khả năng làm việc và khả năng mở rộng của nó. Trong bối cảnh của PVC, các chất làm dẻo biến đổi cơ bản các tính chất vật lý của nó, làm cho nó mềm mại, dễ dãi và dễ thích nghi hơn nhiều cho một loạt các sản phẩm.

Cơ chế dẻo hóa

Cốt lõi của cấu trúc của PVC bao gồm các chuỗi polymer dài. Trong PVC cứng nhắc, các chuỗi này được đóng gói chặt chẽ và giữ lại với nhau bởi các lực liên phân tử mạnh mẽ, chủ yếu là các tương tác lưỡng cực lưỡng cực do các liên kết carbon carbon cực. Khi một chất dẻo được thêm vào, các phân tử của nó xen kẽ giữa các chuỗi polymer PVC này. Việc chèn này tăng hiệu quả khối lượng tự do trong ma trận polymer và làm suy yếu các lực liên phân tử giữ các chuỗi lại với nhau.

Hiệu ứng "bôi trơn" này cho phép các chuỗi PVC di chuyển tự do hơn qua nhau ở nhiệt độ thấp hơn và với lực bên ngoài ít hơn. Do đó, nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh ( $T_g$ ) của PVC được hạ xuống. Các $T_g$ là nhiệt độ bên dưới mà một polymer trở nên cứng và giòn, và trên đó trở nên cao su và linh hoạt hơn. Bằng cách hạ thấp $T_g$ , chất dẻo cho phép PVC duy trì linh hoạt và khả thi ở nhiệt độ phòng và thậm chí ở nhiệt độ dưới 0, tùy thuộc vào loại và nồng độ của chất dẻo.

Chức năng chính và lợi ích của chất hóa dẻo trong PVC

Việc bổ sung chất dẻo cho PVC cung cấp một số lợi ích quan trọng:

• Tăng tính linh hoạt và mềm mại: Đây là chức năng nổi bật nhất, cho phép PVC được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng uốn cong, chẳng hạn như cáp, ống và phim.

• Khả năng xử lý được cải thiện: Thuốc làm dẻo làm giảm độ nhớt tan chảy của PVC, giúp xử lý dễ dàng hơn trong quá trình đùn, lịch, đúc phun và các kỹ thuật sản xuất khác. Điều này chuyển sang nhiệt độ xử lý thấp hơn và tiêu thụ năng lượng.

• Tăng cường khả năng mở rộng và độ đàn hồi: PVC dẻo có thể được kéo dài và biến dạng mà không bị phá vỡ, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng như da tổng hợp, vải phủ và ống y tế.

• Giảm độ giòn: Chúng ngăn vật liệu nứt hoặc vỡ dưới tác động hoặc ở nhiệt độ thấp.

• Độ bền và tuổi thọ: Bằng cách truyền đạt tính linh hoạt, chất hóa dẻo có thể đóng góp vào độ bền và tuổi thọ tổng thể của các sản phẩm PVC trong các môi trường khác nhau.

• Cải thiện độ trong và hoàn thiện bề mặt: Trong một số trường hợp, chất dẻo có thể tăng cường tính minh bạch và tính thẩm mỹ bề mặt của các sản phẩm PVC.

Các loại chất dẻo được sử dụng trong PVC

Trong lịch sử, các chất hóa dẻo phổ biến nhất cho PVC đã được phthalates , đặc biệt là di- (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP hoặc DOP) và diisononyl phthalate (DINP). Tuy nhiên, các mối quan tâm về môi trường và sức khỏe ngày càng tăng đã dẫn đến sự đa dạng hóa các loại chất hóa dẻo.

Các loại dẻo dẻo phổ biến bao gồm:

• Phthalates: Mặc dù một số phthalates có trọng lượng phân tử cao (như DINP, DIDP, DPHP) vẫn được sử dụng rộng rãi, việc sử dụng chúng trong các ứng dụng nhạy cảm nhất định (ví dụ, đồ chơi, thiết bị y tế) bị hạn chế hoặc bị loại bỏ do ảnh hưởng sức khỏe tiềm ẩn.

• Terephthalates: Chẳng hạn như Dioctyl terephthalate (DOTP hoặc DEHT), thường được sử dụng thay thế cho phthalates, mang lại hiệu suất tương tự với hồ sơ độc tính thuận lợi hơn.

• Adipates: Chẳng hạn như Dioctyl adipate (DOA), được biết đến với tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp tốt.

• Trimellitates: Đây là những chất làm dẻo có trọng lượng phân tử cao hơn, cung cấp sự tồn tại tuyệt vời và biến động thấp, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao như dây cách nhiệt và cáp.

• Citrates: Thường được sử dụng trong các ứng dụng nhạy cảm như bao bì thực phẩm và thiết bị y tế do độc tính thấp. Ví dụ bao gồm Triethyl Citrate (TEC) và Tributyl Citrate (TBC).

• Dầu đậu nành epoxidized (ESBO): Một chất dẻo dựa trên sinh học cũng hoạt động như một chất ổn định nhiệt thứ cấp trong PVC.

• Tính dẻo polymer: Các este trọng lượng phân tử cao cung cấp sự tồn tại tuyệt vời và khả năng chống chiết xuất, làm cho chúng phù hợp cho hàng hóa bền và môi trường đòi hỏi. Tuy nhiên, chúng kém hiệu quả trong việc dẻo hóa so với chất hóa dẻo đơn phân.

• Các chất hóa dẻo dựa trên sinh học và bền vững: Một thể loại mới nổi tập trung vào các nguồn lực tái tạo, được thúc đẩy bởi ý thức môi trường và áp lực quy định.

Việc lựa chọn một chất dẻo cụ thể hoặc sự pha trộn của chất dẻo phụ thuộc vào các tính chất mong muốn của sản phẩm PVC cuối cùng, điều kiện xử lý, chi phí, yêu cầu quy định và xem xét môi trường.

Cân nhắc trong lựa chọn và sử dụng hóa dẻo

Chọn chất dẻo phù hợp cho ứng dụng PVC liên quan đến sự tương tác phức tạp của các yếu tố:

• Hiệu quả: Cần bao nhiêu chất dẻo để đạt được mức độ linh hoạt mong muốn?

• TỐT NHẤT: Làm thế nào tốt các chất dẻo ở trong ma trận PVC theo thời gian, chống lại sự di chuyển, bay hơi hoặc chiết xuất? Điều này là rất quan trọng cho hiệu suất lâu dài.

• Khả năng tương thích: Chất dẻo phải tương thích với PVC, có nghĩa là nó nên trộn đều và không "nở hoa" hoặc toát ra khỏi bề mặt.

• Tính linh hoạt nhiệt độ thấp: Đối với các ứng dụng ngoài trời hoặc những người ở vùng khí hậu lạnh, khả năng duy trì tính linh hoạt của chất hóa học ở nhiệt độ thấp là rất quan trọng.

• Biến động: Xu hướng của chất dẻo để bay hơi từ PVC, có thể dẫn đến cứng theo thời gian.

• Kháng di cư: Khả năng của chất hóa dẻo ở trong PVC và không di chuyển vào các vật liệu liền kề, có thể gây ra sự dính, nhuộm hoặc xử lý PVC.

• Kháng hóa chất: Kháng dầu, mỡ và các hóa chất khác.

• Tính dễ cháy: Một số chất dẻo có thể ảnh hưởng đến các đặc tính dễ cháy của PVC.

• Độc tính và tuân thủ quy định: Tuân thủ các quy định về sức khỏe và an toàn, đặc biệt đối với các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với con người, thực phẩm hoặc nước.

• Trị giá: Khả năng kinh tế luôn là một yếu tố quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.

Tóm lại, chất hóa dẻo là các thành phần không thể thiếu trong phần lớn các công thức PVC, biến một polymer cứng nhắc thành một vật liệu rất linh hoạt và thích nghi. Lựa chọn cẩn thận và kết hợp chính xác của họ là tối quan trọng để đạt được các đặc điểm hiệu suất mong muốn và đảm bảo tuổi thọ và an toàn của vô số sản phẩm PVC không thể thiếu với cuộc sống hiện đại.