PVA-Polyvinylalcol-Tính chất hóa lý và ứng dụng

PVA là một polymer tổng hợp tan trong nước, có công thức hóa học (C₂H₄O)ₙ. Nó được điều chế thông qua phản ứng thủy phân kiềm hoặc acid Polyvinyl Acetate (PVAc). Đặc điểm nổi bật nhất của PVA là tính chất được quyết định bởi mức độ thủy phân và trọng lượng phân tử (DP).

I. Tính Chất Vật Lý & Hóa Học Chi Tiết

1. Tính chất vật lý:

   • Dạng tồn tại: Chất rắn dạng bột hoặc hạt, màu trắng đến trắng ngà.

   • Độ hòa tan: Tan hoàn toàn trong nước nóng và lạnh (tùy cấp độ). Không tan trong dung môi hữu cơ (acetone, ethanol, hydrocarbon...).

   • Nhiệt độ: Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) ~ 85°C. Không có điểm nóng chảy rõ ràng; phân hủy trên 200°C.

   • Độ nhớt: Dung dịch nước của PVA có độ nhớt cao, phụ thuộc vào DP và nồng độ. Đây là chỉ số quan trọng để lựa chọn loại PVA cho từng ứng dụng.

   • Tạo màng: Màng PVA có độ bền kéo, độ dai và tính mềm dẻo tuyệt vời. Tính thấm khí (O₂, CO₂) thấp.

   • Tính chất liên kết: Có khả năng tạo liên kết hydrogen mạnh với các bề mặt cellulose (vải, giấy) và các polymer khác.

2. Tính chất hóa học:

   • Tính ổn định: Bền với dầu, mỡ, dung môi hữu cơ.

   • Phản ứng của nhóm -OH: Có thể tham gia các phản ứng ester hóa, ether hóa, acetal hóa (phản ứng quan trọng để tạo màng chống tan trong nước).

   • Tạo phức: Tạo phức với iod (dùng trong phân tích), borat, bentonite, và các hợp chất đa chức năng khác (làm tăng độ nhớt hoặc tạo gel).

II. ỨNG DỤNG VÀ LIỀU LƯỢNG CHI TIẾT

1. Ứng Dụng Trong Ngành Dệt May (Hồ Vải - Sizing Agent)

• Mục đích: Tạo một lớp màng bảo vệ trên sợi dọc (warp yarn) để chống mài mòn, giảm đứt sợi trong quá trình dệt.

• Loại PVA ưu tiên: PVA Fully Hydrolyzed (độ thủy phân > 98%). Loại này có tính liên kết bền chặt với cellulose của sợi, tạo màng chắc, ổn định và tan hoàn toàn trong nước nóng để tẩy hồ sau khi dệt.

• Liều lượng & Công thức:

  • Thường được sử dụng kết hợp với tinh bột (tỷ lệ 80/20, 70/30, 50/50 Starch/PVA) để giảm chi phí và tối ưu hiệu suất.

  • Tỷ lệ PVA nguyên chất: Khoảng 5 - 15% trên trọng lượng sợi (owf - on weight of fabric), tùy thuộc vào độ mịn và mật độ sợi.

  • Cách pha: Khuấy từ từ PVA vào nước ở nhiệt độ phòng, sau đó gia nhiệt lên 90 - 95°C và khuấy liên tục trong 20-30 phút để đạt dung dịch trong suốt, đồng nhất. Dung dịch hồ được giữ ở nhiệt độ ~80°C trong thùng chứa để duy trì độ nhớt ổn định.

2. Ứng Dụng Trong Thực Phẩm (E1203)

• Mục đích: Làm chất tạo màng, chất tạo bóng, chất ổn định, chất giữ tạo hình (binder), và bao vi nang.

• Loại PVA ưu tiên: PVA Fully Hydrolyzed cấp độ tinh khiết thực phẩm, đáp ứng các tiêu chuẩn FCC (Food Chemicals Codex), USP, JP.

• Liều lượng & Ứng dụng cụ thể:

  • Bao bì thực phẩm tan trong nước (dạng túi, màng): Dung dịch 8-12% chất rắn, được đúc thành màng.

  • Phủ bề mặt trái cây, phô mai, thực phẩm chiên: Dung dịch phun hoặc nhúng 2-5% để giảm mất nước, chống oxy hóa, tạo độ bóng.

  • Chất kết dính trong thực phẩm dạng viên (bổ sung vitamin, trà xanh...): 1-3% trên tổng trọng lượng.

  • Vi nang hóa các chất dễ bay hơi (hương liệu, dầu cá): 0.5-2% làm thành phần vỏ bọc.

3. Ứng Dụng Trong Dược Phẩm

• Mục đích: Làm chất kết dính cho viên nén, chất tạo màng bao, thành phần của màng tiêm truyền, và hệ thống phân phối thuốc.

• Loại PVA ưu tiên: PVA Partially Hydrolyzed (độ thủy phân 85-89%) và Fully Hydrolyzed cấp dược điển (USP/Ph.Eur.), với chỉ tiêu vi sinh và tạp chất nghiêm ngặt.

• Liều lượng & Ứng dụng cụ thể:

  • Chất kết dính trong viên nén (binder): Dùng dung dịch PVA 3-5% trong nước, với lượng phun khoảng 2-10% khối lượng viên.

  • Màng bao (film coating): Dung dịch bao 5-10% chất rắn, thường kết hợp với chất dẻo hóa (e.g., glycerol, PEG) và các polymer khác. Lượng màng bao chiếm 2-5% trọng lượng viên.

  • Kỹ thuật in 3D thuốc (Binder Jetting): Làm chất kết dính để in định hình cấu trúc thuốc đa liều.

4. Ứng Dụng Trong Các Ngành Công Nghiệp Khác

• Keo dán (Adhesives):

  • Loại: PVA Partially Hydrolyzed (dễ dẻo hóa, độ bám dính tốt hơn).

  • Liều lượng: Dung dịch keo 10-20% chất rắn, thêm chất dẻo hóa (e.g., glycerol) 10-20% so với PVA để tăng độ dẻo cho màng keo.

• Sản xuất Polyvinyl Butyral (PVB): Là nguyên liệu thô chính để sản xuất PVB, lớp màng kết dính trong kính an toàn và kính chống đạn.

• Xây dựng:

  • Phụ gia cho xi măng và vữa: Cải thiện tính dẻo, độ bám dính và chống nứt. Liều lượng rất thấp, 0.1 - 0.5% trên trọng lượng xi măng.

• Giấy & Bao bì:

  • Chất phủ bề mặt: Tăng độ bền kéo, độ xốp và khả năng in ấn. Dung dịch phủ 3-8%.

• Polymer phân hủy sinh học: Được trộn với tinh bột hoặc các polymer khác để tạo vật liệu composite có khả năng phân hủy.

LƯU Ý AN TOÀN VÀ BẢO QUẢN

• An toàn: PVA được coi là không độc (LD50 > 15,000 mg/kg). Tuy nhiên, khi làm việc với dạng bột, cần trang bị thiết bị bảo hộ cá nhân (khẩu trang, kính) để tránh hít phải bụi.

• Bảo quản: Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, trong bao bì kín. Tránh xa nguồn nhiệt và ẩm ướt. Dung dịch PVA trong nước là môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển, do đó cần thêm chất bảo quản (e.g., sodium benzoate 0.1-0.3%) nếu bảo quản lâu ngày.