พอลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride : PVC)

พอลิไวนิลคลอไรด์ (Polyvinylchloride : PVC)

คุณอาจได้ยินหรือพอทราบคร่าว ๆ เกี่ยวกับพอลิไวนิลคลอไรด์ หรือคนส่วนใหญ่เรียกสั้น ๆ ว่า พีวีซี (PVC)  เรซินชนิดนี้เป็นพอลิเมอร์ (Polymer) ที่สำคัญที่สุดในกลุ่มไวนิล (Vinyl) ด้วยกัน เนื้อพีวีซีมักมีลักษณะขุ่นทึบ แต่แต่อย่างไรก็ตามสามารถผลิตออกมาให้มีสีสันได้ทุกสี ที่สำคัญ โพลีเมอร์ชนิดนี้ สามารถนำมาทำเป็นฉนวนไฟฟ้าอย่างดี ตัวโพลีเมอร์เองเป็นสารที่ทำให้ไฟดับ ดังนั้นจึงไม่ติดไฟ  มี 2 ลักษณะทั้งที่เป็นของแข็ง (Solid) คงรูปและอ่อนนุ่มและเหนียว เรซิน PVC มีทั้งที่เป็นเม็ดแข็ง หรืออ่อนนุ่ม และเป็นผง จึงสามารถนำไปใช้งานได้อย่างกว้างขวางด้วยสมบัติทั่วไปดังนี้

สมบัติทั่วไปของ PVC (General PVC Property)

1. ทนทานต่อสภาวะอากาศ และสิ่งแวดล้อมทั้ว ๆ ไปในระดับปานกลาง แต่มีความแข็งแรงดีมาก

2. ต้านทานต่อสารเคมีและน้ำ (Chemical and water resistance)

3. เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีชนิดหนึ่ง ในกลุ่มของ Vinyl

4. ผสมสีและแต่งสีได้อย่างไม่จำกัด จึงเหมาะการตกแต่งผลิตภัณฑ์ ได้ดี

5. สามารถเติมสารเติมแต่งต่างๆ (Additive) เพื่อปรุงแต่งสมบัติของผลิตภัณฑ์ (Product property) ตั้งแต่อ่อนนิ่ม คงตัว และแข็ง จนถึง และยืดหยุ่นมากๆได้

6. สามารถสลายตัวเองเมื่อทิ้งไว้ในระยะเวลายาวนาน

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากพอลิไวนิลคลอไรด์ (All products made from PVC)

ผลิตภัณฑ์ที่ทำมาจาก PVC ทั่วไป ได้แก่ หนังเทียมซึ่งมีความอ่อนนุ่มกว่าหนังแท้และเบากว่า ปัจจุบันกระเป๋าหลายชนิดทำมาจากเรซินชนิดนี้ และยังได้ร้บความนิยมเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ และยังทำสำหรับหุ้มเบาะเก้าอี้  หรือปูโต๊ะ กระเป๋าใส่สตางค์ทำเป็นสารเคลือบกระดาษและผ้ากระเป๋าถือของสตรี  กระเป๋าเดินทาง    หุ้มลวดเหล็ก รองเท้า  เข็มขัด  ท่อน้ำ ประตู หุ้มสายไฟฟ้า  อ่างน้ำ สายเคเบิล  หุ้มด้ามเครื่องมือ ท่อร้อยสายไฟฟ้า หน้าต่าง และอื่น ๆอีกมากมาย

photo by : mpcfaculty.net

พอลิไวนิลคลอไรด์(Polyvinylchoride, PVC)

พอลิไวนิลคลอไรด์ เตรียมได้จากมอนอเมอร์ไวนิลคลอไรด์ โดยปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบรวมตัว ดังสมการ

มีการใช้เทคนิคพอลิเมอร์ไรเซชัน ทั้งแบบบัลก์ แบบอิมันชัน และแบบแขวนลอย ในการเตรียม PVC แต่ส่วนใหญ่ จะใช้เทคนิคแบบแขวนลอย สำหรับกระบวนการผลิต PVC แบบบัลก์ แสดงดังรูป 2.11 ซึ่งมีการส่ง ไวนิลคลอไรด์มอนอเมอร์ พร้อมตัวเริ่มปฏิกิริยา AIBN (azobisisobutyronitrile) 0.016% เข้าสู่ปฏิกิริยา พรีพอลิเมอร์ไรเซอร์ ที่อุณหภูมิ 62 °C ความดัน 10 บรรยากาศ จะเกิดการเปลี่ยนแปลง เป็นพอลิเมอร์ประมาณ 10 %  จากนั้นสารจะถูกส่ง ไปยังปฏิกรณ์ autoclave ใช้เวลวาประมาณ 10-12 ชั่วโมง ในการเกิดปฏิกิริยา ต่อจนได้การเปลี่ยนแปลง เป็นพอลิเมอร์ประมาณ 75 %

รูป2.11 พอลิเมอร์ไรเซชันแบบบัลก์ ของไวนิลคลอไรด์

สำหรับพอลิเมอร์ไรเซชันแบบแขวนลอย (suspernsion) ที่เป็นที่นิยม ใช้กันนั้น ไวนิลคลอไรด์มอนอเมอร์ และน้ำ จะถูกส่งเข้าไป ในปฏิกรณ์ ที่รักษาไว้ที่ความดัน ประมาณ 15 บรรยากาศ มอนอเมอร์จะเป็น หยดเล็กๆ ในน้ำ มีขนาด 30 -130 µm มีการกวนและใช้คอลลอยด์ ป้องกันหยด มอนอเมอร ์มารวมกัน ตัวอย่างของคอลลอยด์ป้องกัน (protective colloids) คือ พอลิไวนิลแอลกอฮอล์, อนุพันธ์เซลลูโลส เช่น เมทิลเซลลูโลส, โซเดียมคาร์บอกซีเอทิลเซลลูโลส ฯลฯ อัตราส่วนน้ำต่อมอนอเมอร์อาจเป็น 1.5 ถึง 1.75 ในการพอลิเมอร์ไรซ์จะเกิด HCl ขึ้นบางส่วน จึงต้องเติม เกลืออนินทีรย ์ทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ ควบคุม pH

ปฏิกรณ์สำหรับพอลิเมอร์ไรเซชันแบบแขวนลอย หรือ แบบอิมัลชัน ของไวนิลคลอไรด์ แสดงดังรูป 2.12
ตาราง 2.1 แสดงตัวอย่างองค์ประกอบ ในการทำพอลิเมอร์ไรเซชัน ของไวนิลคลอไรด์

รูป 2.12 ปฏิกรณ์สำหรับพอลิเมอร์ไรเซชัน แบบแขวนลอย หรือ แบบอิมัลชันของไวนิลคลอไรด์

ตาราง 2.1 องค์ประกอบ สำหรับพอลิเมอร์ไรเซชัน แบบแขวนลอยของไวนิลคลอไรด์ สำหรับปฏิกรณ์ขนาด 10ม³

ปฏิกรณ์ถูกความร้อน ไปถึงอุณหภูม ิสำหรับพอลิเมอร์ไรเซชัน โดยใช้ไอน้ำ ที่เข้าสู่ ช่องรอบปฏิกรณ์ (autoclave jacket) เมื่อได้อุณหภูมิแล้ว พอลิเมอร์ไรเซชัน จะเริ่มเกิดขึ้น และความร้อน ถูกปล่อยออกมา (ค่าความร้อน ในการพอลิเมอร์ไรซ์ ของไวนิลคลอไรด์เป็น PVC เท่ากับ -1540 kJ/kg) ความร้อนนี้ ถูกกำจัดออก โดยใช้น้ำเย็น เข้าสู่ช่องรอบปฏิกรณ ์พอลิไวนิลคลอไรด ์มีโครงสร้าง เป็นแบบอะแทกติก เป็นพลาสติกที่แข็ง เปราะ เสื่อมสภาพ ได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 °C หรือเมื่อโดนแสงแดด นานๆทำให้สีเข้มขึ้น ดังปฏิกิริยา

เนื่องจากพลาสติกพีวีซีแข็ง เปราะ จึงมีการเติมพลาสติไซเซอร์ (plasticizer) ลงไปผสมกับพีวีซี เพื่อให้ได้พีวีซี ที่อ่อน ดัดงอ ได้ง่าย ไม่เปราะ ทำให้สามารถ นำไปใช้ประโยชน์ต่างๆได้มากขึ้น พลาสติไซเซอร์ ที่ใช้กันมาก สำหรับพีวีซี คือ ไดออกทิลทาเลต(dioctyl phthalate, DOP) ซึ่งมีสูตรเคมีเป็น

พีวีซีแข็งจะมี  DOP ไม่เกิน 25 % และถ้าเป็นพีวีซีอ่อนจะมี DOP มากกว่า 25 % พีวีซีใช้ประโยชน์ ในการทำท่อพลาสติก สายยาง ไวนิลปูพื้น พรมน้ำมัน เบาะรถยนต์ เสื้อกันฝน รองเท้าแตะ กระเป๋าถือ กระเป๋าเดินทาง ฉนวนหุ้มสายไฟ เป็นต้น

อ้างอิง
นิทัศน์ จิระอรุณ. วัสดุพอลิเมอร์  ชุดที่1. เชียงใหม่ : ภาควิชาเคมีอุตสาหกรรม คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่