Poli vinyl clorua (PVC): tính chất, ứng dụng, điều chế

Trả lời nhanh

Poli vinyl clorua (PVC) là polime có công thức (–CH₂–CHCl–)_n, điều chế bằng phản ứng trùng hợp vinyl clorua CH₂=CHCl. PVC là chất rắn vô định hình, cách điện tốt, bền với axit và kiềm loãng, nên được dùng làm ống nước, vỏ dây cáp điện, da giả, vật liệu xây dựng.

1. Poli vinyl clorua là gì?

PVC viết tắt từ polyvinyl chloride. Đây là polime tổng hợp thuộc loại chất dẻo, được tạo ra khi rất nhiều phân tử vinyl clorua (monome) nối với nhau.

Monome: vinyl clorua CH₂=CHCl (còn gọi là clo eten).
Mắt xích: –CH₂–CHCl–, phân tử khối 62,5.
Hệ số trùng hợp n: số mắt xích trong một phân tử polime. Phân tử khối PVC = 62,5 × n.

Mẹo nhớ: tên gọi “poli + tên monome” – poli + vinyl clorua = poli vinyl clorua. Nhìn tên là suy ra được monome.

2. Tính chất vật lí

Chất rắn vô định hình, dạng bột màu trắng hoặc hạt nhựa; không tan trong nước.
Cách điện tốt, cách nhiệt tương đối, ít thấm nước và khí.
Tan được trong một số dung môi hữu cơ như tetrahiđrofuran (THF), xiclohexanon.
Khá cứng và giòn khi nguyên chất (PVC cứng). Khi trộn thêm chất hoá dẻo sẽ mềm, dẻo hơn (PVC dẻo).
Hoá mềm ở khoảng 80 °C; nung nóng mạnh (trên khoảng 140 °C) PVC bị phân huỷ, giải phóng khí HCl.

3. Tính chất hoá học

PVC khá trơ về mặt hoá học: bền với axit, kiềm loãng, nhiều dung dịch muối. Chương trình phổ thông chủ yếu nhắc tới các phản ứng sau.

a) Phản ứng clo hoá (giữ nguyên mạch)

PVC tác dụng với clo (có chiếu sáng hoặc xúc tác) tạo polime chứa nhiều clo hơn, dùng làm tơ clorin:

(–CH₂–CHCl–)_k + Cl₂ → (–CH₂–CHCl–)_k–1(–CH–CCl₂–)… + HCl

Viết gọn để tính toán: C_2kH_3kCl_k + Cl₂ → C_2kH_3k–1Cl_k+1 + HCl. Mỗi phân tử Cl₂ thế vào một nguyên tử H của mạch, cứ k mắt xích thì thế được 1 nguyên tử.

b) Phản ứng nhiệt phân, tách HCl

Khi đun nóng mạnh, PVC bị tách HCl, mạch hoá vàng rồi sẫm màu, đồng thời giòn đi. Vì vậy khi gia công PVC phải thêm chất ổn định nhiệt.

c) Phản ứng cháy

PVC cháy khó, tự tắt khi rời khỏi ngọn lửa, tạo CO₂, H₂O, HCl và khói đen. Đốt PVC không kiểm soát có thể sinh khí độc, vì vậy không đốt rác nhựa ngoài trời.

4. Điều chế poli vinyl clorua

Bước 1: điều chế monome vinyl clorua

Từ axetilen: CH≡CH + HCl → CH₂=CHCl (xúc tác HgCl₂, 150–200 °C).
Từ etilen (cách phổ biến trong công nghiệp): CH₂=CH₂ + Cl₂ → CH₂Cl–CH₂Cl; sau đó CH₂Cl–CH₂Cl → CH₂=CHCl + HCl (nhiệt phân, khoảng 500 °C).

Bước 2: trùng hợp

n CH₂=CHCl → (–CH₂–CHCl–)_n (xúc tác peoxit hoặc chất khơi mào gốc tự do, đun nóng, có áp suất).

Sơ đồ thường gặp trong đề: CH₄ → C₂H₂ → CH₂=CHCl → PVC.

Điều kiện để trùng hợp: monome phải có liên kết đôi (hoặc vòng kém bền). Vinyl clorua có liên kết đôi C=C nên trùng hợp được.

5. Ứng dụng của PVC

Loại	Đặc điểm	Ứng dụng
PVC cứng	Cứng, bền, chịu thời tiết	Ống dẫn nước lạnh, khung cửa, tấm ốp, sàn nhựa
PVC dẻo (có chất hoá dẻo)	Mềm, dẻo, cách điện tốt	Vỏ dây cáp điện, da giả, áo mưa, màng bọc, ống mềm

Lưu ý: không nên dùng đồ nhựa PVC dẻo để đựng thực phẩm nóng hoặc nhiều dầu mỡ nếu không có ghi chú an toàn thực phẩm.

6. Lỗi sai thường gặp

Nhầm tên monome: monome của PVC là vinyl clorua CH₂=CHCl, không phải etyl clorua hay đicloetan.
Viết sai công thức mắt xích thành –CH=CCl– (quên mất polime không còn liên kết đôi).
Quên rằng phân tử khối polime = M mắt xích × n.
Khi tính clo hoá, viết sai phương trình: phải sinh thêm HCl vì đây là phản ứng thế.

7. Bài tập vận dụng

Bài 1. Một mẫu PVC có phân tử khối 35 000. Tính hệ số trùng hợp n.

Giải: n = 35 000 : 62,5 = 560.

Bài 2. Clo hoá PVC thu được polime chứa 63,96% clo theo khối lượng. Trung bình một phân tử Cl₂ phản ứng với bao nhiêu mắt xích PVC?

Giải: Gọi k là số mắt xích: C_2kH_3kCl_k + Cl₂ → C_2kH_3k–1Cl_k+1 + HCl. Phân tử khối sản phẩm = 62,5k + 34,5. Ta có 35,5(k+1) : (62,5k + 34,5) = 0,6396, suy ra k = 3. Vậy trung bình 1 phân tử Cl₂ phản ứng với 3 mắt xích. (Kiểm tra: sản phẩm C₆H₈Cl₄, M = 222; %Cl = 142/222 ≈ 63,96%.)

Bài 3. Cần điều chế 125 kg PVC từ axetilen theo sơ đồ C₂H₂ → CH₂=CHCl → PVC, hiệu suất cả quá trình 80%. Tính khối lượng C₂H₂ cần dùng.

Giải: 125 kg PVC ứng với 125 : 62,5 = 2 kmol mắt xích, tức 2 kmol C₂H₂ theo lí thuyết. Với H = 80%: n(C₂H₂) = 2 : 0,8 = 2,5 kmol, khối lượng = 2,5 × 26 = 65 kg.

Tóm tắt nhanh

PVC: (–CH₂–CHCl–)_n, chất dẻo, cách điện, không tan trong nước.
Điều chế: trùng hợp CH₂=CHCl.
Tính chất hoá học nổi bật: clo hoá tạo tơ clorin; nhiệt phân tách HCl.
Ứng dụng: ống nước, vỏ dây điện, da giả, vật liệu xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

Poli vinyl clorua có công thức là gì?

Công thức là (–CH2–CHCl–)n, hay viết gọn (C2H3Cl)n. Mắt xích –CH2–CHCl– có phân tử khối 62,5.

PVC được điều chế từ chất nào?

PVC được điều chế bằng phản ứng trùng hợp vinyl clorua CH2=CHCl với chất khơi mào (peoxit), đun nóng và có áp suất. Vinyl clorua lấy từ axetilen cộng HCl hoặc từ etilen qua 1,2-đicloetan.

PVC có tan trong nước không?

Không. PVC không tan trong nước, chỉ tan được trong một số dung môi hữu cơ như THF, xiclohexanon.

Vì sao không nên đốt PVC?

Khi đốt hoặc nung nóng mạnh, PVC giải phóng khí HCl và có thể sinh các chất độc hại khác, gây ô nhiễm và hại sức khoẻ.