Polyvinyl Alcohol

Polyvinyl Alcohol là gì?

PVA (Polyvinyl Alcohol) là loại polyme tổng hợp tan trong nước có thể tích lớn nhất hiện nay, đồng thời cũng được xem là một trong những polyme tổng hợp được biết đến đầu tiên. Mặc dù ra đời từ rất sớm, PVA vẫn duy trì vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như hóa học, vật liệu và y học nhờ sự kết hợp độc đáo của nhiều đặc tính ưu việt.

Công thức hóa học

Về cấu trúc hóa học, PVA được biểu diễn bằng công thức chung (C₂H₄O)ₙ. Đây là một loại polyme tổng hợp được tạo thành từ sự đồng trùng hợp của ethanol hoặc vinyl alcohol. Với tính chất cấu trúc đa dạng, PVA đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và nhiều ứng dụng thực tiễn.

Tính chất vật lý – hóa học

Polyvinyl Alcohol thường tồn tại dưới dạng hạt hoặc bột màu trắng đến kem, không có mùi.

Dung dịch nước chứa 4% PVA có độ pH dao động từ 5 đến 8.

Quá trình hòa tan PVA trong nước thường được thực hiện bằng cách đun nóng dung dịch phân tán đến khoảng 90 °C trong 5 phút. Mức độ thủy phân ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng hòa tan của PVA. PVA có mức độ thủy phân thấp (khoảng 80–85%) hòa tan dễ dàng hơn và có khả năng kết tinh tốt hơn. Ngược lại, PVA thủy phân hoàn toàn chỉ hòa tan hoàn toàn ở nhiệt độ sôi.

Độ nhớt và tương tác với dung môi: Khi mức độ thủy phân tăng, độ nhớt của PVA cũng tăng, nhưng nhiệt độ cao có thể làm giảm độ nhớt. Dung dịch PVA có thể được ổn định bằng cách thêm các chất như rượu aliphatic, urê hoặc muối như thiocyanat.

PVA thủy phân hoàn toàn có tính ổn định cao ở nhiệt độ phòng và có thể hòa tan khi kết hợp với các dung môi hữu cơ như dimethyl sulfoxide (DMSO) hoặc dimethylformamide (DMF).

Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg): Khoảng 85 °C đối với PVA có trọng lượng phân tử cao.

Điểm nóng chảy: Từ 180 đến 220 °C tùy thuộc vào mức độ thủy phân.

Nhiệt độ phân hủy: Bắt đầu từ 228 °C.

Độ giãn dài khi kéo của PVA thay đổi đáng kể theo độ ẩm, từ 10% trong điều kiện khô đến 300–400% ở độ ẩm tương đối 80%. Bổ sung chất hóa dẻo có thể tăng gấp đôi khả năng kéo giãn này.

Ứng dụng trong y học

PVA có các đặc tính vượt trội như:

Không độc hại, khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học.
Tạo màng và mạng tốt, độ bám dính cao, tính chất cơ học ưu việt.
Khả năng tái chế và phân hủy sinh học dễ dàng thông qua enzym, vi khuẩn, hoặc các phương pháp quang hóa và siêu âm.

Các ứng dụng trong nghiên cứu và công nghiệp

PVA được sử dụng để chế tạo vật liệu composite, sợi nano và hydrogel. Quá trình tổng hợp và điều chỉnh cấu trúc phân tử của PVA cho phép tạo ra các vật liệu với đặc tính phù hợp cho các ứng dụng khác nhau, từ y học, điện tử đến xử lý môi trường.

Các ứng dụng chính của PVA trong y học bao gồm: Chất kết dính, chất phủ màng phim, chất làm đặc (sử dụng trong dung dịch nhỏ mắt, nhỏ mũi), miếng dán gel, chất nhũ hóa, Chất nền màng phân tán nhanh (OD).

PVA được Hermann và Haehnel tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1924 thông qua quá trình xà phòng hóa poly(vinyl este) bằng dung dịch natri hydroxit. Đến năm 1927, các nghiên cứu khoa học đầu tiên về vật liệu này được công bố.

Từ năm 1955, PVA đã được sử dụng trong lĩnh vực y tế với các ứng dụng cụ thể như:

Thay thế động mạch bằng đoạn mạch nhân tạo PVA.
Sản phẩm y tế: Màng ngăn kết dính mô, hạt thuyên tắc, kính áp tròng mềm, thuốc nhỏ mắt, và sụn nhân tạo.
Mỹ phẩm: Thành phần chính trong mặt nạ lột, nhờ khả năng tạo màng và che phủ.

Mội số công nghệ và vật liệu tiên tiến được phát triển từ PVA có thể kể đến:

Hydrogel PVA: Được sử dụng trong giải phóng thuốc có kiểm soát, nhờ khả năng tương thích sinh học với các mô và dịch cơ thể.
In 3D: PVA là vật liệu hỗ trợ tan trong nước cho các cấu trúc PETG, PLA, và nylon.

PVA được xem là an toàn ở nồng độ lên đến 10%, không gây kích ứng da và mắt. Nó được ưa chuộng trong các sản phẩm mỹ phẩm với nồng độ tối đa 7%, nhờ đặc tính nhũ hóa, làm đặc, và tạo màng.

Sản xuất và phân loại

PVA được sản xuất công nghiệp thông qua quá trình thủy phân poly(vinyl acetate). Các mẫu PVA có sẵn trên thị trường được phân loại theo mức độ thủy phân:

Thủy phân hoàn toàn (DH ≥ 97,5%)
Thủy phân một phần (DH < 97,5%)

Mức độ thủy phân này ảnh hưởng đến khả năng hòa tan, độ nhớt và tương tác với dung môi của PVA.

Nghiên cứu mới trong y học về Polyvinyl Alcohol

Băng vết thương đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và thúc đẩy quá trình lành vết thương da. Trong bài đánh giá này, một loại hydrogel đã được phát triển từ Poly(Vinyl Alcohol) (PVA) và Dextran-aldehyde (DA) nhằm tạo ra một chất liệu băng vết thương chất lượng cao.

Quy trình tạo Hydrogel: Hydrogel PVA/DA được tổng hợp bằng cách kết hợp dung dịch Poly(Vinyl Alcohol) và Dextran-aldehyde, sau đó liên kết chéo thông qua quy trình đông lạnh – rã đông và đông khô.

Đặc tính và tác động của Hydrogel PVA/DA được đánh giá thông qua các phương pháp:

Quang phổ hồng ngoại: Xác nhận cấu trúc của hydrogel.
Tính chất cơ học: Hydrogel có độ bền kéo cao đạt 5,6 MPa.
Khả năng trương nở: Có khả năng hấp thụ lượng chất lỏng gấp 6 lần trọng lượng của nó.
Độ xốp: Cấu trúc 3 chiều với các lỗ rỗng đồng đều kích thước 5-10 μm.
Tốc độ truyền hơi nước: 2100 g/m²/ngày, duy trì môi trường ẩm lý tưởng cho quá trình lành vết thương.
Tính tương thích sinh học: Hydrogel có mức tan máu rất thấp và không gây độc tế bào.

Áp dụng thử nghiệm trong chữa lành vết thương trên da cho thấy kết quả: Vết thương được phủ hydrogel PVA/DA gần như lành hoàn toàn sau 10 ngày. Phân tích mô học cho thấy da tái tạo nhanh và hiệu quả hơn.

Kết Luận: Hydrogel PVA/DA chứng minh được tiềm năng vượt trội trong việc làm băng vết thương nhờ khả năng tạo môi trường ẩm, hấp thụ dịch tốt, độ bền cơ học cao và tính tương thích sinh học. Với những đặc tính này, hydrogel PVA/DA không chỉ phù hợp làm băng vết thương mà còn có triển vọng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực y sinh khác.