Пленка ПВХ расшифровка

ПВХ (PVC)

Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) – это синтетический полимер, мономерным звеном которого служит молекула хлорида этилена (винилхлорид, хло́ристый вини́л, хлорвини́л, хлорэтиле́н, хлорэте́н, этиленхлори́д), имеющий химическую формулу CH2=CCl. Соответственно поливинилхлорид, как цепной полимер винилхлорида обладает формулой (-CH2-CCl-)n, где n – степень полимеризации.

Полимер синтезируют по механизму радикально-цепной полимеризации, проходящей в блоке или в суспензии. По методу синтеза поливинилхлорид делится на эмульсионный ПВХ-Э и суспензионный ПВХ-С. Также виды поливинилхлоридных материалов (композиций ПВХ) условно делят на две группы:

— непластифицированный или жесткий материал (обозначения в разных источниках – винипласт, PVC-R, PVC-U, RPVC);

— пластифицированный, или мягкий ПВХ, или пластикат (обозначается PVC-F, PVC-P, FPVC).

Поливинилхлорид по своей природе является аморфным полярным полимером.

Свойства ПВХ

Основными свойствами поливинилхлорида считаются негорючесть, стойкость к окислению, довольно простое совмещение с другими материалами, в тоже время низкая теплостойкость. Плотность чистого ПВХ составляет 1350-1430 кг/куб.м. При этом насыпная плотность материала составляет 400-700 кг/куб.м. Рассмотрим характеристики полимера подробнее.

— белый порошкообразный материал;

— не обладает запахом и вкусом;

— обладает хорошими диэлектрическими характеристиками;

— высокая водостойкость, стойкость к кислотам, основаниям, маслам, спиртам;

— невысокая стойкость к действию эфиров, ацетонов, хлорированных углеводородов, ароматики;

— хорошо смешивается с пластификаторами, модификаторами и другими химикатами.

— горение не поддерживает;

— в случае сильного нагрева деградирует;

— самовоспламенение происходит при резком нагреве до 1100 градусов С;

— температура стеклования — 70-80 градусов С.

Чистый поливинилхлорид (смола) практически нетоксичен. В некоторых источниках описаны такие действия на организм, как раздражение слизистых оболочек. ПДК материала в воздухе рабочей зоны равна 6 мг/м3.

Рис.1. Смола ПВХ без добавок

Мелкие частицы ПВХ, взвешенные в воздухе взрывоопасны, а осевшая пыль пожароопасна. При нагревании до температуры выше 150 градусов в воздушной среде поливинилхлорид начинает разлагаться на хлороводород и оксиды углерода (углекислый либо угарный газ).

Особенности различных подвидов ПВХ:

Суспензионный поливинилхлорид обладает узким ММР (молекулярно-массовым распределением), его макромолекулы почти не разветвляются. ПВХ-С обладает более низким водопоглощением, хорошей светостойкостью и термостойкостью, более высокими диэлектрическими характеристиками. По диэлектрическим свойствам ПВХ-С уступает только полипропилену, полистиролу и полиэтилену.

Соответственно эмульсионный ПВХ имеет широкое ММР, больше посторонних примесей. Его диэлектрические свойства несколько слабее, выше водопоглощение и соответственно хуже светостойкость и термостойкость.

По химическим свойствам серьезно отличаются не пластифицированный материал и пластикат. У первого имеется хорошая химическая инертность. Он стоек к бензинам, маслам и смазкам, щелочами и кислотами. Растворяют поливинилхлорид только сильные полярные органические растворители, такие как хлорбензол, дихлорэтан или тетрагидрофуран. ПВХ-пластикат обладает физико-химическими данными значительно худшими.

История поливинилхлорида

Поливинилхлорид существует уже почти два столетия и впервые стал известен науке уже в 1830-х годах. Химик Виктор Реньо, изучавший винилхлорид случайно допустил его полимеризацию и получил неизвестный белый порошок. Однако, никаких последствий это ранее открытие не имело.

Промышленный ПВХ впервые получили в 1912 году, когда химик Фриц Клатте воздействовал на ацетилен хлороводородом. В 1913 году новый материал был запатентован. Массовое производство поливинилхлорида было налажено с конца 1920-х годов, когда в мире нашлось достаточное количество хлора для этого. Новый негорючий пластик был призван заменить пожароопасный целлулоид.

Переработка

Главная сложность в получении изделий из поливинилхлорида – это его термическая нестабильность, то есть склонность к разложению при повышенных температурах. Недостаток усугубляется большой вязкостью расплава чистого полимера. Кроме того, ПВХ материал – порошкообразный полимер. Это накладывает дополнительные ограничения по выбору оборудования и требует использовать при переработке ПВХ различные добавки.

Отметим, что эмульсионный поливинилхлорид утрачивает популярность, т.к. из-за своих описанных выше свойств он уже не считается в современных реалиях высококачественным материалом. ПХВ-Э широко используют для изготовления изделий из пластизоля, для других целей всё больше применяют суспензионный ПВХ. На последний приходится порядка 80 процентов потребления полимера.

В современной индустрии поливинилхлорид перерабатывают главным образом методом экструзии, гораздо меньше литьем под давлением и небольшие количества (в основном ПВХ-пластизоли) ротационным формованием, выдувным формованием и вальцеванием. Полученную экструзией ПВХ-пленку затем обрабатывают другими методами, в основном термоформованием.

Методом экструзии, как из жестких поливинилхлоридных композиций, так и из пластиката, выпускают разнообразнейшие профили, в том числе большое количество всевозможных труб. Среди профилей стоит отметить оконный профиль, подоконник, стеновые панели, сайдинг, водостоки, электротехнические профили и т.д.

Рис.2. Цех по производству экструзионных профилей

Экструзия ПВХ подробно описана в специализированных материалах. Она происходит на экструзионных линиях, особенностями которых являются двушнековый экструдер для переработки порошкообразной смеси ПВХ с добавками и четкий контроль температурного режима экструдера с возможностью принудительного охлаждения каждой зоны. За экструдером в составе линии следует стандартный набор из формующей головки (одно- или несколькоручьевой), калибраторов, охлаждающих ванн, тянущего устройства, маркиратора и отрезной пилы. Смесь или компаунд жесткого ПВХ для переработки на экструдере представляет собой комбинацию полимера и нескольких аддитивов, главными из которых являются: термостабилизатор, процессинговые добавки (смазки), краситель, модификаторы и т.д. Смесь для экструзии жесткого поливинилхлорида приготавливают в двухстадийных смесителях различной степени автоматизации.

Огромное количество полимера идет также на производство пленок ПВХ. Он может быть использован для выпуска разнообразных пленок, обладающих спектром ценных свойств, при помощи изменения состава композиции, осей и степени ориентации. Как правило, пленки выпускаются методом плоскощелевой экструзии, который отличается от описанной выше экструзии профиля видом формующей головки и последующих устройств в линии, а также наличием в ее составе устройства для ориентирования. Пленочные материалы могут быть как непластифицированные так и пластифицированные. Их свойства зависят от типа и количества пластификатора. Увеличение его количества ведет к росту прозрачности, при этом пленка получается более мягкой, в том числе при отрицательных температурах.

Литьем под давлением поливинилхлорид перерабатывают как в самостоятельные изделия, так и в большей степени в комплектующие к профильным изделиям из того же материала. К последним относятся трубные фитинги, компоненты водосточных систем, электротехнические комплектующие и т.д. Литьевые изделия из пластифицированного поливинилхлорида, являющегося эластомером, используются повсеместно, как альтернатива более дорогим термоэластопластам и более сложной в производстве резины. Однако, литье, особенно жесткого ПВХ, также непростой процесс, учитывая высокую вязкость полимера и его склонность к термодеструкции с выделением агрессивного хлороводорода. Как правило, жесткий поливинилхлорид льют на специальных термопластавтоматах с охлаждением материального цилиндра и хромированной либо нержавеющей парой шнек-цилиндр. В составе композиции должно быть большое количество смазок. Применение горячего канала на литьевых формах затруднено, но возможно.

Рис.3. Литьевой фитинг для водостока

Ротационным формованием или ротоформованием перерабатывают специальный вид ПВХ-композиций – пластизоли, которые представляют собой дисперсии частиц поливинилхрорида в большом количестве жидкого пластификатора. ПВХ пластизоли обычно выпускают в виде паст. Ротационные изделия, полые внутри, производятся на специальных ротационных машинах. Пластизоль загружается в форму, которая приводится во вращение в разных плоскостях, одновременно получая термическое воздействие. Пластизоль проходит желатинизацию и затвердевание, образуя полое внутри изделие.

Применение

Поливинилхлорид стал один из самых широко используемым пластиков в мире (находится в тройке по популярности вместе с полиэтиленом и полипропиленом). Это произошло в том числе из-за его низкой цены и высоких технических характеристик, а также вариативностью свойств. Рассмотрим основные направления, где применяются ПВХ изделия.

Применение в строительстве

Описываемый материал является наиболее строительным из всех полимеров. В развитых странах он составляет более половины от применяемых стройматериалов. Помимо известных преимуществ, таких как хорошие прочностные данные, устойчивость к износу, малый вес, антикоррозионность, стойкость к атмосферным и погодным перепадам, огнеупорность, долговечность, ПВХ еще и экономически очень эффективен.

Из поливинилхлорида выпускают, как уже было сказано ранее, разнообразные строительные профили: окна, двери, водостоки, отделочные материалы. ПВХ трубы для водопровода и канализации незаменимы при наружных работах.

В области медицины ПВХ применяется с середины 20 века и сфера его использования становится все больше. Изделия из полимера нашли применение для замещения стеклянных и резиновых материалов, подлежащих стерилизации, на одноразовые полимерные. ПВХ подошел для медизделий лучше других материалов, из-за своей химстойкости и безопасности даже для применения внутри организма, возможности переработки в изделия разных конструкций.

Рис.4. Поливинилхлоридные медицинские изделия

Поливинилхлорид применяют для изготовления таких медицинских изделий, как разнообразные сосуды; трубки и катетеры; лицевые маски, перчатки, шины; компоненты одноразовых шприцев; упаковки лекарств; детали медицинской техники и т.п.

Применение в других отраслях

Поливинилхлорид нашел большое применение в автомобильной отрасли, где является вместе с полипропиленом самым используемым полимером. Из него производят уплотнения, покрытия, шумоизоляционные детали, провода, детали интерьера и подкапотного пространства.

Из поливинилхлорида также выпускают ассортимент товаров для детей, в том числе новорожденных. Больше всего полимер применяется для изготовления игрушек, например куклы, мячи, бассейны, мягкие игрушки.

ПВХ применяется во многих товарах для дома, таких как мебели, линолеуме, присосках, ручках, а также при производстве спорттоваров, пластиковых карт, одежды, сумок и т.д.

Широкое применение получил полимер в производстве упаковки. Помимо пластифицированной и не пластифицированной пленки из него изготавливают бутылки для напитков. Широко распространена блистерная поливинилхлоридная упаковка.

Физические и химические свойства поливинилхлорида

Поливинилхлорид (ПВС) – синтетический полимер, мономерное звено – молекула хлорида этилена. Формула поливинилхлорида: (-CH2-CCl-)n, где n – это степень полимеризации.

Физические и химические свойства поливинилхлорида

Физические свойства ПВХ:

• Молекулярная масса: от 9 до 170 тысяч г/моль.
• Плотность: 1,35-1,43 г/см3.
• Температура плавления: 150-2200С.
• При повышении температуры свыше 110-1200С разлагается с выделением хлористого водорода.

Химические свойства ПВХ:

• Растворим в циклогексане, дихлорэтане.
• Набухает в ацетоне, бензоле.
• Не растворим в воде, спиртах.
• Не взаимодействует с кислотами, основаниями.

Получение поливинилхлорида

Как отмечалось ранее, мономерным звеном ПВХ является молекула хлорида этилена. Существует несколько основных методов синтеза ПВХ. Но 80% основного продукта получают способом «полимеризация в суспензии». Протекание этой реакции возможно благодаря тому, что винилхлорид не растворятся в воде.

Как все происходит? Сырье – винилхлорид, под давлением через трубочку диспергируют в реактор, заполненным водой. Получаются микрокапельки плавающие в воде. Затем смесь подогревают до необходимой температуры и вводят суспензию органического пероксида, который является инициатором реакции.

Реакция протекает с выделением тепла и соляной кислоты. Чтобы избежать протекания обратной реакции, которая все «разрушит», в систему вводят специальный стабилизатор. Он покрывает образовавшиеся частички защитной пленкой. Далее отделают частички от жидкости при помощи сита или центрифуги.

Разновидности поливинилхлорида

Выше расписан наиболее популярный способ получения поливинилхлорида, но существуют еще другие, например эмульсированный. В зависимости от метода получения поливинилхлорида, определяются и его свойства.

Так, суспензионный ПВХ обладает сравнительно узким молекулярно-массовым распределением, малой степенью разветвлённости молекул, отличается большей степенью чистоты. Для данного вида характерны высокие диэлектрические свойства, низкое водопоглощение, повышенная свето – и термостойкость.

Эмульсированный же образец имеет широкое молекулярно-массовое распределение, большое число примесей, характеризуется более худшими диэлектрическими показателями, низкой свето- и термостабильностью. Но при этом для него характерно более высокое водопоглощение.

Также существуют разновидности поливинилхлорида по пластичности:

• Жесткий, непластифицированный материал.
• Мягкий поливинилхлорид, пластифицированный.

Применение поливинилхлорида

ПВХ в медицине

Уже более полувека поливинилхлорид успешно применятся в медицине, причем уровень потребления данного материала с каждым годом только увеличивается.

Почему ПВХ стал так популярен в медицинской области? Потому что возникла необходимость заменить хрупкие стеклянные предметы, которые необходимо стерилизовать, на что-то более прочное и удобное в использовании. После долгих поисков возникла идея использовать ПВХ материалы для изготовлений «подмены». Поливинилхлорид для этих целей подошел очень хорошо, благодаря своим свойствам, и главным образом, химической стабильности. Товары, полученные из ПВХ, могут легко стерилизоваться, безопасны при использовании внутри человеческого тела, отвечают нормам по стойкости – не трескаются, не лопаются, не протекают. Здравоохранительная область, приняла материалы, полученные из поливинилхлорида, только после прохождения огромного количества тестов и полного убеждения в их безопасности для человека.

• Контейнеры для внутренних органов и крови.
• Катетеры и трубки для кормления.
• Хирургические маски и перчатки.
• Упаковки для таблеток.
• Приборы для измерения давления.

ПВХ в автомобилестроении

Еще одна не менее популярная область использования поливинилхлорида – это автомобилестроение. В данной сфере ПВХ применяется для производства покрытий, уплотняющих и изоляционных материалов, отделки салона.

Применение поливинилхлоридных материалов сделало современный транспорт не только более красивым, но и легким, и безопасным. ПВХ и другие применяемые полимеры, заменившие ранее используемые металлические детали, сделали транспорт более лёгким, снизив затраты на топливо. Поливинилхлорид используется для производства подушек безопасности, защитных накладок – всего того, что спасает пассажиров от травм.

ПВХ в строительстве

Поливинилхлорид используется и в строительстве. Его качества, такие как: механическая прочность, износостойкость, устойчивость к коррозии, погодным перепадам, химическому и ультрафиолетовому воздействию делают его просто незаменимым. Более того ПВХ огнеупорный материал – это свойство повышает пожарную безопасность объектов, построенных с использованием поливинилхлорида.

ПВХ не проводит электричество.

Какой самый распространённый пример использование ПВХ в строительстве? Конечно же, пластиковые окна. Из ПВХ изготавливают оконные профили, материалы для декоративной отделки и т.п.

ПВХ в других областях

Крепкий, износостойки поливинилхлорид применяется еще в одной области – в производстве детских игрушек. Куклы, мячи, любимые детками утята для ванн, надувные круги и много другое.

Если мы посмотрим вокруг себя, то обнаружим, что банковские карты выполнены из поливинилхлорида, мебель для дачи – из жёсткого ПВХ, напольные покрытия – из гибкого ПВХ.

Упаковка – это отдельная сфера использования поливинилхлорида. Упаковка для зубной пасты, шампуня, крема, корпус сотового телефона и т.п.

На долю упаковки идет следующее распределение:

• Пленка жёсткая – 51%.
• Бутылки – 35%.
• Пленка мягкая – 11%.
• Крышечки для бутылочек – 3%.

Недостатки поливинилхлорида

Можно выделить лишь один небольшой недостаток, присущий поливинилхлориду – при длительно нахождении на солнце может произойти фотодеструкция. В следствие чего материал станет хрупким и потеряет свою эластичность. Но как же из него делают оконные профили, спросите вы? Данный недостаток устраняется введением светопоглащающих красителей, которые теряют цвет сами, не давая лучам взаимодействовать с ПВХ.

Безопасность использования поливинилхлорида

Поливинилхлорид – слаботоксичное вещество. При разложении могут образовываться продукты, вызывающие раздражение дыхательных путей. Осевшая пыли ПВХ пожароопасна.

Каждый наверно слышал байки, о том, что ПВХ окна вредны, они убивают, отправляют людей. Но давайте вспомним о том моменте, что из поливинилхлоридных материалов производят кучу всего для медицины и что здравоохранение провело множество тестов прежде, чем убедилось в безопасности применяемых вещей. Так почему тогда, окна, выполненные из такого же материала, что и катетер, установленные в вене больного окажутся опасными? Тут все просто, окна могут быть опасными, они могут выделять вредные вещества, если выполнены из некачественных материалов, дешёвых, токсичных. Поэтому, материалы для отделки дома нужно закупать в сертифицированных организациях, а не где «дешевле», тогда и боятся не чего. Медицинский же персонал не покупает в дешёвых интернет-магазинах перчатки и маски, они обращаются к надежным поставщикам, производителям.

Пленка ПВХ расшифровка

Поливинилхлорид — (ПВХ, полихлорвинил, вестолит, хосталит, виннол, корвик, сикрон, джеон, ниппеон, сумилит, луковил, хелвик, норвик и др.) пластмасса белого цвета, термопластичный полимер винилхлорида. Отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. Не горит на воздухе, но обладает малой морозостойкостью (–15°С). Нагревостойкость — +65°С.

Химическая формула: [-CH2-CHCl-]_n.Международное обозначение — PVC.

Содержание

Физические свойства

Молекулярная масса 10-150 тыс.; Плотность — 1,35-1,43 г/см³. Температура стеклования 75-80 °С (для теплостойких марок до 105 °С), температура плавления — 150-220 °С. Трудногорюч. При температурах выше 110-120 °С склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl.

Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), ограниченно — в бензоле, ацетоне. Не растворяется в воде, спиртах, углеводородах; стоек в растворах щелочей, кислот, солей.

Предел прочности при растяжении — 40-60 МПа, при изгибе — 80-120 МПа. Удельное электрическое сопротивление — 10 12 — 10 13 Ом·м.

Устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, бензина, керосина, жиров, спиртов, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Получение

Получается суспензионной или эмульсионной полимеризацией винилхлорида, а также полимеризацией в массе.

Применение

Применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида, оконных профилей, линолеума, обувных пластикатов, мебельной кромки и т.д.

Безопасность

Основной проблемой, связанной с использованием ПВХ, является сложность его утилизации — при сжигании образуются высокотоксичные хлорорганические соединения.

По истечении 10-ти лет использования включается обратная реакция, то есть материал самостоятельно начинает выделять хлорорганические соединения в окружающую среду. Современные технологии создают способы блокирования этого свойства ПВХ, но они пока малоэффективны.

См. также

Ссылки

Литература

Химический Энциклопедический Словарь. Гл. ред. И.Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983 — 792 с.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «ПВХ» в других словарях:

ПВХ — поливинилхлорид хим. Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. ПВХ программа вычисления хода Источник: https://www.nedopc.org/forum/viewtopic.php?t=9089 ПВХ план видов характеристик … Словарь сокращений и аббревиатур

пвх — поливинилхлоридный Словарь русских синонимов. пвх сущ., кол во синонимов: 1 • поливинилхлоридный (1) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов

ПВХ — ПВХ, см. ПОЛИВИНИЛХЛОРИД … Научно-технический энциклопедический словарь

ПВХ — [пэвэх а], нескл., муж. и неизм. (сокр.: поливинилхлорид, поливинилхлоридный) … Русский орфографический словарь

ПВХ С — поливинилхлорид суспензионный хим. Источник: https://www.regnum.ru/expnews/227253.html … Словарь сокращений и аббревиатур

ПВХ — Поливинилхлорид (ПВХ) это материал, относящийся к группе термопластов (термопласты). Чистый ПВХ на 43% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% из связанного хлора, получаемого из поваренной соли. ПВХ выделяется в виде порошка. Множество … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

ПВХ — см. Поливинилхлорид … Естествознание. Энциклопедический словарь

ПВХ — поливинилхлорид … Словарь сокращений русского языка

ПВХ мембраны — полимерный гидроизоляционный материал на основе пластифицированного поливинилхлорида. Для придания ПВХ пластику необходимой гибкости в его состав вводят пластификаторы, а армирующая сетка из полиэстера придает необходимую прочность и предохраняет … Википедия

пвх-материалы — сущ., кол во синонимов: 1 • материал (306) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид (он же ПВХ, РVC, полихлорвинил, хосталит, луковил, норвик и пр.) – бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида; элементарные звенья в его макромолекуле соединены по типу «голова к хвосту». Имеет молекулярную формулу (С₂Н₃Cl)_n.

Структурная формула ПВХ представлена следующим образом:

Международный знак вторичной переработки:

Температура плавления, °C

Плотность, г/см 3

Отмечается, что ПВХ трудногорюч, а при температурах выше 110-120°C склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl.

Следует добавить, что хосталит растворяется в циклогексане, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане и ограниченно – в бензоле и ацетоне (набухает).

Поливинилхлорид не подвергается растворению в воде, спиртах, углеводородах (в том числе в бензине и керосине). Также он устойчив к действию кислот, щелочей, растворов солей, жиров и спиртов.

Что касается получения ПВХ, выделяют радикальную полимеризацию винилхлорида в массе, суспензии, эмульсии и растворе. Наибольшее распространение в промышленности на данный момент времени имеет суспензионный метод.

Для начала рассмотрим процесс производства поливинилхлорида с помощью полимеризации в массе.

В данном способе получения ПВХ в промышленности отмечается сложность отвода теплоты реакции. Условия теплоотвода ухудшаются вследствие того, что при увеличении степени превращения мономера постепенно исчезает жидкая фаза и образуются крупные агрегаты полимера. Это приводит к местным перегревам и получению неоднородного мономера. При таком условии полимеризацию винилхлорида можно осуществлять до степени конверсии мономера не выше 20 – 25%.

1 – автоклав предварительной полимеризации

2 – емкость винилхлорида

3 – автоклав – полимеризатор

5 – конденсатор регенерированного винилхлорида

8,12, 14, 18 – приемники поливинилхлорида

13 – автоматические весы

16 – воздушный фильтр

17 – барабанный питатель

В реактор – автоклав 1 подают инициатор (0,05 – 0,1% от массы мономера) и из емкости 2 через счетчик или весовой мерник загружают жидкий винилхлорид.

В рубашку реактора подают горячую воду для разогрева реакционной массы в течение 1 – 1,5 ч, затем при интенсивном перемешивании и отводе теплоты реакции проводят полимеризацию винилхлорида до 10%-ой степени конверсии при давлении 0,9-1,1Мпа. Образующуюся суспензию полимера в мономере сливают в реактор – автоклав 3, в котором ее смешивают с новой порцией мономера, инициатором, акцептором, акцептором хлористого водорода и другими добавками.

В реакторе – автоклаве, снабженном перемешивающим устройством с переменной частотой вращения, полимеризация продолжается до 60 – 85%-ой конверсии. Температура и давление поддерживаются регулированием температуры циркулирующей в рубашке воды. Продолжительность полимеризации 8 – 11ч. Незаполимеризовавшийся винилхлорид сдувается через фильтр 4 в конденсатор 5. Сконденсировавшийся винилхлорид стекает в емкость 2. Из автоклавов 1 и 3 перед их загрузкой тщательно удаляют воздух вакуумированием или продувкой азотом. Полученный ПВХ при помощи воздуха выгружается из реактора в виде пылевоздушной смеси в бункер – циклон 6, в котором он отделяется от воздуха и направляется на рассев. Порошкообразный поливинилхлорид проходит через грохот 7 и бункер – приемник 8, просеивается на сите 11, собирается в бункер – приемник 12 и поступает на упаковку.

Крупная фракция продукта из грохота 7 поступает в дробилку 10, в бункер – приемник 14, порошок с нестандартным размером частиц подается в мельницу 15. Просеянный продукт собирается в бункере – приемнике 18, откуда поступает непосредственно на упаковку.

При суспензионной полимеризации получают около 70% количества поливинилхлорида. Различают периодический процесс и полунепрерывный, их отличие состоит в аппаратурном оформлении.

Ниже представлена схема периодического процесса производства поливинилхлорида полимеризацией в суспензии:

1 – реактор – полимеризатор

2 – емкость для раствора стабилизатора

5 – дегазатор суспензии

6 сборник – усреднитель суспензии

10 – узел рассева порошка

В реактор – полимеризатор 1 загружают через счетчик и весовой мерник деминерализованную воду, раствор стабилизатора из емкости 2 (через фильтр 3) и раствор инициатора. Затем его продувают азотом и подают жидкий винилхлорид. После загрузки компонентов в рубашку реактора подают горячую воду для нагрева реакционной смеси. Полимеризация продолжается около 5 – 10 часов, конверсия мономера 80 – 90%. Не вступивший в реакцию винилхлорид сдувают, потом удаляют из реактора в газгольдер с последующей регенерацией. Суспензия ПВХ через коркоотделитель 4 поступает в аппарат 5 на дегазацию не вступившего в реакцию винилхлорида, хлороводорода и других примесей. Винилхлорид после регенерации возвращается на полимеризацию. Далее суспензию передают в сборник – усреднитель 6, там суспензию смешивают с суспензией после других операций и подают в центрифугу 7 для отделения полимера от водной фазы. Фильтрат поступает в систему очистки сточных вод. Порошкообразный полимер с влажностью 20 – 30 % подается в сушилку 8. При сушке в кипящем слое температура поступающего в камеру воздуха в камеру 115-120, температура в разных точках кипящего слоя 35 — 65°C. После сушки содержание влаги в полимере не должно превышать 0,3 – 0,5%. Затем порошкообразный ПВХ сжатым воздухом передается в бункер 9, а из него в узел 10. Готовый поливинилхлорид в виде порошка упаковывается в тару, а крупнозернистые фракции подвергаются размолу.

Суспензионный ПВХ обычно выпускается в виде однородного порошка белого или светло – желтого цвета с насыпной плотностью 450 – 600 кг/м 3 .

Рассматривая эмульсионную полимеризацию поливинилхлорида, можно отметить одну особенность: в данном способе используется инициатор, растворимый в воде, но нерастворимый в мономере. Этот факт обуславливает отличие механизма эмульсионной полимеризации от полимеризации в суспензии.

Технологический процесс получения эмульсионного поливинилхлорида по непрерывному способу состоит из стадий подготовки исходных компонентов, полимеризации винилхлорида, дегазации латекса, нейтрализации и стабилизации латекса, выделения ПВХ из латекса, расфасовки и упаковки материала.

На рисунке представлена схема процесса производства поливинилхлорида полимеризацией в эмульсии:

1 – аппарат для растворения эмульгатора

2, 5, 12 – фильтры

3 – сборник водной фазы

6 – дегазатор латекса

7 – сборник латекса

8 – растворитель соды

9 – сборник раствора соды

10 – емкость для стабилизации латекса

11 – вакуум – насос

В реактор 1 непрерывно поступают жидкий винилхлорид и водный раствор эмульгатора, инициатора и регулятора рН среды. В верхней секции реактора с помощью коротколопастной мешалки создается эмульсия мономера в воде. По мере движения эмульсии при температуре 40 — 60°C происходит полимеризация винилхлорида на 92-95%. Отвод тепла реакции осуществляется через рубашку, а отношение винилхлорида к водной фазе колеблется в пределах от 1 : 1 до 1 : 2.

Процесс полимеризации контролируется по плотности эмульсии и температуре реакционной смеси в автоклаве. При нормальной работе плотность равна 1120 кг/м 3 .

Латекс направляют через фильтр 5 в аппарат 6 на дегазацию. Остатки мономера из латекса удаляют путем вакуумирования.

Из дегазатора 6 латекс поступает в сборник 7, откуда перекачивается насосом в емкость 1- для стабилизации раствором соды. Стабилизированный латекс направляют на сушку в распылительный сушильный агрегат. Сухой продукт, содержащий не более 0,35% влаги, расфасовывают и упаковывают на специальной машине.

Следует отметить, что существенным недостатком эмульсионного ПВХ является высокое содержание примесей в полимере, что ограничивает его области применения.

Последний способ — получение ПВХ в растворе. Его проводят в среде органических растворителей в присутствии органических пероксидных и гидропероксидных инициаторов.

Такой вид полимеризации в промышленности применяют редко, ввиду продолжительности процесса, большого расхода растворителей и необходимости их регенерации.

Естественно, в зависимости от способа получения поливинилхлорида различают различные маркировки этого материала. Так, марки поливинилхлорида, полученного суспензионным методом, обозначаются как ПВХ-С, эмульсионным — ПВХ-Е, массовым — ПВХ-М. Последующие цифры для каждого способа производства имеют свое значение. Последняя буква, которая находится после цифр, указывает на возможное применение поливинилхлорида данной марки (буква М — мягкие изделия, Ж — жесткие изделия, П — пасты).

Рассмотрим несколько примеров маркировок для суспензионного ПВХ:

Смола ПВХ-С-7059-М — поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства следующих пластифицированных изделий: светотермостойкий кабельный пластикат, медицинский пластикат, пленочные материалы, искусственная кожа, высокопрочные трубы, специальный линолеум.

Смола ПВХ-С-6359-М — поливинилхлорид суспензионный, используется для производства пластифицированных и полужестких изделий общего назначения (искусственная кожа, пленка, линолеум) и листов спец. назначения.

Смола ПВХ-С-6768-М – поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства труб, профильно-погонажных изделий и прочих пластифицированных материалов (в основном это оконные конструкции).

Смола ПВХ-С-7058-М – поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства следующих пластифицированных изделий: светотермостойкий кабельный пластикат, медицинский пластикат, пленочные материалы, искусственная кожа, высокопрочные трубы, специальный линолеум.

Смола ПВХ-СИ-67 — поливинилхлорид суспензионный, используется для изготовления следующих изделий: жесткие и гибкие прессования, канализационные напорные и дренажные трубы, строительные и оконные профили, фитинги, тара, упаковка, подоконники.

Поливинилхлорид стал одним из самых широко используемым пластиков в мире (находится в тройке по популярности вместе с полиэтиленом и полипропиленом). Это обусловлено как его низкой ценой, так и высокими техническими характеристиками.

ПВХ-изделия нашли свое применение в строительстве. Так, в развитых странах они составляют больше половины от всех применяемых стройматериалов и встречается в обычной жизни как материал для производства окон, дверей, водостоков и различных отделочных материалов.

Не исключено применение поливинилхлорида и в области медицины, так как материал возможно использовать разово, что позволило исключить использование стеклянных и резиновых изделий, требующих стерилизации. ПВХ можно встретить в виде сосудов, трубок и катетеров, перчаток, шин, упаковки лекарство и др.

Также поливинилхлорид используют как уплотнитель в бытовых и профессиональных холодильниках. Это дало возможность применить магнитные затворы в виде намагниченных эластичных вставок, помещаемых в баллоне уплотнителя, вместо относительно сложных механических затворов.

Вдобавок ко всему, материал широко применяется в рекламе: для оформления витрин магазинов и торговых точек, создания рекламных баннеров и плакатов. Служит сырьём для производства различного рода продукции от грампластинок и плакатов до наклеек.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Поливинилхлориды различают по молекулярной массе, значению константы Фикентчера К либо по числу вязкости. Последние два основаны на относительной вязкости полимера в растворе и являются пропорциональными. Существует взаимосвязь между следующими характеристиками: константа Фикентчера ( ISO 1628-2 и DIN 53726), удельная вязкость, число вязкости J (DIN 53726-8), характеристическая вязкость (ASTM D 1234-T), показатель текучести расплава (ISO 1133 и ASTM В1238) и числовое и массовое распределение молекулярной массы. Константа Фикентчера (К) для ПВХ смол, используемых для получения термопластичных изделий, обчно имеет значение от 50 до 80, согласно DIN EN ISO 1628-2. Чем выше значение К, тем лучше механические и электрические свойства конечных изделий, однако высокие значения К говорят и о трудностях переработки непластифицированного ПВХ. В таблице 1 приведены значения К ПВХ смол для стандартных методов переработки.

Табл. 1. Области применения различных марок ПВХ

Э-эмульсионный; С-суспензионный; М-полученный в массе

Свойства и области применения напластифицированного ПВХ

Жесткий ПВХ является термопластичным материалом с высоким модулем эластичности, но низкой стойкостью к истиранию, ударопрочным при низких температурах с долговременной переменной усталостной прочностью. Рабочие температуры относительно низкие: кратковременные до 75 о С, длительные до 65 о С. Соответствующий подбор добавок гарантирует отличные электрические свойства, особенно при низких напряжения, в низкочастотном диапазоне. Высокие частоты приводят к нагреванию из-за высокого коэффициента электропотерь. Проницаемость ПВХ для воздуха, N₂, O₂ и CO₂ ниже, чем у полиолефинов, проницаемость водяного пара выше. При температурах до 60 о С жесткий ПВХ устойчив к действию большинства разбавленных и концентрированных кислот, кроме олеум содержащей серной кислоты. ПВХ устойчив к спиртам, бензину, минеральным маслам, жирам, эфирам, кетонам, хлорированным углеводородам, а в ароматических углеводородах ПВР растворяется либо набухает в различной степени. ПВХ устойчив к трещинообразованию. Соответственно стабилизированный ПВХ может использоваться вне помещений. Непластифицированный ПВХ физиологически нейтрален. Большинство изделий из ПВХ замедляют горение, даже без дополнительных добавок. Пламя затухает при удалении источника пламени. В зависимости от метода полимеризации ПВХ может быть просвечивающимся или прозрачным, он также легко окрашивается. Наполнители обычно используются для снижения стоимости, стекловолокно редко применяют для упрочнения ПВХ (смотри таблицу 2).

Табл. 2. Свойства наполненного жесткого ПВХ

Vicat-T — температура размягчения по Вика

В производстве труб и профилей из жесткого ПВХ добавляют 1-2% мелкозернистого мела (5-10 мкм) для улучшения перерабатываемости. Введение серы до 15% увеличивает ударную вязкость в 2 раза. Более 40% серы вводят в трубы и профили (трубы высокого давления, дренажные трубы) в зависимости от необходимой устойчивости к механическим напряжениям. Мел поглощает выделяющиеся кислоты и тем самым улучшает термостабильность. Каолин добавляют к пластифицированному ПВХ при производстве кабеля для улучшения объемного сопротивления. Силикаты увеличивают тиксотропию, а полученные изделия имеют матовую поверхность. Гидроксид алюминия улучшает устойчивость к горению. Прочность ПВХ с 5-12% модификатора ударопрочности примерно в 2 раза выше, чем у обычного ПВХ. Эластомеры эфира полиакриловой кислоты (ACM), хлорированный ПЭ и сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) при диспергировании в массе выступают в роли модификатора ударопрочности. ACM применяется как привитой сополимер либо в качестве сополимера с метилметакрилатом с содержанием акрилонитрила 60-90%. АСМ добавляют к ПВХ в количестве обычном для модификаторов: примерно 5-7%. В отличие от АСМ, хлорированный ПЭ и СЭВА до определенной степени являются чувствительными к сдвиговым нагрузкам. Поэтому ударопрочность при их применении зависит от режима переработки. Полиакрилаты, модифицированные полистиролом, используются для получения прозрачных изделий с улучшенной ударопрочностью.

Табл. 3. Сравнение свойств винилхлоридных полимеров и смесей

2. Пластифицированный (мягкий) поливинилхлорид (ПВХ-П)

Химическое строение

Форма поставки, переработка

Пластифицированный ПВХ, с добавками стабилизаторов, смазок и др., доступен для литья под давлением и раздувного формования в виде гранул, а для экструзии в виде сыпучего порошка. Порошковые смеси наносят обмакиванием или напылением в электростатическом поле. Пластифицированный ПВХ расплавляется при относительно низкой давлении, однако при литье под давлением нужно использовать максимальные температуры (170-200 о С). При переработке при более низких температурах, изделия не проявляют должных механических и электрических свойств, наблюдается неравномерная усадка, матовость поверхности. При резком охлаждении, например, холодная форма (температура 15-50 о С), результат будет аналогичным. Как и в случае с непластифицированным ПВХ, оборудование должно быть стойким к коррозии. Смолы, с твердостью Шора А 60-80 экструдируют при температуре расплава 120-165 о С, более твердые смолы требуют более высоких температур порядка 190 о С. Из ПВХ-П также получают полые изделия раздувным формованием и применяются обычные методы сварки, в том числе высокочастотная сварка для мешков и пакетов.

Пластификаторы

Таблице 4 представляет обзор основных первичных пластификаторов ПВХ и их характеристик. Фталевые пластификаторы (1-я группа), в основном универсальный ДОФ, составляют 65-70% всех пластификаторов. Для специфических целей применяют спирты с короткой цепью. Эфиры алифатических дикарбоновых кислот (2-я группа) в основном применяются в смеси со фталатами для улучшения низкотемпературной ударопрочности изделий из ПВХ. Эфиры фосфорной кислоты (3-я группа) наилучшим образом подходят для технических огнестойких изделий. Эфир алкилсульфоновой кислоты и карболовая кислота (группа 4), подобны ДОФ и имеют минимальную летучесть. Эти эфиры обеспечивают хорошую высокочастотную смачиваемость и атмосферостойкость, несмотря на пожелтение. Эфиры лимонной кислоты (группа 5) являются пластификаторами, предназначенными для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Тримеллитаты (группа 6) используются в изделиях, подвергаемых сильному длительному нагреванию. Эпоксидированные продукты (группа 7) добавляют к ПВХ-Х преимущественно из-за дополнительного стабилизирующего эффекта. Однако их использование в значительном количестве, может привести к выпотеванию. Полиэфирные пластификаторы (группа доступны в виде олигомерных и полимерных пластификаторов, обеспечивают широкий выбор этерифицирующих компонентов и диапазон молекулярных масс от 600 до 2000 г/моль. В дополнение к их низкой летучести, они отличаются высокой устойчивостью к экстракции жиров и масел.

Табл. 4. Пластификаторы для ПВХ

Рис. 1. Прочность при растяжении и удлинение при разрыве ПВХ-П при 23 о С, в зависимости от количества пластификатора: ДОФ (DOP), DOA, ТКФ (TCP), ДЦГФ (DCHP)

Применение и свойства

ПВХ-П содержит от 5 до 20% пластификатора. Низкое содержание пластификатора, которое не обеспечивает образование однородной структуры, вызывает увеличение хрупкости и снижение удлинения при разрыве (смотри рис.1). При увеличении содержания пластификатора ПВХ ведет себя как резина. Поэтому обычно ПВХ-П характеризуют твердостью по Шору А. При твердости по Шору А 96-60 материал рекомендован для экструзии, 85-65 — для выдувного формования, до 50 — для литья под давлением. Высоконаполненные смолы с твердостью по Шору А 85-70 для напольных и кабельных покрытий, проявляют более низкое растяжение при разрыве и меньшую гибкость при низких температурах, чем ненаполненные. Низкотемпературная хрупкость зависит от типа и количества пластификатора.

Табл. 5. Твердость ПВХ-П по Шору А и D

Применение

Литье под давлением: затворы, защитные колпаки, обувная подошва, велосипедные ручки, амортизаторы, сандалии.

Экструзия: трубы, тубы, перила, кордовая нить и покрытия проводов, изоляционные ленты и трубы.

Каландрование: листы, пленки (занавески для душа), настилы полов.

Раздувное формование: подлокотники в автомобилях, шары, мячи, тубы.

Бутыли полученные из ПВХ часто путают с бутылями из ПЭТ и при вторичной переработке возникают проблемы, так как температура переработки ПВХ ниже, чем у ПЭТ, и из ПВХ выделяется соляная кислота.

Гомополимер поливинилиденхлорида разлагается при температуре ниже температуры плавления, поэтому он промышленно практически не используется.

3. Винилхлорид: сополимеры и смеси

Табл. 6. Влияние сомономеров на свойства поливинилхлорида.

Модификаторы, в основном основанные на высокомолекулярных метилметакрилатных полимерах образует с ПВХ однофазную смесь, из которой получают прозрачные изделия. Они улучшают текучесть расплава и индекс Эриксена в области термоэластичности, так что ударопрочные и атмосферостойкие изделия можно получать в мягких условиях. Модификаторы, основанные на α-метилстироле/акрилонитриле и стироле/малеиновом ангидриде улучшают температуростойкость на 10-15К. Получают также смеси со следующими компонентами: АБС-пластик, ПЭ-Х, ПММА. Сравнение свойств смотри табл. 3.

ПВХ: секрет популярности

ПВХ – распространенный в производстве вид полимеров, также именуемый винилом. Его получает преимущественно полимеризацией соединения винилхлорида. Благодаря своим физическим свойствам и цене, используется в большинстве промышленных отраслей. На международном уровне обозначается как «PVC».

Это интересно! Поливинилхлорид был изобретен в 1835 году, но тогда формулу утратили, а к повторным исследованиям возвращались не раз. У вещества за всю его историю было четыре первооткрывателя. Это свидетельствует лишь о том, что винил – важный промышленный элемент, необходимый в современном мире.

Что такое пленка ПВХ?

Базовый продукт, из которого в дальнейшем производят большинство пластмассовых изделий, это пленка ПВХ. Она тонкая и прозрачная, но благодаря термопластичности, путем нагревания и моделирования, ей можно придать разные формы, цвет и даже изменить некоторые физические характеристики. Основные свойства винила:

• Низкая морозоустойчивость (деформации наблюдаются уже при -15°С);
• Неспособность к возгоранию на открытом воздухе;
• Пластичность;
• Устойчивость к воздействию неагрессивных кислот, щелочей, минералов и масел;
• Отсутствие цвета и выраженного запаха.

Помимо этого, плотность ПВХ пленки наделяет её особыми барьерными характеристиками. Она устойчива к погодным условиям, защищает от ультрафиолетового излучения. При добавлении модернизирующих веществ в состав молекулы поливинилхлорида, морозостойкая пленка ПВХ сможет выдерживать и более низкие температуры.

Вариации PVC материалов

Виниловые пленки как основную группу изделий из полимеризованного хлорвинила классифицируют по сферам применения:

• Для мембранно-вакуумного пресса: утолщенный пленочный материал используется для покрытия объёмных предметов с рельефной поверхностью. (Например, двери, декоративная мебель, столешницы)
• Для ламинации гладких поверхностей: пользуется спросом при обшивке больших нерельефных объектов прямой формы. Пленка ПВХ для МДФ и ДСП панелей отличается тонкостью. (Это может быть подоконник, внутренние стенки шкафов, продолговатые панели)
• Для обшивки погонажных изделий: приспособлены для ламинации предметов из любых органических и неорганических материалов, в том числе дерева, металла, хлорвинила. С добавлением акрила используется для обшивки оконных и дверных профилей, плинтусов.

Применение в быту

С появлением современных технологий PVC начали использовать не только в строительстве для отделочных работ, но и в легкой, и в пищевой промышленности. Изначально винил служил для производства труб и изоляции электрических проводов. Но так как он обладал универсальными свойствами и минимальной ценой, предприятиям было проще усовершенствовать материал под свой формат деятельности, чем искать что-то новое.

Это интересно! Таким образом появились первые грампластинки, ставшие популярным аналоговым носителем для звуковой информации.

На сегодняшний день, поливинилхлорид до сих пор является самым дешевым вариантом пластиков. Его можно найти и на мебельной обшивке в виде самоклеящейся пленки ПВХ, и на подошве туфель, и как натяжные потолки. Но это далеко не весь перечень товаров из винила.

Главной отличительной чертой этой разновидности пластмассы стала её невосприимчивость к большинству известных кислот, щелочей и масел. Это значит, что при загрязнении изделия из PVC, поверхность никак не пострадает, потому что его можно с легкостью отмыть без потери первоначального вида. Такое преимущество приметили производители обоев, грязезащитных ковриков и даже напольных покрытий (к примеру, линолеума). При мойке материал отторгает не только грязь, но и влагу, не давая изделию впитать её в себя и потерять форму. Пленка ПВХ для кухонных фасадов также не пропускает влагу или токсины к деревянному каркасу, защищая его от предварительного разрушения.

Последние 10 лет винил занял свою нишу и рекламной индустрии. Если раньше плакаты и листовки быстро теряли цвет, изнашивались, а текст стирался, то сегодня печать на ПВХ пленке полностью вытеснила другие формы широкоформатной полиграфии. Плакаты и баннеры защищены от пагубного воздействия ультрафиолетового излучения, от погодных условий, не промокают и не теряют цветовую гамму.

В текстильных изделиях среднего класса поливинилхлорид используется как дешевый заменитель натуральной кожи из-за внешнего сходства. Чаще всего это изготовление товаров кожгалантереи – обувь, сумки, ремни. Но особую популярность среди подростков приобретает обтягивающая виниловая одежда. Главным недостатком такого текстиля стала его неспособность переносить машинную или ручную стирку, а большинство химчисток не берутся и за сухую. Но хлорвиниловые товары и не требуют такою частой стирки, как трикотажные или шерстяные. Благодаря влагонепроницаемости, они не впитывают грязь, поэтому их можно просто протереть влажной салфеткой.

Важно! Все рабочие трикотажные перчатки с внутренней стороны ладони покрывают точечным рисунком из винила. Это препятствует скольжению рук мастера во время работы.

ПВХ пленка и пищевые продукты

Сегодня пластик распространен и в пищевой промышленности в качестве недорогого средства для транспортировки и хранения расфасованной продукции. PVC материалы не выделяют в окружающую среду токсичных компонентов, поэтому безвредны для продовольственных товаров. Пленка ПВХ для упаковки защищает пищу от ультрафиолета или попадания сторонних бактерий и микробов, выполняя барьерную функцию. Чаще всего для этого применяют тонкую прозрачную стретч пленку ПВХ, которая не имеет собственного запаха. Благодаря своей эластичной структуре она полностью обволакивает продукт, не оставляя воздушных зазоров. Это позволяет пище не портиться относительно дольше, но не обеспечивает долгосрочного хранения. Если ПЭТ материалы герметично изолируют товары от внешней среды, то хлорвинил – нет. Его гибкость и тягучесть не могут противостоять механическим повреждениям извне также хорошо. Но с функцией временного сохранения он справляется хорошо.

Ещё одним плюсом использования такого формата упаковки является её прозрачность. Это обеспечивает привлекательный вид товара для покупателя, который сразу может оценить его свежесть.

Внимание! Доказано, что покупатели в 87 случаях из 100 отдают предпочтение прозрачной пластиковой упаковке, а не дизайнерской с рисунком, полностью скрывающим внешний вид продукта.

Термопластик в окружающей среде

Как и другие виды пластмасс, данный полимер не расщепляется под действием кислот и щелочей. Ученые совершенствуют химический состав с каждым годом, из-за чего сопротивляемость пластика становится сильнее. Сегодня изобретено два метода утилизации PVC:

• Полное сгорание;
• Неполное сгорание.

В первом случае разложение пластика происходит без особых токсических выделений. От него остается только вода, хлор и углекислый газ. А во втором, самом популярном, варианте из-за неполноценного разрушения молекулы образуется ещё и токсичный угарный газ.

ПВХ привлекает потребителей и производителей дешевизной и универсальными свойствами. Материалу возможно придать желаемые характеристики и использовать во всех видах промышленности. Вред винила для окружающей среды значителен, но при правильной обработке и утилизации этого реально избежать.