Поливинилхлорид: химический состав, свойства и сферы применения.

Поливинилхлорид является полимером общетехнического назначения, представителем группы галогенпроизводных углеводородов и наиболее многотоннажным полимером. В рейтинге производственных объемов ПВХ пластикам принадлежит почетное второе место (первую позицию занимают полиолефины). В составе сырья, используемого для производства поливинилхлорида, большую часть (57%) составляет хлор. Его мировые запасы в виде поваренной соли практически неограниченны. Остальные 43% - это продукты нефтепереработки. В связи с этим PolyvinylChloride считается единственным крупнотоннажный полимером, который менее других зависит от рынка нефти, «славящегося» своей нестабильностью и постоянным удорожанием сырья и продуктов.

С точки зрения защиты окружающей среды изготовление ПВХ также является достаточно щадящим, ведь в нем используется меньше трети (около 30%) всего хлора, который производится как побочный продукт. Производители пластмассы входят в число главных потребителей карбоната кальция, используя более 50% всего производимого продукта. Карбонат кальция- неотъемлемая часть производства не только полихлоридвинила, но и лавсана, кримплена и других полиэфирных волокон, полиолефинов, где его используют как краситель и наполнитель. Данный пластичный материал находит широкое применение при изготовлении заготовки профиля окна, лицевых панелей бытовой техники.

Используемое в международной практике обозначение термопласта ПВХ - PVC, его химическая формула -CH2-CHCl-. Существуют три метода, с помощью которых осуществляется полимеризация винилхлорида. Чаще всего (80% общего производства) используют суспензионный, остальные 20% примерно поровну распределяются между блочным (массовым) и эмульсионным. Объединение элементарных звеньев винилхлорида в м.м. происходит исключительно по типу «голова к хвосту». Поливинилхлорид относится к практически аморфным полимерам, что проистекает из значительной жесткости цепи с большим сегментом молекулы. Таким свойствам, как химическая стойкость, самозатухание, негорючесть, полярность, повышенная прочность, пластик PVC обязан значительным физико-механическим силам межмолекулярного сцепления, присутствию электроотрицательного хлора.

Показатели нагревостойкости пвх: 65°C; температуры плавления: 150-220°C; температуры стеклования: 78°C (если относится к теплостойким маркам, то увеличивается до 105°C). Если температура среды составляет 115°C, начинает разлагаться, побочным продуктом при этом является хлористый водород HCl. В процессе сжигания PVC выделяются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, к примеру, канцероген диоксин. В связи с этим поливинилхлорид довольно тяжело утилизировать, и это главная проблема его использования. На воздухе ПВХ не горит; морозостойкость невысокая (-15°C). Показатели удельного электрического сопротивления - 1012-1013 Ом•м, молекулярной массы - 9-170 тыс.; плотности - 1,35-1,43 г/см³. При растяжении предел прочности составляет 45 МПа, при изгибе - 80-120 МПа. Тангенс угла потерь - в диапазоне 0,01-0,05. Ультрафиолет приводит к потере прочностных характеристик и эластичности- это явление носит название- фотодеструкция. Для снижения этого ультрафиолетового эффекта в состав вводят светопоглощающие красители МЕЛ, КАРБОНАТЫ, которые тормозят процесс «отбеливания».

Международный универсальный код переработки: #3 PVC

Поливинилхлоридный состав химически стоек к целому ряду веществ, среди которых влага (не может растворяться не только в воде, но и в растворителях, в мономере), слабые и сильные растворители и кислоты, смазочные минеральные масла, растворы бензина, керосина, солей, спиртов, жиров, щелочи. Это обуславливает его применение в быту, из него делают окна и двери, панели и уголки. Растворяется в процессе нагревания в таких веществах, как циклогексанон, хлорированные углеводороды, дихлорэтан, диметилформамид (ДМФА), тетрагидрофуран (ТГФ), в более ограниченной степени- в ацетоне, бензоле.

Из истории создания ПВХ

В лабораторных условиях поливинилхлорид впервые получили в 1872 г., и заслуга в этом принадлежит Е. Бауману. Тогда этот материал, которому впоследствии предстояло завоевать весь мир, представлял собой порошковый осадок белого цвета. К продукту полимеризации винилхлорида, его детальному исследованию впервые обратились в 1878 г. Промышленный способ получения винилхлорида, сырьем для которого служили хлористый водород и ацетилен, изобрел представитель компании Chemische Fabrik Griesheim-Electron (CFGE), немецкий ученый Фриц Клатте. Им же был зарегистрирован первый патент на производство поливинилхлорида; произошло это в 1912 г. Ученый полагал, что Polyvinyl chloride, который плохо воспламеняется, станет хорошей альтернативой целлулоиду, воспламеняющемуся, наоборот, очень легко.

Из-за Первой мировой войны Клатту не удалось провести полномасштабное исследование качеств ПВХ и определить все сферы его возможного применения, были приостановлены производственные процессы. Однако именно за Фрицем Клатте закрепился вполне заслуженный им статус основоположника промышленного производства поливинилхлорида. В 1926 г. винилхлорилд благодаря разработкам компания Union Carbide стал участвовать в новом процессе, в котором также использовались гидроксид натрия и этилен дихлорида.

Изготавливать поливинилхлориды в огромных, производственных масштабах впервые начали в Германии. Примерно в это же время, т.е. в тридцатые годы, Англия и США проводили в этой сфере собственные, и довольно результативные, работы. С окончанием Второй мировой войны популярность ПВХ началась неуклонно расти, превратив его в самый массовый материал с широким диапазоном возможностей использования.

Сферы применения поливинилхлорида

Поливинилхлорид- полимер с универсальными свойствами. Вариативность способов получения, используемых рецептур и технологий переработки позволяет получать материалы и изделия самого широкого ассортимента, обладающие разными качествами, в частности, непрозрачностью и прозрачностью, мягкостью и жесткостью.

Высокая механическая прочность, стойкость к стиранию и низким температурам, к воздействию влаги, незначительное относительное удлинение - все эти качества дают основание считать ПВХ конструкционным материалом для лицевых панелей, окон и дверей. Использование его в промышленности и электротехнике связано с хорошими электроизоляционными свойствами (является диэлектриком).

Такой универсальный материал, как polyvinylchloride, в качестве химического сырья находит широкое применение в производстве конструкционных изделий, кабельной электроизоляции, гофрированных трубопроводов, листов, труб (чаще всего в этих целях используется хлорированный полихлоридвинил), фитингов, покрытий для пола (линолеум), гибких шлангов, футеровки химических реакторов и трубопроводов, пенопластов, покрытий для пола, огромного количества (более тысячи) разновидностей защитных и декоративных покрытий, упаковок.

Из химсырья ПВХ делают пенополивинилхлорид, поливинилхлоридное волокно, мебельную кромку, обувные пластикаты, профили окон и дверей, пленки различной степени жесткости (в том числе для натяжных потолков), грампластинки, медицинские трубки и эротическую одежду, капельницы.

В бытовых холодильниках и стиральных машинах поливинилхлоридные вставки применяется в качестве уплотнителя, замещающего механические затворы. Благодаря этому стали использоваться эластичные намагниченные вставки-затворы, которые располагают в баллоне уплотнителя. ПВХ часто используют в пиротехнических изделиях: там он выступает в роли донора хлора, с помощью которого делают цветные огни.

Еще одной сферой применения поливинилхлорида является изготовление одежды и аксессуаров: из него делают блестящую и гладкую ткань, похожую на кожу. Сшитая из нее одежда особенно популярна у представителей субкультур, в частности, у готов, поклонников сексуальных фетишей и альтернативной моды, при изготовлении наклеек для Proximity карт и плавательных очков.

Основная проблема, связана с утилизацией данного продукта- при неполном сгорании pvc образуются в сжигаемом объёме высокотоксичные хлорорганические соединения- канцерогены. Их отравляющее действие характеризуется сильнодействующими в раковом направлении веществами: фосгеном и диоксинами. Хотя стоит оговориться, что в целом компоненты безвредны для человека и окружающей среды при нормальных условиях. Пластик не выделяет в окружающее пространство опасные для здоровья вещества!