Поливинилхлорид или ПВХ - современный синтетический полимер, относящийся к числу так называемых базовых полимеров. Он был впервые синтезирован еще в 1870 году, а с 1930 выпускается в промышленном масштабе. С 1912 года начались поиски возможностей промышленного выпуска ПВХ, а в 1931 году концерном "BASF" были выпущены первые тонны этого материала.

Поливинилхлорид относится к группе термопластов. Чистый ПВХ - это порошок, который на 43% состоит из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% из связанного хлора, получаемого из поваренной соли. Для производства листовых пластиков и оконного профиля в порошок добавляют стабилизаторы, пластификаторы, пигменты и вспомогательные добавки.

ПВХ пастики обладают достаточной механической прочностью и влагостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью: не растворяются в бензине и керосине, стойки к действию кислот и щелочей, имеют красивый внешний вид, легко подвергаются резке, формованию, сварке и склеиванию.
Поливинилхлорид (ПВХ) - универсальный термопластичный полимер, получаемый суспензионной полимеризацией винилхлорида.

ПВХ был одним из первых полимеров, получивших широкое коммерческое распространение, и на сегодня он является одним и самых популярных. Сегодня ПВХ занимает второе место после полиэтилена по потреблению среди синтетических полимеров.

ПВХ получают блочной (ПВХ-М), суспензионной (ПВХ-С) и эмульсионной (ПВХ-Е) полимеризацией. Его химическая формула: [-СН 2 -СНС1-]n.

Температура плавления ПВХ составляет 165-170 °С, однако при нагревании свыше 135 °С в нем начинаются процессы деструкции, сопровождающиеся отщеплением атомарного хлора с последующим образованием хлористого водорода, вызывающего интенсивную деструкцию макроцепей.

Разложение полимера сопровождается изменением его цвета от «слоновой кости» до вишнево-коричневого. Для предотвращения этого явления в ПВХ вводят комплекс стабилизаторов, из которых наиболее известны соединения свинца (оксиды, фосфиды, карбонаты), соли жирных кислот, меламин, производные мочевины.

В то же время большое содержание хлора делает ПВХ самозатухающим. ПВХ выпускается в виде порошков, гранул и пластизолей. В зависимости от степени пластификации ПВХ производится в виде винипласта и пластиката.

Винипласт — жесткий, практически не пластифицированный ПВХ, содержащий стабилизаторы и смазывающие добавки. При правильном подборе комплексов стабилизаторов температура деструкции поднимается до 180 - 220 °С, что допускает его переработку из расплава. Винипласт обладает высокими физическими свойствами (табл. 1.2), что делает его конструкционным материалом, широко применяемым в машиностроении и в строительстве (трубы, погонаж, фитинги, стеклопакеты и др.).

Винипласт имеет хорошую светостойкость, сваривается и склеивается. Нетоксичность ПВХ до 80 °С позволяет применять его в пищевой промышленности и медицине.

Пластикат представляет собой ПВХ, содержащий до 50 % пластификатора (фталаты, себацинаты, трикрезилфосфат и другие), что существенно облегчает его переработку в изделия и расширяет диапазон практического использования (пленки, шланги, искусственная кожа, линолеум, клеенки и др.).

В качестве сырья для ПВХ используют хлор - 57% и нефть - 43%. Таким образом, ПВХ меньше, чем другие базовые полимеры зависит от нефтяного сырья. Это играет очень важную роль в его ценообразовании. В процессе полимеризации молекулы мономера винилхлорида объединяются в длинные цепочки ПВХ. Получающийся ПВХ-гранулят тоже является, по сути, сырьем - к нему добавляют различные вещества для придания материалу самых разнообразных свойств.

Вначале винилхлорид получали из ацетилена, который в свою очередь получали из карбида кальция, метана и других углеводородов термоокислмтельным пиролизом или электрокрекингом. Мощность установок колебалась от 10 до 100 тыс. тонн в год. С развитием нефтехимии винилхлорид стали синтезировать из более дешевого этилена хлорированием с получением дихлорэтана и последующим пиролизом последнего, либо оксихлорированием, т.е. реакцией с соляной кислотой и кислородом. Экономика процесса существенно улучшается, если удается задействовать соляную кислоту, образующуюся в качестве побочного продукта получения изоцианатов: ТДИ и МДИ/ПИЦ.

Этиленовый способ не только эффективнее, но и существенно чище, поэтому в развитых странах установок, работающих по ацетиленовой технологии, не осталось. Маломощные ацетиленовые рудименты во множестве (около 70) сохраняются в Китае, а также в России (новомосковский «Азот», волгоградский «Химпром», «Усольехимпром» и дзержинский «Капролактам»). На волгоградском ОАО «Пласткард» применяется технологическая схема, позволяющая синтезировать крекингом пропан-бутановой смеси этилен и ацетилен без их предварительного выделения. Процесс получения винилхлорида из этилена реализован в Саянске по лицензии фирмы BF Go-odrich (США) и Стерлитамаке по российской технологии.

Как известно, хлор получают электролизом (главным образом, ртутным, гораздо реже диафрагменным, около 20% - мембранным, который уже в обозримом будущем вытеснит остальные методы) водного раствора каменной соли, запасы которой в природе практически неисчерпаемы.

В новых производствах, как правило, используют реакторы - полимеризаторы с объемом более 100 м 3 , хотя на заводах фирм Shin-Etsu, Formosa, Oxyvinyls, да и в том же Саянске установлены автоклавы гораздо больших объемов. Оптимальная мощность производства определяется рядом факторов: размером и структурой рынка, степенью интеграции цепочки хлор - каустик - дихлорэтан - винилхлорид - ПВХ, региональными традициями.

Поливинилхлорид производится в мире по трем видам технологии полимеризации: суспензионная (более 80% всего ПВХ), эмульсионная и блочная. Технология полимеризации в блоке развивается только одной французской фирмой Peshine Sant Gobain, которая и продает процесс по всему миру. В последние десятилетия интерес инвесторов к этому процессу упал несмотря на низкую себестоимость продукта, поскольку полимер имеет относительно узкое применение и сложно освободить его от остаточного винилхлорида. Эмульсионный ПВХ производится во всех регионах мира (в Европе распространен больше, чем в США и Японии). Полимер используется в основном в производстве мягких изделий, перерабатываемых через пасты.

Суспензионный полимер представлен практически во всех развитых и развивающихся странах. В Соединенных Штатах Америки доля суспензионного полимера составляет около 90 процентов всего ПВХ, в Японии еще выше — около 95 процентов. Полимер имеет широчайшее использование, перерабатывается практически всеми известными методами (экструзия, каландрирование, литье, экструзия с раздувом и соэкструзия и др.).

Поскольку суспензионный метод полимеризации является превалирующим в мире и задает общий тон развития ПВХ, остановимся более подробно на современных тенденциях этого процесса. Процесс получения суспензионного ПВХ состоит в следующем: в реактор-полимеризатор загружают воду, винилхлорид, инициаторы, стабилизаторы эмульсии, антиоксиданты, регуляторы рН и другие необходимые компоненты, проводят полимеризацию с получением суспензии полимера в воде, суспензию дегазируют, фильтруют, полимер высушивают и упаковывают для отправки потребителю. Полимеризация проводится периодическим способом, остальные стадии - непрерывно. Все попытки осуществить суспензионнуто полимеризацию непрерывным способом, что позволило бы примерно в 2 раза интенсифицировать стадию полимеризации, пока не привели к практической реализации процесса в промышленном масштабе из-за сложностей с коркообразованием в реакторах и неоднородностью качества получаемого полимера.

С открытием канцерогенности винилхлорида резко возросли поисковые исследования и инженерные разработки, которые привели к коренным изменениям в технологии суспензионного ПВХ для снижения выбросов мономера в окружающую среду. В результате к 80-м годам сложилась достаточно четкая технологическая схема получения суспензионного ПВХ, включающая на всех установках однотипные стадии и их аппаратурное оформление:

Реактор-полимеризатор «закрытого» типа объемом 70-200 м 3 из плакированной стали, оборудованный обратным конденсатором и очистным устройством с водой среднего и (или) высокого давления;

Емкостной дегазатор (один, два или три, работающие последовательно) и отпарная колонна дегазации суспензии с тарелками ситчатого типа;

Центрифуга отстойного типа (предпочтительно с отношением длины ротора к его диаметру ~3);

Двухкамерная сушилка «кипящего» слоя;

Винтовой компрессор рекуперации незаполимеризовавшегося винилхлорида;

Система управления технологическим процессом от компьютера, которая в 90-е годы стала базироваться на локальной микропроцессорной технике.

В последнее двадцатилетие ведущие западные разработчики технологии ПВХ и компонентов для его производства провели широкие исследовательские и поисковые работы, направленные на интенсификацию полимеризационного процесса и снижение материальных и энергетических затрат, что позволило значительно удешевить создание новых установок. Все эти достижения были реализованы в значительной степени за счет применения новых компонентов рецептурного формата технологии, включающего следующие агенты:

Эмульгирующая система на основе первичного и вторичного поливиниловых спиртов и (часто) эфиров целлюлозы, позволяющая осуществлять полимеризационный процесс по так называемому «горячему» методу загрузки реактора;

Инициирующая система на основе пероксидикарбонатов и несимметричных пе-роксиэфиров, обеспечивающая равномерное тепловыделение в реакторе и возможность максимального использования поверхности теплосъема реактора;

Антикоркообразователь в реакторе, позволяющий проводить до 500 операций полимеризации без вскрытия реактора для чистки внутренней поверхности от наростов полимера;

Антивспениватель в реакторе, обеспечивающий предотвращение образования «сухой» пены в реакторе и тем самым коркообразование на верхней сфере реактора и в обратном конденсаторе;

Ингибитор полимеризации и стоппер аварийных ситуаций;

Пеногаситель на дегазации;

Ингибитор на стадии рекуперации мономера.

Марочный ассортимент ПВХ сложился к 90-м годам и с тех пор не претерпел существенных изменений. В ассортименте присутствуют и крупнотоннажные марки ПВХ, предлагаемые на рынке практически всеми производителями, и специальные малотоннажные марки, производимые лишь отдельными фирмами в основном в развитых западных странах. Из новых марок, которые появились в последние двадцать лет, можно отметить марки суспензионного и эмульсионного ударопрочного ПВХ - привитого сополимера на анриловый эластомер, используемые в производстве оконных и других строительных профилей. Наметилась тенденция по снижению молекулярной массы ПВХ при производстве экструзионных и каландровых материалов, что позволяет повысить производительность и снизить энергозатраты при переработке ПВХ. В соответствии с потребностями на рынке появились марки ПВХ, отличающиеся от прежних пониженным на 1-2 единицы значением константы Фикентчера (Кф), являющейся характеристикой молекулярной массы ПВХ.

В марке ПВХ цифрами показывается значение константы Фикентчера, группу насыпной плотности и, если это необходимо, остаток на сите № 0063. Буквы после цифры указывают на рекомендуемую область применения (М - в мягкие изделия, Ж - в жесткие, С - средневязкие пасты). Например, ПВХ-6358 Ж означает: С - суспензионный, значение константы Фикентчера-3, группа насыпной плотности 5, то есть 0,45-0,60 г/см3, остаток на сите 8 %, рекомендуется для производства жестких изделий.

Сегодня в мире более 70% смол ПВХ производится методом суспензионной полимеризации. Таким способом получают ПВХ в виде порошка со средним диаметром частиц 100-200 мкм. Контролируя кинетику реакции с помощью специально подобранных инициаторов (желательно иметь возможность делать это на протяжении всего цикла), получают полимер определенной средней молекулярной массы, характеризующейся константой Фикентчера (числом К).

Поливинилхлорид (ПВХ) - универсальный термопластичный полимер, получаемый полимеризацией винилхлорида. Сырьем для производства винилхлорида являются поваренная соль и нефтепродукты.

ПВХ - продукт крупнотоннажного химического производства. Мировое потребление ПВХ около 25 млн. тонн в год. ПВХ имеет очень широкий спектр использования - сайдинги, элементы кровли, профили пластиковых окон, водопроводные трубы, грампластинки, кабельная продукция, декоративные и технические пленки и пластики, машиностроительные и электротехнические детали, текстильные и технические волокна, напольные покрытия, товары для спорта и отдыха, игрушки, медицинские изделия, тара и упаковка и многое другое.

Химическая формула поливинилхлорида: (-CH 2 -CHCl-) n . Пространственная структура молекулы ПВХ показана на схеме.

Международные краткие обозначения:

• RPVC, PVC-R, PVC-U, uPVC - непластифицированный, т.е. жесткий ПВХ, применяющийся в конструкционных целях,
• FPVC, PVC-F, PVC-P -пластифицированный, например - при помощи фталатов, применяющийся в кабельной промышленности, при изготовлении шлангов, линолеума, игрушек и т.п. и обладающий большей или меньшей эластичностью. Пластифицированные формы ПВХ легче поддаются литью и экструзии.

На рынке ПВХ продается под большим количеством фирменных названий.

Ориентировочные свойства ПВХ приведены в таблице.

Диапазон эксплуатационных температур изделий из ПВХ от - 50 до + 80 °С. Изделия из ПВХ хорошо противостоят внешним воздействиям. Подобно древесине поливинилхлорид гидрофилен, поэтому он хорошо совмещается с древесным наполнителем и пигментами.

Характер связей между элементарными звеньями допускает несколько вариантов построения молекулярной цепи, что на практике, при промышленном получении поливинилхлорида, приводит к малой регулярности (синдиотактичности) его макромолекул: в одной макромолекуле реализуются сразу несколько вариантов связей элементарных звеньев, регулярные последовательности элементарных звеньев не создаются и промышленные образцы имеют невысокую степень кристалличности.

Поливинилхлорид характеризуется очень широким молекулярно-массовым распределением (полидисперсностью). Степень полимеризации для различных фракций полимера одной и той же марки может изменяться в несколько десятков раз (от 100 до 2500).

Поливинилхлорид устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, промышленных газов (например, NO2, Cl2), бензина, керосина, жиров, спиртов. Нерастворим в собственном мономере. Ограничено растворим в бензоле, ацетоне. Растворим в дихлорэтане, циклогексаноне, хлор- и нитробензоле. Физиологически безвреден.

Чистый поливинилхлорид представляет собой роговидный материал, который трудно перерабатывается. Поэтому обычно его смешивают с пластификаторами. Свойства конечного продукта варьируются от жесткого до очень гибкого пластика в зависимости от процента добавленного пластификатора, который может достигать до 30% массы.

Свойства ПВХ можно модифицировать смешением его с другими полимерами или сополимерами. Так, ударная прочность повышается при смещении ПВХ с хлорированным полиэтиленом, хлорированным или сульфохлорированным бутилкаучуком, метилвинилпиридиновым или бутадиен-нитрильным каучуком, а также с сополимерами (стиро-акрилонитрил или бутадиен-стирол-акрилонитрил).

В зависимости от способа полимеризации ПВХ выпускается в трех различных формах:

• блочный,
• в виде суспензии,
• в виде эмульсии.

На основе поливинилхлорида получают:

• жесткие формы - винипласты,
• мягкие формы - пластикаты,
• пластизоли (пасты),
• поливинилхлоридное волокно.

Винипласт используется как жесткий конструкционный материал, применяемый в строительстве в виде погонажа, профилей, труб. Пластикат применяется для изготовления пленок, шлангов, клеенки, линолеума.

Условное обозначение отечественного эмульсионного поливинилхлорида, выпускаемого в соответствии с ГОСТ 14039-78 и представляющего собой продукт эмульсионной полимеризации винилхлорида, состоит из наименования продукта - ПВХ и следующих обозначений:

• способа полимеризации - Е (эмульсионная);
• способа переработки через пасты (для пастообразующих марок) - П;
• нижнего предела диапазона величины константы Фикентчера К, которая характеризует его молекулярную массу - первые две цифры;
• показателя насыпной плотности - третья цифра: 0 - не нормируется, 5 - от 0,45 до 0,60 г/см3;
• показателя остатка на сите с сеткой № 0063 - четвертая цифра: 0 - не нормируется; 2 - до 10%;
• применяемости эмульсионного поливинилхлорида: М – для переработки в пластифицированные изделия; Ж – для переработки в жесткие изделия; С – для переработки через средневязкие пасты.

После обозначения марки эмульсионного поливинилхлорида указывают сорт и ГОСТ.

Пример условного обозначения эмульсионного поливинилхлорида, изготовленного по способу эмульсионной полимеризации, с величиной К от 70 до 73, с насыпной плотностью от 0,45 до 0,60 г/см3, с ненормируемым остатком на сите с сеткой № 0063, для переработки в пластифицированные изделия, высшего сорта:
ПВХ-Е-7050-М, сорт высший ГОСТ 14039-78.

Пример условного обозначения эмульсионного поливинилхлорида, изготовленного по способу эмульсионной полимеризации, для переработки через пасты, с величиной К от 66 до 69, с ненормируемой насыпной плотностью, с остатком на сите с сеткой № 0063 – 5%, для переработки через средневязкие пасты, первого сорта:
ПВХ-ЕП-6602-С, сорт 1 ГОСТ 14039-78.

Условное обозначение отечественного суспензионного поливинилхлорида, выпускаемого в соответствии с ГОСТ 14332-78 и представляющего собой продукт суспензионной полимеризации винилхлорида, состоит из наименования продукта - ПВХ и следующих обозначений:

• способа полимеризации – С (суспензионная);
• нижнего предела диапазона величины константы Фикентчера К, которая характеризует его молекулярную массу К - первые две цифры;
• показателя насыпной плотности в г/см3 – третья цифра: 0 – без данных; 1 – (0,30-0,40); 2 – (0,35-0,45); 3 – (0,40-0,50); 4 – (0,40-0,65); 5 – (0,45-0,55); 6 – (0,50-0,60); 7 – (0,55-0,65); 8 – (0,60-0,70); 9 – более 0,65;
• показателя остатка после просева на сите с сеткой № 0063 в % – четвертая цифра: 0 – без данных; 1 – менее или равно 1; 2 – (1-10); 3 – (5-20); 4 – (10-50); 5 – (30-70); 6 – (50-90); 7 – (70-100); 8 – (80-100); 9 – (90-100);
• применяемости суспензионного поливинилхлорида: Ж – переработка без пластификаторов для (жестких изделий); М – переработка с пластификаторами (для пластифицированных изделий); У – переработка с пластификаторами или без них (для жестких, полужестких или пластифицированных изделий).

После обозначения марки суспензионного поливинилхлорида указывают сорт ГОСТ.

Пример условного обозначения суспензионного поливинилхлорида, изготовленного суспензионной полимеризацией, с величиной К от 70 до 73, с насыпной плотностью от 0,45 до 0,55 г/см3, с остатком после просева на сите с сеткой № 0063 – 90%, для изготовления пластифицированных изделий:
ПВХ-С-7059-М ГОСТ 14332-78.

Условное обозначение отечественного поливинилхлоридного пластиката, полученного переработкой поливинилхлоридной композиции в соответствии с ГОСТ 5960-72, предназначенного для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей, работающих в зависимости от марки пластиката и конструкции провода и кабеля в диапазоне температур от минус 60 до плюс 70 °С, а для пластиката марки ИТ-105 – до плюс 105 °С, имеет следующий вид.

• Первые две буквы в условном обозначении поливинилхлоридного пластиката типов И и ИО обозначают тип пластиката: И – изоляционный, ИО – изоляционный и для оболочек.
• Две первые цифры указывают морозостойкость пластиката.
• Две последующие цифры указывают порядок величины удельного объемного электрического сопротивления при 20°С.
• Для пластиката типа О (для оболочек) – первая буква обозначает тип пластиката, две последующие цифры указывают морозостойкость пластиката.
• Обозначение пластиката марки ИТ-105 (изоляционный термостойкий) состоит из букв, обозначающих тип пластиката, и последующих цифр, указывающих верхний предел рабочих температур пластиката.
• Условное обозначение пластиката, предназначенного для маслобензостойких оболочек – ОМБ-60.
• Условное обозначение пластиката, предназначенного для оболочек с низкой миграцией пластификатора в полиэтилен – ОНМ-50.
• Условное обозначение пластиката, предназначенного для оболочек с низким запахом – ОНЗ-40.
• Кроме того, в условном обозначении пластиката указывают его цвет, рецептуру и сорт.

Пример условного обозначения пластиката для маслобензостойких оболочек черного цвета, рецептуры М 317:
пластикат ОМБ-60, черный, рецептура М 317 ГОСТ 5960-72;

Пример условного обозначения пластиката изоляционного термостойкого марки ИТ-105 с верхним пределом рабочей температуры 105 °С, неокрашенного, рецептуры Т-50, высшего сорта:
пластикат ИТ-105, неокрашенный, рецептура Т-50, высшего сорта ГОСТ 5960-72.

Готовые компаунды на основе ПВХ для различных применений поставляются в гранулированной форме.

В производстве ДПК используется, как правило, жесткие непластифицированные формы ПВХ.

За рубежом существует много критиков поливинилхлоридов по причинам, связанным с экологией и безопасностью (использование хлора в производстве, возможности выделения хлора при переработке, эксплуатации и утилизации).

Доп. литература: Поливинилхлорид, Ульянов В.М. и др., изд. Химия, 1992 г.,

Поливинилхлорид (сокращенно ПВХ) — еще один искусственно синтезированный полимерный термопластичный материал. Существует несколько подходов к полимеризации, в ходе которых можно получить разные продукты, отличающиеся по своим свойствам.

Все виды поливинилхлоридных материалов можно разделить на два типа:
— непластифицированные ПВХ (обозначаются PVC-R, PVC-U, RPVC);
— пластифицированные ПВХ (PVC-F, PVC-P, FPVC).

Физические свойства поливинилхлорида следующие: это белый по цвету порошок, который не имеет запаха и вкуса. У ПВХ отличная прочность и ярко выраженные диэлектрические свойства. Химическая формула вещества — (-СН2-CHCl-)n , в которой n обозначает степень полимеризации.

У поливинилхлорида выраженная стойкость к растворению в воде, кислотах, щелочах, маслах, спиртах. Но этот материал можно растворить в эфире, ацетоне, хлорпроизводных углеводородов, ароматических растворителях.

ПВХ можно смешивать с пластификаторами (фталаты, фосфаты, себацинаты), окислителями и прочими веществами, так как он достаточно стойкий. Кроме этого, это вещество не поддерживает горения. ПВХ заслужил достойное внимание в стройке, так как его теплостойкость — одна из лучших в классе. А при сильном нагревании материал разлагается на ряд простых слагаемых.

Физико-химические свойства поливинилхлоридов следующие:
— материал самовоспламеняется только при резком увеличении температуры до 1100 С;
— температура простого воспламенения — 500 градусов, при этом вспышка достигает 624 С;
— плотность материала составляет 1,34 г/см3;
— плотность насыпного типа — 0,4-0,7 г/см3;
— температура стеклования — 70-80 С;
— температура разложения — 100-140 С.

Экологические показатели материала

У ПВХ практически отсутствует токсичность. Из негативных моментов воздействия стоит отметить раздражение дыхательной системы, а также слизистой глаз из-за этого материала. Поэтому государство установило его предельную концентрацию в воздухе помещения, которая составляет до 6 мг/м3.

Пыль ПВХ, которая осела на различные предметы, легко загорается. А если полимер нагреть до температуры более 150 °С, он разрушается на хлористый водород и окись углерода. Оба вещества являются крайне опасными для человека.

Поливинилхлорид по своим свойствам аморфный. Другие же характеристики материала зависят от способа его получения, который может быть суспензионным, эмульсионным и блочным.

Поливинилхлорид, полученный суспензионным методом (PVC-S) отличается узким молекулярно-массовым распределением, этот полимер не ветвится, он сравнительно чистый химически. По физическим свойствам отличается небольшим водопоглощением, отличной свето- и термостойкостью, оптимальными диэлектрическими свойствами.

У эмульсионного ПВХ (PVC-E) молекулярно-массовое распределение уже широкое, примесей в материале много, диэлектрические свойства значительно хуже, водопоглощение высокое, а свето- и термостойкость значительно уступают таковым у суспензионного ПВХ.

ПВХ может длительно эксплуатироваться при температуре не более 60 С. Что же касается нижних пределов, то для FPVC они составляют -60 С, а для RPVC -15 С. Стеклование у полимера происходит при температуре 70-105 С. Другие же характеристики сильно отличаются у разных материалов. В целом, можно сказать, что FPVC отличается высокой эластичностью, а RPVC — прочностью и жесткостью.

Суспензионные ПВХ отличаются своими диэлектрическими свойствами. Лучше, чем у них, они выражены у PP, PS и PE.

У непластифицированного пластика хорошая химическая индифферентность. Он не взаимодействует с бензином, промышленными маслами, щелочами и кислотами. Растворить вещество можно только при нагревании в хлорбензоле, дихлорэтане и тетрагидрофуране. Пластифицированный ПВХ имеет характеристики несколько похуже.

ПВХ имеет сравнительно недавнюю историю, так как его получили, как и все полимеры, в прошлом веке. Так, Бауман, воздействуя солнечным светом на винилхлорид, получил данный материал. А спустя время, в 1930 году, немецкие ученые начали промышленное производство ПВХ.

Поливинилхлорид входит в число базовых полимеров, то есть является крайне важным и незаменимым для промышленности и жизнедеятельности человека. Получают ПВХ из смеси хлора (около 57%) с нефтью (остальное количество).

Если быть точнее, поливинилхлорид получают из хлора (его добывают прямо на месте производства путем электролиза поваренной соли) взаимодействием с этиленом. Производство полимера осуществляется так: начинается получением хлора из раствора поваренной соли. Для этого на электроды подают электрический заряд, который разлагает вещество на хлор, водород и каустическую соду.

Параллельный процесс предполагает получение этилена из нефти. Это так называемый крекинг. Затем полученные хлор и этилен объединяют в одном реакторе. В ходе реакции получается промежуточный продукт дихлорид этилена. Его преобразуют в винилхлорид, который затем полимеризуют до получения конечного продукта. В итоге получается длинная полимерная цепь ПВХ, которая физически выглядит как гранулят. К нему добавляют различные добавки, чтобы получить материал тех свойств, что нужно. За счет того, что ПВХ может существовать в разных видах и формах, он широко применяется в быту и промышленности.

ПВХ — наиболее успешный коммерческий полимер. Таким он был ранее, начав применяться одним из первых, остался подобным и сейчас. Он на втором списке по востребованности из полимеров после полиэтилена. Необходимость в нем заключается в универсальности свойств материала, ведь его используют для производства медицинских изделий, игрушек, теплоизоляционных материалов, оконных рам и прочего оборудования.

Как уже упоминалось, ПВХ полимеризуют тремя способами:
— суспензионный;
— эмульсионный;
— блочный.

Суспензионное производство ПВХ заключается в вальцевании изделия, экструзии, литье под давлением и дальнейшем прессовании. Полученный таким образом поливинилхлорид производится для дальнейшего использования в мягких, полумягких и жестких изделиях из пластмасс.

Что же касается эмульсионного ПВХ, то для его переработки в изделия также используется литье под давлением, экструзия, вальцевание и прессование. Кроме того, из него можно получить мягкий продукт с помощью пластизоля.

Последний тип ПВХ перерабатывается методами вальцевания, прессования и экструзии.

Эмульсионный поливинилхлорид становится с каждым годом менее востребованным, так как это менее качественный продукт. Применяют его разве что для производства пластизоля. Суспензионный ПВХ наоборот увеличивает свою востребованность. Из него делают трубы, оконные рамы, листы, бутыли, пленку, прочие предметы и товары. На данный момент из суспензионного ПВХ делают до 80% изделий из поливинилхлорида.

Сферы применения ПВХ

Поливинилхлорид в медицине

В этой сфере опыт использования ПВХ колоссальный — более 50 лет. И с каждым годом востребованность в этом материале увеличивается. Изначально данный полимер начал применяться в изделиях медицинского назначения, когда остро появилась нужда заменить стекло и резину, которые приходилось постоянно стерилизовать, на одноразовые предметы. Идеальным веществом для их производства выявился поливинилхлорид, который отличается химической инертностью, стабильностью, безопасностью. Он прост в производстве, легко обрабатывается, из него можно сделать разные изделия. Медицинские предметы из ПВХ применяются даже внутри тела человека, настолько они безопасны. Они легко поддаются стерилизации, достаточно прочные и надежные.

Хоть полимеры заслужили себе не очень хорошую славу, ПВХ является безальтернативным материалом в медицине. И все здравоохранительные учреждения мира, проводящие исследования его безопасности, утверждают о безопасности и практичности поливинилхлорида.

Из ПВХ производят следующую медицинскую продукцию:
— емкости для сбора крови и транспортировки внутренних органов;
— трубки для кормления;
— катетеры;
— хирургические маски, перчатки, шины;
— упаковки для пилюль и таблеток;
— тонометры и т. д.

Почему же ПВХ является незаменимым и безальтернативным материалом для медиков? Причин тому несколько. Во-первых, вся медицинская продукция должна быть нетоксичной и соответствовать международным стандартам. Именно ПВХ среди других полимеров имеет разрешения Евросоюза и свидетельства абсолютной медицинской безопасности.

Следующий момент, который должен обязательно присутствовать в изделиях медицинского назначения — их абсолютная химическая стабильность. Контейнеры не должны изменять своих свойств под воздействием различных жидкостей, тем более, они не должны разрушаться или растворяться в них. Особенно это касается материалов, которые используются для сбора и переливания донорской крови. Они должны быть химически совместимы с ней.

Изделия из ПВХ могут быть достаточно прозрачными, если нужно — цветными. Кроме того, эти материалы обладают необходимой степенью прочности и гибкости при широком диапазоне температур и давлений. Поливинилхлорид отличается стойкостью к воздействию любых лекарственных веществ и легко переносит контакт с ними, не вступая в химические реакции. Из ПВХ можно сделать продукцию любого типа и формы, а именно жесткую, гибкую, мягкую и т. д.

Для медицинских материалов важной составляющей является их доступность. И ПВХ — лучший выбор по этому критерию, ведь это самый дешевый полимер.

ПВХ в транспортной индустрии

Поливинилхлорид не менее широко используется в изготовлении автомобильного транспорта. Наряду с полипропиленом он является самым востребованным полимерным материалом.

Так, из поливинилхлорида делают уплотнители для различных автомобильных деталей, покрытия, изоляцию для проводов, используют его в оформлении салона, приборных панелей, автомобильных дверей, подлокотников и т. д.

ПВХ — долговечный материал, поэтому те автомобили, в которых он используется, имеют гораздо больший срок эксплуатации. Так, до применения поливинилхлорида авто эксплуатировались около 11 лет, сейчас же средний срок составляет 17 лет. А это значит, что если автомобиль прослужит дольше, то будет меньше потребностей в производстве новых, что положительно отражается на экономии ресурсов и экологической ситуации.

ПВХ имеет еще одно несомненное преимущество для применения в автомобилестроении. Он облегчает массу автомобиля, не снижая при этом его прочность, что позволяет уменьшить расход топлива.

Благодаря применению поливинилхлорида автомобили стали более безопасными, так как его используют для создания защитных обшивок, подушек безопасности. А за счет того, что ПВХ стойкий к воздействию огня, это с еще одной стороны увеличивает безопасность водителя и пассажиров при эксплуатации автомобиля.

ПВХ — материал, которому можно придать любую форму и внешний вид, поэтому он активно применяется в дизайне автомобилей. После того, как для отделки салона начал использоваться поливинилхлорид, автомобили стали более комфортными, привлекательными, респектабельными. Современные ПВХ настолько совершенные, что могут имитировать натуральную кожу и быть практически идентичными по свойствам и внешнему виду ей. Этот материал обладает активными шумоизоляционными свойствами.

Итак, применение ПВХ при производстве автомобилей позволяет удешевить производство, сохранив при этом по максимуму качество.

В среднем, современный автомобиль, эксплуатируемый в Западной Европе, имеет в себе около 16 кг поливинилхлорида. Если посчитать, сколько стоит ПВХ, какова цена на авто и стоимость его производства, выходит сумма оценки ПВХ, используемого в авто Западной Европы, в 800 млн евро ежегодно. Если посчитать сумму ПВХ на автостроение по всему миру, то она будет составлять не менее 2,5 млрд евро, что говорит о востребованности и перспективности этого материала.

Использование ПВХ в строительстве

Поливинилхлорид — самый востребованный и популярный полимер в строительной индустрии. Так, в Европе более 50% всех строительных материалов составляет ПВХ, а в США — более 60%. Это обусловлено его преимуществами, которые кроме ПВХ имеют частично дерево и глина.

Итак, строительные ПВХ имеют следующие преимущества:
— высокая прочность;
— износоустойчивость;
— легкость;
— стойкость к коррозии;
— жесткость;
— возможность эксплуатации в любых погодных условиях;
— огнеупорность.

ПВХ не горит сам по себе. Как только действие огня прекращается, горение и тление материала немедленно устраняется. А это значит, что использование этого вещества позволяет существенно повысить пожарную безопасность помещения. ПВХ применяется и для изоляции электрических проводов, так как не проводит ток.

ПВХ — очень долговечный материал, который может прослужить десятилетия. Именно поэтому его выбирают для возведения долгосрочных конструкций. Так, трубы из ПВХ могут прослужить около 40 лет, а сейчас создаются материалы, способные выдержать и столетнюю эксплуатацию. Те же самые эксплуатационные характеристики имеют оконные рамы и другие изделия.

ПВХ для строительства также является дешевым материалом, чем выгодно отличается на фоне конкурентов. Изделия из него легче, чем из железа, бетона, а прочность их не уступает. А это значит, что ПВХ выгоднее использовать, ведь он легче, поэтому на его установку и эксплуатацию потратится меньше средств, энергии, топлива. Более того, материал значительно длительнее эксплуатируется, чем дерево и железо, что также наводит на мысль об экономии.

ПВХ в игрушках

Из поливинилхлорида производят множество детских игрушек. Так, из него делают такие изделия: куклы, игрушки для водных игр, мячи, бассейны и так далее. Как правило, ни одну мягкую игрушку не производят без использования поливинилхлорида. Это еще раз говорит о безопасности материала, ведь он может контактировать с детьми, не причиняя им вред.

ПВХ и потребительские товары

ПВХ используется не только для медицинских изделий, игрушек, автомобилей и строительных товаров, но имеет и более широкое применение. Его можно встретить практически во всех предметах быта. А это мебель, линолеум, обувь, спортивный инвентарь, кредитные карточки, одежда, рюкзаки, сумки и прочие изделия.

Упаковка из ПВХ

Одной из самых глобальных сфер, где используется ПВХ, является производство упаковки. Так, только лишь в Европе ежегодно производится 250 тыс. тонн этого материала для упаковочных материалов. А это и жесткая, и гибка пленка, бутылки с крышками для них, прочие изделия. Таким образом, ПВХ — крайне востребованный полимер.

Поливинилхлорид (ПВХ) – синтетический современный базовый полимер. Это твердое белое вещество, представляющие из себя сыпучий, капиллярный, пористый, хорошо перерабатывающийся порошок (частицы размером 100-200 мкм), который получают с помощью полимеризации винилхлорида в массе, эмульсии или суспензии. По разнообразию способов применения и переработки поливинилхлорид опережает все другие искусственные материалы.

Поливинилхлорид (ПВХ) вырабатывается двух видов:

• твердый, не пластифицированный (PVC-U) - винипласт (без пластификаторов)
• мягкий, пластифицированный (PVC-P) - пластикат (с пластификаторами)

ВИНИПЛАСТ

Это жесткий, не пластифицированный листовой поливинилхлорид, содержащий смазывающие добавки (для облегчения переработки) и стабилизаторы (для предотвращения разрушения при эксплуатации и переработке). Изредка в состав винипласта вводятся модификаторы (улучшающие некоторые физические свойства), наполнители (снижающие стоимость; изменяющие физико-механические свойства) и красители (для получения цветных изделий).

Получают путем смешения в смесителях различного типа составляющих частей. После этого смесь или сразу перерабатывают в изделия или сначала получают из нее полуфабрикаты - таблетки, гранулы или в виде листов.

На способ переработки винипласта влияет вид получаемого изделия:

1. пленочный винипласт получается при каландрирование провальцованной массы
2. гладкие листы получаются путем прессования пакетов (собранных из пленки) на гидравлических этажных прессах
3. различные мелкие изделия - путем литья гранул (под давлением) на литьевых машинах или прессованием порошкообразной массы или таблеток на гидравлических вертикальных прессах
4. волнистые листы, специализированные изделия и трубы - путем выжимания из гранул на специальных шнековых установках
5. крупные сложные изделия - на формовочных машинах (вакуумное формованием из листов)

Непрозрачный термопластичный материал без запаха, который не горит и хорошо поддается разным способам обработки на простых станках. Он хорошо сваривается при помощи сварочного прутка и легко склеивается любым видом клея, приготовленным на основе перхлорвинила или поливинилхлорида; полученные прочные соединения с легкостью поддаются последующей механической обработке. Винипласт приклеивается к деревянным, бетонным и металлическим поверхностям. Это прекрасный диэлектрик. Винипласт имеет высокую химическую стойкость и в промышленности используется для транспортировки и хранения агрессивных газов и жидкостей, для обеспечения защиты металлической аппаратуры (электролизных ванн), для производства воздуховодов, вентиляторов, лабораторной и химической аппаратуры. Винипласт, благодаря своим высоким физическим свойствам, является конструкционным материалом, который широко применяется в строительстве (стеклопакеты, трубы, фитинги, погонаж и др.) и машиностроении. Винипласт не растворяется в этиловом, метиловом спирте, глицерине, высших и алифатических многочисленных алкоголях, растительных и смазочных маслах, алифотических углеводородах.

ПЛАСТИКАТ

Это эластичный поливинилхлорид, содержащий до пятидесяти процентов пластификатора (себацинаты, фталаты, трикрезилфосфат и др.), а это значительно упрощает его переработку в различные изделия и делает шире диапазон его практического применения (пленка, клеенка, шланги, линолеум, искусственная кожа и др.).

Как правило пластикат содержит (в массовых долях): полимер- 100, пластификатор - 5-20, стабилизатор -2-5 и иногда краситель - 0,1-3. Окрашенный или неокрашенный, он выпускается в виде пленок, лент, гранул, листов и т.д.

Перерабатывается пластикат тремя способами:

1. каландрование или литье под давлением - применяется для уплотнения листов и выравнивания их поверхности
2. вальцевание - при нем, вращающиеся в противоположные стороны, валки захватывают жгуты и слои ПВХ, создавая повышенные температуру и давление в зоне вальцов, затем их деформируют и склеивают (термически). В результате всего этого смола пвх вальцуется с пленкой из винипласта или другим вторичным или остаточным сырьем поливинилхлорида, которое остается после процесса экструзии пленки. Вальцовка помогает непрерывному деформированию и ориентировке волокон поливинилхлорида вдоль направления вальцевания, а это придает ей улучшение механических качеств.
3. экструзией - когда мола пвх пропускается с предварительным разогревом через экструдер и получаются листы, прутки, гранулы.

Пластикаты листовые служат для защиты промышленных помещений и химических объектов, для покрытия транспорта, спец. оборудования и сооружений, связанных с радиацией (свалки, полигоны для отходов, АЭС, транспорт); для защиты от коррозии конструкций из металла, электролизных травильных ванн. Также пластикат используется как прокладочный и трудногорючий материал. Он - влагонепроницаемый; атмосферо-, масло-, бензо- и огнестойкий; не реагирует на действие щелочей и кислот. Толщина от 1 до 6мм.

И пластикат , по химическому составу, являются термопластами и при повышении температуры обладают быстрым снижением своих механических свойств. Это обусловлено тем, что их молекулярное строение - линейное и молекулы друг с другом имеют малую связь, которая снижается при нагревании. Поливинилхлорид подлежит пятикратной переработке и при этом не теряет своих эксплуатационных качеств.

Винипласт

Винипласт - продукт переработки поливинилхлорида, содержащего следующие добавки:

• термостабилизаторы (соединения олова, свинца, соли и оксиды щелочных металлов, а также иногда органические фосфиты, антиоксиданты фенольного типа, эпоксидированные масла);
• светостабилизаторы (производные бензофенонов, кумаринов, Ti, сажа и др.);
• смазки (воски, парафины, вводятся для улучшения текучести расплава);
• минеральные наполнители;
• пигменты или красители;
• эластомер (для повышения ударной вязкости).

Полученная композиция перемешивается в смесителях и перерабатывается на вальцах или в экструдерах.

Винипласт выпускают в виде плит, листов, труб, профильно-погонажных изделий, а также в форме гранул, из которых литьем под давлением или экструзией формуют различные изделия. Винипласт хорошо поддается механической обработке, склеивается и сваривается. Его используют как коррозийностойкий конструкционный материал для изготовления воздуховодов, труб, фитингов, химической аппаратуры. Также из винипласта изготавливают плинтусы, подоконники, оконные и дверные профили и другие строительные детали. Прозрачный винипласт используется для производства бутылок, сосудов, флаконов, а также объёмной тары для пищевых продуктов.

Пластикат

Пластикат - продукт переработки поливинилхлорида. Кроме компонентов, применяемых при получении винипласта, пластикат содержит пластификатор (эфиры хлорированных парафинов, фосфорной или адипиновой кислот). Пластификатор снижает температуру стеклования ПВХ, что в свою очередь повышает относительное удлинение материала, снижает его хрупкость и облегчает переработку композиции.

Но одновременно с этим снижается химическая стойкость, диэлектрические и прочностные показатели. Пластикат перерабатывают в основном в виде пластизолей и паст; выпускают в форме гранул, плёнок, лент, листов.

Используют пластикат главным образом для производства изоляции и оболочек для кабелей и электропроводов, для изготовления плиток для полов, линолеума, шлангов, профильно-погонажных изделий, материалов для обивки мебели и облицовки стен, искусственной кожи. Гибкие прозрачные трубки из мягкого ПВХ используют для переливания крови и в системах жизнеобеспечения.

Поливинилхлорид с повышенной теплостойкостью используют для производства ПВХ-волокна.

ПВХ-волокно - синтетическое волокно, формируемое из растворов ПВХ или его производных. Характеризуется крайне низкой тепло- и электропроводностью, огнестойкостью, устойчивостью ко многим химическим реагентам. Из ПВХ-волокна изготавливают негорючие и фильтровальные драпировочные ткани, нетканые материалы, спецодежду, теплоизоляционные материалы.

Поливинилхлорид входит в число наиболее распространённых крупнотоннажных полимеров. По объёму производства в мире занимает третье место после полиэтилена и полипропилена. Используя композиции на основе ПВХ, получают гибкие, жёсткие, полужёсткие изделия и материалы, которые используются в медицине, строительстве, упаковке и т. д.

Применение поливинилхлорида

Главным потребителем ПВХ является строительный сектор. Наряду с прочностью, износоустойчивостью, устойчивостью к коррозии, погодному, температурному и химическому воздействию, ПВХ обладает важным преимуществом перед другими полимерными материалами - прекрасной огнестойкостью. Из-за высокого содержания хлора он с трудом поддается возгоранию и прекращает тлеть и гореть при устранении внешнего источника огня. Материалы из ПВХ весьма долговечны, большинство оконных рам, труб и облицовочных панелей имеют срок службы до 40 лет.

Также ПВХ широко применяется в производстве потребительских изделий и игрушек. Кроме того, ПВХ остается самым популярным полимером для использования в медицине, благодаря инертности, химической стабильности, возможности стерилизации.