Винилхлоридные пластики - суспензионный пвх. Поливинилхлорид (ПВХ): основные свойства и применение Виды пластиковых труб: знакомимся, кто есть кто

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) [-СН 2 -СНСl-] n – это высокомолекулярный хлорсодержащий , элементарные звенья в макромолекуле которого в основном соединены по типу «голова к хвосту».

Поливинилхлорид является с температурой стеклования 70-80 °С и температурой вязкого течения 150-200 °С в зависимости от . Степень полимеризации ПВХ промышленных марок колеблется от 400 до 1500 .

Свойства и назначение поливинилхлорида в значительной мере определяются способом его получения. Свойства ПВХ также можно изменять путем химической модификации. Доступность исходного сырья (), относительно несложные методы получения, ценные технические свойства обусловили быстрый рост и большие масштабы его производства.

Пластические массы на основе поливинилхлорида нашли широкое применение в электротехнической и химической промышленности, в строительстве, а также в других областях техники и в быту.

Краткий исторический очерк

В 1835 г. Реньо обнаружил способность газообразного винилхлорида под действием света превращаться в порошок. В 1872 г. полимеризация винилхлорида была исследована Бауманом. А через 40 лет Остромысленский и Клатте предложили использовать фотополимеризацию как промышленный метод получения поливинилхлорида. Позднее были разработаны способы полимеризации винилхлорида под влиянием инициаторов, распадающихся при нагревании на свободные радикалы. Промышленный синтез поливинилхлорида в водной эмульсии был впервые осуществлен в 1930 г. Следующим важным шагом явилась разработка и осуществление в промышленности суспензионной полимеризации винилхлорида. Сравнительно недавно был освоен промышленный метод полимеризации винилхлорида в массе.

Полимеризация винилхлорида

Поливинилхлорид (ПВХ) получают радикальной полимеризацией винилхлорида:

• в растворе.

В промышленности наибольшее распространение получил суспензионный метод . Инициирование процесса осуществляется свободными радикалами, образующимися при гомолитическом распаде пероксидов или азосоединений. Первичный радикал присоединяется главным образом к метиленовой группе винилхлорида:

В связи со склонностью поливинилхлорида к дегидрохлорированию при температурах выше 75 °С возможна передача цепи на полимер за счет отрыва аллильного хлора от атома углерода, который находится рядом с двойной связью, образовавшейся вследствие частичного дегидрохлорирования полимера :

В результате этой реакции возникают малоактивные аллильные радикалы, вызывающие замедление полимеризации. Для предотвращения дегидрохлорирования и получения ПВХ с теоретическим содержанием хлора желательно вести процесс полимеризации при температурах не выше 70-75 °С .

Радикалы винилхлорида вследствие их высокой активности легко вступают во взаимодействие с различными примесями, содержащимися в даже в незначительных количествах.

Некоторые из примесей, например ацетилен , реагируют как агенты передачи цепи и могут вызывать образование малоактивных радикалов, замедляя полимеризацию. В присутствии других примесей происходит обрыв цепи.

Реакция передачи цепи часто используется для регулирования молекулярной массы полимера. При этом в полимеризационную среду вводят вещества, способные участвовать в передаче цепи, - регуляторы . Регуляторы выбирают так, чтобы образующиеся в результате передачи цепи радикалы были достаточно активными, в противномслучае используемые регуляторы замедляют или даже ингибируют полимеризацию.

Во всех случаях получения поливинилхлорида кислород оказывает отрицательное влияние на ход полимеризации и свойства полимера. Наличие кислорода в системе обусловливает индукционный период процесса полимеризации, уменьшение скорости полимеризации, понижение средней молекулярной массы ПВХ , появление разветвленности, уменьшение термической стабильности ПВХ , ухудшение его совместимости с пластификаторами.

Поэтому содержание кислорода выше 0,0005-0,001% (по отношению к винилхлориду) нежелательно.

При полимеризации винилхлорида выделяется большое количество тепла 1466 кДж/кг , что существенно влияет на технологию получения полимера.

При полимеризации винилхлорида в массе полимер выпадает в осадок в виде твердой фазы вследствие нерастворимости ПВХ в мономере. При этом сначала происходит увеличение скорости реакции от начала процесса до высоких степеней конверсии мономера, а затем ее медленное уменьшение.

Возрастание скорости полимеризации обусловлено образованием твердой фазы. В результате передачи цепи на полимер на выпавших из жидкой фазы макромолекулах образуются активные центры, способные продолжать полимеризацию. Вследствие малой подвижности закрепленных на поверхности полимера растущих цепей скорость обрыва цепи уменьшается, тогда как скорость роста остается высокой из-за большой подвижности молекул мономера. Поэтому с появлением твердой фазы скорость полимеризации возрастает.

На возрастание скорости полимеризации винилхлорида влияет также способность полимера набухать в мономере. Полимеризация протекает в набухших частицах полимера, в которых скорость передвижения макрорадикалов, вероятность их столкновения и бимолекулярного обрыва цепи мала. Подвижность молекул мономера в набухших частицах и скорость роста полимерных цепей остается большой.

Описанное выше явление автокатализа при полимеризации винилхлорида в гетерогенных условиях часто называют гель-эффектом. Однако это явление при полимеризации винилхлорида не аналогично типичному гель-эффекту, наблюдаемому в тех случаях, когда образующийся полимер растворим в собственном мономере.

Свойства поливинилхлорида

Поливинилхлорид представляет собой белый порошок плотностью 1350-1460 кг/м 3 . Молекулярная масса продукта промышленных марок 30000-150000 . Степень кристалличности достигает 10%.

Поливинилхлорид характеризуется значительной полидисперсностью, возрастающей с увеличением степени превращения.

Среднечисловую молекулярную массу ‾М n (близкую по значению к среднемассовой ¯M w ) можно рассчитать по значению характеристической вязкости [η] :

На практике молекулярную массу поливинилхлорида характеризуют константой Фикентчера (К ф ) : K ф =1000k

Коэффициент k определяется по уравнению:

где η отн - относительная вязкость раствора поливинилхлорида в циклогексаноне (обычно 0,5 или 1 г полимера на 100 см 3 растворителя) .

Ниже приводится константа Фикентчера К ф , характеризующая среднюю молекулярную массу поливинилхлорида, полученного различными способами:

Приведенная вязкость (η пр ), константа Фикентчера (К ф ) и среднечисловая молекулярная масса (¯М n) поливинилхлорида связаны следующим образом:

Благодаря высокому содержанию хлора (около 56%) поливинилхлорид не воспламеняется и практически . При 130-150 °С начинается медленное, а при 170 °С более быстрое разложение поливинилхлорида, сопровождающееся выделением хлористого водорода.

Поливинилхлорид нерастворим в мономере (винилхлориде), в воде, спирте, бензине и многих других растворителях. При нагревании он растворяется в тетрагидрофуране , хлорированных углеводородах, ацетоне и др.

Поливинилхлорид обладает хорошими электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами, а также высокой стойкостью к действию сильных и слабых кислот и щелочей, смазочных масел и др.

Под действием энергетических и механических воздействий в поливинилхлориде протекают реакции дегидрохлорирования, окисления, деструкции, структурирования, ароматизации и графитизации. Основная реакция, ответственная за потерю полимером эксплуатационных свойств, - выделение НСl .

Для предотвращения разложения в поливинилхлорид вводят стабилизаторы. В качестве антиоксидантов применяют производные фенолов и производные карбамида.

При термической пластификации при 160 °С поливинилхлорид превращается в застывший блок, жесткий и прочный при комнатной температуре.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами.

Поливинилхлорид широко используется в технике как антикоррозионный материал. Благодаря хорошим электроизоляционным свойствам он применяется для кабельной изоляции и для других целей.

ПВХ получают блочной (ПВХ-М), суспензионной (ПВХ-С) и эмульсионной (ПВХ-Е) полимеризацией. Его химическая формула:

[-СН 2 -СНС1-] n .

Это аморфный термопласт с ММ = 40-150 тыс. ПВХ резко полидисперсен. 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. 7), что делает его конструкционным материалом, широко применяемым в машиностроении и в строительстве (трубы, погонаж, фитинги, стеклопакеты и др.).

Таблица 7

Физические свойства винипласта и пластиката

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.). Пластикзты морозостойки (табл. 7).

В марке ПВХ цифрами показывается значение константы Фикентчера, которая характеризует его ММ, 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.

ПВХ — это химическое соединение углерода, водорода и хлора, которое состоит примерно на 43% из этилена (побочного продукта очистки нефти) и на 57% - связанного хлора, получаемого из поваренной и каменной и соли. Поливинилхлорид - представляет собой порошок, получаемый суспензионной полимеризацией винилхлорида . ПВХ выпускается в виде порошков, гранул и пластизолей.

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. В то же время большое содержание хлора делает ПВХ самозатухающим.

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.

Из многочисленных пластификаторов поливинилхлорида наибольшее распространение получили сложные эфиры фталевой и фосфорной кислот (дибутилфталат, диоктилфталат и др.), а также эфиры адипиновой, себациновой и других жирных кислот.

При введении пластификатора повышается и морозостойкость полимера. К пластификаторам предъявляются следующие требования:

• Чистота
• Бесцветность
• Отсутствие запаха
• Отсутствие раздражающего действия на кожу и слизистые оболочки
• Высокая температура кипения (выше 200°С)

Пластификаторы, повышающие морозостойкость полимера, должны обладать низкой температурой замерзания.

В зависимости от степени пластификации ПВХ производится в виде винипласта и пластиката.

Свойства винипласта

При правильном подборе комплексов стабилизаторов температура деструкции поднимается до 180 - 220 °С, что допускает его переработку из расплава. Винипласт обладает высокими физическими свойствами, 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 ПВХ

Вред

Вред ПВХ

ПВХ-продукты изготовлены из поливинилхлорида - опасного яда, способного разрушать нервную систему и вызывать раковые заболевания. Выделение винилхлорида в окружающую среду усиливается при его нагреве. Температурный предел эксплуатации полимера установлен до 60°С.

Резкое понижение прочности поливинилхлорида при повышении температуры, а также присущая ему хладотекучесть под влиянием длительного действия нагрузки ограничивают его применение, несмотря на высокие показатели механической прочности при нормальной температуре.

Сам по себе (в чистом виде) ПВХ безвреден, несмотря на то, что более чем наполовину состоит из хлора, который находится в «связанном» состоянии. Вредными могут быть только продукты его разложения (хлор, диоксины, фталаты, и т.д.). Но в изначальном виде ПВХ не используется, так как он полупрозрачен, хрупок и гигроскопичен. Чтобы ПВХ стал цветным, ударопрочным, влагонепроницаемым используют различные добавки:

• Смягчители
• Наполнители
• Пластификаторы
• Полимерные вспомогательные материалы
• Пигменты (для цвета)
• Термостабилизаторы

Для придания ПВХ эластичности в него зачастую добавляют пластификаторы - фталаты или эфиры фталатов, попадание которых в организм может вызывать поражения печени и почек, снижение защитных свойств организма, бесплодие, рак. ПВХ может содержать и другие опасные вещества: кадмий, хром, свинец, формальдегид.

Чтобы из ПВХ сделать какие-либо изделия, его надо нагреть до температуры плавления, которая близка к температуре, когда происходит интенсивное выделение хлористого водорода. Чтобы произвести переработку ПВХ применяют термостабилизаторы, которые в смеси с ПВХ позволяют снизить интенсивность выделения хлористого водорода.

При повышении температуры свыше 220°С даже применение термостабилизаторов не спасает ПВХ от разложения. Тогда скапливаются кислотный дым и вредные хлорорганические выделения, такие как диоксин. Также выделяются тяжелые металлы, содержащиеся в стабилизаторах PVC (особенно опасно выделение кадмия).

Сам пластик достаточно пожароустойчив, но при сильном пожаре из поливинилхлорида начинают выделяться крайне ядовитые соединения, диоксины (высокотоксичные вещества), которые вызывают отравление человека, в этом случае вред ПВХ может быть огромен. Особенно опасны выделения диоксинов из ПВХ при сжигании. При сжигании 1 килограмма ПВХ образуется до 50 миллиграмм диоксинов, что вполне достаточно для развития раковых опухолей.

При переработки вред ПВХ так же присутствует, так как не существует безопасных технологий переработки ПВХ. При его изготовлении и утилизации в окружающую среду выделяется большое количество диоксинов. Он практически не поддается повторному использованию и идет в печи мусоросжигательных заводов (МСЗ) или на свалки. Диоксины, неустанно производящиеся МСЗ, распространяются на сотни и тысячи километров.

Диоксин - побочный продукт ПВХ, проникает в пищевую цепочку и через воздух и растения попадает в организм животных. Через выбросы в реки попадает в организм рыб и морских млекопитающих. Диоксин является не только канцерогеном, но и оказывает сильное влияние на гормональную и иммунную системы.

Этот продукт практически не разлагается в природе, то есть увеличивается «мусорная» нагрузка на окружающую среду.

Greenpeace, вместе с учеными и обществами по охране природы всего мира уверены, что PVC наносит вред во время его производства, использования и размещения отходов.

Польза

Области применения ПВХ

PVC (поливинилхлорид) - чаще называемый сокращённо винил - один из пластиковых материалов имеющих наиболее широкое применение в современном обществе. Это развитие связано с тем, что PVC стоит дешевле, чем многие традиционные материалы, такие как древесина, металл, стекло.

ПВХ в промышленности

Прочность и огнестойкость ПВХ (если не нагревать его выше 60°С) также обуславливает его популярность. Он применяется при изготовлении:

• Профилей для оконных и дверных блоков
• Потолочных покрытий
• Линолеума
• Искусственной кожи
• Различных пленок

ПВХ пластики 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

Существует множество сфер применения PVC . Этот материал долговечен и практичен. Поливинилхлорид используется - в качестве упаковочного материала - бутылки, банки, коробки, самоклеющаяся пленка. Также используется он для изготовления кредитных карточек, игрушек, папок, ручек; дверей, стеновых панелей, водосточных желобов. Используется и в производстве настилов полов, обоев, подъемных жалюзи, занавесок в душе; в транспортной промышленности; для изоляции кабеля и проводов; для производства офисной мебели и т.д. Области использования ПВХ в строительстве непрерывно расширяются.

Важно!

ПВХ в медицине

Медицина не обходится без ПВХ. Всей продукции из ПВХ присущи высокая гибкость и прочность - шприцы, медицинские перчатки, пакеты для хранения крови, системы капельниц, всевозможные трубки и упаковки и т.д.

• Медицинские шприцы
• Медицинские перчатки
• Пакеты для хранения крови
• Системы капельниц
• Всевозможные трубки и упаковки

Евросоюз принял ПВХ к использованию в медицине, что говорит о его полной медицинской безопасности. Донорская кровь и плазма безопасно хранятся в ПВХ-ёмкостях. ПВХ может использоваться даже внутри человека. При контакте с кровью или тканью человека именно ПВХ имеет высокую биосовместимость.

Как выбирать продукцию из ПВХ

Изделия из поливинилхлорида, как и многие другие синтетические материалы, могут выделять вредные для здоровья человека вещества, поэтому к их качеству предъявляются повышенные требования.

Поливинилхлорид подлежит санитарно-эпидемиологическому контролю, поэтому нужно получить заключение о том, что изделие из ПВХ соответствует санитарным правилам, а концентрации вредных веществ, предельно допустимые в рабочей зоне (для производственных помещений) или в воздухе населенных мест (для жилых помещений), не превышены.

Поэтому требуйте у продавца сертификат качества (или сертификат соответствия) и гигиеническое заключение. Убедитесь, что показатели выделения формальдегидов соответствуют ГОСТу или европейскому стандарту E1.По законодательству обязательно наличие двух разрешительных документов на ПВХ: сертификата соответствия и сертификата пожарной безопасности. Это объясняется тем, что это материал, который будет использован во внутренней отделке помещений, для изготовления мебели. Именно поэтому изделия из ПВХ должны быть безопасными для человека.

Пожарный сертификат на пвх - это документ, свидетельствующий о том, что продукция соответствует нормам пожарной безопасности. Изготовленный по всем стандартам ПВХ не горит, а плавится при достаточно высокой температуре. Следует отметить, что ввоз продукции на территорию РФ осуществляется исключительно при наличии сертификата пожарной безопасности. Этот документ оформляется в территориальных центрах МЧС России.

Если производитель имеет пожарный сертификат, то он может оформить сертификат соответствия в системе ГОСТ Р. Этот сертификационный документ может распространяться на единичное изделие, партию продукции или серийное производство и выдается на срок от 1 до 3 лет.

Многие производители линолеума уже заменили ПВХ на резину и другие материалы. Оконные рамы из ПВХ легко заменить цельнодеревянными или алюминиевыми. Трубы можно установить из полиэтилена, стали, меди, углеродистой стали, фаянса. ПВХ-кабели, штекеры, разъемы, электрические розетки, а также линейки, корзины для бумаги, ручки и пр. можно заменить аналогами из полиэтилена, этилен-винилацетата, полиамида, силикона.

Игрушкам из ПВХ также есть намного более безопасные альтернативы - игрушки из пропилена и полиэтилена, а так же из ткани, дерева и пр. Пластиковые пакеты можно заменить многоразовой упаковкой, изготовленной из экологически безвредных материалов - бумаги, стекла, ткани. Вместо виниловых обоев лучше покупать бумажные, а для ванной и кухни выбрать кафель (или водостойкую водоэмульсионную краску).

Достаточно жесткий полимерный материал, с высокой температурой стеклования (+75°С). Для повышения эластичности и морозостойкости поливинилхлорида в него вводят пластификаторы.

Пластификаторы - органические жидкости с высокой температурой кипения и низкой температурой застывания, совмещающиеся с полимером в различных соотношениях. В качестве пластификаторов используют сложные эфиры фталевой, себациновой, фосфорной и других кислот (дибутилфталат, диоктилсебацинат, трикрезилфосфат и др.), а также различные полиэфирные пластификаторы.

При производственном смешивании поливинилхлорида с пластификатором и нагревании смеси в определенных технологических условиях происходит термическая пластификация полимера. Результатом этой реакции достигается более качественные пластические и эластические свойства полимера, особенно в охлажденном состоянии. Это можно объяснить нарушением или ослаблением межмолекулярного взаимодействия в результате проникновения пластификатора между макромолекулами.

На основе поливинилхлорида путем термической пластификации получают гибкие мягкие материалы - пластикаты, идущие на производство кабельной изоляции, плащей, обуви, а также поливинилхлоридные пасты, применяемые в производстве моющихся обоев, линолеума, клеенки и материалов, имитирующих кожу. Термической пластикацией поливинилхлорида, не содержащего пластификаторов, получают жесткие материалы в основном конструкционного и противокоррозионного назначения (листовой винипласт, пластмассовые трубы, профили и другие изделия). Термическая пластикация - процесс перемешивания и расплавления полимера в ходе переработки для повышения (или придания) пластических свойств.

При введении в поливинилхлорид порообразователей - динитрил азобисизомасляной кислоты (парофор4ХЗ-57 и др.) или при насыщении его газом образуются жесткие, полужесткие и эластичные материалы - пенопласты с закрытоячеистой структурой или поропласты с открытыми сообщающимися ячейками (открытопористой структурой). Жесткий газонаполненный поливинилхлорид применяют для тепло- и звукоизоляции в строительстве, авиа- и судостроении, а также для изготовления спасательных средств, буйков, плотов; эластичный - как амортизационный материал, а полужесткий -для изготовления полировальных кругов.

Поливинилхлорид обладает достаточно высокой химической стойкостью к действию кислот, щелочей и смазочных масел. Но при этом он обладает целым списком характерных недостатков для сложных полимеров: малая устойчивость к действию теплоты и света. Резкое понижение прочности при повышении температуры, а также присущая ему хладо-текучесть под влиянием длительного действия нагрузки ограничивают его применение, несмотря на высокие показатели механической прочности при нормальной температуре.

Основные физико-механические свойства прессованного порошка поливинилхлорида:

Применение поливинлхлорида

Материалы на основе ПВХ вырабатываются двух видов:

• с применением пластификатора (пластифицированный ПВХ);
• без применения пластификатора (не пластифицированный ПВХ).

Другие обозначения:

• FPVC, PVC-F, PVC-P (пластифицированный);
• RPVC, PVC-R, PVC-U (непластифицированный).

По внешнему виду товарный ПВХ представляет собой порошок белого цвета, без вкуса и запаха. ПВХ достаточно прочен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Химическая формула ПВХ (-СН2-CHCl-)n , где n – степень полимеризации.

Как указывалось ранее, ПВХ не растворим в воде, устойчив к действию кислот, щелочей, спиртов, минеральных масел, набухает и растворяется в эфирах, кетонах, хлорированных и ароматических углеводородах. ПВХ совмещается со многими пластификаторами (например фталатами, себацинатами, фосфатами), стоек к окислению и практически не горюч. Поливинилхлорид обладает невысокой теплостойкостью, при нагревании выше 100 ºС заметно разлагается с выделением HCl. Для повышения теплостойкости и улучшения растворимости ПВХ подвергают хлорированию.

Поливинилхлорид является достаточно слаботоксичным веществом. Продукты разложения вызывают раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек глаза. ПДК в воздухе производственных помещений б мг/м 3 . Осевшая пыль пожароопасна. При нагревании выше 150°С начинается деструкция полимера с выделением хлористого водорода и окиси углерода, вредно действующих на организм человека.

ПВХ аморфный материал, свойства которого сильно зависят от метода получения. ПВХ получают:

• суспензионным (suspension)
• эмульсионным (emulsion) методами
• полимеризацией в массе - блочным методом (mass, bulk).

Суспензионный ПВХ или ПВХ С (PVC-S) имеет сравнительно узкое молекулярно-массовое распределение, малую степень разветвленности, более высокую степень чистоты, низкое водопоглощение, хорошие диэлектрические свойства, лучшую термостойкость и светостойкость.

Эмульсионный ПВХ или ПВХ Е (PVC-E) характеризуется широким молекулярно-массовым распределением, высоким содержанием примесей, высоким водопоглощением, худшими диэлектрическими характеристиками, худшей термостойкостью и светостойкостью.

Максимальная температура длительной эксплуатации: 60°С. FPVC (пластифицированный) выдерживает охлаждение до -60°С, RPVC - до -15 оС. Температура стеклования: 70 - 105°С. Имеет широкий разброс механических характеристик. FPVC - эластичный материал. RPVC имеет высокую прочность и жесткость. Материал на основе суспензионного ПВХ имеет хорошие диэлектрические характеристики (но хуже, чем у PE, PP, PS).

Использование материалов из ПВХ в медицине

ПВХ применяется в медицине и при производстве медицинского инстурмента, оборудования и инвентаря уже более 50 лет . Толчком к широкому применению ПВХ в этой области стала насущная потребность заменить резину и стекло предварительно стерилизованными предметами одноразового (и не только) использования. Со временем ПВХ стал наиболее популярным полимером в медицине благодаря химической стабильности и инертности. Продукция из него крайне разнообразна и легко производима. Медицинские продукты из ПВХ могут быть использованы внутри человеческого тела, легко стерилизуются, не трескаются и не протекают.

Вот далеко не полный перечень медицинской продукции, производимой из ПВХ:

• контейнеры для крови и внутренних органов
• катетеры
• трубки для кормления
• приборы для измерения давления
• хирургические перчатки и маски
• хирургически шины
• блистер-упаковка для таблеток и пилюль.

Основные преимущества ПВХ, позволившие этому материалу стать наиболее применимым в медицине.

Одним из основных требований к медицинской продукции является ее соответствие токсикологическим стандартам . Принятие ПВХ к использованию в медицине странами Евросоюза является свидетельством его полной медицинской безопасности. Материал, используемый в медицине, должен обладать следующим важным свойством -при контакте с разнообразными жидкостями его композиция должна оставаться неизменной, именно таким материалом является ПВХ. Когда полимерный материал контактирует с тканью или кровью пациента, крайне важен показатель химической совместимости.

ПВХ характеризуется высокой биосовместимостью которая постоянно растет благодаря новым разработкам в технологии его производства. Благодаря своим физическим характеристикам продукты из ПВХ могут обладать высокой про¬зрачностью, продукции из ПВХ может быть придана любая цветовая окраска. Продукция из ПВХ также отличается высокой гибкостью и прочностью даже при изменяющихся внешних условиях (например, температуре). ПВХ легко совместим с практически всеми фармацевтическими продуктами. Он также устойчив к воде и химическим реакциям. Из ПВХ легко производить упаковку любой формы, будь то трубы, гибкая или жесткая упаковка.

ПВХ - один из самых дешевых материалов. Это также играет важную роль при выборе материала для применения в производстве медицинской продукции.

Применение ПВХ в транспорте

ПВХ пластины широко используется в качестве материала для производства автотранспорта . В этой области он является вторым по популярности полимером (после полипропилена). В автомобилестроении ПВХ используется для производства покрытий, уплотняющих материалов, кабельной изоляции, отделки салона, приборных и дверных панелей, подлокотников и т.д.

Благодаря использованию ПВХ современные автомобили более живучи. Средний срок жизни современного автомобиля - 17 лет. Еще в 70-х годах прошлого века эта цифра не превышала 11 лет. Увеличение срока эксплуатации автомобиля означает реальную экономию природных ресурсов (если машины служат дольше, значит производить их можно меньше).

Использование в автомобилестроении полимеров вообще и ПВХ в частности ведет к снижению затрат топлива. Так как полимеры, не уступая традиционным материалам (металлу, стеклу) по прочностным свойствам, весят меньше – без ущерба для качества автомобиля снижается его вес, а, следовательно, и количество топлива, необходимое для работы двигателя.

ПВХ в строительстве

Из всех полимеров именно листы ПВХ имеет наиболее широкое применение в строительстве. В Европе в этой отрасли используется более 50% всего производимого ПВХ, в США - более 60%. И снова таки основными преимуществами ПВХ являются все те же способности производства разнообразных видов продукции с различными свойствами. Главными конкурентами ПВХ являются глина и дерево. ПВХ профиль

Главные качества ПВХ в строительстве:

• износоустойчивость
• механическая прочность
• жесткость
• небольшая масса
• устойчивость к коррозии
• химическому
• погодному и температурному воздействию.

Одно из свойств ПВХ, которое способствовало его массовому применению в строитлеьстве - он отличный огнеупорный материал . Он с трудом поддается возгоранию. И прекращает гореть и тлеть сразу же после того, как исчезает источник высокой температуры. Основная причина - высокое содержание хлора. Это способствует повышению пожарной безопасности построенных объектов.

ПВХ не проводит электричество и, таким образом, идеален в качестве изоляционного материала. Основной чертой строительных материалов из ПВХ является их долговечность. 85% всех строительных материалов из ПВХ используются для долгосрочных сооружений.

Более 75% труб, произведенных из ПВХ, имеют срок службы более 40 лет (потенциал новых разработок в этой области увеличивает этот срок до 100 лет!). Аналогичные показатели у более чем 60% сделанных из ПВХ оконных профилей и кабельной изоляции.

ПВХ существенно дешевле конкурирующих материалов. Стройматериалы из ПВХ легче, чем стройматериалы из бетона, железа и стали. Это вновь приводит нас к мысли об экономической выгоде - на обработку продукции из ПВХ затрачивается меньше энергии, меньше транспортных услуг (а, следовательно, и топлива). Долговечность материала также позволяет экономить - трубы, окна и т.д. приходиться менять реже. Теплоизоляционные свойства ПВХ позволяют затрачивать меньше энергии на отопление помещений.