Поливинилхлорид или ПВХ что это такое?
ПВХ – это термопластичный, современный синтетический материал, более известный среди обывателей, как пластик. Был получен в 1930 году в результате воздействия ультрафиолетового спектра на винилхлорид Бауманом. Промышленное же производство стартовало намного позже в 1972 году в Германии. Для изготовления ПВХ материала используется в основных 2 составных компонента, а именно нефть в количестве до 43% от общей массы и хлор в количестве 57% от общей массы (поливинилхлорид формула может изменяться, но в базовом виде включает только эти элементы). Из чего можно сделать вывод, материал ПВХ в отличие от других базовых полимеров менее зависим от нефти, что оказывает положительное влияние на ценообразование конечного продукта.
Применяемый в производстве хлор получается в результате электролиза с раствором поваренной соли. Изготовление можно описать, так:
• Поваренная соль при электролизе и растворении вводе, в результате воздействия электрического разряда разлагается на следующие составные элементы, а именно водород, хлор и каустическую соду.
• Этилен добывается из таких природных веществ как газ или нефть, в процессе крекинга.
• Хлор и этилен соединяются, и получается дихлорид этилена.
• Из дихлорида этилена производятся винилхлорид (относится к группе мономеров), является базой для изготовления любого из известных видов ПВХ. Происходит это при полимеризации, позволяющей молекулам мономера, соединяться в длинные цепочки.
• Полученный в итоге гранулят ПВХ также сырье, к которому для достижения требуемых производителю свойств, добавляются различные присадки.
В соответствии с условиями полимеризации допускается изготовления продуктов, отличающихся между собой по физико-химическими свойствами.
Выделяют 2 вида материалов, в основе которых лежит ПВХ:
• Пластифицированные, подразумевающие включение в состав пластификаторов. Имеют сокращенное обозначение FPVC, PVC-P, PVC-F.
• Не пластифицированные, подразумевающие отсутствие в составе пластификаторов. Имеют сокращенные обозначения RPVC, PVC-U, PVC-R.
Характерные черты
ПВХ легко узнать по следующим характерным признакам. У вещества отсутствует запах и вкус, форма – порошок белого цвета. Также для ПВХ характерен достаточно высокий уровень прочности, а также достаточно высокие диэлектрические свойства. Вещество имеет следующую химическую формулу (-CH-CHCl-)n, где n обозначает степень полимеризации.
Среди других характеристик ПВХ можно выделить следующие показатели:
• Вещество не растворяется в H2O.
• Не вступает в химическую реакцию с кислотами, спиртами, щелочами, минеральными маслами.
• Совместим с различными видами пластификаторов, включая фосфаты, фталатамы, себацинаты и т.п.
• ПВХ отличается низкой степенью возгорания, устойчив к окислительным процессам.
• Имеет невысокие показатели по теплостойкости, при воздействии температур более 1000С разлагается и происходит выделение HCl. Для решения этой проблемы материал подвергается хлорированию, что также улучшает процесс растворения при необходимости.
К числу основных физико-химических ПВХ показателей относятся следующие параметры:
• Значение молекулярной массы варьируется в границах от 40 000 до 145 000.
• Самовоспламенение возможно при температуре свыше 11000 C.
• Температура возгорания составляет 5000 С.
• Вспышка возможна при достижении температуры 6240 С.
• Плотность из расчета г/см3 составляет 1,34.
• Показатель по насыпной плотности – 0,4-07 г/см3.
• Плавление наступает при температуре в рамках от 100 до 1400С.
• Стеклование наступает при температуре от 70 до 800С.
Безопасность
Поливинилхлорид это материал, относящийся к группе слаботоксичных веществ. В случае разложения и воздействия на человеческий организм возможно появление раздражения верхних дыхательных путей, а также слизистых оболочек. В процессе работы с материалом, оседающая пыль является пожароопасной, при этом средняя концентрация в воздухе производственных помещений, может составлять 6 мг/м3 в предельном показателе. В случае нагревания ПВХ более чем на 1500С, начинается процесс деструкции полимера, что приводит к выделению вредных для человеческого организма веществ, а именно окиси углерода и хлористого водорода.
Особенности производства
Метод изготовления ПВХ оказывает большое влияние на его свойства, поскольку вещество относится к категории аморфных. Выделяют несколько основных способов производства (промышленная полимеризация):
• Создание блоков, подразумевающее под собой полимеризацию в массе. ПВХ подобного типа подходит для создания разнообразных изделий ПВХ, при задействовании таких методик, как прессование, экструзия или же вальцевание.
• Суспензирование. Производят ПВХ с маркировкой PVC-S, отличающийся, тем что молекулярно-массовое распределение узкого типа, также наблюдается низкая степень разветвленности, низкими показателями по водопоглощению. При этом обладает повышенной свето- и термостойкостью, имеет высокую степень чистоты, обладает неплохими показателями по диэлектрическим свойствам (но они ниже, чем у PS, PP, PE). ПВХ подобного типа перерабатываются в готовую продукцию при помощи каландрования (вальцевание), литья под давлением с последующим прессованием, экструзии. Чаще всего данный метод применяется, когда требуется изготовление жестких, мягких/полумягких (пластифицированных), а также пластических масс.
• Эмульсирование. Производят ПВХ с маркировкой PBVC-E, для которого характерны: широкое молекулярно-массовое распределение, низкие показатели по диэлектрическим свойствам, а также светостойкости и термостойкости. При этом наблюдается высокое содержание различных примесей и водопоглощение. Изделия из эмульсионного ПВХ изготавливаются при помощи прессования, литья под давлением, экструзии и вальцевания. Также возможно производство мягкой продукции (через пластизоли они же пасты).
Важно отметить, что с каждым годом на рынке снижается количество ПВХ эмульсионного типа, параллельно с этим увеличивается объем суспензионного типа, поскольку он активно применяется в производстве окон, бутылок и других тар, труб, пленки и т.п. В целом доля суспензионного материала доходит до 80%.
В зависимости от вида ПВХ выделяют ряд следующих характерных особенностей для каждой из категорий:
• FPVC он же пластифицированный, способен выдерживать низкие температуры эксплуатации до -600С. Стеклование происходит при достижении температурного режима в границах 70-1500С. Механические характеристики различают в зависимости от используемого в производстве пластификатора.
• RPVC он же не пластифицированный способен выдерживать низкие температуры до -150С. Отличается повышенными показателями по прочности и жесткости. Также для него характерна устойчивость к воздействию химически агрессивных сред, к примеру, масла, кислоты, щелочи, бензина и т.п. Растворение происходит только при помещении и нагревании в таких растворах, как дихлорэтан, тетрагидрофуран, хлорбензол.
Основные сферы применения поливинилхлорида
Медицина
Говоря про применение ПВХ в медицине необходимо отметить, что он нашел свое место достаточно давно и более того, с каждым годом увеличивается количество потребления. В первую очередь это связано с потребностью в замене резины и стекла, применяемых для изготовления одноразовых и не только инструментов, подлежащих стерилизации. Химическая стабильность и инертность предоставляют материалу множество преимуществ перед другими видами. Ассортимент изделий из ПВХ очень разнообразен, они достаточно легко производятся. К числу отличительных черт подобной продукции относят следующее:
• Возможность использования внутри тела.
• Быстрая и легка стерилизация.
• Отсутствие риска появления трещин и протечек.
Также важно отметить, что ПВХ прошел многократные тестирования в разных странах мира, подтвердивших его абсолютную безопасность, что позволило большинству здравоохранительным организациям мира открыть ему допуск.
К числу наиболее известных медицинских изделий, в производстве которых задействован ПВХ можно отнести:
• Контейнеры, используемые для транспортировки и хранения крови, внутренних органов.
• Катетеры разного вида.
• Устройства, используемые для измерения давления.
• Перчатки и хирургические маски.
• Блистер-упаковки для размещения таблеток или капсул и т.п.
К числу основных плюсов от применения ПВХ в медицине относят:
• Выполнение норм указанных в международных токсикологических стандартах.
• Принятие странами, входящими в ЕС.
• Сохранение композиции при контакте с различными веществами.
• Высокая химическая совместимость при контакте с кровью или ткань.
• Отличные показатели по биосовместимости.
• Хорошая прозрачность и возможность окраски в разные цвета.
• Высокие показатели по гибкости, совмещенной с прочностью, даже в условиях перепадов влажностного или температурного режимов.
• Устойчивость к воздействию воды.
• Возможность изготовления изделия разных форм, к примеру, ПВХ подходит как для жесткой упаковки, так и для гибких трубочек.
• Сравнительно низкая стоимость в сравнении с другими материалами имеющими схожие характеристики.
Транспорт
В промышленном производстве автотранспортных средств ПВХ задействован достаточно активно и занимает второе место по популярности, уступая лишь полипропилену. Из него изготавливают:
• Подлокотники.
• Кабельную изоляцию.
• Различные покрытия.
• Материалы, относящиеся к категории уплотняющих.
• Приборные или дверные панели и т.п.
Внедрение ПВХ оказало положительное влияние на срок применения автомобилей, в среднем составляющий 17 лет. Для сравнения в 70-ых годах XX века этот показатель редко превышал значение в 11 лет. Увеличение живучести способствовало снижению количества затрачиваемых естественных (природных) ресурсов, затрачиваемых на изготовление техники. Также за счет меньшего веса, по сравнению с металлом, снизился вес автотранспортных средств, что повлекло за собой более экономичный расход топлива, благодаря возможности уменьшения мощности двигателей.
В дополнение к указанному, можно привести и другие преимущества применения ПВХ в автомобильной промышленности:
• Увеличилась безопасность, за счет устойчивости материала к огню, а также использование в производства подушек безопасности и других элементов, ответственных за безопасность водителя и пассажиров от различных травм в случае ДТП.
• Улучшился дизайн автотранспортных средств, поскольку из ПВХ можно создавать изделия абсолютно любой формы, что открывает простор для фантазии дизайнеров.
• Современные материалы имитируют различные поверхности по тактильным ощущениям, к примеру, натуральную кожу.
• ПВХ способствуют улучшению звукоизоляции в салоне.
В среднем, машины выпускаемые компаниями Западной Европы имеют в своем составе до 16 ПВХ, что в переводе на денежный эквивалент и при учете объемом производства составляет около 800 млн. евро за год. Поскольку компании из Западной Европы занимают до 35% от всего рынка, то в целом сумма за год, потраченное на применение ПВХ может доходить до значения в 2,5 млрд. евро, что является неопровержимым доказательством высокого уровня популярности материала.
Строительство
ПВХ активно применяется в строительстве. Различные элементы из ПВХ в Европе занимают до 50%, в США еще больше до 60%. Конкуренцию данному материалу могут составить только древесина и глина. Подобная популярность имеет под собой вполне реальную основу:
• Высокие показатели по таким параметрам как химическое или температурное воздействие, прочность к механическим повреждениям. Также отмечается хорошая жесткость, износостойкость и малый вес.
• Отличные характеристики по огнеупорности. В случае возгорания, как только понижается температура, горение и тление прекращаются, чем материал обязан повышенному содержанию хлора.
• ПВХ не является электропроводником, а значит, может быть задействован при сооружении изоляции.
• Материал обладает длительным сроком эксплуатации с сохранением первоначальных характеристик. Например, изготовленные из него трубы могут находиться в использовании до 40 лет, причем данный срок с учетом передовых технологий может быть увеличен до рекордного значения в 100 лет.
Немаловажным фактором в популярности является и низкая стоимость, а также малый вес, позволяющий сократить расходы, связанные с обработкой продукции. А благодаря высоким характеристикам по теплоизоляции сокращаются затраты на обогрев различных помещений.
Игрушки
ПВХ безопасный для человеческого здоровья организм, что позволяет использовать его при изготовлении игрушек для детей. Ассортимент крайне разнообразен: мячи, пляжные модели, куклы, домики и т.п.
Потребительские товары
Их ПВХ изготавливают и привычные для каждого человека вещи. Мебель (подходит жесткий тип), покрытия для пола, телефонные сим-карты, спортивный инвентарь, сумки, одежду и т.п.
Упаковка
ПВВХ активно задействован и в производстве различных материалов используемых для упаковки различной продукции. Для примера, компании Европы тратят на изготовлении до 250 000 т за год. Чаще всего материал применяется при создании жесткой/гибкой пленки (51% и 11% соответственно), бутылочных крышек и непосредственно самих бутылок (до 35%). Также ПВХ используют при создании смартфонов, тюбиков для кремов, шампуней, зубной пасты, бытовой химии и т.п.
Несмотря на то, что ПВХ стал один из первых полимеров созданных человеком, он довольно быстро получил широкой распространение и не теряет своей актуальности многие годы. Более того по степени распространенности в различных промышленных сферах он уступает только полиэтилену.