Поливинилхлорид: полная информация о материале

Поливинилхлорид: общая информация

Итак, поливинилхлорид, более правильное, но непривычное название — поли (хлористый винил), обычно сокращаемый, как ПВХ, это третий наиболее широко производимый синтетический полимер, после полиэтилена и полипропилена. ПВХ бывает в двух типичных формах: твердый (иногда сокращаемый как RPVC) и гибкий. Твердая форма ПВХ используется в строительстве, для производства трубопроводных систем, а также дверей и окон. Также он используется для изготовления бутылок, различной непродовольственной упаковки и пластиковых карт (таких как банковские карты, а также проездные карты и т.д.). Он может быть более мягким и более гибким при добавлении пластификаторов (наиболее широко используются фталаты). В этой форме он также используется в электрической кабельной изоляции, при изготовлении искусственной кожи, надувных изделий и многих других, где успешно заменяет резину. Чистый поли (хлористый винил) является белым, хрупким материалом. Он нерастворим в алкоголе и малорастворим в тетрагидрофуране.

Интересна история изобретения поливинилхлорида. ПВХ случайно синтезировал в 1872 году немецкий химик Ойгеном Бауманн. Полимер проявился как белое тело в ёмкости с хлористым винилом, которую оставили выставленной на солнечный свет. В начале XX века российский химик Иван Остромысленский и Фриц Клэйтт из немецкой химической компании Griesheim-Elektron попытались использовать ПВХ для изготовления различных изделий, но трудности в обработке хрупкого полимера мешали их усилиям. Вальдо Семон и B.F. Goodrich Company совместными усилиями развили метод производства изделий из ПВХ в 1926 года, для придания пластичности материалу, смешивая его с различными добавками. В результате был разработан более гибкий и легче обрабатываемый материал, который скоро достиг широко распространения в различных промышленных и бытовых сферах.

Поливинилхлорид производится путём полимеризации мономера хлористого винила (VCM) с использованием катализаторов. Приблизительно 80% производства включают суспензионную полимеризацию. Эмульсионная полимеризация составляет приблизительно 12% и остальные виды полимеризации, соответственно, 8%. Материал, получаемый в результате суспензионной полимеризации предоставляет собой частицы со средним диаметрами 100–180 мкм, тогда как эмульсионная полимеризация дает намного меньшие частицы размера приблизительно 0,2 мкм. Хлористый винил полимеризируется с использованием воды, а также с некоторыми другими добавками. Сосуд с реагентом является герметичным. Содержимое сосуда с реагентом все время перемешивается, чтобы гарантировать однородный размер частиц полимера ПВХ. Реакция является экзотермической, и таким образом требуется охлаждение. Поскольку объем реагента уменьшается во время реакции (ПВХ является более плотным, чем VCM), вода все время добавляется к смеси, чтобы поддерживать должный объём.

Полимеризация VCM начинается с использованием так называемых инициаторов, которые превращаются в капельки. Эти капельки затем распадаются, и начинается так называемая радикальная цепная реакция. Типичные инициаторы включают диоктанол пероксид и дицетил пероксидикарбонат, у обоих материалов имеются хрупкие связи O-O. Некоторые инициаторы начинают реакцию быстро, но распадаются быстро, а другие инициаторы имеют противоположный эффект. Комбинация двух различных типов инициаторов часто используется, чтобы дать однородный уровень полимеризации. После того, как полимер вырос приблизительно в 10 раз, полимеризация продолжается ускоренными темпами. Средние молекулярные массы полимеров колеблются от 100 до 200 тыс., отдельных типов — от 45 тыс. до 64 тыс.

Как только реакция становится управляемой, получающийся жидкий раствор ПВХ дегазируется для удаления избыточного количества хлористого винила, который уже по большей части переработан. Полимер затем проходит через центрифугу для удаления уже остатков воды. Жидкий раствор далее высушивается под горячим воздухом и получается порошок, которые затем перед хранением просеивается специальным фильтром, этот процесс называется пеллетизацией. У в получающемся ПВХ содержание хлористого винила составляет уже менее 0,001 по отношению к общей массе. Другие производственные процессы, такие как микросуспензионная полимеризация и эмульсионная полимеризация, производят ПВХ с меньшими размерами частиц (10 мкм против 120-150 мкм при суспензионной полимеризации ПВХ) с немного отличными свойствами и с иными эксплуатационными свойствами, что позволяет использовать материал в несколько иных сферах. Отметим, что приблизительно 57% массы ПВХ — это молекулы хлора. Присутствие хлоридных групп и даёт полимеру такие свойства, которые весьма отличают его от полиэтилена, полипропилена и некоторых других полимеров.