Разновидности ПВХ, их производство и применение. История материала

ПВХ (PVC) представляет продукт, основанный на двух природных ресурсах земли, соли и нефти. Электролиз солёной воды дает хлор (помимо едкого натра и водорода). Этилен может быть получен из нафты при рафинировании масла. Хлор и этилен могут быть объединены с образованием мономера винилхлорида (VCM). ПВХ образуется в результате полимеризации винилхлорида. ПВХ не может быть переработан сам по себе из-за его очень низкой термостойкости и высокой вязкости расплава. Следовательно, необходимо объединить с полимером ряд подходящих добавок, чтобы придать широкий и разнообразный диапазон свойств, удовлетворяющих многим различным конечным применениям. Именно эта область для создания широкого спектра свойств с помощью соответствующей рецептуры обеспечивает широкое применение ПВХ, которое не имеет аналогов ни для одного другого коммерческого и тем более специального термопластичного материала.

Его долговечность (85% ПВХ используется в приложениях со средним и длительным сроком эксплуатации), связанная с его экономической эффективностью, сделала его вторым по величине товарным пластиком после полиэтилена, однако в последние годы на оба этих материала активно наступает полипропилен. Соединения ПВХ основаны на комбинации полимера и добавок, которые дают состав, необходимый для конечного использования. Соглашение по регистрации концентрации добавки основано на частях на сто частей смолы (сырья) ПВХ. Соединение получают путём тщательного смешивания ингредиентов, которые впоследствии превращаются в желеобразное изделие под воздействием тепла (и сдвига). В зависимости от типа ПВХ и добавок, соединение до гелеобразования может представлять собой сыпучий порошок (известный как сухая смесь) или жидкость в форме пасты или раствора.

Соединения ПВХ могут быть преобразованы с использованием пластификаторов в гибкие материалы, обычно называемые PVC-P (то есть пластифицированный ПВХ). Составы без пластификатора для жестких применений обозначаются, как PVC-U (то есть непластифицированный ПВХ). Существование мономера винилхлорида было объявлено Реньо (Regnault) в 1835 году, но способность этого мономера полимеризоваться не была полностью известна в то время. Влияние солнечного света на винилхлорид было позже исследовано Бауманом (Baumann) в 1872 году, когда было обнаружено, что в результате воздействия образуется твёрдое белое вещество.

Очень незначительный прогресс был достигнут до 1912-1916 гг., когда Фриц Клатте открыл основу для производства ПВХ. Параллельно в России разрабатывал промышленные способы производства поливинилхлорида Иван Остромысленский. Были получены патенты на производство винилхлорида путем взаимодействия газообразного хлористого водорода с ацетиленом при температуре +180 °С в присутствии хлоридов металлов в качестве катализаторов. Также исследовалась полимеризация под воздействием солнечного света и были предложены некоторые варианты использования полимера. Пилотное производство смол ПВХ началось в Германии в 1931 году, а затем в США в 1933 году. Начало производства ПВХ в качестве технически полезного продукта стало следствием раскрытия патента Semon компаниями BF Goodrich, Reid of Carbide и Carbon Chemicals в 1933-34 гг.

Было обнаружено, что ПВХ становился гибким материалом, который при нагревании в присутствии высококипящей жидкости напоминал резину или кожу. Это привело к использованию сложных эфиров фталевой кислоты в качестве пластификаторов для ПВХ, дающих материал, который перерабатывался при приемлемых температурах расплава, в продукты, которые были постоянно мягкими и гибкими. Промышленное производство ПВХ с использованием эмульсионных и суспензионных технологий произошло в Германии, США и Великобритании к началу Второй мировой войны. Во время Второй мировой войны острая нехватка каучука ускорила развитие в этой области, включая изоляцию и оболочку кабелей.

В течение этого периода термостабилизаторы были впервые использованы в составах ПВХ. В ходе дальнейших разработок во время Второй мировой войны немецкие инженеры изготовили жёсткий лист и трубу, хотя PVC-U обычно считали слишком хрупким для практического использования. Однако последующие испытания уложенных в грунт в 1930-х годах труб ПВХ в Германии показали, что трубы PVC-U имеют колоссальный запас прочности и надёжности, поскольку за 70 лет нахождения в земле не выработали свой ресурс даже наполовину. Ранняя обработка ПВХ проводилась на оборудовании, изначально разработанном для резины и целлулоида, такими способами, как компаундирование, каландрирование, компрессионное формование и экструзия.