PVC (polyvinylchlorid) je univerzální polymer, který patří do skupiny termoplastů. V závislosti na přísadách a složení polymeru je výstupem několik typů plastů: tvrdý, měkký, průhledný a neprůhledný, pracující v rozmezí teplot od -80 °C do +90–110 °C. Internetový portál Omnexus píše, že ve své čisté formě je PVC bílý prášek nebo granule bez zápachu.
Vinylchlorid poprvé objevil francouzský chemik Henri Victor Regnault v roce 1835. PVC byl náhodný objev německého chemika Eugena Baumanna v roce 1872. Polymer vznikl pod vlivem světla v roztoku, který náhodně zůstal na okenním parapetu. V roce 1912 získal Němec Fritz Klatte právo na výrobu PVC. Materiál se začal v průmyslovém měřítku vyrábět ve 30. letech XNUMX. století v Německu.
Složení tohoto materiálu zahrnuje ethylen a chlorid sodný, které se získávají zpracováním petrochemických surovin (43 %) a chlór (57 %) obsažený v kuchyňské soli. Chlor poskytuje sílu mezimolekulární soudržnosti, která určuje vlastnosti materiálu. PVC má následující vlastnosti:
- nerozpustný ve vodě, alkoholu, uhlovodících (benzín a petrolej);
- odolný vůči kyselinám, zásadám, solným roztokům, tukům, alkoholům;
- vykazuje dielektrické vlastnosti;
- dosahuje pevnosti v tahu 40–50 MPa a pevnosti v ohybu 80–120 MPa.
Díky použití nejnovějších technologií a vícestupňovému zpracování PVC dostávají spotřebitelé netoxický a bezpečný plast nebo vinylový plast. PVC materiály se používají k výrobě okenních rámů a dveřních rámů, elektroizolací, trubek a hadic, armatur, dokončovacích materiálů (panely, linoleum, tapety), nádobí, obalů a mnoha dalších spotřebních předmětů.
PVC stěnové panely: Freepik
Výhody a nevýhody PVC
Chemické a fyzikální vlastnosti polyvinylchloridu umožňují jeho použití jako konstrukčního materiálu, nahrazujícího dražší materiály. Jaké jsou výhody PVC? Polymerní materiál:
- má vysokou mechanickou pevnost;
- zajišťuje odolnost předmětů proti oděru;
- vyznačující se malým relativním prodloužením;
- zaručuje odolnost proti vlhkosti;
- nevstupuje do chemické reakce;
- vytváří spolehlivou elektrickou izolaci;
- odolává nízkým teplotám až do -20 °C.
Odolnost PVC vůči mechanickým, chemickým a teplotním vlivům závisí na kvalitě přísad a technologii výroby polymerních materiálů. To také ovlivňuje životnost hotového výrobku.
Nevýhody PVC materiálů jsou relativní a jsou určovány častěji ve srovnání s jinými materiály. Nevýhody polyvinylchloridu jsou:
- ztráta pružnosti a pevnosti pod vlivem ultrafialových paprsků;
- výrobky jsou těžší než dřevěné kvůli vysoké hustotě polymeru;
- je možná deformace od mechanického zatížení.
Kandidátka technických věd Elena Korobko mezi nevýhody PVC vyzdvihuje nízkou odolnost vůči vysokým teplotám, úzký rozsah teplot zpracování, nízkou rázovou houževnatost a odolnost proti opotřebení.
Je PVC škodlivé? Polyvinylchlorid je chemicky inertní, stabilní materiál, hygienický a ohnivzdorný. Výrobci PVC profilů jsou často obviňováni, že v polymeru obsahují soli olova. Do prášku se skutečně přidávají jako stabilizátor, ale při zpracování se olovo spojuje s jinými prvky a ztrácí své toxické vlastnosti. Proto jsou hotové výrobky zcela bezpečné pro člověka a certifikované podle mezinárodních standardů.
PVC okenní profil: Freepik
Oblasti použití PVC
Technické a fyzikální vlastnosti polyvinylchloridu umožňují použití tohoto materiálu v nejrůznějších oblastech života. PVC zaujímá třetí místo v popularitě na světě po polyethylenu a polypropylenu. Termoplast se používá v následujících průmyslových odvětvích:
- Konstrukce. Dřevěné, kovové a skleněné obdoby nahrazují okenní tvárnice, příčky, panely, nábytkové prvky a PVC podlahové krytiny. Oblíbené jsou PVC okenní a dveřní profily. Co jsou PVC panely? Jedná se o polymerní dokončovací materiál. Plastové panely se vyrábějí v deskách a lamelách různých velikostí, textur a barev. PVC panely se používají pro povrchovou úpravu stěn, stropů a podlah obytných prostor, kanceláří a průmyslových budov.
- Inženýrské stavby. Výstavba inženýrských a kanalizačních systémů a potrubí se neobejde bez PVC trubek, které se vyznačují těsností, pevností a voděodolností. Komponenty pro komunikace jsou také vyrobeny z PVC.
- Lék. Polyvinylchlorid se používá při výrobě protetických končetin, sluchadel, ochranných fólií, injekčních stříkaček, hadiček a dalších zdravotnických výrobků.
- Sféra domácnosti. Tkaniny vyrobené z PVC jsou široce používány. Vyrábějí se z nich závěsy do altánů a myček aut, markýzy, plachty na lodě, markýzy, pracovní oděvy. Polymer se používá při výrobě dětských hraček, nádobí a dalšího zboží pro domácnost.
Nové technologie umožňují zlepšit kvalitu PVC a činí z něj výbornou náhradu dražších přírodních materiálů. Kandidát technických věd Andrey Gudkov ve svém výzkumu navrhuje novou technologii výroby PVC plastisolů pro antikorozní ochranu prvků karoserie.
Polyvinylchlorid se stal pro lidstvo skutečným objevem. Jednoduché a pohodlné zpracování polymeru umožňuje vyrábět high-tech produkty v různých oblastech lidské činnosti. Uživatelé byli přesvědčeni o kvalitě PVC, jeho nízké ceně a zdravotní nezávadnosti.
Zkratky a další názvy: PVC, PVC, polyvinylchlorid, hostalite, Lukovil, Norvik, PVC plastová směs, Polyvinylchlorid, PVC-HD (High Density Polyvinyl Chloride), PVC-LD (Low Density Polyvinyl Chloride)
Monomer: vinylchlorid (VCM)
Co je PVC?
Polyvinylchlorid – je to bezbarvý, průhledný plast, termoplastický polymer vinylchloridu; elementární jednotky v jeho makromolekulách jsou spojeny způsobem „hlava k ocasu“. Má molekulární vzorec (C2Н3Cl)n.
Strukturní vzorec PVC je prezentován takto:
Mezinárodní recyklační značka:
Toto označení pro PVC znamená, že není vhodný pro potravinářské použití a může obsahovat bisfenol A, vinylchlorid, ftaláty, rtuť nebo kadmium.
Tento polymer je bílý prášek s molekulovou hmotností 30000 150000-XNUMX XNUMX (v závislosti na průmyslové kvalitě produktu). CAS představuje následující fyzikální vlastnosti polyvinylchloridu:
Je třeba poznamenat, že PVC je ohnivzdorné a při teplotách nad 110-120 °C je náchylné k rozkladu s uvolňováním chlorovodíku HCl.
Je třeba dodat, že hostalit se rozpouští v cyklohexanu, tetrahydrofuranu (THF), dimethylformamidu (DMF), dichlorethanu a v omezené míře v benzenu a acetonu (bobtná).
Polyvinylchlorid se nerozpouští ve vodě, alkoholu, uhlovodících (včetně benzínu a petroleje). Je také odolný vůči kyselinám, zásadám, solným roztokům, tukům a alkoholům.
Pokud jde o výrobu PVC, radikálová polymerace vinylchloridu se izoluje ve hmotě, suspenzi, emulzi a roztoku. Závěsná metoda je v současnosti v průmyslu nejrozšířenější.
Nejprve se podívejme na proces výroby polyvinylchloridu pomocí blokové polymerace.
Při tomto způsobu výroby PVC v průmyslu je obtížné odstranit reakční teplo. Podmínky odvodu tepla se zhoršují v důsledku skutečnosti, že se zvyšujícím se stupněm přeměny monomeru kapalná fáze postupně mizí a tvoří se velké polymerní agregáty. To vede k místnímu přehřátí a produkci nestejnoměrného monomeru. Za těchto podmínek může být polymerace vinylchloridu provedena na stupeň konverze monomeru ne vyšší než 20–25 %.
1 – předpolymerační autokláv
2 – kapacita vinylchloridu
3 – autokláv – polymerátor
5 – regenerovaný vinylchloridový kondenzátor
8,12, 14, 18 – polyvinylchloridové přijímače
13 – automatické váhy
16 – vzduchový filtr
17 – bubnový podavač
Iniciátor (1 – 0,05 % hmotn. monomeru) se přivádí do reaktoru – autoklávu 0,1 a kapalný vinylchlorid se zavádí z nádoby 2 přes počítadlo nebo vážící metr.
Do pláště reaktoru se přivádí horká voda pro zahřívání reakční hmoty po dobu 1 – 1,5 hodiny, poté se za intenzivního míchání a odvádění reakčního tepla provádí polymerace vinylchloridu na 10% stupeň konverze při tlaku 0,9 -1,1 MPa. Vzniklá suspenze polymeru v monomeru se nalije do reaktoru – autoklávu 3, ve kterém se smíchá s novou částí monomeru, iniciátorem, akceptorem, akceptorem chlorovodíku a dalšími přísadami.
V reaktoru – autoklávu, vybaveném míchacím zařízením s proměnnou rychlostí otáčení, polymerace pokračuje až do 60 – 85% konverze. Teplota a tlak jsou udržovány regulací teploty vody cirkulující v plášti. Doba polymerace je 8 – 11 hodin. Nevytvrzený vinylchlorid se fouká přes filtr 4 do kondenzátoru 5. Kondenzovaný vinylchlorid proudí do nádoby 2. Před plněním se z autoklávů 1 a 3 opatrně odstraní vzduch vakuováním nebo propláchnutím dusíkem. Vzniklý PVC je vypouštěn z reaktoru vzduchem ve formě prachovo-vzduchové směsi do násypky – cyklonu 6, ve kterém se odděluje od vzduchu a posílá na síto. Práškový polyvinylchlorid prochází sítem 7 a násypkou 8 sběrače, prosévá se na sítu 11, shromažďuje se v násypce 12 a dodává se do balení.
Velká frakce produktu ze síta 7 vstupuje do drtiče 10, do násypky 14 sběrače, prášek s nestandardní velikostí částic se přivádí do mlýna 15. Prosátý produkt se shromažďuje ve sběrné násypce 18, odkud jde přímo do balení.
Suspenzní polymerací se získá asi 70 % množství polyvinylchloridu. Existují periodické a semikontinuální procesy, jejich rozdíl spočívá v hardwarovém designu.
Níže je schéma dávkového procesu výroby polyvinylchloridu polymerací v suspenzi:
2 – nádoba na roztok stabilizátoru
5 – odplyňovač suspenze
6 sběr – homogenizátor suspenze
10 – jednotka pro prosévání prášku
Demineralizovaná voda, roztok stabilizátoru z nádoby 1 (přes filtr 2) a roztok iniciátoru se naplní do reaktoru-polymerizátoru 3 přes čítač a vážící metr. Poté se propláchne dusíkem a dodává se s kapalným vinylchloridem. Po vložení komponent do pláště reaktoru je přiváděna horká voda pro ohřev reakční směsi. Polymerace trvá cca 5 – 10 hodin, konverze monomeru je 80 – 90 %. Nezreagovaný vinylchlorid se odfoukne a poté se odstraní z reaktoru do plynojemu a následuje regenerace. Suspenze PVC přes krustový separátor 4 vstupuje do zařízení 5 pro odplynění nezreagovaného vinylchloridu, chlorovodíku a dalších nečistot. Vinylchlorid se po regeneraci vrací k polymeraci. Dále se suspenze převede do sběrné nádrže – homogenizátoru 6, kde se suspenze po dalších operacích smíchá se suspenzí a přivede do odstředivky 7 k oddělení polymeru od vodné fáze. Filtrát vstupuje do systému čištění odpadních vod. Práškový polymer s vlhkostí 20 – 30 % se přivádí do sušárny 8. Při sušení ve fluidním loži je teplota vzduchu vstupujícího do komory 115-120, teplota na různých místech fluidního lože je 35 – 65° C. Po vysušení by obsah vlhkosti v polymeru neměl překročit 0,3 – 0,5%. Poté se práškový PVC přenese stlačeným vzduchem do násypky 9 a z ní do jednotky 10. Hotový polyvinylchlorid v práškové formě se balí do nádob a hrubé frakce se melou.
Suspenzní PVC se obvykle vyrábí ve formě homogenního bílého nebo světle žlutého prášku o objemové hmotnosti 450 – 600 kg/m3.
S ohledem na emulzní polymeraci polyvinylchloridu lze zaznamenat jednu vlastnost: tato metoda používá iniciátor, který je rozpustný ve vodě, ale nerozpustný v monomeru. Tato skutečnost určuje rozdíl mezi mechanismem emulzní polymerace a polymerace v suspenzi.
Technologický postup výroby emulzního polyvinylchloridu kontinuální metodou sestává z etap přípravy výchozích složek, polymerace vinylchloridu, odplynění latexu, neutralizace a stabilizace latexu, separace PVC od latexu, balení a balení materiálu.
Obrázek ukazuje schéma výrobního procesu polyvinylchloridu polymerací v emulzi:
1 – přístroj pro rozpouštění emulgátoru
3 – odběr vodné fáze
6 – odplyňovač latexu
7 – kolekce latexu
8 – sodné rozpouštědlo
9 – sběr roztoku sody
10 – nádoba pro stabilizaci latexu
11 – vakuum – pumpa
Do reaktoru 1 se kontinuálně přivádí kapalný vinylchlorid a vodný roztok emulgátoru, iniciátoru a regulátoru pH média. V horní části reaktoru se pomocí mísiče s krátkými lopatkami vytváří emulze monomeru ve vodě. Při pohybu emulze při teplotě 40 – 60 °C dochází k polymeraci vinylchloridu z 92-95 %. Reakční teplo se odvádí přes plášť a poměr vinylchloridu k vodné fázi je v rozmezí od 1:1 do 1:2.
Proces polymerace je řízen hustotou emulze a teplotou reakční směsi v autoklávu. Při běžném provozu je hustota 1120 kg/m3.
Latex se posílá přes filtr 5 do zařízení 6 k odplynění. Zbývající monomer z latexu se odstraní vakuováním.
Z odplyňovače 6 vstupuje latex do sběru 7, odkud je čerpán do nádoby 1 ke stabilizaci roztokem sody. Stabilizovaný latex se posílá do jednotky sprejového sušení k sušení. Suchý produkt, který neobsahuje více než 0,35 % vlhkosti, je balen a balen pomocí speciálního stroje.
Je třeba poznamenat, že významnou nevýhodou emulzního PVC je vysoký obsah nečistot v polymeru, což omezuje jeho rozsah použití.
Poslední metodou je získání PVC v roztoku. Provádí se v prostředí organických rozpouštědel za přítomnosti organických peroxidových a hydroperoxidových iniciátorů.
Tento typ polymerace se v průmyslu používá jen zřídka kvůli délce procesu, vysoké spotřebě rozpouštědel a nutnosti jejich regenerace.
Přirozeně, v závislosti na způsobu výroby polyvinylchloridu, existují různé značky pro tento materiál. Kvality polyvinylchloridu získané suspenzní metodou se tedy označují jako PVC-S, emulze – PVC-E, hmota – PVC-M. Následující čísla mají pro každý způsob výroby svůj vlastní význam. Poslední písmeno, které se nachází za čísly, označuje možné použití polyvinylchloridu této značky (písmeno M – měkké výrobky, F – tvrdé výrobky, P – pasty).
Podívejme se na několik příkladů označení pro závěsné PVC:
Pryskyřice PVC-S-7059-M je suspenzní polyvinylchlorid, používaný k výrobě následujících měkčených výrobků: kabelový plast odolný proti světlu, lékařský plast, filmové materiály, umělá kůže, vysokopevnostní trubky, speciální linoleum.
PVC-S-6359-M pryskyřice je suspenzní polyvinylchlorid, používaný pro výrobu měkčených a polotuhých výrobků pro všeobecné použití (umělá kůže, fólie, linoleum) a speciálních desek. schůzky.
Pryskyřice PVC-S-6768-M je suspenzní polyvinylchlorid, používaný k výrobě trubek, profilových lišt a dalších měkčených materiálů (hlavně okenních konstrukcí).
Pryskyřice PVC-S-7058-M je suspenzní polyvinylchlorid, používaný k výrobě následujících měkčených výrobků: kabelový plast odolný proti světlu, lékařský plast, filmové materiály, umělá kůže, vysokopevnostní trubky, speciální linoleum.
Pryskyřice PVC-SI-67 je suspenzní polyvinylchlorid, používaný k výrobě následujících produktů: pevné a pružné výlisky, kanalizační tlakové a drenážní potrubí, stavební a okenní profily, kování, nádoby, obaly, parapety.
Aplikace polyvinylchloridu, výrobky z PVC
Polyvinylchlorid se stal jedním z nejpoužívanějších plastů na světě (umístil se v první trojici v oblíbenosti spolu s polyethylenem a polypropylenem). Je to dáno jak nízkou cenou, tak vysokými technickými vlastnostmi.
Výrobky z PVC našly své uplatnění ve stavebnictví. Ve vyspělých zemích tedy tvoří více než polovinu všech používaných stavebních materiálů a nacházejí se v každodenním životě jako materiál pro výrobu oken, dveří, odtoků a různých dokončovacích materiálů.
Použití polyvinylchloridu v oblasti medicíny není vyloučeno, protože materiál lze použít jednorázově, což eliminuje použití skleněných a pryžových výrobků, které vyžadují sterilizaci. PVC lze nalézt ve formě nádob, hadiček a katétrů, rukavic, pneumatik, obalů léků atd.
Polyvinylchlorid se také používá jako tmel v domácích a profesionálních chladničkách. To umožnilo místo poměrně složitých mechanických uzávěrů použít magnetické uzávěry ve formě magnetizovaných elastických vložek umístěných v těsnícím válci.
Kromě toho je materiál široce používán v reklamě: pro zdobení výloh a maloobchodních prodejen, vytváření reklamních bannerů a plakátů. Slouží jako surovina pro výrobu různých druhů výrobků od desek a plakátů až po samolepky.
Z PVC se vyrábí oděvy (umělá kůže a pryž), sportovní potřeby (vybavení, míče atd.), nábytek, zahradní hadice, kreditní a telefonní karty, nafukovací čluny, batohy, nafukovací a plyšové hračky. PVC je základem pro výrobu všech druhů obalů na potraviny a předměty pro domácnost.
Opětovné použití PVC
Umělý PVC materiál má mnoho výhod, ale jednou z jeho zarážejících nevýhod je jeho umělost, to znamená, že jej nelze přirozeně zpracovat v přírodě, což vede ke znečištění životního prostředí. Ale na tento problém existuje skvělé řešení.
Recyklace odpadu z polyvinylchloridu vám umožňuje vyhnout se negativním dopadům na životní prostředí a znovu použít tento odpad k výrobě nových produktů. Recyklační proces probíhá v několika fázích: odpad se třídí, drtí, lisuje, zpracovává a následně se vlivem určité teploty mění v jednotnou hmotu druhotného PVC.
Foto vypůjčeno z pzo.com
Tříděný odpad z PVC se zpracovává dvěma způsoby – mechanicky a chemicky.
Odpad PVC se mele na prášek vhodný pro výrobu nových plastových výrobků. Okenní profily a podobné konstrukce jsou vhodné pro mechanickou recyklaci.
Tato metoda je volitelná. Výhodou chemického zpracování je, že se znatelně snižuje množství nebezpečných přísad v odpadu, čehož nelze dosáhnout mechanickým zpracováním.
