Что такое поливинилхлорид

Что такое поливинилхлорид?

Поливинилхлорид – это прозрачная пластмасса, не имеющая цвета. Отличается значительной химической устойчивостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. В процессе переработки нефти образуется газ. Расщепляя его на углеводороды, а затем соединяя в новые органические цепочки с помощью катализаторов (поваренной соли (хлора), пластификаторов и эмульгаторов), образуется твердое вещество.

Поливинилхлорид является конечным продуктом переработки этиленового газа, широко применяется фактически во всех сферах деятельности человека и характеризуется высокой прочностью, долговечностью и инертностью ко многим веществам.

Полимеризация винилхлорида выполняется постепенно, постепенно образуется бесцветный гранулированный порошок, дисперсностью от 100 до 200 мкм. Размер и форма зависят от способа получения. Далее материал доставляется на производство, где последующая технология определяет область применения ПВХ.

Что такое НПВХ

НПВХ (в международной системе обозначений PVC-U) – это один из трёх базовых типов поливинилхлорида. Его химическая формула – (C2H3Cl)n. В скобках – состав единичного полимерного звена, значок n указывает на бесконечное количество их повторений при полимеризации материала. Помимо НПВХ, к базовым типам поливинилхлорида относятся хлорированный полимер (ХПВХ, или PVC-C) и достаточно большая группа имеющих специальные свойства модифицированных материалов (PVC-M).

Ответ на вопрос, чем отличается ПВХ от НПВХ, заключается в эксплуатационных характеристиках этих материалов, которые определяют сферу их применения. Подробнее об этом можно узнать из нормативных документов, регламентирующих производство разных видов продукции. Применительно к трубам это следующие ГОСТы:

• ГОСТ 32413-2013 – безнапорные трубы из PVC-U для наружных сетей водоотведения;
• ГОСТ 32412-2013 – то же для внутренних сетей канализации;
• ГОСТ Р 51613-2000 – изделия из PVC-U для напорных сетей подачи холодной технической и питьевой воды;
• ГОСТ Р 52134-2003 – напорные трубы из полимерных материалов для водоснабжения и отопления, в том числе из PVC-U и PVC-C.

Разделение труб по сферам применения обеспечивает оптимальное их использование с технической и финансовой точки зрения. Это означает, что в зависимости от целевого назначения вам не надо эксплуатировать изделия с явно избыточными характеристиками для решения своих задач.

Для чего применяются безнапорные виды таких изделий?

Ответ на вопрос «безнапорные ПВХ трубы — что это такое и для чего применяется?» достаточно прост. Такие детали используются как составные части эффективных, долговечных и надёжных водоотводящих объектов бытового и промышленного масштаба. Максимальная глубина укладки таких изделий может достигать 20 метров, при этом они вполне пригодны и для наружного применения.

Форма поставки, переработка

Идентификация

Поливинилхлориды различают по молекулярной массе, значению константы Фикентчера К либо по числу вязкости. Последние два основаны на относительной вязкости полимера в растворе и являются пропорциональными. Существует взаимосвязь между следующими характеристиками: константа Фикентчера ( ISO 1628-2 и DIN 53726), удельная вязкость, число вязкости J (DIN 53726-8), характеристическая вязкость (ASTM D 1234-T), показатель текучести расплава (ISO 1133 и ASTM В1238) и числовое и массовое распределение молекулярной массы. Константа Фикентчера (К) для ПВХ смол, используемых для получения термопластичных изделий, обчно имеет значение от 50 до 80, согласно DIN EN ISO 1628-2. Чем выше значение К, тем лучше механические и электрические свойства конечных изделий, однако высокие значения К говорят и о трудностях переработки непластифицированного ПВХ. В таблице 1 приведены значения К ПВХ смол для стандартных методов переработки.

Табл. 1. Области применения различных марок ПВХ

Э-эмульсионный; С-суспензионный; М-полученный в массе

Свойства и области применения напластифицированного ПВХ

Жесткий ПВХ является термопластичным материалом с высоким модулем эластичности, но низкой стойкостью к истиранию, ударопрочным при низких температурах с долговременной переменной усталостной прочностью. Рабочие температуры относительно низкие: кратковременные до 75 о С, длительные до 65 о С. Соответствующий подбор добавок гарантирует отличные электрические свойства, особенно при низких напряжения, в низкочастотном диапазоне. Высокие частоты приводят к нагреванию из-за высокого коэффициента электропотерь. Проницаемость ПВХ для воздуха, N₂, O₂ и CO₂ ниже, чем у полиолефинов, проницаемость водяного пара выше. При температурах до 60 о С жесткий ПВХ устойчив к действию большинства разбавленных и концентрированных кислот, кроме олеум содержащей серной кислоты. ПВХ устойчив к спиртам, бензину, минеральным маслам, жирам, эфирам, кетонам, хлорированным углеводородам, а в ароматических углеводородах ПВР растворяется либо набухает в различной степени. ПВХ устойчив к трещинообразованию. Соответственно стабилизированный ПВХ может использоваться вне помещений. Непластифицированный ПВХ физиологически нейтрален. Большинство изделий из ПВХ замедляют горение, даже без дополнительных добавок. Пламя затухает при удалении источника пламени. В зависимости от метода полимеризации ПВХ может быть просвечивающимся или прозрачным, он также легко окрашивается. Наполнители обычно используются для снижения стоимости, стекловолокно редко применяют для упрочнения ПВХ (смотри таблицу 2).

Табл. 2. Свойства наполненного жесткого ПВХ

Vicat-T — температура размягчения по Вика

В производстве труб и профилей из жесткого ПВХ добавляют 1-2% мелкозернистого мела (5-10 мкм) для улучшения перерабатываемости. Введение серы до 15% увеличивает ударную вязкость в 2 раза. Более 40% серы вводят в трубы и профили (трубы высокого давления, дренажные трубы) в зависимости от необходимой устойчивости к механическим напряжениям. Мел поглощает выделяющиеся кислоты и тем самым улучшает термостабильность. Каолин добавляют к пластифицированному ПВХ при производстве кабеля для улучшения объемного сопротивления. Силикаты увеличивают тиксотропию, а полученные изделия имеют матовую поверхность. Гидроксид алюминия улучшает устойчивость к горению. Прочность ПВХ с 5-12% модификатора ударопрочности примерно в 2 раза выше, чем у обычного ПВХ. Эластомеры эфира полиакриловой кислоты (ACM), хлорированный ПЭ и сополимер этилена с винилацетатом (СЭВА) при диспергировании в массе выступают в роли модификатора ударопрочности. ACM применяется как привитой сополимер либо в качестве сополимера с метилметакрилатом с содержанием акрилонитрила 60-90%. АСМ добавляют к ПВХ в количестве обычном для модификаторов: примерно 5-7%. В отличие от АСМ, хлорированный ПЭ и СЭВА до определенной степени являются чувствительными к сдвиговым нагрузкам. Поэтому ударопрочность при их применении зависит от режима переработки. Полиакрилаты, модифицированные полистиролом, используются для получения прозрачных изделий с улучшенной ударопрочностью.

Табл. 3. Сравнение свойств винилхлоридных полимеров и смесей

Пластификаторы

Таблице 4 представляет обзор основных первичных пластификаторов ПВХ и их характеристик. Фталевые пластификаторы (1-я группа), в основном универсальный ДОФ, составляют 65-70% всех пластификаторов. Для специфических целей применяют спирты с короткой цепью. Эфиры алифатических дикарбоновых кислот (2-я группа) в основном применяются в смеси со фталатами для улучшения низкотемпературной ударопрочности изделий из ПВХ. Эфиры фосфорной кислоты (3-я группа) наилучшим образом подходят для технических огнестойких изделий. Эфир алкилсульфоновой кислоты и карболовая кислота (группа 4), подобны ДОФ и имеют минимальную летучесть. Эти эфиры обеспечивают хорошую высокочастотную смачиваемость и атмосферостойкость, несмотря на пожелтение. Эфиры лимонной кислоты (группа 5) являются пластификаторами, предназначенными для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Тримеллитаты (группа 6) используются в изделиях, подвергаемых сильному длительному нагреванию. Эпоксидированные продукты (группа 7) добавляют к ПВХ-Х преимущественно из-за дополнительного стабилизирующего эффекта. Однако их использование в значительном количестве, может привести к выпотеванию. Полиэфирные пластификаторы (группа 8) доступны в виде олигомерных и полимерных пластификаторов, обеспечивают широкий выбор этерифицирующих компонентов и диапазон молекулярных масс от 600 до 2000 г/моль. В дополнение к их низкой летучести, они отличаются высокой устойчивостью к экстракции жиров и масел.

Табл. 4. Пластификаторы для ПВХ

Рис. 1. Прочность при растяжении и удлинение при разрыве ПВХ-П при 23 о С, в зависимости от количества пластификатора: ДОФ (DOP), DOA, ТКФ (TCP), ДЦГФ (DCHP)

Применение и свойства

ПВХ-П содержит от 5 до 20% пластификатора. Низкое содержание пластификатора, которое не обеспечивает образование однородной структуры, вызывает увеличение хрупкости и снижение удлинения при разрыве (смотри рис.1). При увеличении содержания пластификатора ПВХ ведет себя как резина. Поэтому обычно ПВХ-П характеризуют твердостью по Шору А. При твердости по Шору А 96-60 материал рекомендован для экструзии, 85-65 — для выдувного формования, до 50 — для литья под давлением. Высоконаполненные смолы с твердостью по Шору А 85-70 для напольных и кабельных покрытий, проявляют более низкое растяжение при разрыве и меньшую гибкость при низких температурах, чем ненаполненные. Низкотемпературная хрупкость зависит от типа и количества пластификатора.

Табл. 5. Твердость ПВХ-П по Шору А и D

Применение

Литье под давлением: затворы, защитные колпаки, обувная подошва, велосипедные ручки, амортизаторы, сандалии.

Экструзия: трубы, тубы, перила, кордовая нить и покрытия проводов, изоляционные ленты и трубы.

Каландрование: листы, пленки (занавески для душа), настилы полов.

Раздувное формование: подлокотники в автомобилях, шары, мячи, тубы.

Бутыли полученные из ПВХ часто путают с бутылями из ПЭТ и при вторичной переработке возникают проблемы, так как температура переработки ПВХ ниже, чем у ПЭТ, и из ПВХ выделяется соляная кислота.

Гомополимер поливинилиденхлорида разлагается при температуре ниже температуры плавления, поэтому он промышленно практически не используется.

3. Винилхлорид: сополимеры и смеси

Табл. 6. Влияние сомономеров на свойства поливинилхлорида.

Модификаторы, в основном основанные на высокомолекулярных метилметакрилатных полимерах образует с ПВХ однофазную смесь, из которой получают прозрачные изделия. Они улучшают текучесть расплава и индекс Эриксена в области термоэластичности, так что ударопрочные и атмосферостойкие изделия можно получать в мягких условиях. Модификаторы, основанные на α-метилстироле/акрилонитриле и стироле/малеиновом ангидриде улучшают температуростойкость на 10-15К. Получают также смеси со следующими компонентами: АБС-пластик, ПЭ-Х, ПММА. Сравнение свойств смотри табл. 3.

Из чего в действительности состоит профиль пластиковых окон

Точные пропорции ПВХ смеси держатся в тайне, так как формула является частью секрета фирмы-производителя, за которым (как за рецептом Кока-Колы) охотятся шпионы-конкуренты.

Тем не менее состав строго определен. Для экструзии оконного профиля используют:

• Собственно ПВХ,
• Термостабилизаторы (на основе соединений свинца или кальций-цинка),
• Красящие пигменты (оксид титана и оксид железа),
• Наполнители (соединения кальция),
• Пластификаторы (фталаты).

Насколько безопасен состав смеси для производства ПВХ профиля?
Чтобы не быть голословными, рассмотрим их по порядку.

Термостабилизаторы

Термостабилизаторы на основе соединений свинца уже долгое время используются в производственных отраслях для придания необходимых физических свойств. Для термоустойчивости оконного ПВХ профиля применяют сульфид свинца. Свинец в соединении находится в связанном виде и не представляет опасности. К тому же для производства профиля его добавляют в малых количествах — не превышает величину в 0,4% от общего объема материалов. В окне получается и того меньше.

Продолжительное использование, среди прочего — для изготовления водопроводных труб, позволили изучить свойства сульфида свинца и получить опытное подтверждение его безвредности. Другое дело — стабилизаторы на основе кальция и цинка.

Стабилизаторы на основе цинка и кальция относительно недавно стали использоваться в производстве ПВХ профилей, отчего в полной мере не сформировалось базы знаний и наблюдений за материалами с этими компонентами. Однако они прошли все проверки в европейских лабораториях на соответствии нормам.

Красители

Красители для производства ПВХ профилей — вещества, прошедшие лабораторные исследования и активно применяемые. В конечном продукте — профиле окна ПВХ, они также не представляют опасности.

Необходимость добавки красящих пигментов объясняется тем фактом, что ПВХ сам по себе не имеет цвета и без красителей представлял бы на вид толстый полиэтиленовый пакет.

В производстве ПВХ профиля используют следующие красящие компоненты:

• оксид титана — для придания профилю белого цвета,
• оксид железа, чтобы сделать цвет профиля коричневым.

Наполнители

Соединения кальция, используемые как наполнитель, придают оконному профилю прочность. Добавляемый для этих целей состав, как правило, карбонат кальция, или попросту, мел. Безвреден и безопасен.

Пластификаторы

Пластификаторы в пластиковой продукции — наиболее обсуждаемый элемент. Именно он до недавнего времени был главным объектом критики пластиковых окон.

Особое внимание общественности приковано к фталатам группы DEHP, воздействие которых изучается, но предполагается их негативное воздействие при попадании в организм человека.

Для пластиковых профилей используются фталаты другой группы — DIDP и DINP, которая до 2014 года также была под подозрением. Однако проведенные исследования* в течение 4 лет подтвердили безопасность пластификаторов этих групп.

По результатам наблюдений эксперты смогли с уверенностью заявить, что необходимо с осторожностью использовать предметы, в которых использовались пластификаторы из группы риска, и то при условии, что частицы будут попадать внутрь.

В заключении касательно оконного профиля говорится, что профиль изготовленный с использованием фталатов DINP и DIDP, не оказывает никакого влияния на организм человека.

*- Согласно данным исследований рабочей группы по ПВХ и окружающей среде Arbeitsgemeinschaft PVC und UMWELT e.V. (AGPU)

Физические и химические свойства ПВХ

Поливинилхлорид – это пластмасса, не имеющая цвета. ПВХ приобрел широкую популярность среди потребителей за счет обладания отличной стойкости к маслам, кислотам и растворителям. Он не подвержен гниению, не выцветает под воздействием солнечных лучей, долговечен и способен имитировать внешний вид дорогих естественных материалов (в строительстве часто копирует дорогие породы древесины).

Атомы, входящие в состав молекулы ПВХ

Основные характеристики ПВХ:

• температура деформации (стеклования) – 75-105 0 С;
• теплопроводность – 0,159 Вт/м*К;
• трудно горит на воздухе, но при высокой температуре (выше 120 0 С.) разлагается с выделением вредных веществ;
• стойкость к низким температурам – не ниже -15 0 С;
• растворяется в диметилформамиде, циклогексаноне, тетрагидрофуране, ацетоне и бензоле;
• не растворяется в спиртах, углеводородах и воде;
• устойчив к воздействию растворов солей, щелочей, кислот, масел, жиров;
• обладает диэлектрическими свойствами (проницаемость при частоте тока 50 Гц – 3.5), удельное электрическое сопротивление – 10 12 Ом.*м.
• предел прочности растяжения 40-50 мПа, изгиба – 80-120 мПа;
• химическая формула: С₂Н₃CL;
• международная аббревиатура PVC.

Продукты разложения ПВХ (окись углерода и хлористый водород), которые выделяются при нагревании материала оказывают токсичное влияние на организм человека, раздражают дыхательные пути и слизистую оболочку глаз.

Производство ПВХ

Получение поливинилхлорида – это сложный технологический процесс, который сопровождается химическими реакциями. Простейший алгоритм производства можно описать несколькими последовательными операциями:

1. Растворить поваренную соль в воде и с помощью процесса электролиза получить хлор.
2. Из газа или нефти получают этилен.
3. С помощью химической реакции производят соединение хлора и этилена. Полученное вещество называется дихлорид этилена.
4. Из дихлорида этилена производят винилхлорид – это основной элемент для получения ПВХ.
5. Путем полимеризации винилхлорида производят ПВХ.

Существует 3 способа полимеризации винилхлорида:

• суспензионная;
• эмульсионная;
• полимеризация в массе.

Суспензионная полимеризация происходит в специальном реакторе. Винилхлорид размешивается с водой и заливается в реактор, затем добавляется защитный коллоид. Реактор – это герметичная емкость. В ней происходит нагрев смеси до 45-600С, данная температура постоянно поддерживается в течение процесса полимеризации, которая происходит в каплях винилхлорида.

По завершении процесса получаются пористые гранулы размером 100-300 мкм. – это и есть ПВХ. Однако после его получения необходимо произвести фильтрацию, сушку, просеивание и фасовку.

Эмульсионная полимеризация происходит в результате растворения в воде персульфатов с добавлением эмульгаторов (сульфонатов). Процесс протекает следующим образом: в реактор поступает водный раствор и винилхлорид, затем происходит нагрев эмульсии до 45-600С. и постоянное равномерное перемешивание.

В результате происходит образование латекса с мелкими крупицами ПВХ (0.5 мкм). Частицы ПВХ оседают на дне реактора, откуда они отводятся в распылительную камеру для просушки и просеивания. Полученный порошок – ПВХ.

Полимеризация в массе протекает в 2 ступени. Первая – это полимеризация винилхлорида до получения тонкой взвеси частиц поливинилхлорида. Вторая – это нагрев полученной взвеси в реакторе с добавлением специальных химических элементов (мономеров и инициаторов). В результате получаются частицы ПВХ размером 100-300 мкм. Затем материал фильтруют, производят азотную продувку и просеивают.

Плюсы ПВХ

Полимерное покрытие дает изделиям ряд общих преимуществ. Среди них:

• Эластичность.
• Плотность и прочность.
• Водостойкость. Материал не пропускает влагу.
• Воздухонепроницаемость. Будучи минусом в легкой промышленности, это качество становится плюсом при использовании в нужной области.
• Термостойкость. Ткани не страшны предельно низкие и высокие температуры.
• Солнцестойкость. Качественные вещи, созданные с соблюдением высоких стандартов, не выгорают под прямыми солнечными лучами.
• Неокисляемость.
• Бюджетность. Поливинилхлоридные полотна имеют доступную стоимость.
• Относительно долгий срок службы. Составляет от 5 до 15 лет, в зависимости от конкретных характеристик и типа изделия.

Плюсы и минусы

Изделия из ПВХ ткани пользуются огромной популярностью по всему миру, используются множеством людей. Очень важно тщательно изучить достоинства и недостатки этого полотна – вы должны знать все про PVC покрытие!

Для начала поговорим о плюсах, которые характеризуют полимерный материал:

• Отличная прочность;
• Высокий уровень плотности;
• Прекрасная склонность к растягиванию, эластичность;
• Изделия не пропускают влагу;
• Подобные вещи выдерживают воздействие низких и высоких температур – как жары, так и мороза;
• Изделия не подвергаются воздействию прямых солнечных лучей, не выгорают и не портятся;
• Отсутствие склонности к окислению;
• Достаточно низкая стоимость;
• Долгий срок эксплуатации – точная цифра зависит от конкретной вещи.

Ткань с ПВХ покрытием имеет свои недостатки – они достаточно существенные:

• Это неэкологичные изделия, которые не разлагаются после использования;
• Продукты распада ядовиты и токсичны;
• Изделия нельзя сжигать, так как при горении выделяется ядовитый хлористый водород;
• В процессе производства вырабатываются вредные для человека и окружающей среды вещества.

Отдельно стоит отметить такой показатель, как воздухонепроницаемость . Этот параметр может стать достоинством в одной области и недостатком в другой сфере промышленности.

Объясняем, как правильно стирать био пух по ссылке, всего несколько нужных советов по уходу.

Пластиковые окна: «вред» и польза

Что такое ПВХ-окно или, как его чаще называют многие, пластиковое / металлопластиковое? Это окно, рама и створки которого изготовлены не из дерева или алюминия, а из ПВХ-профиля. Такие окна получили широкое распространение благодаря сочетанию невысокой стоимости, хороших характеристик и долговечности.

Наносят ли пластиковые окна вред для здоровья? Вокруг этого вопроса существует много мифов, некоторые из которых порождены элементарным недостатком информации.

Например, иногда вред пластиковых окон усматривают в том, что они «ухудшают воздух» в доме. Так, очень часто после замены старых деревянных окон на пластиковые в доме или квартире портится микроклимат: повышается влажность, возникает духота и т.п. Винят в этом пластиковые окна.

На самом деле за микроклимат отвечает система вентиляции. В старых домах она, как правило, не работает. Пока в доме стояли старые деревянные окна воздух в помещении худо-бедно обновлялся через щели в рамах. А что такое ПВХ-окна? Это герметичные пластиковые конструкции, которые такой воздухообмен полностью исключают, и, как следствие, при неработающей вентиляции воздух в помещении застаивается, перенасыщается влагой и углекислым газом. Специалисты компании VEKA рекомендуют в таких случаях оснащать окна устройствами для микропроветривания, улучшающими воздухообмен и микроклимат в помещении.