Что такое ПВХ (Поливинилхлорид)? Состав, свойства, получение, применение.

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.

Физические и химические свойства

Молекулярная масса 9-170 тыс.; плотность-1,35-1,43 г/см³. Температура стеклования-75-80 °C (для теплостойких марок — до 105 °C), температура плавления-150-220 °C. Теплопроводность — 0,159 Вт/м·К. Трудногорюч. При температурах выше 110-120 °C склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl. При внесении в пламя придаёт ему зеленоватый оттенок ввиду присутствия хлора.

Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане, ограниченно — вбензоле, ацетоне. Не растворяется в воде, спиртах, углеводородах (в том числе бензине и керосине). Устойчив к действию кислот, щелочей, растворов солей, жиров, спиртов, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Предел прочности при растяжении-40-50 МПа, при изгибе-80-120 МПа. Удельное электрическое сопротивление-10 12 -10 13 Ом·м. Диэлектрическая проницаемость (при 50 Гц)-3,5.

Тангенс угла потерь порядка 0,01-0,05.

Состав и расшифровка аббревиатуры ПВХ

Аббревиатура ПВХ расшифровывается как поливинилхлорид. Существуют и другие названия материала: винил, полихлорвинил, виннол, вестолит, сумилит и др. Химическая формула полимера: (C₂H₃Cl)n; [−CH2−CHCl−]n

Анализ состава вещества позволяет сделать вывод о том, что при температуре 110 – 120°С происходит активное выделение хлороводорода HCl. При этом не наблюдается горения. Когда изменяется структура, начинается разложение. При утилизации ПВХ под воздействием температур плавления материал выделяет вредные для здоровья человека и окружающей среды канцерогены.

Поливинилхлорид демонстрирует устойчивость к воздействию воды, спиртов, органических углеводородов, химических соединений (соли, щелочи, кислоты). ПВХ является диэлектриком. При температуре ниже — 65°С полимер становится хрупким.

Поливинилхлоридная ткань — материал технического назначения синтетического состава. Образован основой из полимерных нитей с покрытием. Благодаря свойствам полимера материалу можно придать заданные свойства.

Полотна двухлицевые, плотные, гладкие, обладают жесткостью. Некоторые виды ПВХ материала посредством применения дополнительных пластификаторов (фталаты) обладают эластичностью. На фото поверхность полотен гладкая с глянцевым блеском.

Сокращение PVC (международное название) обозначает polyvinyl chloride, переводится с английского как поливинилхлорид. Вещество поставляется в двух основных формах: жесткой и гибкой. В чистом виде это хрупкое твердое вещество белого цвета.

Для получения покрытия с умеренной гибкостью мелкие частицы ПВХ растворяют в пластификаторе, применяя метод полимеризации в суспензии. Пластизоль — жидкость, полученная в процессе производства, не затвердевает при охлаждении и переходит в состоянии геля при повторном нагреве.

На полиэфирную ткань наносят пластизольное покрытие разными способами:

• распылением;
• впрыскиванием в пресс-форму;
• путем окунания в ванну.

Применение

Применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида, линолеума, грязезащитных ковриков, обувных пластикатов, мебельной кромки и т. д. Также применяется для производства грампластинок (то есть виниловых), профилей для изготовления окон и дверей.

Поливинилхлорид также часто используется в одежде и аксессуарах для создания подобного коже материала, отличающегося гладкостью и блеском. Такая одежда широко распространена в альтернативных направлениях моды, среди участников готической субкультуры и сторонников сексуального фетиша.

Поливинилхлорид используют как уплотнитель в бытовых холодильниках, вместо относительно сложных механических затворов. Это дало возможность применить магнитные затворы в виде намагниченных эластичных вставок, помещаемых в баллоне уплотнителя.

Моющиеся обои покрываются плёнкой из ПВХ с лицевой стороны, для того, чтобы сделать их непромокаемыми.

Также находит широкое применение в пиротехнике как источник хлора, необходимого для создания цветных огней.

Широко применяется в рекламе: для оформления витрин магазинов и торговых точек, создания рекламных баннеров и плакатов. Служит сырьём для производства различного рода продукции от грампластинок и плакатов до наклеек. Слоем ПВХ покрыта металлическая сетка восьмиугольника, где проводят соревнования по MMA. Из ПВХ также делают презервативы для людей с аллергией на латекс .

Поливинилхлорид используется в производстве трикотажных рабочих перчаток для нанесения различных рисунков на трикотажную основу. ПВХ-рисунок на перчатке позволяет обеспечить хороший захват при выполнении различных работ, предотвращает процесс скольжения, увеличивает износостойкость продукции.

Поливинилхлорид используется для производства хлорированного поливинилхлорида, обладающего самыми высокими характеристиками огнестойкости и самой высокой температурой воспламенения (482 °С) среди термопластов.

Особенности производства

Чтобы понять, что такое ПВХ, стоит ознакомиться с технологией его изготовления. Получают материал путем полимеризации винилхлорида с присутствием NaCl. От способа синтеза зависит назначение полученных соединений.

Ранее термопластический полимер изготавливали устаревшим методом, требующим строгого соблюдения температурного режима. В результате на выходе образовывалось соединение низкого качества из-за большого количества остаточных компонентов. Данный метод называется полимеризацией в массе.

В современной промышленности применяют современные способы синтеза ПВХ:

• полимеризация в суспензии;
• в эмульсии;
• в массе.

При полимеризации в суспензии применяют точное управление параметрами. Технология считается наиболее популярной и используется в производстве пластиковых окон, изделий с повышенными требованиями к качеству конечного продукта.

Полимеризация в эмульсии — синтез в водной среде с использованием поверхностно-активных веществ, выступающих эмульгаторами. В ходе процесса выделяют латекс, из которого поэтапно получают чистый полимер.

Мнение эксперта

Ткани

Эксперт и технолог по тканям Алена Хлебникова готова ответить на ваши вопросы.

Напишите нам

ПВХ-материал — это техническая ткань, изготовленная на основе синтетических волокон. На сетку из полимерных нитей (лавсан, полиэстер, нейлон) наносят покрытие из поливинилхлорида. Недорогой практичный материал называют баннерной, тентовой тканью или пленкой.

Варианты в соотношении переплетаемых нитей разнообразные: 6х6; 7х7; 8х8; 9х9; 12х12. Для придания заданных свойств нити размягчают либо применяют химические присадки, лаки. К примеру, полиуретан способствует повышению устойчивости к истиранию и делает полотно эластичным.

Материал ПВХ — характеристика

Данное вещество характеризируется как негорючий термопластичный материал, который хорошо поддается механической обработке на обычных станках и легко сваривается горячим воздухом при температуре 200-300 градусов Цельсия. Кроме этого, он может приклеиваться к различным видам клея (зачастую это средства на основе перхлорвиниловой смолы). Более того, данный материал может быть приклеен к деревянным, бетонным и металлическим изделиям. ПВХ не боится воздействия многих видов кислот, а также алифатических, хлорированных и ароматических углеводородов. Прочность клеевых и сварных соединений составляет порядка 85-90 процентов от прочности самого материала.

Благодаря своей высокой прочности на упругость и изгиб поливинилхлорид широко востребован среди рыбаков, которые кустарным способом изготовляют верхние части спиннингов, а также зимние удочки. Как показывает практика, подобные изделия не теряют своих свойств даже при температуре минус 45 градусов Цельсия.

Какова экологическая чистота профилей ПВХ?

На сегодняшний день, многие эксперты говорят об экологической чистоте профилей ПВХ. Термопластичные профили изготовлены из тяжелых металлов, для окраски их в белый цвет используется алюминий. Окна получаются белоснежными, так как изготавливаются на основе калийной соли, соды, мела и других минеральных ресурсов. ПВХ, созданные на основе новейших технологий, не выделяют никаких токсических веществ.

Диэлектрические свойства

Перечисляя свойства ПВХ , также необходимо отметить тот факт, что поливинилхлорид является хорошим диэлектриком (не проводит через себя электрический ток). Однако при нагревании до температуры 85 и более градусов Цельсия данный материал быстро теряет эти свойства. Что касается веса, то по плотности ПВХ является более тяжелым, нежели полиэтилен, однако легче, чем фторопласт и фенолформальдегидный пластик.

Высокая пожаростойкость ПВХ достигается за счет использования в его производстве такого компонента, как хлор. Именно он снижает риск горючести жесткого поливинилхлорида.

Цифровое обозначение видов пластмасс

Для удобства переработчиков Ассоциация переработчиков пластмасс (Plastics Industry Trade Association) в 1988 представило систему идентификационных кодов (RIC). В 2010 году был разработан международный стандарт ASTM D 7611, в котором маркировочное число заключалось в треугольник из стрелок, а в 2013 году были внесены изменения, которые заменили треугольник из стрелок четким равносторонним треугольником с цифрой внутри. Это можно увидеть на донышке посуды и упаковки. Иногда рядом с ними обозначен и тип пластмассы.

Необходимо знать, что эти стандарты разрабатывались в первую очередь для переработчиков пластмасс и одним из принципов разработки является: “Сделать код незаметным на момент покупки, чтобы он не повлиял на решение о покупке”. Так что потребителю иногда придется тщательно осмотреть упаковку для поиска кода.

Большинство пластиковых упаковок производится из шести видов пластмасс: полиэтилентерефталат (PET); полиэтилен высокой плотности (ПЭВП); поливинилхлорид (ПВХ или винил); полиэтилен низкой плотности (ПЭНП); (РР) и полистирол (PS).

Поэтому стандартом каждому виду было назначено одно число от от 1 до 6. Цифра 7 означает “другой материал” и означает, что данный продукт изготовлен из материала не из основного списка. Это сделано по требованиям законодательства некоторых стран, чтобы все упаковки были промаркированы.

Цифра 1. Это полиэтилентерефталат, PET или PET(Ф). Применяется для изготовления тары, волокон либо пленки. Изначально разрабатывался для производства волокон и производства как технических, так и бытовых тканей (флис). Но по мере совершенствования технологии полимеризации все шире применяется для пищевой упаковки.

Цифра 2. Полиэтилен низкого давления высокой плотности, HDPE. Из него делают упаковочные пакеты, термоусадочную пленку.

Цифра 3. Поливинилхлорид (ПВХ), PVC. В основном для производства линолеума и пластиковsх окон. Для применения пищевой упаковки его использование запрещено, хотя зачастую вкладыши для крышекна бутылок именно из него.

Цифра 4. Полиэтилен высокого давления низкой плотности, LDPE. Для изготовления упаковочной тары, парниковой пленки, труб и игрушек.

Цифра 5. Полипропилен PP широко используется для пищевой упаковки по причине его полной химической инертности и термостойкости. Он находит применение при производстве одноразовых шприцев, катетеров, одноразовой посуды для горячих блюд, бытовых приборов. Его можно обрабатывать паром и кипятить, поэтому из него изготавливают трубы для горячего водоснабжения.

Цифра 6. Полистирол PS. Одноразовая посуда, стаканчики под йогурт, внутренняя обшивка и начинка холодильников. Вспенивание специальных марок полистирола пентаном позволяет получать пенополистирол, изоляционный материал.

Цифра 7. Прочие материалы, например многослойные фольгированные упаковки для молока и соков, сочетающие бумагу, фольгу и полимеры. Сравнительно недавно эту группу пополнил хлорированный полиэтилен CPE. Эти материалы практически не поддаются вторичной переработке.

Есть аппаратные виды исследований, например, инфракрасная спектроскопия. Ну а если под рукой приборов нет, то можно воспользоваться быстрыми и несложными методами.

Ведь пластики разных видов:

• горят по-разному,
• запах при их горении разный,
• растворители на них действуют по-разному,
• при погружении в воду тоже ведут себя по разному.

Именно на этой разности и основаны основные методы самостоятельного определения вида пластика.

Химические свойства

Как мы отметили ранее, ПВХ практически неуязвим к воздействию некоторых видов кислот. Это действительно так – поливинилхлорид не изменяет свои свойства при действии щелочей, бензина, керосина, растворов солей и металлов.

Также до 60 градусов Цельсия данный материал устойчив к соляной и муравьиной кислоте. ПВХ стоек к окислению и воздействию глицерина, жиров и гликолей. Что же касается спиртов, то поливинилхлорид не растворяется в этиловом и метиловом спиртах, высших алкоголях, а также смазочных и растительных маслах. Не уязвим он и к воздействию кислых сточных вод.

Вреден или нет

Материал ПВХ с точки зрения экологичности не является безопасным. Виной тому химический состав полотна, способствующий низкому воздухообмену и минимальной паропроводимости. Производство поливинилхлорида также не является безопасным. В процессе синтеза выделяются вредные вещества.

Материал не поддерживает горение, под воздействием высоких температур происходит плавление. При утилизации выделяет в окружающую среду токсичные хлорорганические соединения и угарный газ.

Где он применяется?

Что такое ПВХ, мы уже выяснили, теперь поговорим о том, в каких отраслях данный материал применяется. Поливинилхлорид нашел широкое применение в производстве гибких пластиковых листов (для отделки стен и покрытия полов), пленки, защитных перчаток и многих других материалов и изделий. Из жесткого непластифицированного поливинилхлорида производятся трубы, неуязвимые к воздействию коррозии, а также некоторые детали дверей и окон. В области электротехники данный материал служит для изоляции проводов. Делают из него также игрушки, канцелярские и спортивные товары. Волокна поливинилхлорида применяются для изготовления рыболовных сетей, медицинского белья, трикотажа и различных фильтровальных технических тканей. Как видите, ПВХ применяется практически во всех отраслях промышленности и быта.

Виды поливинилхлорида

Сырьевой порошок имеет один состав, свойства и вид. Но очень отличаются механические свойства и то, как выглядит поливинилхлорид в готовых изделиях. Окончательные параметры определяются веществами, присаживаемыми в поливинилхлорид, свойства при этом меняются в 2 направлениях:

1. Винпласт — с высокими механическими показателями, используется как конструкционный материал.
2. Пластикат — пластичный в высокой степени, применяется для изоляции, покрытия и отделки поверхностей.

При необходимости придать ПВХ особые свойства используют дополнительные технологии:

1. Свойства наполненного ПВХ повторяют технологию армирования, где в качестве основы берется другой материал (ткань, стекловолокно), а ПВХ выполняет защитную функцию.
2. Вспененный поливинилхлорид характеризуется меньшей прочностью и массой за счет образования микропор. Также повышаются узкоспециализированные свойства материала: негорючесть, пластичность, антибактериальность. Существует 2 способа получения вспененной структуры: газовый и химический.

Маркировка

При производстве поливинилхлорида химические свойства различаются в зависимости от этапа и метода получения. Визуально эластомеры могут не отличаться друг от друга, но при этом иметь разную степень опасности. Очень важно для ПВХ применение в строгом назначении, для чего используется маркировка непосредственно на самом изделии. Общее название полимера имеет аббревиатуру ПВХ, или английскую — PVC (поливинилхлорид).

Буква перед или после аббревиатуры указывает на добавление пластификаторов, обеспечивающих пластичность:

• PVC-P; FPVC; PVC-F — пластифицированный.
• CPV-R; PVC-U; RVPC — не пластифицированный.
• HMW PVC — высокомолекулярный.

Пример расшифровки маркировки:

• РЕТ — маркировка одноразового пластика, предназначенного для питьевой воды.
• HDPE — прочный полиэтилен, используется для хранения синтетических неагрессивных средств.
• PVC — пищевой пластик, из него изготавливают пищевую пленку, тару для хранения. Дополнительно может маркироваться цифровым индексом.
• LDPE — пищевой пластик, не предназначен для длительного хранения.
• РР — пищевой пластик для хранения при температуре не выше комнатной.
• PS — может использоваться как пищевой и технический, но опасен при нагревании.
• 0 — маркировка применяется для технических видов пластика.

Характеристика изделий из ПВХ

На российском рынке наиболее часто можно встретить такие товары из поливинилхлорида:

1. Обувь ( сапоги , подошва ботинок и т.д.)
2. Напольное покрытие (иными словами — линолеум).
3. Пленка.
4. ПВХ-панели.

Ниже мы кратко рассмотрим каждый из этих вышеперечисленных типов изделий.

Что такое ПВХ-покрытие? Это поверхность в которой были использованы специальные ПВХ-плитки, предназначенные для укладки пола. Могут иметь как простую квадратную, так и конструкцию сложной формы.

ПВХ-пленка — что это такое? По своим свойствам она являет собой высокопрозрачный, гибкий и немного тянущийся материал. Как и все остальные изделия она устойчива к спиртам и кислотам, однако обладает уникальной способностью пропускать кислород. Именно поэтому тара, упакованная в эту пленку, долго не теряет свого товарного вида.

Что такое ПВХ-панели? Это материал, который применяется для отделки потолков и стен в различных помещениях. Зачастую используется для обшивки стен на кухне и в ванной комнате.

Переработка

Главная сложность в получении изделий из поливинилхлорида – это его термическая нестабильность, то есть склонность к разложению при повышенных температурах. Недостаток усугубляется большой вязкостью расплава чистого полимера. Кроме того, ПВХ материал – порошкообразный полимер. Это накладывает дополнительные ограничения по выбору оборудования и требует использовать при переработке ПВХ различные добавки.

Отметим, что эмульсионный поливинилхлорид утрачивает популярность, т.к. из-за своих описанных выше свойств он уже не считается в современных реалиях высококачественным материалом. ПХВ-Э широко используют для изготовления изделий из пластизоля, для других целей всё больше применяют суспензионный ПВХ. На последний приходится порядка 80 процентов потребления полимера.

В современной индустрии поливинилхлорид перерабатывают главным образом методом экструзии, гораздо меньше литьем под давлением и небольшие количества (в основном ПВХ-пластизоли) ротационным формованием, выдувным формованием и вальцеванием. Полученную экструзией ПВХ-пленку затем обрабатывают другими методами, в основном термоформованием.

Методом экструзии, как из жестких поливинилхлоридных композиций, так и из пластиката, выпускают разнообразнейшие профили, в том числе большое количество всевозможных труб. Среди профилей стоит отметить оконный профиль, подоконник, стеновые панели, сайдинг, водостоки, электротехнические профили и т.д.

Рис.2. Цех по производству экструзионных профилей

Экструзия ПВХ подробно описана в специализированных материалах. Она происходит на экструзионных линиях, особенностями которых являются двушнековый экструдер для переработки порошкообразной смеси ПВХ с добавками и четкий контроль температурного режима экструдера с возможностью принудительного охлаждения каждой зоны. За экструдером в составе линии следует стандартный набор из формующей головки (одно- или несколькоручьевой), калибраторов, охлаждающих ванн, тянущего устройства, маркиратора и отрезной пилы. Смесь или компаунд жесткого ПВХ для переработки на экструдере представляет собой комбинацию полимера и нескольких аддитивов, главными из которых являются: термостабилизатор, процессинговые добавки (смазки), краситель, модификаторы и т.д. Смесь для экструзии жесткого поливинилхлорида приготавливают в двухстадийных смесителях различной степени автоматизации.

Огромное количество полимера идет также на производство пленок ПВХ. Он может быть использован для выпуска разнообразных пленок, обладающих спектром ценных свойств, при помощи изменения состава композиции, осей и степени ориентации. Как правило, пленки выпускаются методом плоскощелевой экструзии, который отличается от описанной выше экструзии профиля видом формующей головки и последующих устройств в линии, а также наличием в ее составе устройства для ориентирования. Пленочные материалы могут быть как непластифицированные так и пластифицированные. Их свойства зависят от типа и количества пластификатора. Увеличение его количества ведет к росту прозрачности, при этом пленка получается более мягкой, в том числе при отрицательных температурах.

Литьем под давлением поливинилхлорид перерабатывают как в самостоятельные изделия, так и в большей степени в комплектующие к профильным изделиям из того же материала. К последним относятся трубные фитинги, компоненты водосточных систем, электротехнические комплектующие и т.д. Литьевые изделия из пластифицированного поливинилхлорида, являющегося эластомером, используются повсеместно, как альтернатива более дорогим термоэластопластам и более сложной в производстве резины. Однако, литье, особенно жесткого ПВХ, также непростой процесс, учитывая высокую вязкость полимера и его склонность к термодеструкции с выделением агрессивного хлороводорода. Как правило, жесткий поливинилхлорид льют на специальных термопластавтоматах с охлаждением материального цилиндра и хромированной либо нержавеющей парой шнек-цилиндр. В составе композиции должно быть большое количество смазок. Применение горячего канала на литьевых формах затруднено, но возможно.

Рис.3. Литьевой фитинг для водостока

Ротационным формованием или ротоформованием перерабатывают специальный вид ПВХ-композиций – пластизоли, которые представляют собой дисперсии частиц поливинилхрорида в большом количестве жидкого пластификатора. ПВХ пластизоли обычно выпускают в виде паст. Ротационные изделия, полые внутри, производятся на специальных ротационных машинах. Пластизоль загружается в форму, которая приводится во вращение в разных плоскостях, одновременно получая термическое воздействие. Пластизоль проходит желатинизацию и затвердевание, образуя полое внутри изделие.

Как поливинилхлорид влияет на организм человека?

Сам винилхлорид характеризуется как очень сильный яд, при горении выделяющий токсичные вещества. На человека данное вещество оказывает терато-, канцеро- и мутагенное действие. В результате многочисленных исследований учеными было доказано, что воздействие ПВХ на человека вызывает рак в различных органах и тканях (в т.ч. мозг, легкие и печень), а также нарушает лимфатическую и кроветворную систему. При постоянном действии в высоких концентрациях винилхлорид может вызвать даже паралич нервной системы вплоть до полной остановки дыхания. Однако современные производители учли все эти свойства и потому производят ПВХ по особой технологии. Современные изделия из поливинилхлорида (если они качественные) не оказывают такого страшного влияния на человека.

Преимущества ПВХ в пластиковых окнах.

Стеклопакеты обеспечивают хорошую защиту от пыли. Особенно такая защита актуальна для крупных городов при отрицательной экологической обстановке. Также, окна ПВХ обеспечивают комфорт и защищают ваше помещение от постороннего шума. Гарантом тепла является производство качественной комплектации и фурнитуры. Такие окна отлично приспосабливаются к разным климатическим условиям. Они не боятся повышенной влажности и колебаний температуры.

Гарантия на окна ПВХ приблизительно составляет 10-12 лет. Особый уход за ними не требуется. Материалу, сделанному из поливинилхлорида, всегда найдется применение на производстве. Из него делают специальные доски, козырьки, выгонку и другие подобные материалы.

Пластифицированный (мягкий) поливинилхлорид (ПВХ-П)

Форма поставки, переработка

ооооПластификаторы

о

Винилхлорид: сополимеры и смеси