Polyvinylchlorid (PVC), běžně známý jako PVC plastový materiál, je polymer polymerovaný vinylchloridovým (VCM) monomerem prostřednictvím iniciátorů, jako jsou peroxidy a azosloučeniny, nebo působením světla a tepla podle mechanismu radikálové polymerační reakce. Poté se zpracovává na různé produkty. PVC trubku lze rozdělit na měkké PVC a tuhé PVC. Tuhé PVC představovalo asi 2/3 trhu, měkčené PVC tvoří asi 1/3 trhu.
Polyvinylchlorid je ve svém surovém stavu velmi křehká a nepružná hmota. Kvůli dosažení požadovaných mechanických vlastností, které se odvíjejí od způsobu jeho použití, se do něj musí přidávat mnoho přísad. Mezi nejdůležitější aditiva patří především stabilizátory a plastifikátory (změkčovadla). Měkčené PVC je běžně používáno na podlahy, stropy a kožené povrchy. Ale protože měkčené PVC obsahuje změkčovadla (což je také rozdíl mezi měkčeným PVC a tvrdým PVC), jeho fyzikální vlastnosti jsou horší (například potrubí, které musí odolat určitému množství tlaku vody, měkčené PVC není vhodné k použití), takže jeho rozsah použití je omezený. Tuhé PVC neobsahuje změkčovadlo, takže se snadno tvaruje a má dobré fyzikální vlastnosti, takže má velkou vývojovou a aplikační hodnotu. Několik přísad, jako např. stabilizátory a změkčovadla, se musí přidávat do polyvinylchloridových materiálů.
Chemické složení a struktura
Polyvinylchlorid je polymerní materiál, který používá atom chloru k nahrazení atomu vodíku v polyethylenu. Je to amorfní polymer s malým množstvím krystalické struktury. Struktura tohoto materiálu je následující: [-CH2-CHCl-]n. PVC je lineární polymer, ve kterém je většina monomerů VCM spojena ve struktuře hlava-ocas. Atomy uhlíku jsou uspořádány klikatě a všechny atomy jsou spojeny vazbami σ. Na molekulárním řetězci PVC je krátká syndiotaktická struktura. S klesající teplotou polymerace se zvyšuje syndiotakticita.
V makromolekulární struktuře polyvinylchloridu existují některé nevýhody, jako je struktura hlavy, větvený řetězec, dvojná vazba, allylchlorid, terciární chlor a další nestabilní struktury, které snižují tepelnou deformaci a odolnost proti stárnutí.
PVC je nažloutlé a průsvitné s leskem. Průhlednost je lepší než polyethylen a polypropylen a horší než polystyren. Podle množství přísad jej lze rozdělit na měkký a tvrdý polyvinylchlorid. Měkké produkty jsou měkké a tuhé a na dotek lepkavé. Tvrdost tvrdých výrobků je vyšší než u nízkohustotního polyethylenu, ale nižší než u polypropylenu. V ohybu dojde k bělení.
Čtěte také: Parametry požární odolnosti
Výroba a modifikace PVC
Polyvinylchlorid se připravuje radikálovou adiční polymerací. Polymerizační metody se dělí především na suspenzní polymeraci, emulzní polymeraci a blokovou polymeraci. Suspenzní polymerace je hlavní metodou, která představuje asi 80 % celkové produkce PVC.
Suspenzní polymerace
Do reaktoru se přidá čistá voda, zkapalněný monomer VCM a dispergační činidlo a poté se přidají iniciátor a další přísady. Poté, co se teplota zvýší na určitou teplotu, podstoupí monomer VCM polymeraci volnými radikály za vzniku částic PVC. Kontinuálním mícháním se velikost částic sjednotí a výsledné částice se suspendují ve vodě.
- Metoda suspenzní polymerace způsobí, že se monomery suspendují a dispergují ve vodní fázi ve formě kapiček a vybraný iniciátor rozpustný v oleji se rozpustí v monomerech.
- V těchto kapičkách probíhá polymerační reakce a teplo z polymerační reakce je časem absorbováno vodou. Aby se zajistilo, že tyto kapičky jsou dispergovány ve vodě jako kuličky, je třeba přidat stabilizátory suspenze, jako je želatina, polyvinylalkohol, methylcelulóza a hydroxyethylcelulóza.
- Iniciátory jsou většinou organické peroxidy a azosloučeniny, jako je diisopropylperoxydikarbonát, dicyklohexylperoxydikarbonát, diethylhexylperoxydikarbonát a azobisisoheptonitril, azodusík, dva isobutyronitril a tak dále.
Polymerace se provádí v polymerační nádobě vybavené míchadlem. Po polymeraci materiál proudí do regenerační nádrže monomeru nebo striperu, kde se monomer regeneruje. Poté teče do míchacího kotle, promyje se vodou, odvodní se odstředěním a vysušením se získá hotová pryskyřice. Vinylchloridový monomer by měl být z pryskyřice co nejvíce odstraněn. U PVC používaného pro balení potravin by měl být obsah volného monomeru řízen pod 1 ppm. Aby se zajistilo, že pryskyřice se specifikovaným rozmezím molekulové hmotnosti a distribuce molekulové hmotnosti a zabrání explozi během polymerace, musí být řízena teplota a tlak procesu polymerace. Velikost částic a distribuce velikosti částic pryskyřice se řídí rychlostí míchání a výběrem a dávkováním stabilizátoru suspenze.
Emulzní polymerace
Emulzní polymerační metoda je jednou z prvních průmyslových výrobních metod PVC. Při emulzní polymeraci se kromě vody a vinylchloridových monomerů přidávají jako emulgátory také povrchově aktivní látky, jako je alkylsulfonát sodný, aby se monomery dispergovaly ve vodné fázi za vzniku emulze, přičemž iniciátorem je persíran draselný nebo persíran amonný, a lze také použít iniciační systém „oxidačně-redukční“. Proces polymerace a způsob suspenze jsou různé. Dále se přidává polyvinylalkohol jako stabilizátor emulze, dodecylmerkaptan jako regulátor a hydrogenuhličitan sodný jako pufr. Existují tři způsoby polymerace: vsádková metoda, semikontinuální metoda a kontinuální metoda. Polymerovaný produkt je podobný latexu, velikost částic emulze je 0,xn-05-2m-cce a může být přímo aplikován nebo sušen rozprašováním do práškové pryskyřice. Emulzní polymerační metoda má krátkou dobu polymerace a je snadněji ovladatelná. Získaná pryskyřice má vysokou molekulovou hmotnost a relativně jednotný stupeň polymerace. Je vhodný pro výrobu polyvinylchloridové pasty, výrobu umělé kůže nebo impregnačních přípravků.
Objemová polymerace
Polymerizační zařízení je poměrně speciální, skládá se hlavně z vertikální předpolymerační nádoby a horizontální polymerační nádoby s rámovým míchadlem. Polymerace se provádí ve dvou stupních. Monomer a iniciátor se předpolymerují v předpolymeračním kotli po dobu 1 hodiny, aby se vytvořily zárodečné částice. V tomto okamžiku dosáhne konverzní poměr 8 % až 10 % a poté proudí do polymeračního kotle druhého stupně a přidá se stejné množství monomeru jako prepolymeru. , Pokračujte v agregaci. Když rychlost konverze dosáhne 85 % až 90 %, zbytkové monomery se vypustí a konečný produkt se získá drcením a proséváním. Velikost částic a tvar pryskyřice se řídí rychlostí míchání a reakční teplo se odebírá zpětným tokem monomeru a kondenzací.
Čtěte také: Vše o požární odolnosti OSB desek
Modifikace PVC
PVC pryskyřice je polární nekrystalický polymer, hustota: 1.380 g/cm3, teplota skelného přechodu: 87°C, má tedy špatnou tepelnou stabilitu a obtížně se zpracovává. Nelze jej použít přímo, je nutné jej upravovat a míchat, lze přidat související přísady a plniva. Vzhledem k různým typům a frakcím přidaných souvisejících přísad a plniv to však určuje, že vlastnosti a požadavky připravených PVC materiálů jsou odlišné. Obvykle tomu říkáme PVC vzorec, přísně vzato je to PVC modifikovaný vzorec a PVC lze použít pouze po úpravě. Tato kategorie je často klasifikována jako materiály modifikované polymery. Modifikace polymerních materiálů se zaměřuje především na výzkum vysokého výkonu univerzálních plastů, přeměnu jednosložkových materiálů na vícesložkové kompozitní materiály (slitiny, mísení, míšení), funkcionalizaci materiálů a optimalizaci výkonu a ceny. Modifikačními metodami jsou především chemická modifikace, modifikace výplně, modifikace výztuže, blending modifikace a modifikace nanokompozitů. Základním principem modifikace je poskytnout materiálům funkce nebo zlepšit určité vlastnosti pomocí přísad.
V procesu výroby PVC dochází také ke kopolymerizaci a derivatizaci. Takové modifikované odrůdy zahrnují vinylchloridové kopolymery, polyvinylchloridové směsi a chlorovaný polyvinylchlorid.
Klíčové vlastnosti a odolnost měkčeného PVC
PVC má vynikající odolnost proti vodě i některým chemikáliím. Zejména kyselinám, alkáliím i řadě organických rozpouštědel. Co do fyzikálních vlastností, je neměkčené PVC odolné proti oděru, pevné a tvrdé. Materiál je nepropustný pro páry nebo kyslík. U měkčeného PVC záleží na konkrétní úpravě. Zpravidla se však vyznačují dobrou zpracovatelností a snadnou lepitelností.
- Dobrá pevnost v tahu a tlaku: ale ne tak flexibilní jako jiné plastové trubky.
- Nízká odolnost vůči tekutinám PVC potrubí: Stěna PVC potrubí je velmi hladká, téměř žádný odpor tekutinám. Koeficient drsnosti je pouze 0,009. Jeho vodní kapacita je o 20 % vyšší než u litinové trubky stejného průměru a o 40 % vyšší než u betonové trubky.
- Vynikající odolnost proti korozi a chemikáliím: PVC trubky mají vynikající odolnost proti kyselinám, odolnost proti alkáliím a odolnost proti korozi, neovlivňuje vlhká voda a pH půdy. Při pokládce potrubí není nutná antikorozní úprava. Za normální teploty může odolat jakékoli koncentraci kyseliny chlorovodíkové, méně než 90 % kyseliny sírové, 50-60 % kyseliny dusičné a méně než 20 % roztoku hydroxidu sodného a má určitou odolnost proti chemické korozi; je poměrně stabilní vůči solím.
- S dobrou vodotěsností: Instalace PVC potrubí, ať už přes lepení nebo pryž prstencové připojení, mají dobrou vodotěsnost.
- Odolné proti kousnutí: PVC hadičky nejsou zdrojem živin, a proto nekorodují hlodavci. Podle testu provedeného Národním institutem zdraví v Michiganu krysy nekousejte PVC trubky.
Tepelná a světelná stabilita
PVC má špatnou stabilitu vůči světlu a teplu. Bod měknutí je 80 stupňů a rozklad začíná při 130 stupních. Bez zahřívání stabilizátoru se PVC začne rozkládat při 100 stupních a nad 130 stupňů se rozkládá rychleji. Při zahřátí se plynný chlorovodík (plynný chlorovodík je toxický plyn) rozloží a změní barvu z bílé → světle žluté → červené → hnědé → černé. Ultrafialové záření a kyslík ve slunečním světle způsobí fotooxidační rozklad PVC, čímž se sníží pružnost PVC a nakonec se stane křehkým. To je důvod, proč některé PVC plasty po dlouhé době zežloutnou a zkřehnou. Polyvinylchlorid má špatnou tepelnou stabilitu a odolnost vůči světlu. Chlorovodík se při 150 °C začíná rozkládat a s obsahem změkčovadla dochází k nežádoucím reakcím.
Odolnost měkčeného PVC vůči chemikáliím
Vlastnosti měkčeného PVC se liší v závislosti na tvrdosti, která je ovlivněna množstvím přidaných změkčovadel. Následující tabulka ukazuje přehled odolnosti vůči chemikáliím pro různé tvrdosti:
Čtěte také: OSB desky a požární bezpečnost
| Tvrdost (Sh) | Odolnost vůči | Poznámky |
|---|---|---|
| cca 67 Sh. | Roztoky solí, zředěné kyseliny, zředěné zásady, čisticí prostředky, dezinfekční prostředky, benzín a oleje. Ne proti rozpouštědlům, jako je aceton. | Velmi pružný, vysoká dielektrická pevnost, dobrý izolant. |
| cca 75 Sh. | Roztoky solí, zředěné kyseliny, zředěné zásady, čisticí prostředky, dezinfekční prostředky, benzín a oleje. Ne proti rozpouštědlům, jako je aceton. | O něco tvrdší než standardní materiál, méně pružný, vysoká dielektrická pevnost, dobrý izolant. |
| cca 85 Sh. | Roztoky solí, zředěné kyseliny, zředěné zásady, čisticí prostředky, dezinfekční prostředky, benzín a oleje. Ne proti rozpouštědlům, jako je aceton. | Ještě tvrdší než standardní materiál, méně pružný, vysoká dielektrická pevnost, dobrý izolant. |
| přibližně 96 Sh. | Roztoky solí, zředěné kyseliny, zředěné zásady, čisticí prostředky, dezinfekční prostředky, benzín a oleje. Ne proti rozpouštědlům, jako je aceton. | Nejtvrdší z měkčených PVC, méně pružný, vysoká dielektrická pevnost, dobrý izolant. |
PVC se dále může rozpustit v organických rozpouštědlech, jako je ether, keton, chlorovaný alifatický uhlovodík a aromatický uhlovodík.
Nevýhody a rizika PVC
I přes své výhody má PVC i své nevýhody a je spojeno s environmentálními a zdravotními riziky:
- Nevhodné pro horkovodní potrubí, nevhodné pro přímé potrubí pitné vody.
- PVC trubka při nárazu snadno zkřehne.
- Některé nekvalitní trubky z PVC při výrobě padělaného přidaného změkčovadla způsobí střední znečištění, výrazně zkracuje dobu stárnutí PVC trubky.
- Při výrobě PVC dochází k častým únikům chlóru do životního prostředí. Velká část jeho evropské produkce je založena na amalgánové elektrolýze, která je považována za nejhorší technologický postup při výrobě chlóru a alkalických hydroxidů, protože dochází k emisím velmi toxických látek jako rtuti a dioxinů do životního prostředí.
- Meziprodukty samotné výroby PVC - ethylendichlorid (EDC) a vinylchlorid monomer (VCM) - jsou velice nebezpečné a toxické chemikálie, které mohou zapříčinit vznik rakoviny, poškození jater, plic, kardiovaskulárního, nervového, imunitního a reprodukčního systému.
- Změkčovadla (ftaláty, adipáty) nejsou v PVC pevně vázána a postupně se z něj uvolňují. Některé ftaláty působí nepříznivě na vývoj mužských reprodukčních orgánů a jsou toxické pro testikulární buňky.
- Při požárech se do ovzduší uvolňuje chlorovodík, vysoce toxický plyn způsobující popáleniny kůže nebo poškození zraku. V těle se mění na kyselinu chlorovodíkovou, která může způsobit vážné a trvalé poškození plic.
- Většina PVC končí na skládkách, kde degraduje a uvolňují se z něj ftaláty a těžké kovy, které kontaminují skládkové vody. Spalování PVC je vůbec nejhorším způsobem likvidace, protože se při něm uvolňují do životního prostředí nebezpečné látky jako chlorovodík, dioxiny, hexachlorbenzen, polyaromatické uhlovodíky.
Aplikace a dlouhodobá udržitelnost
Neměkčené PVC se využívá pro „tvrdé“ výrobky, tedy takové použití, kde se vyžaduje velká pevnost a tvarová stálost i při dlouhé životnosti. Setkáte se s ním u různých trubek, profilů, desek či nádob. Naproti tomu měkčené PVC se využívá při výrobě elastických výrobků. Z měkčeného PVC se vyrábí např. podlahové krytiny, izolační folie, lékařské pomůcky, části oblečení, dětské hračky, oplášťování kabelů apod.
Materiály z PVC se stále více uplatňují v řadě oblastí stavebnictví, spotřebovávají více než 20 % celosvětové produkce polymerů. Jejich vnímání se změnilo - z levných náhražek se staly plnohodnotné varianty ke klasickým materiálům, v některých případech dokonce jedinou možností (např. PVC trubky pro odvod vody do kanalizace). Izolace proti zemní vlhkosti na bázi PVC, které nejsou vystaveny světlu ani vysokým teplotám, degradují minimálně a fungují desítky let. Naopak životnost střešních izolačních fólií (většinou rovněž na bázi PVC) je daleko menší - obvykle se udává maximálně 20 let.
Plastová okna jsou velmi rozšířená a všechny jsou na bázi PVC. Nejlevnější obsahují běžná změkčovadla, dražší jsou vnitřně měkčeny přídavkem 10-20 % chlorovaného polyetylenu nebo elastomerních akrylátů; pro větší odolnost UV a pro okna s barevnými povrchy se používá PVC koextrudovaný s MMA. Ze složení okenního profilu se logicky odvíjí i jeho životnost. Nejrychleji stárne PVC s obsahem klasických změkčovadel, která postupně těkají. Plastové okapy a svody jsou rovněž na bázi PVC. Životnost je tedy obdobná jako životnost jiných výrobků z PVC.
Recyklace PVC
Recyklace PVC s sebou nese značná omezení. PVC průmysl udává, že se v EU zrecykluje přes 27 % odpadů z PVC. To je stále skoro o polovinu méně než u PETu, kde se Evropa dostala až k 58% míře recyklace PET materiálu. Příčinou nevhodnosti PVC k recyklaci je, že každý výrobce přidává do PVC odlišná aditiva, aby docílil požadovaných vlastností. Recyklovaný PVC plast navíc často obsahuje již zakázané stabilizátory a změkčovadla, která jsou zdraví nebezpečná a pro spotřebitele tak představuje rizikový materiál. Doposud není vyřešen problém recyklace separovaného sběru PVC. PVC se nehodí do směsného plastu určeného k recyklaci, protože negativně ovlivňuje jeho vlastnosti. Například jedna láhev z PVC může znehodnotit recyklaci 30 - 50 tisíc láhví z PETu.
tags: #odolnost #měkčeného #PVC #proti #kyselinám #vlastnosti