Polyvinylchlorid (PVC) je termoplastický polymer, který vzniká polymerací monomeru vinylchloridu (VCM) za použití volných radikálových iniciátorů. Tento všestranný materiál poprvé objevil německý chemik Eugen Baumann v roce 1872, jeho komerční význam se však objevil až na počátku 20. století.
Když se výrobci naučili do základního polymeru přidávat změkčovadla a tepelné stabilizátory, došlo k přeměně z laboratorní kuriozity na průmyslovou záležitost. V současné době zahrnuje průmysl PVC řadu odvětví a výrobky z PVC sahají od základních součástí infrastruktury až po lékařské přístroje, které zachraňují životy. PVC (Polyvinyl-chloride) je produktem polymerizace vinylchloridu.
Existuje mnoho různých druhů PVC, jsou rozeznatelné podle jejich měrné hmotnosti a způsobu výroby. V naší nabídce najdete PVC materiál v provedení PVC-U (částečně jako skladový sortiment) a PVC-C (pouze na objednávku). Každá aplikace vyžaduje použití vhodného druhu PVC, aby bylo využito jeho vlastností důležitých pro finální produkt. Jako většina termoplastů v chladu tvrdne a v teple měkne, tím je při nízkých teplotách mechanická odolnost posílena a odolnost rázům naopak snížena.
Hlavní přednosti PVC zahrnují výbornou chemickou odolnost. Velmi dobře se obrábí a navíc se velmi dobře svařuje. Tuhé PVC neobsahuje změkčovadla a udržuje svůj tvar i při namáhání, což je ideální pro konstrukční aplikace.
Výroba PVC
PVC se vyrábí z monomeru vinylchloridu (VCM), který se vyrábí kombinací ethylenu (z ropy) a chloru (z elektrolýzy slané vody). Výroba PVC zahrnuje polymeraci monomeru vinylchloridu metodami suspenzní, emulzní nebo objemové polymerace.
Typy polymerace
Polymerace je proces, při kterém anorganická sloučenina, monomer, přechází ve vysokomolekulární látku polymer. K polyreakci může dojít, obsahuje-li monomer v molekule alespoň dvě funkční skupiny schopné reakce, nebo je způsobena přítomností násobných vazeb.
PVC se připravuje radikálovou adiční polymerací. Polymerizační metody zahrnují hlavně suspenzní polymeraci, emulzní (lotionovou) polymeraci a blokovou (objemovou) polymeraci.
1. Suspenzní polymerace
Suspenzní polymerace je hlavní metodou, která představuje asi 80 procent celkové produkce PVC.
- Metoda suspenzní polymerace: Monomer je suspendován a dispergován ve vodní fázi ve formě mikrokapek a vybraný iniciátor rozpustný v oleji je rozpuštěn v monomeru. Polymerační reakce se provádí v těchto mikrokapkách. Teplo polymerační reakce je včas absorbováno vodou. Aby se zajistilo, že tyto mikrokapky budou dispergovány ve vodě jako kuličky, je třeba přidat stabilizátory suspenze, jako je želatina, polyvinylalkohol, methylcelulóza, hydroxyethylcelulóza atd.
- Iniciátory: Jako iniciátory se většinou používají organické peroxidy a azosloučeniny, např. diisopropylperoxydikarbonát, dicyklohexylperoxydikarbonát, diethylhexylperoxydikarbonát, azodiisobentronitril, azodiisobutyronitril atd.
- Proces: Do reaktoru se přidá čistá voda, zkapalněný monomer VCM a dispergační činidlo a poté se přidá iniciátor a další přísady. Když teplota stoupne na určitou teplotu, VCM monomer podstoupí polymeraci volných radikálů za vzniku částic PVC. Kontinuálním mícháním je velikost částic jednotná a vytvořené částice jsou suspendovány ve vodě.
- Zařízení: Polymerace se provádí v polymerizátoru s míchadlem. Polymerizační reaktor je hlavní zařízení, které je vyrobeno z ocelového reaktoru vyloženého nerezovou ocelí nebo smaltem, vybaveným míchadlem a teplosměnným pláštěm pro regulaci teploty, případně vnitřním odvodňovacím potrubím chlazení, zpětným chladičem atd. Za účelem snížení výrobních nákladů, objem reaktoru se postupně rozšířil z několika metrů krychlových na více než deset metrů krychlových a maximální objem dosáhl 200 metrů krychlových (kotlíkový reaktor). Po vícenásobném použití se polymerizér zbaví vodního kamene.
- Dokončení procesu: Po polymeraci materiály proudí do regenerační nádrže monomeru nebo stripéru pro regeneraci monomeru. Poté teče do míchací nádoby, promyje se vodou, odstředí pro dehydrataci a suší, aby se získala hotová pryskyřice. Vinylchloridový monomer musí být z pryskyřice co nejvíce odstraněn. U PVC používaného pro balení potravin by měl být obsah volného monomeru kontrolován pod 1 ppm.
- Řízení kvality: Aby se během polymerace zajistilo získání pryskyřice se specifikovanou molekulovou hmotností a rozmezím distribuce molekulové hmotnosti a zabránilo se explozivní polymeraci, musí být během polymerace řízena teplota a tlak. Velikost částic a distribuce velikosti částic pryskyřice se řídí rychlostí míchání a výběrem a množstvím stabilizátoru suspenze. Kvalita pryskyřice je charakterizována velikostí částic a distribucí velikosti částic, molekulovou hmotností a distribucí molekulové hmotnosti, zdánlivou hustotou, pórovitostí, rybím okem, tepelnou stabilitou, barvou, obsahem nečistot a volným tokem prášku.
- Vlastnosti produktu: PVC připravené s polyvinylalkoholem a éterem celulózy jako stabilizátorem suspenze je obecně volné, s mnoha póry, velkým povrchem a snadno absorbujícím změkčovadlem a plastifikátorem.
2. Emulzní (lotionová) polymerace
Emulzní polymerace je nejstarší metoda průmyslové výroby PVC.
- Proces: Při polymeraci lotionu se kromě vody a vinylchloridového monomeru přidávají jako emulgátory povrchově aktivní látky, jako je alkylsulfonát sodný, aby se monomer dispergoval ve vodné fázi za vzniku lotionu. Jako iniciátory se používá ve vodě rozpustný persíran draselný nebo persíran amonný a lze také použít iniciátorový systém "oxidační redukce". Polyvinylalkohol se také přidává jako stabilizátor emulze, dodecylmerkaptan jako regulátor a hydrogenuhličitan sodný jako pufr.
- Metody: Existují tři způsoby polymerace: vsádková polymerace, semikontinuální polymerace a kontinuální polymerace.
- Produkt: Polymerační produkt je emulze a velikost částic lotionu je 0.05-2 μm. Může být přímo aplikován nebo sušen rozprašováním za vzniku práškové pryskyřice.
- Výhody a nevýhody: Metoda polymerace lotionem má krátký polymerační cyklus a je snadno ovladatelná. Získaná pryskyřice má vysokou molekulovou hmotnost a jednotný stupeň polymerace. Je vhodný pro výrobu PVC pasty, umělé kůže nebo impregnovaných výrobků. Vzorec polymerace lotionu je složitý a obsah nečistot v produktu je vysoký.
3. Bloková (objemová) polymerace
- Proces: Polymerizační jednotka je speciální, složená hlavně z vertikálního předpolymeračního kotle a horizontálního polymeračního kotle s rámovým míchadlem. Polymerace se provádí ve dvou stupních. Monomer a iniciátor se předpolymerují po dobu 1 hodiny v prepolymerním reaktoru, aby se vytvořily zárodečné částice. V tomto okamžiku dosahuje míra konverze 8 až 10 procent a poté proudí do druhého polymeračního reaktoru, kde se přidá stejné množství monomeru jako prepolymer, aby polymerace pokračovala.
- Dokončení: Když míra konverze dosáhne 85 až 90 procent, zbytkový monomer se vypustí a poté se konečný produkt získá drcením a proséváním.
- Řízení: Velikost částic a tvar pryskyřice se řídí rychlostí míchání a reakční teplo se odvádí zpětnou kondenzací monomeru.
Typy PVC
PVC existuje v několika formách, z nichž každá je navržena pro specifické aplikace a požadavky na výkon:
- Tuhé PVC: Nabízí vynikající pevnost a odolnost pro konstrukční aplikace bez přídavku změkčovadel.
- Plastifikované PVC: Obsahuje přísady, jako je DEHP (di(2-ethylhexyl) ftalát), které umožňují, aby polymer zůstal měkký a poddajný při pokojové teplotě.
- CPVC: Vyrábí se zvýšením obsahu chloru dodatečným procesem chlorace, což zvyšuje tepelnou a chemickou odolnost.
- PVC plastisoly: Jsou tekuté disperze částic PVC pryskyřice v plastifikátorech, které zůstávají při pokojové teplotě tekuté.
- Suspenzní PVC (S-PVC): Tvoří přibližně 80 % celosvětové produkce PVC.
Využití PVC
Polyvinylchlorid je jedním z nejuniverzálnějších a nejpoužívanějších polymerů v moderním průmyslu. Produkty z PVC, které splňují regulační normy, jsou bezpečné pro zamýšlené použití. Agentura pro ochranu životního prostředí a další regulační orgány průběžně monitorují bezpečnost PVC.
Průmyslové tkaniny PVC (polyvinylchlorid) představují základní materiál v odvětví technických textilií, který poskytuje základní výkonnostní charakteristiky pro různorodé průmyslové aplikace. Tyto specializované PVC sloučeniny, navržené pro náročná prostředí, poskytují výjimečnou trvanlivost, chemickou odolnost a pružnost, takže jsou ideální pro použití v potahových tkaninách, plachtách, průmyslových krytech, napínacích konstrukcích a dopravníkových pásech.
Příklady všestranného použití PVC:
- Vodní systémy: Použití geosyntetik pro zadržování vody v jezírkách a rybnících. Materiál PVC lze také použít k vybudování ráhen a záchytných konstrukcí, které zabraňují erozi.
- Obálka budovy: Okenní rámy, obklady a střešní krytiny zajišťují ochranu před povětrnostními vlivy a energetickou účinnost.
- Jemná žebrová rohož: Má na jedné straně protiskluzový žebrovaný povrch a na zadní straně má jemný vzor otisků tkanin. Ideálně se hodí pro volné pokládky podlah, chodníků, běžců, nakládacích ploch, pracovních lavic a ploch pro všeobecné použití. Řeší nebezpečí uklouznutí rychle kolem zástěry, rampy a další. Ve většině případů lze lepit přímo na stávající podlahu nebo instalovat jako novou podlahu. Pryžové gumy působí jako škrabka, která zachycuje nečistoty a současně zajišťuje přilnavost. Tyto rohože se snadno čistí reverzním válcováním.
Recyklace PVC
PVC lze recyklovat mechanickou recyklací (zpracováním na nové výrobky), recyklací surovin (rozkladem na monomery) nebo energetickým využitím. PVC je pro správné třídění označeno recyklačním kódem č. 3.
Alternativy PVC
Mezi alternativy PVC patří jiné termoplasty, jako je polyethylen pro některé aplikace, PVC na biologické bázi využívající obnovitelné suroviny a modifikované složení PVC s lepším ekologickým profilem.
tags: #suspenzni #polymerace #pvc #kondenzator