По способу производства поливинилхлорид

Содержание

Поливинилхлорид
Что такое поливинилхлорид?
Применение поливинилхлорида в различных областях
Преимущества и недостатки
Безопасность для здоровья
Виды поливинилхлорида (классификация)
Химические и физические свойства
Технические характеристики
Маркировка поливинилхлорида
Критерии выбора
Чем можно заменить поливинилхлорид
Как правильно использовать поливинилхлорид
Производство поливинилхлорида
Влияние поливинилхлорида на окружающую среду
Популярные производители
Видео: Что такое вспененный ПВХ пластик

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид (он же ПВХ, РVC, полихлорвинил, хосталит, луковил, норвик и пр.) – бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида; элементарные звенья в его макромолекуле соединены по типу «голова к хвосту». Имеет молекулярную формулу (С₂Н₃Cl)_n.

Структурная формула ПВХ представлена следующим образом:

Международный знак вторичной переработки:

Такое обозначение ПВХ указывает на то, что его запрещено использовать для пищевого применения: может содержать бисфенол А, винилхлорид, фталаты, ртуть или кадмий.

Данный полимер представляет собой белый порошок с молекулярной массой 30000-150000 (в зависимости от промышленных марок продукта). В CAS представлены следующие физические свойства поливинилхлорида:

Температура плавления, °C

Плотность, г/см 3

Отмечается, что ПВХ трудногорюч, а при температурах выше 110-120°C склонен к разложению с выделением хлористого водорода HCl.

Следует добавить, что хосталит растворяется в циклогексане, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане и ограниченно – в бензоле и ацетоне (набухает).

Поливинилхлорид не подвергается растворению в воде, спиртах, углеводородах (в том числе в бензине и керосине). Также он устойчив к действию кислот, щелочей, растворов солей, жиров и спиртов.

Что касается получения ПВХ, выделяют радикальную полимеризацию винилхлорида в массе, суспензии, эмульсии и растворе. Наибольшее распространение в промышленности на данный момент времени имеет суспензионный метод.

Для начала рассмотрим процесс производства поливинилхлорида с помощью полимеризации в массе.

В данном способе получения ПВХ в промышленности отмечается сложность отвода теплоты реакции. Условия теплоотвода ухудшаются вследствие того, что при увеличении степени превращения мономера постепенно исчезает жидкая фаза и образуются крупные агрегаты полимера. Это приводит к местным перегревам и получению неоднородного мономера. При таком условии полимеризацию винилхлорида можно осуществлять до степени конверсии мономера не выше 20 – 25%.

1 – автоклав предварительной полимеризации

2 – емкость винилхлорида

3 – автоклав – полимеризатор

5 – конденсатор регенерированного винилхлорида

8,12, 14, 18 – приемники поливинилхлорида

13 – автоматические весы

16 – воздушный фильтр

17 – барабанный питатель

В реактор – автоклав 1 подают инициатор (0,05 – 0,1% от массы мономера) и из емкости 2 через счетчик или весовой мерник загружают жидкий винилхлорид.

В рубашку реактора подают горячую воду для разогрева реакционной массы в течение 1 – 1,5 ч, затем при интенсивном перемешивании и отводе теплоты реакции проводят полимеризацию винилхлорида до 10%-ой степени конверсии при давлении 0,9-1,1Мпа. Образующуюся суспензию полимера в мономере сливают в реактор – автоклав 3, в котором ее смешивают с новой порцией мономера, инициатором, акцептором, акцептором хлористого водорода и другими добавками.

В реакторе – автоклаве, снабженном перемешивающим устройством с переменной частотой вращения, полимеризация продолжается до 60 – 85%-ой конверсии. Температура и давление поддерживаются регулированием температуры циркулирующей в рубашке воды. Продолжительность полимеризации 8 – 11ч. Незаполимеризовавшийся винилхлорид сдувается через фильтр 4 в конденсатор 5. Сконденсировавшийся винилхлорид стекает в емкость 2. Из автоклавов 1 и 3 перед их загрузкой тщательно удаляют воздух вакуумированием или продувкой азотом. Полученный ПВХ при помощи воздуха выгружается из реактора в виде пылевоздушной смеси в бункер – циклон 6, в котором он отделяется от воздуха и направляется на рассев. Порошкообразный поливинилхлорид проходит через грохот 7 и бункер – приемник 8, просеивается на сите 11, собирается в бункер – приемник 12 и поступает на упаковку.

Крупная фракция продукта из грохота 7 поступает в дробилку 10, в бункер – приемник 14, порошок с нестандартным размером частиц подается в мельницу 15. Просеянный продукт собирается в бункере – приемнике 18, откуда поступает непосредственно на упаковку.

При суспензионной полимеризации получают около 70% количества поливинилхлорида. Различают периодический процесс и полунепрерывный, их отличие состоит в аппаратурном оформлении.

Ниже представлена схема периодического процесса производства поливинилхлорида полимеризацией в суспензии:

1 – реактор – полимеризатор

2 – емкость для раствора стабилизатора

5 – дегазатор суспензии

6 сборник – усреднитель суспензии

10 – узел рассева порошка

В реактор – полимеризатор 1 загружают через счетчик и весовой мерник деминерализованную воду, раствор стабилизатора из емкости 2 (через фильтр 3) и раствор инициатора. Затем его продувают азотом и подают жидкий винилхлорид. После загрузки компонентов в рубашку реактора подают горячую воду для нагрева реакционной смеси. Полимеризация продолжается около 5 – 10 часов, конверсия мономера 80 – 90%. Не вступивший в реакцию винилхлорид сдувают, потом удаляют из реактора в газгольдер с последующей регенерацией. Суспензия ПВХ через коркоотделитель 4 поступает в аппарат 5 на дегазацию не вступившего в реакцию винилхлорида, хлороводорода и других примесей. Винилхлорид после регенерации возвращается на полимеризацию. Далее суспензию передают в сборник – усреднитель 6, там суспензию смешивают с суспензией после других операций и подают в центрифугу 7 для отделения полимера от водной фазы. Фильтрат поступает в систему очистки сточных вод. Порошкообразный полимер с влажностью 20 – 30 % подается в сушилку 8. При сушке в кипящем слое температура поступающего в камеру воздуха в камеру 115-120, температура в разных точках кипящего слоя 35 — 65°C. После сушки содержание влаги в полимере не должно превышать 0,3 – 0,5%. Затем порошкообразный ПВХ сжатым воздухом передается в бункер 9, а из него в узел 10. Готовый поливинилхлорид в виде порошка упаковывается в тару, а крупнозернистые фракции подвергаются размолу.

Суспензионный ПВХ обычно выпускается в виде однородного порошка белого или светло – желтого цвета с насыпной плотностью 450 – 600 кг/м 3 .

Рассматривая эмульсионную полимеризацию поливинилхлорида, можно отметить одну особенность: в данном способе используется инициатор, растворимый в воде, но нерастворимый в мономере. Этот факт обуславливает отличие механизма эмульсионной полимеризации от полимеризации в суспензии.

Технологический процесс получения эмульсионного поливинилхлорида по непрерывному способу состоит из стадий подготовки исходных компонентов, полимеризации винилхлорида, дегазации латекса, нейтрализации и стабилизации латекса, выделения ПВХ из латекса, расфасовки и упаковки материала.

На рисунке представлена схема процесса производства поливинилхлорида полимеризацией в эмульсии:

1 – аппарат для растворения эмульгатора

2, 5, 12 – фильтры

3 – сборник водной фазы

6 – дегазатор латекса

7 – сборник латекса

8 – растворитель соды

9 – сборник раствора соды

10 – емкость для стабилизации латекса

11 – вакуум – насос

В реактор 1 непрерывно поступают жидкий винилхлорид и водный раствор эмульгатора, инициатора и регулятора рН среды. В верхней секции реактора с помощью коротколопастной мешалки создается эмульсия мономера в воде. По мере движения эмульсии при температуре 40 — 60°C происходит полимеризация винилхлорида на 92-95%. Отвод тепла реакции осуществляется через рубашку, а отношение винилхлорида к водной фазе колеблется в пределах от 1 : 1 до 1 : 2.

Процесс полимеризации контролируется по плотности эмульсии и температуре реакционной смеси в автоклаве. При нормальной работе плотность равна 1120 кг/м 3 .

Латекс направляют через фильтр 5 в аппарат 6 на дегазацию. Остатки мономера из латекса удаляют путем вакуумирования.

Из дегазатора 6 латекс поступает в сборник 7, откуда перекачивается насосом в емкость 1- для стабилизации раствором соды. Стабилизированный латекс направляют на сушку в распылительный сушильный агрегат. Сухой продукт, содержащий не более 0,35% влаги, расфасовывают и упаковывают на специальной машине.

Следует отметить, что существенным недостатком эмульсионного ПВХ является высокое содержание примесей в полимере, что ограничивает его области применения.

Последний способ — получение ПВХ в растворе. Его проводят в среде органических растворителей в присутствии органических пероксидных и гидропероксидных инициаторов.

Такой вид полимеризации в промышленности применяют редко, ввиду продолжительности процесса, большого расхода растворителей и необходимости их регенерации.

Естественно, в зависимости от способа получения поливинилхлорида различают различные маркировки этого материала. Так, марки поливинилхлорида, полученного суспензионным методом, обозначаются как ПВХ-С, эмульсионным — ПВХ-Е, массовым — ПВХ-М. Последующие цифры для каждого способа производства имеют свое значение. Последняя буква, которая находится после цифр, указывает на возможное применение поливинилхлорида данной марки (буква М — мягкие изделия, Ж — жесткие изделия, П — пасты).

Рассмотрим несколько примеров маркировок для суспензионного ПВХ:

Смола ПВХ-С-7059-М — поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства следующих пластифицированных изделий: светотермостойкий кабельный пластикат, медицинский пластикат, пленочные материалы, искусственная кожа, высокопрочные трубы, специальный линолеум.

Смола ПВХ-С-6359-М — поливинилхлорид суспензионный, используется для производства пластифицированных и полужестких изделий общего назначения (искусственная кожа, пленка, линолеум) и листов спец. назначения.

Смола ПВХ-С-6768-М – поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства труб, профильно-погонажных изделий и прочих пластифицированных материалов (в основном это оконные конструкции).

Смола ПВХ-С-7058-М – поливинилхлорид суспензионный, применяется для производства следующих пластифицированных изделий: светотермостойкий кабельный пластикат, медицинский пластикат, пленочные материалы, искусственная кожа, высокопрочные трубы, специальный линолеум.

Смола ПВХ-СИ-67 — поливинилхлорид суспензионный, используется для изготовления следующих изделий: жесткие и гибкие прессования, канализационные напорные и дренажные трубы, строительные и оконные профили, фитинги, тара, упаковка, подоконники.

Поливинилхлорид стал одним из самых широко используемым пластиков в мире (находится в тройке по популярности вместе с полиэтиленом и полипропиленом). Это обусловлено как его низкой ценой, так и высокими техническими характеристиками.

ПВХ-изделия нашли свое применение в строительстве. Так, в развитых странах они составляют больше половины от всех применяемых стройматериалов и встречается в обычной жизни как материал для производства окон, дверей, водостоков и различных отделочных материалов.

Не исключено применение поливинилхлорида и в области медицины, так как материал возможно использовать разово, что позволило исключить использование стеклянных и резиновых изделий, требующих стерилизации. ПВХ можно встретить в виде сосудов, трубок и катетеров, перчаток, шин, упаковки лекарство и др.

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

Вдобавок ко всему, материал 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.

Источник

Что такое поливинилхлорид?

Одним из активно используемых газов является этилен, а окончательным этапом его переработки — поливинилхлорид, применение которого нашло себя практически во всех сферах. Полученные искусственным путем органические материалы высокопрочны, инертны ко многим агрессивным веществам и долговечны (срок распада составляет десятки лет).

Полимеризация винилхлорида проходит в несколько этапов, в результате чего образуется прозрачный гранулированный порошок, дисперсностью 100-200 мкм. Форма и размеры определяются способами получения. Сырье поставляется на производства, где дальнейшая технология определяет область применения ПВХ.

Применение поливинилхлорида в различных областях

Невозможно найти сферы жизнедеятельности, где бы ни использовался этот материал:

Строительство. Твердый ПВХ в строительстве — это несущие контуры окон, двери. Мягкий — пленки, шланги, линолеумы, отделочные материалы.
Инженерные коммуникации. Самый прочный пластик — непластифицированный поливинилхлорид (нПВХ) или винипласт — применяется для производства труб. По ряду показателей он лучше металла.
Предметы быта. Используется поливинилхлорид в быту, начиная от изготовления примитивных крепежных элементов и заканчивая предметами мебели.
Пищевая отрасль. Представляет отдельное направление, разработаны несколько видов пластика для использования в разных температурных режимах.
Автомобильная промышленность.
Продукция для детей. Игрушки, коляски.
Медицина. Инструменты или их части, одноразовые шприцы, емкости. Появление ПВХ в медицине произвело переворот. Благодаря ему стало возможным использование одноразовых шприцов и капельниц.
Аграрный, промышленный секторы.

Преимущества и недостатки

Применение во всех сферах делает материал уникальным. После затвердевания он все равно обладает достаточной пластичностью, чтобы не разрушаться от статистических и динамических нагрузок.

Второе преимущество — облегченный вес. При плотности 1,4 г/см³ изделия из поливинилхлорида даже при небольшой толщине обладают повышенной прочностью. Поэтому все, что делают из ПВХ, отличается небольшим весом. Эта особенность позволяет экономить на транспортировке.

Поливинилхлорид — это пластик, который в зависимости от модифицирующих веществ способен менять свою пластичность в невероятных пределах. Как пример, можно привести пластик, используемый в автомобилестроении, и полиэтиленовые пакеты.

Еще одна сильная сторона – это возможность переработки вторсырья.

Отличные физико-химические показатели вещества, которые определяют также его широкие возможности, одновременно оказываются недостатками. В первую очередь это химическая стойкость получаемых материалов, способность не разрушаться в течение десятков лет. Изготовление одноразовых бытовых, промышленных, медицинских предметов способствует глобальному загрязнению планеты.

Среди недостатков при использовании можно упомянуть вред ПВХ, влияние поливинилхлорида на организм человека. Первая производная этанола — винилхлорид — сильнодействующий яд, оказывающий на человека сильнейшее воздействие и вызывающий необратимые процессы, в том числе на генетическом уровне. К наиболее распространенным видам можно отнести возникновение онкологии, повышение концентрации отравляющих веществ в фильтрах организма: лимфатической системе, печени, почках, легких.

Безопасность для здоровья

ПВХ существует в разных видах и формах. За безопасность для здоровья отвечает наличие летучих веществ. Поливинилхлорид имеет структурное звено, в состав которого входит молекула хлора C2H3Cl. При дальнейшем производстве винилхлорида используются присадки, блокирующие выделение летучих веществ и переводящие структуру в инертное состояние.

Разработанные присадки, кроме специализированного назначения, подразделяются на пищевые и технические. Поэтому все, что делают из поливинилхлорида, также имеет свое назначение. Перед применением важно ознакомиться с видом пластика, информация указана непосредственно на изделии. Некоторые из них можно использовать только для хранения при холодных или комнатных температурах, другие – для нагревания до 100 °С.

Виды поливинилхлорида (классификация)

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

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

При необходимости придать ПВХ особые свойства используют дополнительные технологии:

Свойства наполненного ПВХ повторяют технологию армирования, где в качестве основы берется другой материал (ткань, стекловолокно), а ПВХ выполняет защитную функцию.
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.

Химические и физические свойства

ПВХ как сырье представляет собой бесцветные гранулы. Химически стоек к щелочам, минеральным маслам, большому перечню кислот, спирту и органическим растворителям.

Активно демонстрирует свои физические свойства поливинилхлорид при повышении температуры. До 66 ºС он инертный, после повышения может деформироваться. Плавится при 100-260 ºС. Возгорание происходит:

при резком увеличении температуры до 1100 градусов;
при обычном нагревании до 500 градусов.

Плотность материала – 1,34 г/см³. Насыпная плотность – 0,4-0,7 г/см³. Устойчив к УФ-лучам. При нагревании до 150 ºС разрушается, разлагаясь на хлористый водород и СО. Самым опасным является то, как горит поливинилхлорид, поскольку выделяемые при этом диоксины превышают по интенсивности действия синильной кислоты и цианистого калия.

Технические характеристики

Наименование пластика	нПВХ	Вспененный ПВХ	ХПВХ
Плотность г/см³	1,38	0,7-0,8	1,5-1,6
Теплопроводность	0,15	0,075	0,16
Тв. по Шору МПа	≥ 105	50-55	58-59
Ударн вязк. кДЖ/м²	≥ 6	≥10	4
Предел текуч. Н/мм²	≥ 52	9,4	53

Маркировка поливинилхлорида

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.

Критерии выбора

При выборе изделий нередко возникает вопрос, что лучше – полиуретан или поливинилхлорид. Каждый производитель основывает свое производство на определенных марках и типах материалов. Модификаций винилхлорида больше, чем полиуретана, и его стоимость гораздо ниже. В то же время основная масса поливинилхлорида вред представляет для окружающей среды и организма. Полиуретан отличается большей прочностью и износостойкостью, но не во всех технологиях его рационально использовать.

Внимание! Учитывая, что существующие модификации имеют большой разбег по степени опасности, необходимо четко следовать инструкции маркировки: для продуктов применять только пищевой пластик, не использовать одноразовую тару вторично, не нагревать, если она не предназначена для этого.

Чем можно заменить поливинилхлорид

Винилхлорид является простейшим хлорпроизводным этилена. Близкий аналог ПВХ — полиуретан. Он также является производной при переработке нефти, но его структурное звено включает более сложную уретановую группу. Благодаря этому полиуретан обладает высокой вязкостью структуры, что делает его более износостойким и прочным на растяжение. Если сравнивать полиуретан или поливинилхлорид, что лучше – нельзя сказать наверняка, поскольку это однотипные материалы с разными параметрами, которые определяют более узкое назначение.

Что касается пищевого материала – заменителей здесь достаточно. Это традиционные керамика, стекло, нержавейка.

Как правильно использовать поливинилхлорид

Независимо от того, что производят из поливинилхлорида, каждое изделие маркируется. Учитывая количество модификаций этого материала, не всегда безопасное их использование, необходимо знать, принимать во внимание маркировку и применять изделие строго по назначению. Особенно это касается пищевого, бытового и строительного пластика.

Производство поливинилхлорида

Как получают поливинилхлорид? Процесс состоит из нескольких этапов. Первый — это расщепление этилена и получение новой органической цепочки с элементом хлора. Мономером для получения поливинилхлорида является хлористый винил, который, в свою очередь, образуется при взаимодействии этанола и хлора (выделяется при расщеплении молекулы соли NaCl) при катализаторах. Завершающий — это полимеризация, при которой вещество принимает твердое состояние. Провести ее можно 3 методами:

Суспензионный. Наиболее распространенный способ за счет высокой производительности и возможного получения различных модификаций. Полимеризация происходит в водной среде с добавлением 0,02-0,05 % защитного коллоида. Процесс протекает при изменении технических параметров режима (состава, температуры). В результате реакций получают микрогранулы.
Эмульсированный. Полимеризация также проходит в водной среде, но с добавлением других компонентов. Метод используется для дальнейшей переработки гранул в изделия, в которых увеличены пластичные свойства ПВХ.
Блочный. После полимеризации получается не гранулированная или порошковая смесь, а блоки, которые нуждаются в дополнительном измельчении. Но по качеству этот материал значительно выше, чем остальные. Характеризуется высокой химической чистотой, лучшей реакцией с компонентами при дальнейшем производстве. Применяется в более широком диапазоне. Отличается и визуально: прозрачный и более пластичный.

Окончательные свойства придают компоненты, добавляемые в поливинилхлорид для получения:

ударной вязкости – эластомер;
стойкости к УФ-лучам и высокой температуре – стабилизаторы (термостойкие и цветовые пигменты);
текучести — воск, парафин.

Влияние поливинилхлорида на окружающую среду

Владея разноплановой информацией о таком материале, как поливинилхлорид: где используется, какими свойствами обладает, — не стоит забывать, что за последние 70 лет (с момента получения первого полимера) все увеличивающиеся объемы превращаются в глобальную проблему. Не решает ее и частичная переработка. Возможно, в будущем найдутся и другие способы утилизировать поливинилхлорид, вред для здоровья от которых будет минимизирован, но сегодня при производстве, а также повторном расщеплении пластика в атмосферу, выделяются сотни тонн диоксина и других канцерогенов. Даже при его малых концентрациях он вызывает необратимые реакции, в том числе на генетическом уровне.