Поливинилхлорид (ПВХ)

Поливинилхлорид (ПВХ, полихлорвинил, винил, вестолит, хос- талит, виннол, корвик, сикрон, джеон, ниппеон, сумилит, луковил, хелвик, норвик и др.) — бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида.

Химическая формула: [—СН2—СНС1—]п. Международное обозначение — РУС.

Молекулярная масса 9—170 тыс.; плотность — 1,35—1,43 г/см3, температура стеклования — 75—80 °С (для теплостойких марок — до 105 °С), температура плавления — 150—220 °С. Трудногорюч. Притем- пературах выше 110—120 °С склонен к разложению с выделением хлористого водорода НС1. Отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. Не горит на воздухе, но обладает малой морозостойкостью (—15 °С). Нагрево- стойкость +65 °С.

ПВХ не растворяется и не набухает в воде. Растворяется в циклогексаноне, тетрагидрофуране (ТГФ), диметилформамиде (ДМФА), дихлорэтане, ограниченно — в бензоле, ацетоне. Не растворяется в спиртах, углеводородах; стоек в растворах щелочей, кислот, солей, обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

Предел прочности при растяжении — 40—50 МПа, при изгибе — 80—120 МПа. Удельное электрическое сопротивление —1012—1013 Ом м.

Полимеризация винилхлорида под действием света впервые изучена Э. Бауманом в 1872 г.; первый промышленный синтез поливинилхлорида осуществлен в Германии в 1930 г. эмульсионной полимеризацией винилхлорида.

Поливинилхлорид получается полимеризацией винилхлорида. ПВХ получают блочным или полимеризацией в массе, суспензионным и эмульсионным способами.

Суспензионная полимеризация проводится по следующей схеме. Винилхлорид, содержащий 0,02—0,05 масс.% инициатора (например, ацил пероксиды, диазосоединения), интенсивно перемешивают в водной среде, содержащей 0,02-0,05 масс.% защитного коллоида (например, метилгидроксипропилцеллюлоза, поливиниловый спирт). Смесь нагревают до 45—65 °С (в зависимости от требуемой молекулярной массы поливинилхлорида) и заданную температуру поддерживают в узких пределах с целью получения однородного по молекулярной массе поливинилхлорида. Полимеризация протекает в каплях винилхлорида, в ходе ее происходит некоторая агрегация частиц; в результате получают пористые гранулы поливинилхлорида размером 100—300 мкм. После падения давления в реакторе (степень превращения винилхлорида около 85—90%) удаляют непрореагировавший мономер, поливинилхлорид отфильтровывают, сушат в токе горячего воздуха, просеивают через сита и расфасовывают. Полимеризацию проводят в реакторах большого объема (до 200 м3); новые производства полностью автоматизированы. Удельный расход винилхлорида 1,03— 1,05 т на тонну поливинилхлорида. Преимущества способа: легкость отвода тепла реакции, высокая производительность, относительная чистота поливинилхлорида, хорошая совмещаемость его с компонентами при переработке, широкие возможности модификации свойств поливинилхлорида путем введения различных добавок и изменения параметров режима.

Полимеризация в массе происходит в две ступени. На первой винилхлорид, содержащий 0,02—0,05 масс.% инициатора, полимеризу- ют при интенсивном перемешивании до степени превращения около 10%. Получают тонкую взвесь частиц («зародышей») поливинилхлорида в мономере, которую переводят в реактор второй ступени; сюда же вводят некоторое дополнительное количество мономера и инициатора и продолжают полимеризацию при медленном перемешивании и заданной температуре до степени превращения винилхлорида около 80%. На второй ступени происходит дальнейший рост частиц поливинилхлорида и их частичная агрегация (новых частиц не образуется). Получают пористые гранулы поливинилхлорида с размерами 100—300 мкм в зависимости от температуры и скорости перемешивания на первой ступени. Незаполимеризовавшийся винилхлорид удаляют, поливинилхлорид продувают азотом и просеивают. Порошок сыпуч и легко перерабатывается. Преимущества перед суспензионным способом: отсутствие стадий приготовления водной фазы, выделения и сушки поливинилхлорида, в результате уменьшаются капиталовложения, энергозатраты и расходы на обслуживание. Недостатки: затруднены отвод тепла реакции и борьба с коркообразованием на стенках аппаратуры; образующийся поливинилхлорид неоднороден по молекулярной массе, его термостойкость ниже, чем у поливинилхлорида, полученного первым способом.

Эмульсионная полимеризация. Используют растворимые в воде инициаторы (Н202, персульфаты), в качестве эмульгаторов — ПАВ (например, алкил- или арилсульфаты, сульфонаты). Радикалы зарождаются в водной фазе, содержащей до 0,5 масс.% инициатора и до 3 масс.% эмульгатора; затем полимеризация продолжается в мицеллах эмульгатора. При непрерывной технологии в реактор поступают водная фаза и винилхлорид. Полимеризация идет при 45-60 °С и слабом перемешивании. Образующийся 40-50%-й латекс с размерами частиц поливинилхлорида 0,03—0,5 мкм отводится из нижней части реактора, где нет перемешивания; степень превращения винилхлорида 90—95%. При периодической технологии компоненты (водная фаза, винилхлорид и обычно некоторое количество латекса от предыдущих операций, так называемый затравочный латекс, а также другие добавки) загружают в реактор и перемешивают во всем объеме. Полученный латекс после удаления винилхлорида сушат в распылительных камерах, порошок поливинилхлорида просеивают. Хотя непрерывный процесс высокопроизводителен, преимущество часто отдается периодическому, ибо им можно получить поливинилхлорид нужного гранулометрический состава (размеры частиц в пределах 0,5—2 мкм), что очень важно при его переработке. Эмульсионный поливинилхлорид значительно загрязнен вспомогательными веществами, вводимыми при полимеризации, поэтому из него изготовляют только пасты и плас- тизоли.

Суспензионной полимеризацией в мире производится не менее 80% всего поливинилхлорида, двумя другими способами — по ~ 10%.

Поливинилхлорид перерабатывают всеми известными методами переработки пластмасс как в жесткие (винипласт), так и в мягкие, или пластифицированные (пластикат), материалы и изделия. Свойства винипластов и пластикатов приведены в табл. 2.15 (по литературным данным).

Винипласт — продукт переработки поливинилхлорида, содержит следующие добавки:

  • • термостабилизаторы — акцепторы НС1 (соединения Pb, Sn, оксиды и соли щелочноземельных металлов), а также иногда эпок- сидированные масла, органические фосфиты; антиоксиданты фенольного типа; светостабилизаторы (производные бензотриа- золов, кумаринов, бензофенонов, салициловой кислоты, сажа, ТЮ2 и др.);
  • • смазки (парафины, воски и др.) вводят для улучшения текучести расплава;
  • • пигменты или красители;
  • • минеральные наполнители;
  • • эластомер (например, сополимер акрилонитрилбутадиенстирол или этиленвинилацетат в количестве 10—15 масс.%; для повышения ударной вязкости).

Композицию тщательно перемешивают в смесителях и перерабатывают в экструдерах или на вальцах.

Винипласты обладают достаточно высокими механической прочностью, диэлектрическими показателями, стойкостью ко многим химическим средам, водостойкостью, грибостойкостью. Недостатком винипластов является невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность.

Таблица 2.15

Основные свойства винипласта и пластиката

Показатель

Винипласт

Пластикат

Плотность, г/см3

1,35-1,43

1,18-1,30

Прочность, МПа

при растяжении

40-70

10-25

при сжатии

60-160

6-10

при статическом изгибе

70-120

4-20

Относительное удлинение,%

5-40

20-44

НВ, МПа

110-160

Модуль упругости при растяжении, МПа

2600-4000

7-8

Удельная ударная вязкость для пластин толщиной 4 мм с надрезом (радиус 1 мм), кДж/м2

7-15

Теплопроводность, Вт/См-К)

0,16-0,19

0,12

Удельная теплоемкость, кДж/ (кг-К)

1,05-2,14

1,47

Температурный коэффициент линейного расширения, град'1

(50-80)П О'6

(100-250)-10-6

Удельное объемное электрическое сопротивление (при 20 °С), Ом-см

1014—1015

ЮМ О14

Тангенс угла диэлектрических потерь (при 50 Гц)

0,01-0,02

0,1

Диэлектрическая проницаемость (при 50 Гц)

3,1-3,5

4,2-4,5

Электрическая прочность (20 °С), МВ/м

15-35

25-40

Водопоглощение за 24 ч (20 °С),%

материал на основе поливинилхлорида, полученного методами суспензионной полимеризации и полимеризации в массе

до 0,1

0,05-0,7 (до 1,5)

материал на основе поливинилхлорида, полученного методом эмульсионной полимеризации

до 0,6

до 5

Винипласт выпускают в виде листов, плит, труб, прутков, погонажно-профильных материалов, а также гранул, из которых экструзией или литьем под давлением формуют различные изделия. Винипласт легко поддается механической обработке, сваривается и склеивается. Его используют как конструкционный коррозионностойкий материал для изготовления химической аппаратуры и коммуникаций, вентиляционных воздуховодов, труб, фитингов, а также для покрытия полов, облицовки стен, тепло- и звукоизоляции (пенополивинилхлорид), изготовления плинтусов, оконных переплетов и других строительных деталей. Пластикат — продукт переработки поливинилхлорида, содержащего помимо компонентов, используемых при получении винипласта, 30—90 масс. % части пластификатора (например, эфиров фталевой, фосфорной, себациновой или адипиновой кислот, хлорированных парафинов). Пластификатор существенно снижает температуру стеклования поливинилхлорида, что облегчает переработку композиции, снижает хрупкость материала и повышает его относительное удлинение. Однако одновременно снижаются прочностные и диэлектрические показатели, химическая стойкость. Недостатком пластифицированных пластмасс является способность экстрагироваться или мигрировать из материала, вследствие чего со временем материал теряет свою эластичность.

Пластикат перерабатывают преимущественно в виде паст и пласт- изолей (дисперсии эмульсионного поливинилхлорида в пластификаторе); выпускают в виде гранул или лент, листов, пленок. Большое количество ПВХ-пластмасс, в основном пластифицированных, используют в автомобилестроении.

Основной проблемой, связанной с использованием ПВХ, является сложность его утилизации — при сжигании образуются высокотоксичные хлорорганические соединения, например диоксины, являющиеся канцерогенами.

Хлорированный поливинилхлорид.

На основе хлорированного ПВХ готовят различные химически стойкие и стойкие к различным атмосферным воздействиям лаки и эмали. Перхлорвиниловые лаки представляют собой растворы ПСХ в летучих органических растворителях. В качестве растворителей применяется, например, тройная смесь толуол— бутилацетат—ацетон. Перхлорвиниловые лаки и эмали широко применяются для защиты от коррозии оборудования и коммуникаций, металлических конструкций, речных и морских судов, для покраски зданий и пр.

Сополимеры винилхлорида.

Сополимеризация винилхлорида даже с небольшим количеством второго мономера, как правило, приводит к снижению температуры вязкого течения и вязкости расплава полимера. Поэтому сополимеры винилхлорида перерабатываются при более низких температурах, чем гомополимер, одновременно это обеспечивает легкость и точность формования изделия в процессе его переработки. Сополимеры отличаются также лучшей растворимостью в органических растворителях, что позволяет готовить лаки и краски на их основе. К недостаткам сополимеров винилхлорида следует отнести их более низкую термостабильность по сравнению с гомополимером.

Кроме лаков и красок из сополимеров винилхлорида изготовляют прозрачные листы и тонкие прозрачные пленки для защиты бумажных материалов, для упаковки пищевых продуктов, также их используют для пропитки тканей с целью придания водостойкости1.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >