Поливинилхлорид (ПВХ): как изготавливают и где используют

ПВХ, или поливинилхлорид, — синтетический полимер из группы термопластов, который относится к одному из наиболее популярных соединений в мире. Особенность этого полимера в том, что его нельзя перерабатывать в чистом виде. По этой причине ПВХ модифицируют: смешивают с различными добавками и получают композиции для производства материалов с заданными свойствами.

Из чего состоит композиция на базе поливинилхлорида

Существует два основных типа соединений:

• драйбленд, или пластикат — на базе суспензионного ПВХ;

• пластизоль, или паста — на базе эмульсионного/микросуспензионного ПВХ.

Разнообразие композиций позволяет получать из ПВХ изделия с широким спектром свойств. Благодаря этому ПВХ становится универсальным полимером, пригодным практически для любой сферы.

В стандартную рецептуру драйбленда входят следующие компоненты:

• ПВХ;

• наполнители — инертные вещества, которые добавляют в рецептуру для модификации свойств и удешевления получаемого материала;

• термостабилизаторы — вещества на основе цинка, кальция, бария, предотвращающие разрушение ПВХ под воздействием тепла и света;

• модификаторы перерабатываемости — для облегчения процесса переработки ПВХ;

• модификаторы для улучшения ударопрочности — для улучшения механических свойств;

• смазки — для улучшения условий технологического процесса;

• пластификатор — адипаты и фталаты, повышающие пластичность и гибкость.

В качестве добавок используют пигменты, которые придают полимеру тот или иной оттенок, улучшают декоративные качества. Для получения пористого мелкоячеистого изделия применяют вспенивающие добавки, а для снижения горючести материала – антипирены.

Стандартная рецептура пластизоля включает в себя следующие компоненты:

• ПВХ;

• пластификатор;

• стабилизатор;

• наполнитель;

• пигменты — органические и неорганические вещества для окрашивания композиции в необходимый цвет;

• растворители и агенты, понижающие вязкость либо загустители.

• фунциональные добавки — деаэраторы, диспергаторы, биоциды и другие вещества для корректировки реалогии пластизоля и придания специальных свойств.

Для прочного склеивания покрытий к основе из синтетического полотна добавляют усилители адгезии, а для получения вспененного материала — порофоры и вспениватели.

Способ получения поливинилхлорида

В основе производства ПВХ лежит процесс радикальной полимеризации мономера винилхлорида (C₂H₃Cl), представляющего собой газ. Поливинилхлорид производят тремя основными способами.

Полимеризация в массе

Здесь для получения ПВХ используют метод термической полимеризации. Под воздействием высокой температуры и давления мономер винилхлорида переходит в жидкое состояние, а затем полимеризуется в массе из неполимеризованного мономера и полимера.

Таким методом получают ПВХ, аналогичный по свойствам суспензии

Эмульсионный и микросуспензионный метод

Способ предусматривает полимеризацию мономера винилхлорида в водной среде с использованием эмульгаторов и растворимых в воде инициаторов.

Характерной особенностью полимеризации винилхлорида в эмульсии является применение инициатора, растворимого в воде, но нерастворимого в мономере

Микросуспензионный метод производства отличается от эмульсионного типом инициатора и наличием дополнительной стадии для получения частиц малого размера

Суспензионный метод

Полимер получают из водной суспензии с содержанием мономера винилхлорида в присутствии инициатора, растворимого в мономере. Готовую суспензию полимеризуют в реакторе с добавлением ингибиторов и регуляторов.

В зависимости от способа производства получают два основных вида поливинилхлорида: суспензию и пастообразующий ПВХ (эмульсию или микросуспензию). Каждый из них делится на несколько марок в зависимости от свойств и области применения.

Свойства и особенности изделий из ПВХ

ПВХ устойчив к воздействию масел, щелочей и кислот, однако при контакте с некоторыми веществами и под воздействием высоких температур может распадаться на отдельные компоненты. Материал невосприимчив к коррозии и гниению, обладает высокими показателями водонепроницаемости.

ПВХ прост в обработке, поэтому подходит для изготовления изделий как геометрической, так и сложной криволинейной формы. Устойчив к температурным перепадам, а также многократному размораживанию и оттаиванию. Поливинилхлорид, как и некоторые другие крупнотоннажные полимеры, способен выдержать до 10 циклов вторичной переработки.

У ПВХ низкий коэффициент теплопередачи и истираемости. Он отлично справляется с механическими нагрузками, работает на растяжение и сжатие, благодаря чему из него создают материалы с широким диапазоном твердости.

Особенности ПВХ в различных условиях:

• сохраняет физические свойства при температуре до +65 °C;

• не становится хрупким при охлаждении до -60 °C и ниже благодаря специальным модификаторам;

• выдерживает многократные циклы замораживания/размораживания без потери качества;

• обладает высокой электроизоляционной способностью.

Поливинилхлорид без труда поддается формовке, резке, сварке, что позволяет использовать материал для производства различных изделий.

Где применяют поливинилхлорид

Поливинилхлорид относят к универсальным полимерам. Его используют для производства оконных рам, дверных конструкций, каркасов остекления, а также мягкой и гибкой упаковки.

Что еще производят на основе ПВХ:

• строительные и отделочные материалы — виниловые обои, напольную плитку, линолеум, кровельные покрытия, натяжные потолки, изоляционные элементы, фасадные панели;

• транспортные средства — лодки, яхты, водные мотоциклы, части интерьера салонов автомобилей, радиаторные решетки, материалы для обшивки салона;

• изделия медицинского назначения — жгуты, капельницы, перевязочные материалы, катетеры, кровоостанавливающие системы;

• упаковочные материалы — воздушно-пузырьковую пленку, пакеты, мягкие контейнеры, эластичную пленку;

• электропроводка и изоляция — кабельную продукцию, изоляционные покрытия, корпусные части инженерных блоков;

• потребительские товары — детские игрушки, обувную подошву;

• мебельное производство — наполнители, элементы каркаса, обивку, декор.

Из ПВХ делают пластиковые бутылки и пищевые контейнеры, блистеры. Благодаря водостойкости материал подходит для изготовления непромокаемых покрытий.

Виды пластических масс на основе ПВХ

На основе поливинилхлорида выпускают два вида пластмасс: жесткие, не содержащие пластификаторов или частично пластифицированные (винипласт), а также мягкие, содержащие пластификаторы (пластикат и пластизоли).

Жесткие пластмассы

Жесткие пластмассы, или винипласт, — жесткий конструкционный материал на основе непластифицированного или частично пластифицированного поливинилхлорида. В состав композиции пластмассы, кроме поливинилхлорида, входят термо- и фотостабилизаторы, антиоксиданты, смазочные вещества, красители (или пигменты). Его выпускают в виде листов, труб, пленок и сварочных прутков. Для производства пленочного винипласта применяется суспензионный или эмульсионный поливинилхлорид.

Мягкие пластмассы

Мягкие пластмассы (пластикат) — мягкая при обычных температурах пластмасса, получаемая на основе пластифицированного поливинилхлорида. Данный материал устойчив к перепадам температур и деформациям. Благодаря содержанию пластификаторов пластикат быстро восстанавливает первоначальную форму при деформации. Выпускается в формате гранул, пластин, лент или пленки. Пластикат применяется для кабельной изоляции, для изготовления труб, пленки и других изделий.

Пластизоли

Пластизоли — это дисперсии частиц поливинилхлорида в пластификаторах, которые при комнатной температуре представляют собой жидкую или пастообразную массу. При нагревании пластизоль «желатинизируется» — быстро превращается в монолитный пластикат с хорошими физико-механическими свойствами, высоким электрическим сопротивлением и химической стойкостью. Из пластизолей производят искусственные кожи, клеенки, обувь, обои, перчатки, медицинские изделия, фильтры, игрушки.

Инновационные разработки в области полимеров

Тема развития полимерной отрасли актуальна для многих производственных компаний и крупных промышленных предприятий. Именно поэтому научно-исследовательский центр «СИБУР Полилаб» реализует проекты в сфере полимерной продукции и предлагает партнерам инновационные решения.

В экосистему «СИБУР Полилаб» входит семь научных центров по переработке и исследованию полимеров, где каждый день испытывают готовые изделия и генерируют идеи. Эксперты центров разрабатывают и тестируют новые рецептуры. Концептуальные разработки появляются на основе анализа текущего спроса: все происходит с учетом современных рыночных тенденций.

Исследовательские центры «СИБУР Полилаб» постоянно совершенствуют свою деятельность:

• совместно с производством оптимизируют способы получения поливинилхлорида и проверяют гипотезы;

• применяют технологии искусственного интеллекта для тестирования и экономии ресурсов;

• предлагают безопасные и эффективные методы переработки и применения вторичного полимерного сырья;

• оценивают готовые изделия на соответствие актуальным стандартам и требованиям.

• оптимизируют технологические процессы производства для снижения энергопотребления;

• разрабатывают новые методы вторичной переработки ПВХ.

Специалисты «СИБУР Полилаб» оказывают техническую поддержку представителям производственных предприятий. Реализуют проекты по вовлечению полимерных отходов в производство продукции, продвигая концепцию устойчивого развития.