Поливинилхлорид

Поливинилхлоридтакже известный как поливиниловый или винил , обычно сокращенно ПВХ , является в мире третьим материалом, на основе которого наиболее широко производятся синтетические пластиковые полимеры , после полиэтилена и полипропилена. Многие производители используют его при изготовлении окон (например, компания Окна Софос).

ПВХ поставляется в двух основных формах: жестком (иногда сокращенно как RPVC) и гибком. Жесткая форма ПВХ используется в строительстве для труб и профильных применений, таких как двери и окна. Он также используется при изготовлении бутылок, непродовольственной упаковки и карточек (например, банковских или членских карточек).

Чистый поливинилхлорид — это белое, хрупкое твердое вещество. Он нерастворим в спирте, но слабо растворим в тетрагидрофуране .

12192365551171

Открытие 

ПВХ был случайно синтезирован в 1872 году немецким химиком Евгением Бауманном . Полимер появился в виде белого твердого вещества внутри колбы винилхлорида, которая оставалась на солнце. В начале 20-го века российский химик Иван Остромислиненский и Фриц Клатте из немецкой химической компании Griesheim-Elektron попытались использовать ПВХ в коммерческих продуктах, но трудности в обработке жесткого, иногда хрупкого полимера мешали их усилиям. Waldo Semon и компания BF Goodrich разработали метод в 1926 году для пластификации ПВХ, смешивая его с различными добавками. Результатом стал более гибкий и более легко обрабатываемый материал, который вскоре получил широкое коммерческое использование.

Производство

Поливинилхлорид получают путем полимеризации из винилхлорида мономера (ВХМ).

Около 80% производства включает суспензионную полимеризацию . Эмульсионная полимеризация составляет около 12%, а объемная полимеризация составляет 8%. Полимеризация суспензии дает частицы со средним диаметром 100-180 мкм, тогда как эмульсионная полимеризация дает гораздо меньшие частицы среднего размера около 0,2 мкм. VCM и вода вводятся в реактор вместе с инициатором полимеризации и другими добавками. Содержимое реакционного сосуда под давлением и непрерывно перемешивают для поддержания суспензии и обеспечивают однородный размер частиц поливинилхлорида. Реакция экзотермическая и, следовательно, требует охлаждения. По мере уменьшения объема во время реакции (ПВХ плотнее, чем VCM), вода постоянно добавляется к смеси для поддержания суспензии. 

Полимеризацию VCM начинают с соединений, называемых инициаторами, которые смешивают с каплями. Эти соединения разрушаются, чтобы начать радикальную цепную реакцию . Типичные инициаторы включают dioctanoyl пероксид и дицетил ПЕРОКСИДИКАРБОНАТ, оба из которых имеет хрупкую ОО облигацию. Некоторые инициаторы быстро начинают реакцию, но быстро распадаются, а другие инициаторы имеют противоположный эффект. Для получения однородной скорости полимеризации часто используется комбинация двух разных инициаторов. После того, как полимер вырос примерно в 10 раз, короткий полимер выпадает в капельку VCM, и полимеризация продолжается с осажденными, разбухающими растворителем частицами. В весе средних молекулярные массы промышленных полимеров составляет от 100 000 до 200 000, а среднечисленный молекулярный вес составляет от 45 000 до 64 000.

Как только реакция протекает, полученная суспензия из ПВХ дегазируется и удаляется, чтобы удалить избыток VCM, который рециркулируют. Затем полимер пропускают через центрифугу для удаления воды. Суспензию дополнительно сушат в горячем воздушном слое и полученный порошок просеивают перед хранением или гранулированием. Как правило, полученный ПВХ имеет содержание VCM менее 1 части на миллион . Другие производственные процессы, такие как полимеризация в микро суспензии и эмульсионная полимеризация, производят ПВХ с меньшими размерами частиц (10 мкм против 120-150 мкм для суспензионного ПВХ) со слегка отличающимися свойствами и с несколькими различными наборами применений.

Микроструктура

Полимеры являются линейными и прочными. Мономеры в основном расположены от головы до хвоста, что означает, что на чередующихся углеродных центрах присутствуют хлориды. ПВХ имеет в основном атактическую стереохимию , что означает, что относительная стереохимия хлоридных центров является случайной. Некоторая степень синдиотактичности цепи дает несколько процентов кристалличности, которая влияет на свойства материала. Около 57% массы ПВХ — хлор. Наличие хлоридных групп придает полимеру очень разные свойства из структурно родственного материала полиэтилена .