Химический состав ПВХ и его физические характеристики

Устойчивость ПВХ к воздействию химических регентов

По своему химическому составу поливинилхлорид состоит из элементов углерода, водорода и хлора. Устойчив к воздействию большинства химических реагентов. Ниже приведен сокращенный вариант таблицы устойчивости ПВХ к воздействию различных химических веществ. Полностью таблица приводится в техническом руководстве всех производителей профильных систем из ПВХ.

                                  ТАБЛИЦА УСТОЙЧИВОСТИ ПВХ К ВОЗДЕЙСТВИЮ РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ   Табл.2.2

N П/П	НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА	КОНЦЕНТРАЦИЯ	ПРИ t , ОС
Группа I. Высокая сопротивляемость
1.	Азотная кислота	10%	60
2.	Аммиак, водный раствор	Конц.	40
3.	Дизельное топливо		20
4.	Машинное масло		60
5.	Муравьиная кислота	100%	40
		10%	60
6.	Натровый щелок	10%	60
7.	Оливковое масло		60
8.	Перманганат калия	Насыщенный 20 ОС	60
9.	Серная кислота	10%	60
		96%	60
10.	Скипидар		20
11.	Соляная кислота	10%	60
		35%	60
12.	Хлорид натрия	10%	60
13.	Этанол		40
Группа II. Слабая сопротивляемость
1.	Уксусная кислота	100%	20
2.	Царская водка		40
Группа III. Отсутствие сопротивляемости
1.	Анилин		20
2.	Бензол		20
3.	Бензино-бензоловая смесь		20
4.	Диэтилэфир		20
5.	Крезол - М		20
6.	Ксилол		20
7.	Толуол		20

Процесс образования ПВХ

ПВХ относится к той небольшой группе полимеров, которые производятся не полностью на основе нефти. В качестве сырья для его производства используется добываемый из нефти этилен (43 %) и хлор (57 %), добываемый из поваренной соли.

Из каменной соли посредством электролиза хлористого натрия получается хлор. Из нефти получается этилен. Этилен и хлор вступают в реакцию с образованием дихлорэтана, из которого в результате последующей реакции образуется винилхлорид. Винилхлорид превращается посредством полимеризации в поливинилхлорид.
Процесс образования ПВХ можно условно разделить на четыре метода, при этом 80 % всего ПВХ добывается по так называемой “полимеризации в суспензии”.

Этот метод основан на том, что винилхлорид нерастворим в воде. Винилхлорид диспегрируется в воду через трубки в реактор давления, объемом 80 .... 150 м 3 . Таким образом, винилхлорид разделяется на микрокапельки и подогревается до необходимой температуры 40 – 80 оС. После ввода в суспензию растворимого инициатора реакции (как правило органического пероксида) начинается полимеризация отдельных капелек винилхлорида.
Поскольку процесс полимеризации сопровождается выделением теплоты, то возникает опасность терморазложения ПВХ – возникновение обратной реакции дегидрохлорирования – разложение молекулы ПВХ с выделением соляной кислоты.

Под воздействием образовавшегося соединения ПВХ изменяет цвет и становится красно-коричневым. Выделяемая соляная кислота ускоряет каталитически дальнейшее разрушение ПВХ. Для того, чтобы избежать обратной реакции, добавляется специальный стабилизатор, который покрывает образовавшиеся в результате полимеризации частички защитной оболочкой. Эти суспензированные частицы, размером от 20 до 200 mм легко отделяются на на центрифуге, сите или фильтрах, а не вступивший в реакцию винилхлорид удаляется в виде газа при помощи специальной аппаратуры.

Использование  стабилизаторов в процессе производства ПВХ

В подавляющем большинстве ПВХ-профилей, производимых в настоящее время, в качестве термостабилизатора используются соединения свинца (Pb). Внедренный в состав порошка из суспензированных частиц - ПВХ-компаунда свинцовый термостабилизатор не может мигрировать из его состава, и свинец никак не выделяется из стабилизатора.
Наряду с классической стабилизацией некоторые производства используют технологию стабилизации с использованием соединений кальция и цинка. Кальциево-цинковые (Ca /Zn) термостабилизаторы и их соли большинства кислот признаны нетоксичными, не генерирующими токсичных веществ в соединении с другими добавками в компаунде. Такая технология является более дорогой и менее изученной с точки зрения эмпирического материала по результатам натурных испытаний, так как используется сравнительно недавно.
Физико-механические и химические свойства ПВХ, стабилизированного свинцом и кальцием-цинком практически не отличаются друг от друга. Ниже приведена сравнительная таблица технических характеристик материала профилей с различной стабилизацией.

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА С РАЗЛИЧНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ

ХАРАКТЕРИСТИКА	МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ	ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ	СТАБИЛИЗАЦИЯСВИНЕЦ	СТАБИЛИЗАЦИЯ КАЛЬЦИЙ-ЦИНК
Объемный вес	DIN 53479	кг /м*3	1500	1460
Модуль упругости	DIN 53457	Н/ мм*2	2,98	2,46
Коэффициент температурного расширения		1/оС	80 x 10 *–6
Температура размягчения	DIN 534460/B	оС	82,5	79,5
Предел прочности при растяжении	DIN 53455	Н/ мм*2	43	41
Относительное удлинение при разрыве	DIN 53455	%	101	94
Ударная вязкость образца с надрезом при +23 оС	DIN 53753	КДж /м*2	56	63
Ударная вязкость образца с надрезом при 0 оС	DIN 53753	КДж /м*2	27	32
Твердость D по Шору	DIN 53505	ЕДИНИЦА ТВЕРДОСТИ	74	71

Добавки при производстве ПВХ

Кроме стабилизаторов в состав ПВХ-компаунда входят различные добавки, позволяющие регулировать как его эксплуатационные, так и технологические свойства. К ним относятся:
1. Красящие вещества (пигменты), в качестве которых при производстве ПВХ-профиля используются обычно оксид титана (белый) и оксид железа (коричневый ). Не используются пигменты содержащие кадмий.
2. Смазочные вещества, например воск или мыло, являющиеся вспомогательными материалами, облегчающими текучесть расплава ПВХ-смеси за счет того, что они смазывают поверхность между расплавом и металлическими стенками экструдера.
3. Наполнители, служащие для улучшения физико-химических характеристик ПВХ-профиля и расширения возможностей его обработки. Основной объём среди наполнителей занимает мел, не представляющий никакой опасности для здоровья и окружающей среды.
4. Пластификаторы, предназначенные для повышения эластичности ПВХ при отрицательных температурах. Относительно хрупкий с низкой ударной вязкостью твёрдый ПВХ, используемый в оконном производстве, перемешивается, как правило, с акрилкаучуком. Такой ПВХ называется модифицированным и имеет относительно равномерную хрупкость во всем рабочем диапазоне температур – от + 30 до – 30 оС.

Вклад участников

Ельников Сергей