Поливинилхлорид: история открытия

Поливинилхлорид (ПВХ): история открытия
Сочетание «Профиль — ПВХ» уже достаточно прочно вошло в нашу жизнь, при этом, мало кто знает (конечно кроме химиков), что обозначают эти буквы. ПВХ -это аббревиатура полезнейшего материала - поливинилхлорида.ПВХ относится к старейшим искусственным строительным материалам. ПВХ термопласт, то есть под воздействием высоких температур он может менять форму.

История открытия ПВХ

История ПВХ началась в 1835 году, когда горный инженер и химик Анри Виктор Реньо, работавший в лаборатории Юстуса фон Либигса в Гиссене, открыл винилхлорид. Ученый продолжил свои испытания во Франциии, в Лионе. В содержащем винилхлорид растворе, пробирка с которым находилась на подоконнике, за несколько дней произошли изменения: образовался белый порошок. Очевидно, в реакции принимал участие солнечный свет. Реньо проводил с порошком различные опыты, но не смог ни растворить его, ни вызвать никакой другой реакции. Ученый записал и опубликовал свои наблюдения, но больше не занимался этим случайно полученным веществом. Реньо, сам не зная того, впервые получил поливинилхлорид.

В 1878 году продукт полимеризации винилхлорида впервые был исследован более подробно, но результаты исследований так и не стали достоянием промышленности. Это произошло только в нашем столетии.Идея замены традиционной деревянной оконной рамы на пластик впервые пришла в голову американцам, но отнюдь не была принята благосклонно. Дальше история напоминает экономический детектив: в конце ХIХ века несколько предпринимателей решили, что будущее в освещении городов – за ацетиленом (был открыт простой и дешевый способ синтеза этого горючего газа). Они запустили многотонное производство карбида, но технический прогресс сыграл с ними злую шутку. Были изобретены мощные генераторы электрического тока и города действительно осветились, но не ацетиленовыми горелками, а электрическими лампочками. Предприниматели обанкротились, а огромные запасы карбида были распроданы дешево к радости химиков-исследователей.

В 1912-м году начались поиски возможностей промышленного выпуска ПВХ. В 1912 году один из этих исследователей, служащий химической фирмы «Грайсхайн Электрон» Фриц Клатте,

обработал ацетилен хлороводородом и поставил получившийся раствор на полку. Через некоторое время он обратил внимание на выпавший осадок. Поскольку в то время химия уже много знала о строении вещества, он понял, что получил полимер, производное хлорида этилена (чаще называемого винилхлоридом) и описал его. О работах Реньо он, по всей видимости, не подозревал.

В 1913 году Фриц Клатте получает первый патент на производство ПВХ из винилхлорода. Он предполагает использовать ПВХ вместо легко воспламеняемого целлулоида, потому что ПВХ имел важное преимущество по сравнению со своим предшественником: он трудно воспламенялся. Начавшаяся первая мировая война помешала Фрицу Клатте заняться подробным исследованием свойств ПВХ и возможностей его применения, и производство приостановилось. Тем не менее Клатте по праву считается основоположником промышленного использования ПВХ.
Перепроизводство хлора в конце 20х годов, которое было вызвано растущим спросом на натровый щелок, служивший сырьем для синтетического волокна, дало начало промышленному производству ПВХ. Хлор и натровый щелок образуются в неизменном соотношении в результате электролиза поваренной соли. Избыточное количество хлора необходимо было каким-то образом использовать.Переработка ПВХ была связана с серьезными трудностями. Уже при температуре 1000С материал начинал выделять хлороводород и приобретал красноватый оттенок. В результате многолетних опытов удалось установить, какие именно добавки изменяют свойства основного материала настолько, чтобы его можно было перерабатывать дальше.

Развитие промышленного производства ПВХ

ПВХ без примесей остается достаточно твердым при температуре до 1000С, при температуре от 100 до 1800С он становится упругим. Если к ПВХ добавить пластификатор, упругость может быть достигнута и при комнатной температуре. Благодаря пластификатору ПВХ в форме пленки сохраняет мягкость даже при температуре 200С. Одна из особенностей ПВХ возможность применять пластификатор в качестве присадки.Производство твердого и мягкого ПВХ в крупных масштабах началось в Германии в 30е годы. На своих заводах в Райнфельдене, Биттерфельде и Людвигсхафене фирма I.G.-Farben успешно разработала промышленный метод полимеризации. В 1938 в Биттерфельде начала работу линия, рассчитанная на производство 1500 тонн ПВХ в год.Успешные разработки в области промышленного производства ПВХ велись одновременно американскими предприятиями Union-Carbide и DuPont.В Англии промышленным синтезом винилхлорида и его полимеризацией занималась фирма ICI.В нацистской Германии производство ПВХ стало частью промышленной программы «Синтетическое волокно». Для изготовления вискозы (искусственного шелка) требовалось большое количество натрового щелока. Хлор, побочный продукт производства натрового щелока, использовался в качестве сырья для ПВХ. В связи с этим было также разработано синтетическое волокно РеСе. После второй мировой войны ткани из РеСе еще предлагались на рынке, но они так и не получили распространения и вскоре исчезли совсем.После второй мировой войны началось крупномасштабное производство труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и всевозможных литых пластмассовых изделий.

Использование ПВХ для производства окон

В середине ХХ века победное шествие поливинилхлорида докатилось и до производства окон. Вначале в США, а потом в Германии были запатентованы первые оконные профили с использованием ПВХ. Вначале они представляли собой довольно сложную составную конструкцию из металла, облицованную мягким полимером и лишь несколько позже с изобретением различных модифицирующих добавок к ПВХ начался выпуск полностью пластиковых окон.Такое широкое применение ПВХ обусловлено многими причинами, из которых главными можно назвать две: его замечательные физико-химические свойства и дешевизну, что позволило наладить массовый выпуск очень качественных окон.

Один из первых немецких патентов на оконные рамы из ПВХ датируется 1952 годом. В 1959 году были оборудованы первые квартиры с окнами из твердого, модифицированного на ударную вязкость поливинилхлорида. После этого прошло еще несколько лет, пока рамы из ПВХ профилей стали находить массовое применение. Систематическая работа как над сырьем, так и над машинами (экструдерами) сопровождали быстрое развитие окон из ПВХ профилей. Важнейшей целью работ было достижение как минимум того же срока службы, какой был известен у деревянных окон, а по возможности, превышение его. Сегодня можно говорить о том, что это удалось: опыты доказали, что «средняя продолжительность жизни» пластикового окна – минимум 40 лет. Недавно в Германии был отмечен своеобразный юбилей. Фирма – производитель ПВХ в рекламных целях бесплатно заменила пластиковые окна одному из своих первых клиентов, установившему их 35 лет назад.

Важнейшим этапом в завоевании пластиковыми окнами мирового рынка стали научные исследования, которые были призваны доказать экологичность этого материала. Результат – усовершенствование производства, из которого постепенно исчезли использовавшиеся в качестве катализаторов тяжелые металлы, а также свинец, который добавляли в пластик для придания ему безупречной белизны. Сегодня производители для этих целей применяют безопасные для здоровья цинк и кальций. Добившись стабильности поливинилхлорида, исследователи и производственники по достоинству оценили его качества: высокую механическую прочность, износоустойчивость, химическую инертность и устойчивость к погодным явлениям, малую усадку (это свойство позволяет сохранять первоначально заданные размеры) и удобство механической обработки. Кроме того, ПВХ может многократно перерабатываться, что крайне важно для охраны окружающей среды.

Существует довольно предвзятое мнение о том, что, дескать, пластиковые окна не экологичны, поскольку сделаны из искусственного материала. Однако не экологичность ПВХ во многом надумана. Вообще, сравнение ПВХ с другим популярным материалом для изготовления окон - деревом по ряду потребительных и экологических параметров может быть далеко не в пользу последнего. В настоящее время вместо капризного в обработке цельного дерева для производства деревянных окон используют, в основном, клееный брус. Причем, технология его производства не отличается экологичностью, поскольку включает применение немалого числа сложных химических соединений. В частности, чтобы нивелировать такое опасное свойство дерева, как горючесть, его обрабатывают специальными веществами – антипиренами. Кроме того, чтобы защитить материал от влаги и гнилостных грибков, его также пропитывают водоотталкивающими и противогнилостными составами. Таким образом, современный клееный брус имеет не больше прав называться природным материалом, чем пластик.

Помимо этого, стоит вспомнить, что при производстве ПВХ не срубается ни одного дерева. А отходы ПВХ и оконные конструкции, отработавшие свой срок, могут быть полностью переработаны до пяти раз, что исключает загрязнение окружающей среды. Что касается срока службы ПВХ - профилей, то приведем один пример – недавно в Германии демонтировали окно, установленное в 1964 году. Нельзя сказать, что оно выглядело, как новенькое, но служило вполне исправно и могло простоять еще как минимум лет тридцать. Подытоживая, можно смело сказать, что такой привычный и знакомый пластик может быть действительно незаменимым для производства оконного профиля и других полезных вещей.

Вклад участников

Ельников Сергей

Материалы и иллюстрации с сайта www.proflines.ru