ПВХ – что это такое за материал, что делают из поливинилхлорида

Несмотря на небольшой спад производства в период пандемии оно быстро вернулось на прежний уровень и уже превзошло прошлые показатели. Причина – растущий спрос, который становится одним из маркеров развития мировой экономики. Поэтому стоит подробнее поговорить про поливинилхлорид (ПВХ) – что это за материал, где и в каких целях он используется, как выпускается. Также важно рассмотреть перспективы крупнотоннажного пластика этого вида, ведь в ближайшем будущем ему прочат мировое лидерство.

Если рассматривать темпы роста производственных мощностей, то еще 4 года назад промышленные предприятия выпускали примерно на 10% меньше полимера. При учете непростого периода пандемии, повлекшего за собой глобальную рецессию и снижение показателей практически во всех сферах, нынешние результаты изготовителей впечатляют. Есть все основания полагать, что в дальнейшем они будут только улучшаться, потому как о падении спроса речи не идет.

Общее представление

Вещество представляет собой термопластичный полимер винилхлорида. Визуально это бесцветная пластмасса, обладающая достаточной прозрачностью. Ключевыми свойствами является устойчивость к химической агрессии щелочей, большинства растворителей и кислот. Более восприимчив к воздействию низких температур, чем высоких – выдерживает до -15С и до +66 соответственно.

История открытия и промышленного освоения ПВХ

Первооткрывателем винилхлорида, из которого производят полимер, стал Анри Реньо – ученый из Франции. Все свидетельствует о том, что неизвестный порошок белого цвета он получил по счастливому стечению обстоятельств. Произошло это в 1835 году следующим образом: во время одного из экспериментов исследователь оставил пробирку на подоконнике. Под действием солнечных лучей началась реакция полимеризации. Однако Реньо не знал о значимости своего открытия. Он ограничился исключительно описанием вещества, которое ему удалось получить.

Возможно именно поэтому материал оставался неисследованным на протяжении десятилетий. Выяснять из чего состоит поливинилхлорид и как именно он образован ученые начали лишь в 1872 году. Этим занимались в Германии и Франции. Были созданы интереснейшие научные работы, однако тогда они тоже не заинтересовали промышленность. Интерес к нему появился только в 1912 году, когда немец Фриц Клатте, работавший в крупной химической компании, детально проанализировал его свойства.

В дальнейшем он не только опубликовал результаты исследования, но и запатентовал первую в мире технологию промышленного производства данного пластика. Вскоре американец Уалдо Семон провел дополнительные эксперименты и понял, как добиваться эластичности полимера. 

Состав

Основой для изготовления служит винилхлорид. Он проходит реакцию полимеризации и образует белый порошок с выраженными свойствами прозрачности. Если углубиться в химический состав, то мы получим соотношение этилена и связанного хлора в пропорции примерно 43% и 57% соответственно.

При этом могут быть добавлены различные вспомогательные вещества. Их главная задача – улучшить базовые свойства пластмассы. К таковым, в частности, относят стабилизаторы, изготавливаемые на базе свинка. Тем же методом меняют и другие характеристики – например, для повышения стойкости к низким температурам и достижения оптимальной пластичности добавляют пластификаторы, которые могут представлять собой, так называемые, фталаты.

Из чего и как получают ПВХ

Основной реакцией является полимеризация. В качестве сырья используется винилхлорид, который соответственно получают из хлора и этилена. Последние изготавливаются путем электролиза соли и крекинга нефти или газа. В процессе производства полимера четко отслеживается три этапа:

1. Подготовка сырья – получение и расщепление этилена, электролиз солей для высвобождения хлора.
2. Вывод мономера винилхлорида.
3. Его дальнейшая полимеризация.

Последняя стадия также может включать в себя добавление вспомогательных и оптимизирующих свойства материала компонентов. В их числе разнообразные эмульгаторы, катализаторы и пластификаторы.

Разновидности и классификация

После того как мы узнали, из чего сделан ПВХ и чем отличается вещество от других пластмасс, настало время поговорить о вариантах его выпуска. В процессе полимеризации получают сырье, которое в дальнейшем используется при изготовлении многих типов продукции. Материал может представлять собой винипласт или пластикат. Они различаются по характеристикам и конечным свойствам. Поговорим о них более подробно.

Пластикат

Мягкий продукт, произведенный на базе готового сырья. Его ключевое свойство – эластичность и возможность эксплуатации при серьезных перепадах температур – от -60С до +100С. При них продукция не теряет своих характеристик, не выделяет токсичных паров, не деформируется. Состав при этом индивидуален. Оптимизированные виды поливинилхлорида данного типа могут иметь композиции, содержащие до 80 пластификаторов и до 5 стабилизаторов. Форма выпуска самая разнообразная – гранулы разного диаметра, лента или пленка, толстые и плотные листы.

Среди методов изготовления – экструзия, литье, вальцовка и каландрирование. Каждая технология имеет индивидуальные преимущества и недостатки. Также они позволяют выпускать продукцию разнообразных форм. Например, путем экструзии создаются прутки, гранулированный и листовой материал. А вот вальцовка позволяет добиться непрерывного, направленного деформирования волокон и в результате получить пленки разной толщины.

Теперь, когда мы разобрались как получают поливинилхлорид в виде пластиката, можно привести виды конечного ПВХ – это:

• кабельные – используемые для создания оболочки проводов;
• обувные – применяемые при производстве подошв;
• автомобильные – востребованы при изготовлении различных комплектующих и аксессуаров для транспортных средств;
• листовые – преимущественно выступают изоляцией в строительстве, а также подходят для облицовки стен и фасадов; марки 57-40 КЭ – отличаются предельной устойчивостью к химической агрессии, преимущественно задействуются в производстве гальванических ванн;
• специального назначения – например, предназначенные для погонажных изделий, выпуска мебели, создания уплотнителей и так далее.

Так как поливинилхлорид – это пластмасса, термопластичный полимер с высокой степенью стойкости к химической агрессии, то оптимизация его свойств позволяет создавать продукцию с разнообразными характеристиками. Пластикаты как одна из разновидностей веществ крайне податливы к обработке. Дополнительно они могут подвергаться окрашиванию практически в любой цвет.

Винипласт

Синтетический материал, обладающий комплексом уникальных свойств. Его ключевая особенность – жесткость при одновременной прочности. Вещество легко выдерживает сварку с образованием прочных, малозаметных швов. Его также можно сверлить, шлифовать, многократно обтачивать до получения оптимальной формы. Если обратить внимание на то, что делают из поливинилхлорида данного вида, то типы изделий будут крайне разнообразны.

Широкая область применения – следствие его характеристик. Срок его эксплуатации может составлять даже 50 лет. При этом продукция не будет утрачивать свои свойства. Не поддерживает горение на воздухе, не подвергается коррозии и процессам гниения. Однако его нельзя назвать чрезмерно устойчивым к механическим повреждениям.

Другое название винипласта – НПВХ. Он выпускается как в виде гранулированного или порошкового сырья, так и в форме разнообразных изделий – например, труб, панелей или профилей.

Возникает резонный вопрос: данный вид ПВХ – это какой материал, базовый или готовый к использованию? Зависит от формы выпуска. Наибольшее распространение получили листы разных габаритов и толщины, которые по сути являются заготовками. Их очень часто применяют в строительстве, так как путем обточки, резки, сварки и шлифовки легко получить практически любую форму изделия. При этом его эксплуатационные характеристики не пострадают.

Преимущества и недостатки

Здесь мы говорим не только о свойствах базового, но и о характеристиках оптимизированного вещества. По сути процедура позволяет адаптировать продукцию под конкретную сферу применения. Напомним о том, что такое ПВХ и приведем расшифровку аббревиатуры – это поливинилхлорид, который означает термопластичный полимер со специфической структурой. В качестве конструкционного обычно используется продукция, полученная с включением в состав специальных добавок. Также возможно армирование для достижения оптимальной жесткости.

Плюсы

Именно они обуславливают широту применения. Можно отметить несколько общих преимуществ, которые свойственны всем его разновидностям. Основные из них:

• механическая прочность, которая значительно повышается при армировании;
• стойкость к химической агрессии и истиранию;
• изоляционные свойства – в частности, водонепроницаемость;
• невосприимчивость к воздействию большинства щелочей и кислот.

Если учесть, из чего получают поливинилхлорид, то стоит отметить в качестве достоинства и его диэлектрические характеристики. Благодаря им материал часто применяют для производства оболочек всевозможных кабелей и проводов. Также отличается стойкостью к перепадам температур – оно может использоваться практически в любых климатических поясах.

Минусы

Здесь стоит поговорить об одном из самых востребованных назначений полимера в последнее время. Не секрет, что его тотально применяют в процессе изготовления оконных профилей. В сравнении с древесиной он имеет как преимущества, так и недостатки. К последним относят:

• более высокую плотность – вес рамы выше, чем у древесины;
• способность к фотодеструкции – несмотря на устойчивость к воздействию ультрафиолета, постепенно может утрачивать эластичность;
• пониженный модуль упругости повышает риск деформации при постоянных нагрузках.

С учетом того, где применяется поливинилхлорид (ПВХ) и для чего используется вещество, технология его производства постоянно оптимизируется. Так стойкость к воздействию ультрафиолета достигается за счет использования в композициях передовых светостабилизаторов, которые значительно повышают долговечность оконных профилей. А пониженный модуль упругости компенсируется за счет использования специальных армирующих вкладышей.

Область применения

Относится к категории универсальных. Однако свыше 50% всего производимого объема востребовано одной сферой – строительной. Относительно невысокий вес, повышенная механическая прочность, устойчивость к коррозии и химической агрессии – вот далеко не полный перечень его преимуществ.

И еще к вопросу о том, поливинилхлорид – это пластик или нет: он имеет всеми свойствами термопластичного полимера, что позволяет однозначно идентифицировать его. В частности, он обладает достаточной инертностью и биологической совместимостью, что открывает возможности для применения вещества в медицинской области. Сюда же относится химическая стабильность.

Отдельно стоит отметить транспортную сферу. В частности, авиацию. Полки для ручной клади, различные другие элементы и даже приборные панели выполняются именно из этого полимера. Соответственно спрос на него, а также мировые мощности производств постоянно растут и, согласно оценкам экспертов, продолжат увеличиваться в дальнейшем.

Что делают из поливинилхлорида

Здесь мы говорим о действительно широкой сфере применения. Перечень изготавливаемой из него продукции невероятно широк. Можно привести лишь некоторые примеры, так как полное перечисление займет не один час. Среди наиболее востребованных изделий:

• стройматериалы – в том числе, облицовочные;
• оконные профили – классические и армированные;
• изоляция – для кабелей, зданий и сооружений;
• упаковка – бутылки, контейнеры, всевозможные емкости;
• медицина – одноразовые инструменты, аксессуары;
• одежда и обувь – подошвы, фурнитура;
• самолето- и автомобилестроение – комплектующие, запчасти, элементы салонов и приборных панелей;
• производство, добывающая промышленность и так далее.

Говоря о том, что изготавливают из поливинилхлорида, мы также не можем не упомянуть различные варианты труб. Они демонстрируют отличную долговечность, стойкость к химической агрессии, процессам коррозии и гниения. Поэтому широко используются как в промышленности, так и в области коммунального хозяйства. При этом объемы их применения постоянно растут. Вы наверняка слышали о многих программах, предполагающих замену старых металлических труб на новые, изготовленные из соответствующих полимеров.

ПВХ и окружающая среда

Растущие объемы потребления пластика не могут не отражаться на экологии. Однако систематизация и жесткий контроль его сбора, сортировки, утилизации и переработки в совокупности позволяют избежать любых проблем. Материал может и должен подвергаться вторичной переработке. Важное значение имеет то, как выглядит поливинилхлорид в этом случае. По эстетическим качествам изготовленная из него продукция не имеет тот же вид, что и изделия, созданные из первичного полимера. Поэтому в пищевой промышленности она, например, не используется.

В случае с переработкой речь идет только о части общей массы потребляемого в мировом масштабе продукции. Все, что не подходит, должно правильно утилизироваться. На данный момент на всех континентах действуют полигоны и работают заводы, специализирующиеся на данном процессе. Ежегодно таким образом удается избавиться от миллионов тонн пластика без существенных последствий для экологии.

Подведем итоги

ПВХ – это термопластичный полимер, который производится на базе винилхлорида. Он входит в тройку самых востребованных в мире. На данный момент общие мощности ежегодного производства превышают отметку в 61 млн тонн. При этом объемы постоянно растут. Причина – высокий спрос ввиду его свойств и эксплуатационных характеристик.

Полимер востребован в самых разных сферах. Главным образом, в строительстве. Такие объемы создают определенные экологические риски. Однако при правильном подходе к вторичной переработки и утилизации проблем удается избежать.

Вопрос/Ответ

Чем отличается ПВХ от других материалов?

Зависит от того, с чем конкретно мы будем сравнивать полимер. Если брать за основу пары с деревом или металлом, то он более легкий, не подвержен коррозии и процессам гниения, устойчив к химической агрессии большинства щелочей и кислот. При рассмотрении различий с другими вариациями пластика можно отметить оптимальное сочетание плотности, эластичности, способность к сополимеризации с самыми разными веществами.

Тип изделия из поливинилхлорида

Экологически безопасный, не подверженный горению на воздухе. При модификации эксплуатационных характеристик – прочный, предельно стойкий к воздействию ультрафиолета. Если же говорить о видовом многообразии, то это десятки вариаций продукции для самых разных сфер – от пищевой промышленности до медицины и строительства. При этом его потребление постоянно растет. Аналитики прогнозируют, что при отсутствии рецессии объем может увеличиться на 10-15% уже в ближайшие 2-3 года.

Для чего используется?

Из него изготавливают сотни самых разных товаров. Например, оконные профили, трубы, упаковку, пленку, одноразовые шприцы, подошву для обуви и многое другое. Существует и широкий ассортимент продукции, выпущенной с включением полимера в качестве одного из компонентов композиции. В данном случае он используется в виде сырья и может подвергаться различным сочетаниям и модификациям. На самом деле изделия из него повсюду – они окружают нас даже в быту.