Этиленвинилацетат

Этиленвинилацетат (ЭВА, EVA) — это сополимер этилена и винилацетата, термопластичный полимерный материал, относящийся к классу полиолефинов. Широко используется в промышленности и быту благодаря сочетанию эластичности, прочности, устойчивости к ультрафиолетовому излучению и химическим веществам, а также способности перерабатываться в пеноматериалы.

Химическая структура и свойства

Этиленвинилацетат представляет собой статистический сополимер, в котором звенья этилена и винилацетата распределены в макромолекуле случайным образом. Ключевым параметром, определяющим свойства материала, является содержание винилацетата (ВА), которое обычно варьируется от 5 до 40 % по массе.

Физико-химические характеристики

• Плотность: 0,92–0,96 г/см³ (в зависимости от содержания ВА).
• Температура плавления: 60–90 °C (снижается с увеличением доли ВА).
• Температура стеклования: от −50 до −30 °C.
• Эластичность: высокая, материал сохраняет гибкость при низких температурах (до −70 °C).
• Устойчивость к УФ-излучению: хорошая, особенно по сравнению с полиэтиленом.
• Химическая стойкость: устойчив к большинству кислот, щелочей и спиртов, но растворим в ароматических и хлорированных углеводородах.
• Адгезия: высокая к широкому спектру материалов, включая металлы, стекло и пластики.

С увеличением содержания винилацетата материал становится более мягким, эластичным и прозрачным, но теряет прочность на разрыв и термостойкость. При содержании ВА менее 10 % ЭВА по свойствам близок к полиэтилену низкой плотности; при 20–40 % — приобретает свойства каучука.

История

Сополимер этилена и винилацетата был впервые синтезирован в 1930-х годах, однако промышленное производство началось в 1950-х годах после разработки эффективных методов полимеризации под высоким давлением. Первоначально материал использовался в качестве добавки к полиэтилену для улучшения его эластичности. В 1960-х годах компания DuPont (США) начала выпуск ЭВА под торговой маркой Elvax, что стимулировало его применение в упаковке и клеях. В 1970-х годах технология вспенивания ЭВА позволила создать легкие и упругие пеноматериалы, которые нашли применение в обувной промышленности. В СССР производство этиленвинилацетата было освоено в 1970-х годах на предприятиях в Казани и Томске.

Производство

Этиленвинилацетат получают методом радикальной полимеризации в массе или растворе при высоком давлении (100–300 МПа) и температуре 150–300 °C. В качестве инициатора используются пероксиды или кислород. Процесс аналогичен производству полиэтилена низкой плотности, но с добавлением в реакционную смесь винилацетата. Регулирование соотношения мономеров позволяет получать сополимеры с заданным содержанием ВА.

Основные мировые производители: Dow Chemical (США), DuPont (США), ExxonMobil (США), BASF (Германия), Lanxess (Германия), а также китайские компании Sinopec и PetroChina. В России производство ЭВА осуществляется на предприятиях «Казаньоргсинтез» (Татарстан) и «Томскнефтехим» (Томская область).

Применение

Благодаря разнообразию свойств этиленвинилацетат используется в десятках отраслей промышленности.

Пеноматериалы

Вспененный ЭВА (пенополиэтиленвинилацетат) — один из самых распространённых видов материала. Его получают путём добавления вспенивающих агентов (например, азодикарбонамида) в процессе экструзии или литья под давлением. Пена ЭВА характеризуется:

• плотностью 30–200 кг/м³;
• упругостью и амортизацией;
• низким водопоглощением;
• устойчивостью к сжатию.

Применяется в производстве:

• Обувь: подошвы кроссовок, сандалий, шлёпанцев (в том числе в виде «ЭВА-подошв»), а также стельки и вкладыши.
• Спортивный инвентарь: коврики для йоги, гимнастические маты, защитные накладки, поплавки для плавания.
• Упаковка: амортизирующие вставки для хрупких товаров, термоизоляционные контейнеры.
• Строительство: тепло- и звукоизоляционные плиты, подложки под ламинат и паркет.
• Игрушки: пазлы, кубики, мягкие конструкторы.

Клеи и герметики

Этиленвинилацетат является основой термоплавких клеев (hot-melt adhesives), которые составляют значительную долю рынка клеевых материалов. Клеи на основе ЭВА:

• наносятся в расплавленном состоянии при 120–200 °C;
• быстро застывают (в течение нескольких секунд);
• обладают высокой адгезией к бумаге, картону, дереву, пластикам и металлам.

Используются в упаковочной промышленности (склеивание коробок), мебельном производстве (кромкование), книгопечатании (переплёт), а также в бытовых клеевых пистолетах.

Упаковка

ЭВА широко применяется в производстве гибких упаковочных плёнок, особенно для пищевых продуктов. Плёнки из ЭВА:

• обладают высокой прозрачностью и глянцем;
• хорошо свариваются (термосвариваемость);
• устойчивы к проколам и разрывам.

Используются для упаковки мяса, сыров, кондитерских изделий, а также в качестве термоусадочной плёнки.

Медицина

В медицине этиленвинилацетат применяется для изготовления:

• трубок и катетеров (благодаря гибкости и биосовместимости);
• упаковки для медицинских инструментов;
• компонентов протезов и имплантатов (в композиции с другими полимерами).

Электротехника

ЭВА используется в качестве изоляции и оболочки проводов и кабелей, особенно в условиях низких температур, где он сохраняет эластичность. Также применяется в производстве солнечных батарей (инкапсуляция фотоэлементов) — для этого используется специальный сорт ЭВА с высокой светопропускаемостью и устойчивостью к УФ-излучению.

Прочие применения

• Автомобилестроение: уплотнители, звукоизоляция салона, детали приборных панелей.
• Сельское хозяйство: теплоизоляция теплиц, упаковка для удобрений.
• Бытовая техника: прокладки, амортизаторы, ручки инструментов.
• Художественные материалы: основа для красок (в виде дисперсий), скульптурный пластилин.

Переработка и экология

Этиленвинилацетат является термопластом, что позволяет перерабатывать его вторично. Отходы производства и использованные изделия могут быть переплавлены и использованы для изготовления менее ответственных деталей (например, подошв, ковриков). Однако вторичная переработка ЭВА ограничена из-за наличия добавок (вспенивателей, красителей) и смешения с другими материалами.

В природных условиях ЭВА разлагается медленно (десятки лет). При сжигании выделяет углекислый газ, воду и оксиды азота (при наличии добавок). В последние годы ведутся разработки биоразлагаемых композиций на основе ЭВА с добавлением крахмала или других природных полимеров.

Интересные факты

• Вспененный ЭВА при сжатии способен восстанавливать форму до 90 % первоначальной, что делает его идеальным материалом для амортизирующих подошв.
• Термоплавкие клеи на основе ЭВА используются в производстве более 80 % картонных коробок в мире.
• В 2010-х годах этиленвинилацетат стал популярен в качестве материала для 3D-печати (филаменты для FDM-принтеров) благодаря своей гибкости и прочности.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995. — Т. 5.
• Полимерные материалы: свойства и применение / под ред. В. А. Белого. — М.: Химия, 2003.
• Технология полимеров / под ред. В. В. Коршака. — М.: Наука, 1985.
• Патент США US 2,200,429 (1940) — первый патент на сополимер этилена и винилацетата.
• Данные производителей: Dow Chemical, DuPont, BASF, «Казаньоргсинтез».