Хлорированный поливинилхлорид¶

Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ, англ. CPVC — Chlorinated Polyvinyl Chloride) — это термопластичный полимер, получаемый путём дополнительного хлорирования поливинилхлорида (ПВХ). Относится к классу аморфных полимеров. Ключевое отличие от обычного ПВХ — повышенное содержание хлора (от 63 до 69 % по массе против 56,8 % у ПВХ), что обеспечивает материалу значительно более высокую термостойкость и химическую стойкость.

¶История

Первые исследования по хлорированию ПВХ были проведены в 1940-х годах в США. Коммерческое производство ХПВХ началось в 1958 году компанией B.F. Goodrich (ныне Lubrizol Advanced Materials, Inc.) под торговой маркой Corzan®. Разработка была вызвана необходимостью создания материала, способного выдерживать высокие температуры и агрессивные среды в промышленных трубопроводах, где обычный ПВХ был непригоден.

В 1960-х годах ХПВХ начал применяться в системах горячего водоснабжения и отопления в жилых и коммерческих зданиях. В СССР промышленное производство ХПВХ было освоено в 1970-х годах на предприятиях химической промышленности, однако широкое распространение материал получил только в постсоветский период, с развитием рынка сантехники и строительства.

¶Получение

Процесс получения ХПВХ основан на реакции радикального хлорирования поливинилхлорида. Существует два основных промышленных способа:

¶Хлорирование в водной суспензии

Порошкообразный ПВХ диспергируется в воде, затем через суспензию при нагреве (60–100 °C) и под давлением пропускается газообразный хлор. Реакция инициируется ультрафиолетовым облучением или химическими инициаторами (например, пероксидами). Этот метод позволяет получать ХПВХ с равномерным распределением хлора по полимерной цепи.

¶Хлорирование в растворе

ПВХ растворяют в органических растворителях (например, в хлорированных углеводородах), после чего в раствор подают хлор. Процесс требует последующего удаления растворителя, что усложняет технологию, но обеспечивает более высокую однородность продукта.

После завершения реакции полученный ХПВХ промывают, нейтрализуют, сушат и гранулируют. Содержание хлора в конечном продукте контролируется параметрами процесса (температура, давление, время реакции).

¶Свойства

¶Физические и механические свойства

• Плотность: 1,45–1,55 г/см³ (зависит от степени хлорирования).
• Температура стеклования (Tg): 100–120 °C (у ПВХ — около 80 °C).
• Температура размягчения по Вика: 110–125 °C.
• Предел прочности при растяжении: 45–55 МПа.
• Относительное удлинение при разрыве: 10–50 % (зависит от марки).
• Модуль упругости при изгибе: 2500–3000 МПа.
• Ударная вязкость: 2–5 кДж/м² (по Шарпи).

¶Термические свойства

ХПВХ сохраняет механическую прочность при температурах до 95–100 °C (кратковременно до 110 °C), что на 30–40 °C выше, чем у обычного ПВХ. Максимальная рабочая температура для труб из ХПВХ составляет 93 °C (по стандарту ASTM D2846). Температура воспламенения — около 430 °C; материал самозатухает при удалении источника огня.

¶Химическая стойкость

ХПВХ устойчив к воздействию большинства кислот (серной, соляной, фосфорной), щелочей (растворы едкого натра, аммиака), солей, масел, жиров и многих органических растворителей (алифатических углеводородов, спиртов). Нестоек к концентрированным окислителям (азотная кислота, перекись водорода), кетонам (ацетон), сложным эфирам, ароматическим и хлорированным углеводородам (бензол, толуол, дихлорметан).

¶Электрические свойства

ХПВХ является диэлектриком. Удельное объёмное электрическое сопротивление — 10¹³–10¹⁴ Ом·см. Диэлектрическая проницаемость на частоте 1 МГц — 3,0–3,5.

¶Применение

Основные области использования ХПВХ обусловлены его термостойкостью и химической стойкостью.

¶Трубопроводные системы

• Горячее водоснабжение и отопление: трубы и фитинги из ХПВХ применяются в системах с температурой воды до 90 °C. В отличие от металлических труб, они не подвержены коррозии, не зарастают отложениями, имеют низкую теплопроводность.
• Промышленные трубопроводы: транспортировка агрессивных жидкостей (кислот, щелочей, солей) на предприятиях химической, нефтехимической, металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности.
• Противопожарные системы: трубы из ХПВХ используются в спринклерных системах пожаротушения, так как материал не поддерживает горение и сохраняет работоспособность при высоких температурах.

¶Строительство

• Внутренняя отделка: панели, профили, подоконники, наличники.
• Кровельные и гидроизоляционные мембраны.
• Дверные и оконные профили (ограниченно, из-за более высокой стоимости по сравнению с ПВХ).

¶Электротехника

• Изоляция кабелей и проводов для использования в условиях повышенных температур (например, в бытовых приборах, автомобилях).
• Корпуса электрощитов и распределительных устройств.

¶Другие области

• Производство химической аппаратуры: ёмкости, реакторы, насосы, вентили.
• Медицинское оборудование: детали аппаратов ИВЛ, системы подачи жидкостей.
• Автомобилестроение: детали интерьера, элементы топливных систем.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Высокая термостойкость (до 95 °C).
• Химическая стойкость к широкому спектру агрессивных сред.
• Низкая теплопроводность (снижает теплопотери в системах отопления).
• Устойчивость к коррозии и биологическому обрастанию.
• Негорючесть (самозатухает, не распространяет пламя).
• Долговечность (срок службы труб — до 50 лет).
• Простота монтажа (клеевое соединение, резьба, фланцы).

¶Недостатки

• Высокая стоимость по сравнению с ПВХ и полипропиленом.
• Хрупкость при отрицательных температурах (ниже –10 °C).
• Ограниченная стойкость к некоторым органическим растворителям.
• Сложность вторичной переработки (из-за содержания хлора).
• Выделение хлороводорода при горении (токсичен).

¶Сравнение с другими термопластами

¶Стандартизация

В России и странах СНГ производство и применение труб из ХПВХ регламентируется следующими документами:

• ГОСТ Р 56378-2015 «Трубы из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ) для систем водоснабжения и отопления. Технические условия».
• СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
• СП 30.13330.2016 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

На международном уровне действуют стандарты ASTM D2846 (США), ISO 15877 (международный), DIN 8079/8080 (Германия).

¶Экологические аспекты

ХПВХ, как и другие хлорсодержащие полимеры, вызывает экологические опасения. При производстве и утилизации возможно образование диоксинов и хлороводорода. Вторичная переработка ХПВХ затруднена из-за необходимости отделения от других пластиков. Однако современные технологии позволяют перерабатывать до 30–40 % отходов ХПВХ в гранулят для производства изделий менее ответственного назначения. В ряде стран (ЕС, Япония) действуют программы по сбору и переработке ХПВХ-отходов.

¶Источники

• ГОСТ Р 56378-2015 «Трубы из хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ) для систем водоснабжения и отопления. Технические условия».
• ASTM D2846-19 «Standard Specification for Chlorinated Poly(Vinyl Chloride) (CPVC) Plastic Hot- and Cold-Water Distribution Systems».
• ISO 15877:2018 «Plastics piping systems for hot and cold water installations — Chlorinated poly(vinyl chloride) (PVC-C)».
• Энциклопедия полимеров. Том 3. — М.: Химия, 1977. — С. 412–418.
• Каталог продукции компании Lubrizol Advanced Materials, Inc. (Corzan® CPVC).
• Технический бюллетень «Хлорированный поливинилхлорид: свойства и применение» (НИИ Пластмасс, 2020).