Поливинилхлорид — свойства и применение¶

Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) — термопластичный полимер винилхлорида, один из наиболее массово производимых пластиков в мире. Обозначается индексом 03 в системе маркировки полимеров (треугольник со стрелками и цифрой 3). По объёму выпуска ПВХ уступает только полиэтилену и полипропилену, занимая третье место среди синтетических смол.

¶Состав и строение

ПВХ получают полимеризацией мономера винилхлорида (хлорэтилен, C₂H₃Cl). Молекула полимера представляет собой цепь с повторяющимся звеном −[CH₂−CHCl]n−. Хлор, входящий в состав, придаёт полимеру ряд специфических свойств: повышенную огнестойкость (хлорсодержащие полимеры горят трудно), химическую инертность и низкую газопроницаемость.

В зависимости от условий полимеризации получают два изомерных типа структуры: полимеризацию при комнатной температуре ведут в эмульсии (эмульсионный ПВХ), а при повышенной температуре — в растворе или в массе (суспензионный ПВХ). Суспензионные марки составляют основную долю мирового производства и применяются прежде всего для изготовления труб и профилей.

¶Свойства

Чистый ПВХ — белый порошок с плотностью 1300—1450 кг/м³, нерастворимый в воде, устойчивый к кислотам, щелочам и органическим растворителям. Температура разложения начинается около 100 °C, что ограничивает рабочий диапазон изделий из ПВХ; для повышения термостойкости в состав вводят специальные стабилизаторы.

При обычных условиях ПВХ — жёсткий и хрупкий материал. Для получения эластичных изделий в него добавляют пластификаторы (чаще всего фталаты), которые снижают стеклование и делают пластик гибким. По этому признаку различают:

• Жёсткий ПВХ (uPVC, PVC-U) — без пластификаторов; применяется для труб, оконных профилей, карнизов, сайдинга.
• Мягкий ПВХ (flexible PVC) — с 20—50 % пластификаторов; используется для плёнок, шлангов, кабельной изоляции, медицинских изделий, обивки.

ПВХ хорошо окрашивается, сваривается, склеивается и поддаётся механической обработке. Изделия из него обладают низкой горючестью — материал самозатухает после прекращения контакта с огнём.

¶Производство

Мировое производство ПВХ оценивается примерно в 45—50 млн тонн в год. Крупнейшие производители — Китай, США, Индия, Германия и Россия. В России основные заводы расположены в Ставропольском крае («Каустик», г. Волжский), Новосибирске, Уфе, Салавате и Кстове (Нижегородская область). Совокупная мощность российских предприятий превышает 1 млн тонн винилхлорида в год.

Процесс производства включает два этапа: синтез мономера винилхлорида (обычно хлорированием этилена с последующим пиролизом дихлорэтана) и полимеризацию мономера. Полученный порошок ПВХ смешивают со стабилизаторами, наполнителями, красителями и при необходимости пластификаторами, после чего перерабатывают в готовые изделия методами экструзии, литья под давлением или каландрирования.

¶Применение

Основные области применения ПВХ:

Строительство — крупнейший потребитель ПВХ: на него приходится около 60 % мирового потребления. Популярность ПВХ-труб обусловлена коррозионной стойкостью, малым гидравлическим сопротивлением и сроком службы до 50 лет.

¶Экология и здоровье

Вопрос безопасности ПВХ вызывает дискуссии. При горении и разложении при высоких температурах ПВХ выделяет хлороводород и диоксины, поэтому утилизация ПВХ-отходов методом сжигания требует систем очистки дымовых газов. В Евросоюзе ограничено использование фталатных пластификаторов в детских игрушках и медицинских изделиях.

При производстве винилхлорида используется ртутьсодержащая технология (ртутные электролизёры для получения хлора), что создаёт риск загрязнения окружающей среды ртутью; альтернатива — мембранные и диафрагменные электролизёры. В ряде стран действуют запреты на производство ПВХ на ртутной технологии.

ПВХ плохо поддаётся переработке: из-за наличия хлора и добавок вторичная переработка требует сложной технологии. Тем не менее грануляция измельчённых изделий применяется для производства менее ответственных изделий — труб низкого давления, кабельных коробов, садовых товаров.

¶История

Винилхлорид впервые получил французский химик Ренье в 1835 году, а его полимер — немецкий химик Фриц Грегор в 1872 году. Промышленное производство ПВХ началось в 1930-х годах: в 1930 году патент на метод получения ПВХ получила немецкая компания IG Farben, а в 1931 году коммерческий выпуск начали в Германии и США. Широкое распространение пластик получил после Второй мировой войны, когда были отработаны технологии стабилизации и пластикирования.

Источники:

• «Полимерная энциклопедия», т. 4, под ред. З. А. Роговина
• Г. Ф. Долгушев, Н. М. Кожевников. «Производство изделий из поливинилхлорида»
• «Ульманова энциклопедия промышленной химии», раздел Polyvinyl Chloride
• ГОСТ 14335-2022. Пластики. Методы испытаний на изгиб и растяжение