Химический состав пвх и его физические характеристики

Химическая природа вещества

Очень часто сокращенное обозначение описываемого полимера выглядит как ПВХ, хотя так же в обиходе присутствуют и такие характерные названия, как винил, полихлорвинил. Уже эти сокращения отражают ту химическую формулу, которая и образует этот материал. На практике, в то же время, используют и некоторые другие обозначения – виннол, вестолит, сумилит и другие. Так что же на самом деле можно ответить по поводу вопроса – поливинилхлорид, что это такое?

Химическая формула вещества выглядит как «-CH2-CHCl-».

Исходя из химической формулы, при температуре 110-120 °С из вещества активно выделяется хлористый водород (HCl). При этом, как такового горения не наблюдается. Изменение формы и структуры вещества можно назвать скорее разложением. Характерно, что при утилизации под действием высокой температуры, поливинилхлорид образует канцерогены (фосген, диоксины), которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду.

Среди основных химических свойств поливинилхлорида можно выделить такие характерные показатели:

• химическая нейтральность к взаимодействию: вода, спирты, органические углеводороды;
• устойчивость к химическим соединениям: кислоты, щёлочи, растворы солей;
• проводимость электрического тока – диэлектрик.

По отношению к температурным колебаниям, можно отметить относительно высокую стойкость к высоким температурам – до 65 °С, но при отрицательных температурах материалы, изготовленные из ПВХ, приобретают некоторую хрупкость.

Основные физические показатели настоящего полимера имеют различные значения, в зависимости от способа получения и сферы применения конечного продукта.

Можно сравнить некоторые свойства на примере жесткой и пластичной разновидности материала, которые применяют в различных условиях:

• плотность, г/см3 – 1,35-1,43 для винилпласта и 1,18-1,30 – для пластиката;
• модуль упругости при растяжении, МПа – 2600-4000 и 7-8 соответственно;
• относительное удлинение, % – 5-44;
• прочность при растяжении (сжатии), МПа – 40-70 (60-160) для винилпласта, 10-25 (6-10) – для пластиката.

Как видно из приведенных сведений, область применения поливинилхлорида может быть самая широкая, поскольку материалу можно придать свойства, необходимые для производителя.

Какую ткань лучше всего выбрать для изготовления того или иного материала

Полиэстер хорошо использовать для напольных покрытий, ковров, так как он имеет шерстяную материю. Но это не отменяет его в использовании с другими волокнами для изготовления товаров для дома: обшивки на диван, чехлы, коляски и другое. Другие полиэфиры хорошо использовать для изготовления одежды, уличных принадлежностей, в автостроении для армирования шин. Также имеется продукция из искусственного меха на основе данного материала.

Внимательно стоит относиться к продукции людям, склонным к аллергической реакции, ведь при плохой и некачественной обработке материал может вызвать аллергию. При покупке стоит тщательно выбирать материал и быть уверенным в качестве приобретаемой продукции. Необходимо убедиться несколько раз в том, что там действительно настоящие полиэфирные волокна.

Состав ткани

Нити основы состоят из полиэфирных волокон. Для их производства может использоваться:

• лавсан;
• нейлон;
• полиэстер.

Наружное покрытие состоит из лака с различными присадками. В качестве добавки часто применяется полиуретан, придающий готовому полотну гибкость и повышенную износостойкость одновременно.

Характеристики ПВХ-полотна, его плюсы и минусы

Свойства материала напрямую зависят от его особенностей и характеристик. Ткань с покрытием из ПВХ обладает следующими качествами:

• материал может быть более и менее плотным, широко применяется полотно с показателем плотности 550-800 г на кв. м;
• прочность, соответствующая самым высоким международным стандартам;
• эластичность, способность к растяжению – этот параметр зависит от толщины нити;
• возможность эксплуатации при температуре до +70° C;
• огнеустойчивость;
• водостойкость.

Высокие качественные показатели позволяют использовать этот вид материала для специализированных производств. Ткань не пропускает воздух, что в одних случаях будет являться минусом, а в других – плюсом.

Преимущества материала:

Вещи, сделанные из ПВХ-полотна, не выгорают на солнце, если были произведены с полным соблюдением технологии.
Материал не окисляется, поэтому долго служит.
Срок эксплуатации зависит от вида полотна и может составлять от 5 до 15 лет.
Немаловажно, что ткань имеет вполне доступную стоимость.

Недостатком этого материала является уже сам процесс его производства, при котором в окружающую среду выделяются вредные вещества. Из-за химического состава полотно нельзя сжигать. Процесс горения будет сопровождаться выделением хлористого водорода, опасного для здоровья человека. Чтобы материал полностью разложился после утилизации, нужны многие десятилетия. Продукты распада поливинилхлорида токсичны и отравляют природу.

Методы изготовления

Для обоих пластиков характерны такие методы как экструзия, с помощью которой «льют», например, полиэтиленовые трубы и полиэтиленовую оплетку для различных проводов и кабелей. Также с помощью экструзии получают листы полиэтилена, пленку из полиэтилена,  листы ПВХ, и пленку из ПВХ, широко используемые, например, строителями. Для этих методов используются различные промышленные нагреватели для экструдеров и литьевых машин (кольцевые нагреватели, плоские нагреватели, патронные ТЭНы).

А термо-вакуумное формование пластиков и литье под давлением в основном применяется при изготовлении разнообразнейших упаковочных материалов .

Ротационным или экструзионно-выдувным способом получают, например, емкости, канистры, различные сосуды и разнообразнейшую пластиковую тару.

Применение

Применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида, линолеума, грязезащитных ковриков, обувных пластикатов, мебельной кромки и т. д. Также применяется для производства грампластинок (то есть виниловых), профилей для изготовления окон и дверей.

Поливинилхлорид также часто используется в одежде и аксессуарах для создания подобного коже материала, отличающегося гладкостью и блеском. Такая одежда широко распространена в альтернативных направлениях моды, среди участников готической субкультуры и сторонников сексуального фетиша.

Поливинилхлорид используют как уплотнитель в бытовых холодильниках, вместо относительно сложных механических затворов. Это дало возможность применить магнитные затворы в виде намагниченных эластичных вставок, помещаемых в баллоне уплотнителя.

Моющиеся обои покрываются плёнкой из ПВХ с лицевой стороны, для того, чтобы сделать их непромокаемыми.

Также находит широкое применение в пиротехнике как источник хлора, необходимого для создания цветных огней.

Широко применяется в рекламе: для оформления витрин магазинов и торговых точек, создания рекламных баннеров и плакатов. Служит сырьём для производства различного рода продукции от грампластинок и плакатов до наклеек. Слоем ПВХ покрыта металлическая сетка восьмиугольника, где проводят соревнования по MMA. Из ПВХ также делают презервативы для людей с аллергией на латекс .

Поливинилхлорид используется в производстве трикотажных рабочих перчаток для нанесения различных рисунков на трикотажную основу. ПВХ-рисунок на перчатке позволяет обеспечить хороший захват при выполнении различных работ, предотвращает процесс скольжения, увеличивает износостойкость продукции.

Поливинилхлорид используется для производства хлорированного поливинилхлорида, обладающего самыми высокими характеристиками огнестойкости и самой высокой температурой воспламенения (482 °С) среди термопластов.

Стабилизация ПВХ

Стабилизация первых полученных ПВХ-профилей осуществлялась с использованием солей бария-кадмия. Такая стабилизация придавала профилям хорошую атмосферостойкость. А ударовязкий модифицированный хлорированным полиэтиленом ПВХ легко поддавался последующей обработке.

Замена прежних ударовязких компонентов сополимерами этилена с винилацетатом, а позже — полимерным акриловым эфиром дало возможность использовать в качестве стабилизаторов ПВХ соединения свинца. Это имело как техническую, так и коммерческую выгоду. ПВХ-смесь, стабилизированную свинцом, было легче приготовить, поскольку фирмы-производители стабилизаторов поставляли так называемую «готовую смесь в упаковке», а затраты на стабилизацию ПВХ с использованием свинца были несколько ниже, чем при использовании бария и кадмия. Такая готовая смесь совершенно не пылит, и в ней содержатся все нужные компоненты-стабилизаторы и мягчители (внутренние смазки) в предварительно перемешанном виде, их дозировка при поступлении в систему осуществляется автоматически или полуавтоматически, а обслуживающий персонал, занятый на этапе подготовки ПВХ-смеси, не подвержен никакому риску.

При экструдировании профилей готовая к дальнейшей переработке ПВХ-смесь или гранулит подаются через закрытые подающие устройства в экструдер, где из них приготовляется расплав. Профиль проходит отформовку в головке экструдера и затем охлаждается в калибровочном элементе. Соединения свинца надежно замкнуты в композиции ПВХ-профиля, и с биологической точки зрения их как бы и нет вообще. Во всяком случае, ПВХ-масса, из которой изготавливаются трубы для подачи питьевой воды — а они используются уже более 30 лет, — проходит стабилизацию соединениями свинца.

Вы могли бы себе представить такое, что питьевую воду — продукт, за качеством которого следят особенно пристально, было бы разрешено перекачивать по ПВХ-трубам, если бы существовала малейшая опасность для здоровья человека? Поэтому нет никаких оснований ни с медицинской, ни с научной, ни с экономической точек зрения отказываться от использования свинца как стабилизатора при изготовлении оконных профилей из ПВХ.

В настоящее время фирмы-производители стабилизаторов вышли на рынок с новой системой на базе кальция и цинка, пригодной для стабилизации ПВХ-профилей.

В таких системных изначально плохую термостабильность присутствующих в них карбоксилатов (кальция и цинка) поднимают до нужного уровня, добавляя в систему неорганические и органические добавочные стабилизаторы. Если теперь в систему добавить еще и мягчители, то стабилизация на базе кальция и цинка будет выглядеть, скорее всего, как «аптека после взрыва».

С качественной точки зрения профили, стабилизированные кальцием-цинком, также обладают безупречными характеристиками. Их стойкость к атмосферным воздействиям исключительна, и в повседневной эксплуатации они ведут себя безупречно. Проблем, связанных с их утилизацией, так же как и у профилей, стабилизированных свинцом, не существует вообще, и в процессе вторичной переработки их без проблем можно смешивать с составами других рецептур.

Немецкие требования к оконным профилям из ПВХ и методы их испытаний приведены в соответствующих нормативных требованиях к качеству продукции RAI-GZ 716/1 и в стандарте DIN 16830, часть 1 и 2.

Что такое поливинилхлорид

Поливинилхлорид (ПВХ, PVC) – это синтетический полимер, мономерным звеном которого служит молекула хлорида этилена (винилхлорид, хло́ристый вини́л, хлорвини́л, хлорэтиле́н, хлорэте́н, этиленхлори́д), имеющий химическую формулу CH2=CCl. Соответственно поливинилхлорид, как цепной полимер винилхлорида обладает формулой (-CH2-CCl-)n, где n – степень полимеризации.

Полимер синтезируют по механизму радикально-цепной полимеризации, проходящей в блоке или в суспензии. По методу синтеза поливинилхлорид делится на эмульсионный ПВХ-Э и суспензионный ПВХ-С. Также виды поливинилхлоридных материалов (композиций ПВХ) условно делят на две группы:

— непластифицированный или жесткий материал (обозначения в разных источниках – винипласт, PVC-R, PVC-U, RPVC);

— пластифицированный, или мягкий ПВХ, или пластикат (обозначается PVC-F, PVC-P, FPVC).

Поливинилхлорид по своей природе является аморфным полярным полимером.

Сферы применения

Материалы из полимера поливинилхлорид нашли применение в следующих отраслях: строительство, медицина, машиностроение, производство игрушек и мн. других.

Баннеры

Баннерный ПВХ называют еще виниловой тканью. Используют в производстве продукции рекламного характера. За счет химического состава и применения пластификаторов полотно пригодно для нанесения печати. Плотность данного вида варьируется от 280 до 550 г/м2. Для баннеров и рекламных щитов применяют армированные сеткой из полипропилена или полиэфира и неармированные полотна.

Мебель и интерьер

В производстве мебели для дачи и предметов интерьера для кафе и ресторанов используют не пластифицированный ПВХ. Пленка применяется для оформления фасадов предметов из МДФ, ЛДСП. Покрытие предотвращает доступ влаги и деформирование при перепадах температуры.

Кухни с фасадом, обклеенным ПВХ пленкой, практичны, имеют доступную стоимость, за ними легко ухаживать.

Игрушки

Винил широко используется в производстве детских игрушек. Найти в продаже кукол, не содержащих полимерных материалов, практически невозможно. Пластизоль является основным сырьем в производстве “резиновых” игрушек.

ПВХ не считается безопасным материалом, поэтому большинство производителей применяют различные технологии для повышения уровня безопасности, используя различные пластификаторы. Игрушки низкого качестве поставляют преимущественно из Китая

При выборе важно наличие сертификата соответствия и указание состава сырья на упаковке. Качественный полимер, используемый в производстве игрушек, не должен иметь химического запаха

Стройка

В строительстве ПВХ также нашел широкое применение. Из него изготавливают трубы, фитинги, напольные покрытия, отделочные панели, рабочие перчатки, защитную одежду, окна, двери, фурнитуру. Главными преимуществами материала считается высокая прочность, устойчивость к образованию коррозии, жесткость, легкость и огнеупорность.

Лодки

Лодочный поливинилхлорид выпускают в двух вариантах: армированный и неармированный. Материал обладает оптимальной гибкостью. ПВХ не армированный легче укрепленного, и соответственно, вес надувной лодки из него ниже.

Бассейны

Бассейны также производят из пластичного полимера. Изделия отличаются высокой степенью надежности и долговечность. Стоимость их приемлемая, что обусловило популярность изделий.

Медицина

Поливинилхлорид более 50 лет используют в медицине. Его применяют в производстве различных предметов, в том числе тех, что контактируют с внутренними органами и кровью пациентов. Поэтому обязательным условием служит химическая совместимость компонентов. ПВХ, используемый для предметов медицинского назначения, имеет разрешение к применению Евросоюза, и считается безопасным.

Авто

В автомобилестроении полимер является вторым по популярности после полипропилена. Использование синтетического сырья не только удешевило стоимость транспортных средств, но и продлило срок их эксплуатации. Из ПВХ изготавливают приборные панели, покрытие салонов, кабельную изоляцию, подлокотники, подушки безопасности и мн. др.

Тенты

В производстве тентов полимер занимает лидирующие позиции. В отличие от брезентовых образцов такие изделия защищают от влаги, температурных колебаний. Существенным аспектом является простота соединения полотен: пайка, сварка.

Скатерти

Скатерти из поливинилхлорида также популярны не только на предприятиях общепита. Их полюбили многие хозяйки за простоту ухода, внешнюю привлекательность и доступную стоимость.

Пожарная безопасность панелей ПВХ

Известно, что большая часть органических веществ, в том числе практически все полимеры подвержены горению. В этом ряду находится и основной материал, из которого производят панели – поливинилхлорид. Однако, этот пластик в ряду пожароопасности находится среди самых трудногорючих. За много десятилетий применения панелей ПВХ и прочих стройматериалов из этого материала неизвестно ни одного случая, когда подобные изделия могли бы вызвать пожар. Данные по возгоранию материалов указывают, что точка воспламеняемости композиции находится около 400 градусов Цельсия при открытом горении и выше 450 градусов в случае отсутствии пламени. То есть при условиях, приближенным к нормальной эксплуатации, панели ПВХ являются самозатухающими: не горят и не поддерживают горение. Материал, из которого производится панель, возгорается только в случае, если сильный пожар уже полыхает вокруг. А выделяющиеся при горении соединения, особенно хлороводород (см. ниже), напротив, являются ингибитором горения, то есть подавляют его.

Наглядной характеристикой является кислородный индекс КИ или LOI (определяется по ASTM D2863) — процент содержания кислорода в смеси кислород-азот, при достижении которого вещество при внесении его в область пламени сгорает дотла. Этот показатель применяется главным образом для полимеров и дает представление об их пожароопасности. Также он используется для тканей, волокнистых материалов и других материалов, подверженных горению. Чем ниже значение показателя LOI, тем проще его подвергнуть горению. Так у смолы ПВХ без добавок кислородный индекс равен 45-49, у ПВХ-композиции с антипиренами (специальными противопожарными добавками) для экструзии внутренних отделочных материалов, в том числе панелей, кислородный индекс находится в районе 60.

Для сравнения еще отметим, что пластики с КИ < 27, относятся к легкогорючим, из них полимеры с КИ от 20 до 27 – горят на воздухе достаточно медленно, а в случае КИ < 20 — быстро. Полимеры считаются трудногорючими материалами и являются самозатухающими при выносе их из огня, если их КИ > 27. Эти значения коррелируют с составом воздуха при нормальных условиях. Т.к. объемный процент кислорода в воздухе примерно равен 21, то вещества, которые могут гореть при н.у., обладают значением LOI ниже 21.

Тем не менее, из всех пластиковых стройматериалов панели ПВХ являются одними из самых безопасных с точки зрения пожарной опасности, благодаря описанным выше свойствам – самозатуханию и не поддержанию горения. В прессе и литературе можно встретить множество измышлений на тему опасности этого пластика, которые зачастую не имеют под собой почвы и часто являются элементами конкурентной борьбы между производителями и продавцами различных стройматериалов.

Ниже в таблице указаны значения кислородных индексов различных материалов.

Значения в таблице приведены для испытаний в лабораторных условиях и для образцов, отобранных по специальным методикам, описанным в стандартах. В случае настоящего возгорания, материалы могут вести себя по разному, однако индекс LOI является одним из наиболее показательных характеристик полимеров в области поддержания или неподдержания горения. Пожарная опасность любого материала растет с понижением кислородного индекса.

Вторым важным показателем, характеризующим пожаробезопасность полимерного материала, является скорость распространения пламени на поверхности. Они измеряется в туннельной печи для стандартным образцов по ASTM. Этот индекс также не является строгой величиной, но достаточно показателен для оценки пожароопасности того или иного материала. Чем выше показатель, тем выше скорость распространения огня. Приведем примеры для некоторых материалов.

— стальной лист — 8;

— лист из алюминия — 8;

— сосновая вагонка — 51;

— шифер — 63;

— панели ПВХ — 21.

Как видно из значений, панели ПВХ обладают значительным преимуществом перед многими стройматериалами. Очевидно, что если пластиковыми панелями отделаны поверхности из других материалов, то они не повышают пожароопасность помещений во многих случаях, или повышают ее незначительно, оставаясь наиболее трудногорючими из применяемых на практике отделочных стройматериалов.

Ассортимент НПВХ канализационных труб

Прежде всего, канализационные НПВХ трубы различают по сфере применения. Существуют:

• трубы для внутренней канализации НПВХ;
• трубы НПВХ для наружной канализации, организованной по принципу самоточности;
• трубы для наружной напорной канализации.

Трубы для внутреннего и наружного применения отличаются цветом. Первые имеют серый свет, вторые рыжий или коричневато-красный

Важно, что бы используемые трубы соответствовали области применения. Например, трубы НПВХ для внутренней канализации нельзя использовать вне помещений, так как они просто не рассчитаны на высокие нагрузки и атмосферное воздействие. Использовать наружные канализационные трубы для прокладки по дому можно, но нерационально, поскольку цены на них выше

Использовать наружные канализационные трубы для прокладки по дому можно, но нерационально, поскольку цены на них выше.

Типоразмеры

Размер труб обозначается по внешнему диаметру. Для внутренних систем канализации производятся НПВХ трубы следующих диаметров: 25, 40, 50, 110, 110, 150 мм. Трубы, предназначенные для наружной прокладки в грунт, имеют диаметры 110, 125, 150, 160 мм. Для прокладки промышленных систем водоотведения используются трубы с диаметром вплоть до 1 м. Продаются канализационные трубы из НПВХ отрезками разной длины от 300 мм до 6 м.

Стенка труб НПВХ

Толщина стенки труб так же различается в зависимости от назначения. Толщина материала в трубах НПВХ для внутренних работ составляет 3-3,5 мм. Такая толщина обусловлена незначительными физическими нагрузками на трубопровод, и достигаемый предел прочности достаточен. Для наружной части канализационной системы применяются трубы с толщиной стенок до 15 мм. Часто наружные трубы имеют сложные многослойные стенки. Между двумя слоями ПВХ расположен вспененный материал, алюминий или углеродное стекловолокно. Такая конструкция призвана улучшить теплоизоляционные показатели, уменьшить вес труб, и повысить их прочность.

Канализационные трубы из НПВХ обладают показателем кольцевой прочности, которая характеризует способность стенок трубы противостоять сдавливающим нагрузкам. Для каждого типа труб этот показатель имеет свое обозначение. Самые «слабые» трубы для внутреннего использования маркируются SN2. Кольцевая прочность наружных канализационных труб выше в 2 и 4 раза и маркируется SN4 и SN8 соответственно. НПВХ трубы SN8 прокладываются под оживленными автомобильными дорогами и в районах с повышенной подвижностью грунта.

Эксплуатационные характеристики

Сегодня канализационные трубы, изготовленные из не модифицированного поливинилхлорида, почти полностью вытеснили чугунные, керамические и бетонные трубы. Такая популярность этих труб объясняется соотношением их преимуществ и недостатков. Среди преимуществ — во-первых, малый вес труб, который существенно снижает затраты на погрузку и транспортировку. Кроме того, с легкими трубами легче работать, что значительно снижает время на монтаж канализационных систем. Во-вторых, трубы из НПВХ не подвержены коррозии и воздействию большинства химически активных веществ. В-третьих, их продолжительность эксплуатации может составлять 50 лет и больше.

К недостаткам НПВХ труб относится уязвимость большинства типов труб перед грызунами, которые могут повреждать трубопровод в доме. Существенным недостатком таких труб является их небольшой диапазон рабочих температур от -5 до 60 °С, поэтому наружные участки канализационных систем приходится прокладывать глубоко в грунт ниже уровня промерзания.

Если соотнести все плюсы и минусы, то канализационные трубы из НПВХ можно заключить, что этот материал является очень практичным и удобным в работе. А если учитывать все технические ограничения, то канализационные системы, монтированные с использованием этих труб, будут отлично справляться со своей функцией и прослужат очень долго.