Навигация
Главная
Виниловый сайдинг
Вся правда о сайдинге
Цокольный сайдинг
Монтажная пена
Подоконник ПВХ
Панели ПВХ
Вагонка ПВХ
Статьи
Литьевой мрамор
 
 arrow Что такое ПВХ, что такое поливинилхлорид, все о ПВХ, история поливинилхлорида, какой бывает ПВХ, как делают ПВХ

Что такое поливинилхлорид ( ПВХ )


Поливинилхлорид или сокращенно ПВХ является одним из самых ранних искусственных материалов. Впервые он был создан химиком Регнальдом в 1835 году. С 1912 года начались поиски возможностей промышленного выпуска ПВХ, а в 1931 году концерном BASF были выпущены первые тонны этого материала. ПВХ начал широко использоваться с 1950 года в автомобильной промышленности. Сегодня его можно встретить практически во всех областях повседневной жизни (телефония, кредитные карты, различные типы упаковки, сайдинг, панели, вагонка, подоконники, бутылки для минеральной воды и т. п.).

В настоящее время ПВХ - один из наиболее распространенных пластиков; из него получают свыше 3000 видов материалов и изделий, используемых для разнообразных целей в электротехнической, лёгкой, пищевой промышленности, тяжёлом машиностроении, судостроении, сельском хозяйстве, медицине, в производстве стройматериалов. Мировое производство ПВХ составляет десятки млн. тонн.

В начале 50-х годов началось сначала в США, а затем и в Европе победное шествие ПВХ в качестве материала для оконных рам. Один из первых немецких патентов на оконные рамы из ПВХ датируется 1952 годом. Первые рамы из ПВХ представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого ПВХ, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами. В 1959 году были оборудованы первые квартиры с окнами из твердого, модифицированного на ударную вязкость ПВХ. После этого прошло еще несколько лет, пока рамы из ПВХ профилей стали находить массовое применение. В России пластиковые окна из ПВХ –профилей появились в начале 90-х годов. Эти пластиковые конструкции действительно можно назвать поливинилхлоридными, т.к. основным веществом в этих пластмассах (порядка 90%) является ПВХ в сочетании с различными добавками, о которых будет сказано ниже. Хотя все эти добавки играют важную роль, все же основное влияние на технологические и эксплуатационные характеристики оконных пластиков оказывают физико-химические свойства ПВХ.

Поливинилхлорид: преимущественно линейный термопластичный полимер винилхлорида, имеет формулу [—CH2—CHCl—]n. Пластик белого цвета, молекулярная масса 6000—160 000, степень кристалличности 10—35%, плотность 1,35—1,43 г/см3 (20°С). Поливинилхлорид достаточно прочен (при растяжении 40—60 Мн/м2, или 400—600 кгс/см2, при изгибе 80—120 Мн/м2, или 800—1200 кгс/см2), обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Он ограниченно растворим в кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородах; совмещается со многими пластификаторами (например, фталатами, фосфатами, себацинатами).

Химическая устойчивость До 60°С поливинилхлорид устойчив к действию влаги, НСl и НСООН любых концентраций, H2SO4 – до 90%-ной, HNO3 – до 50%-ной и СН3СООН – до 80%-ной концентрации. Поливинилхлорид не изменяется при действии щелочей любых концентраций, промышленных газов (NO2, Cl2, SO3, HF и др.), растворов солей Al, Na, K, Fe, Cu, Mg, Ni, Zn, Sn и др. металлов, а также бензина, керосина, масел, жиров, глицерина, спиртов, гликолей. Поливинилхлорид стоек к окислению Твердый ПВХ трудно воспламеняется и не поддерживает процесс горени, т.е. большое содержание хлора делает ПВХ самозатухающим.

Деструкция. Возможными реакциями, протекающими при энергетических и механических воздействиях на ПВХ, являются дегидрохлорирование, окисление, деструкция макроцепей, структурирование, ароматизация и графитизация. Относительные скорости этих реакций различны, а некоторые из них в обычных условиях энергетических воздействий на поливинилхлорид практически незначительны. Основная реакция, ответственная за потерю полимером эксплуатационных свойств,- элиминирование НСl. При нагревании ПВХ выше 100°С (не выше 350 °С) в основном выделяется НСl и весьма небольшие (менее 3-1%) количества ароматических углеводородов ( бензол). Хромофорный эффект (появление окраски в ПВХ от желтоватой до черной) проявляется уже при элиминировании всего 0,1-0,2% НСl.

В продуктах пиролиза ПВХ ( 400 °С, 30 мин), кроме карбонизированного и частично графитированного полимера и НСl, обнаружены углеводороды С2-С9, в том числе алканы (20-25%), алкены (35-40%), алкадиены (10-12%), ароматические соединения (20-30%). При УФ- и g-облучении ПВХ (20°С и выше) наряду с дегидрохлорированием происходит сшивание. При этом в продуктах деструкции вместе с НСl (95%) обнаружены алканы С2-с3 (1%), алкены С2-С3 (2%), ацетилен (до 1%), бензол (0,2-0,5%), водород (0,3%) и хлорированные углеводороды С1-С3 (до 0,5%). Механохимические воздействия, сопровождающие переработку ПВХ, усиливают деструктивные процессы, в частности элиминирование НСl. УФ-облучение и действие радиации способствуют главным образом поперечному сшиванию цепей.


Физиологическое действие. ПВХ совершенно безвреден, несмотря на то, что более чем наполовину состоит из хлора (56 %). Последний находится в связанном состоянии. Вредное действие могут оказывать лишь продукты его разложения. В частности, при содержании в воздухе 0,03-0,14 мг/л хлорорганических соединений, 0,4-0,64 мг/л НСl и 0,25-0,63 мг/л СО отмечалось раздражение слизистых оболочек носа и глаз, а также возбуждение, переходящее в вялость. Предел содержания HCl в воздухе производственных помещений, при котором можно работать без последствий для здоровья (предельно допустимая концентрация - ПДК) составляет 5 мг\м?.

Пыль ПВХ также является токсичной, ПДК пыли ПВХ в воздухе производственных помещений, при котором можно работать без последствий для здоровья -6мг\м?. Здесь специально подчеркивается, что речь идет о производстве, где, в силу воздействия экстремальных факторов на полимер, возможно образование большого количества вредных веществ. В данном случае вред наносит не столько мелкоизмельченный ПВХ, а различные продукты механохимической деструкции полимера на его поверхности. Сам же полимер в твердом состоянии используется даже в изделиях медицинского назначения, емкостях, контактирующих с пищей, о чем отмечено выше. Забегая вперед, следует отметить, что условия эксплуатации пластиковых окон далеки от ситуаций, способствующих выделению из пластика каких-либо вредных компонентов, тем более в количествах, отражающихся на здоровье.


Поливинилхлоридные пластмассы

Чистый ПВХ очень трудно использовать для изготовления изделий по причине того, чтобы произвести его переработку необходимо его нагреть до температуры плавления, которая близка к температуре, при которой происходит интенсивное выделение хлористого водорода. Для того чтобы произвести переработку ПВХ применяют, термостабилизаторы, которые в смеси с ПВХ позволяют значительно снизить интенсивность выделения хлористого водорода, однако при сильных перегревах, например при повышении температуры переработки свыше 220°С даже применение термостабилизаторов не спасает ПВХ от разложения.

Такая особенность ПВХ (практическая невозможность переработки в чистом виде и его разложение при тепловом воздействии), является его существенным недостатком. С другой стороны огромным достоинством ПВХ является то, что из одного и того же ПВХ путём его смешивания с различными добавками (модификацией) можно получать материалы с самыми различными свойствами от высокоэластичных (резиноподобных), до твёрдых с высокой ударопрочностью.

Поливинилхлоридные пластмассы. К этой группе обычно относят материалы на основе ПВХ или сополимеров, содержащих более 50% винилхлорида. Поливинилхлоридные пластмассы или композиции составляют около 25% общего мирового производства полимерных материалов. Широкое распространение этих пластмасс и быстрый рост их производства ( около 25% в год) обусловлены сравнительно низкой стоимостью, хорошими физико-механическими и электрическими свойствами, химической стойкостью, способностью к модификации свойств (при введении различных добавок), а также возможностью получения из них материалов и изделий практически всеми известными способами переработки термопластов. Также важным моментом является и то, что поливинилхлоридные композиции могут перерабатываться до 5 раз без потери своих эксплуатационных качеств, что широко реализуется на практике во всем мире.

Состав и свойства. В поливинилхлоридные пластмассы для повышения их стабильности ( особенно термостабильности) и улучшения перерабатываемости, а также с целью модификации свойств материала вводят значительные количества различных ингридиентов – пластификаторы, термо- и светостабилизаторы , наполнители, красители, модифицирующие полимеры (модификаторы), смазки, добавки, придающие специальные свойства ( например, фунгициды, антипирены, антистатики, осветлители). Ассортимент этих ингредиентов очень широк. Выбор их определяется назначением материала, условиями его эксплуатации и переработки, стоимостью и пр.

Стабилизация. Для получения высококачественных материалов и изделий из них ПВХ необходимо стабилизировать. Принцип стабилизации ПВХ заключается в устранении или значительном ослаблении вредного влияния химических, энергетических и (или) механических воздействий. Необратимые изменения, из-за которых дальнейшее практическое использование поливинилхлорида или материалов на его основе становится невозможным, в основном связаны с выделением хлористого водорода при термическом воздействии. Говоря другими словами, ПВХ не является термостабильным полимером. Для того, чтобы повысить термическую стабильность смесей - ПВХ и сделать возможным их переработку применяют специальные добавки термостабилизаторы, действие которых основано на том, что они либо предотвращают отщепление хлористого водорода от полимера либо улавливают отщепившийся хлористый водород.

Термостабилизаторы выполняют две функции: обеспечивают термическую стабильность (термостабильность) смеси ПВХ в процессе переработки (технологическую термостабильность) и обеспечивают термостабильность изделия из ПВХ в процессе его эксплуатации (эксплуатационную термостабильность). Поэтому в состав смеси ПВХ добавляют термостабилизатор из такого расчёта, что он будет предотвращать разложение ПВХ не только в процессе переработки, но и в процессе эксплуатации. Это необходимо для того, что в ряде случаев изделия из ПВХ подвергаются термическому нагреву, например электрокабели и провода.

Существует множество различных термостабилизаторов различных по химическому составу, внешнему виду и агрегатному состоянию (жидкие и твердые). Применяемые для ПВХ стабилизаторы в настоящее время можно разделить на следующие группы: а) свинцовые, б) оловоорганические, в) барий-кадмий-цинковые, г) кальций-цинковые. Наиболее распространёнными в России являются: соли стеа-риновой кислоты (стеараты бария, кальция, кадмия, свинца и цинка), соли свинца (трехосновной сульфат свинца). Иногда используют оловоорганические соединения [преимущественно типа диалкилкарбоксилатов или диалкилтиокарбоксилатов ]. Очень важным свойством термостабилизаторов, является взаимное усиление их действия (синергизм), поэтому очень часто для термостабилизации используется не один, а два и более вида термостабилизатора. Например, если добавить в ПВХ одну весовую часть стеарата бария и одну весовую часть стеарата кадмия, термостабильность смеси ПВХ будет намного выше если мы добавим только две (и даже три) части только стеарата бария либо только стеарата кадмия.

Cтеараты металлов и соли свинца являются твердыми веществами. Жидким стабилизатором по внешнему виду, напоминающий пластификатор – диоктилфталат (см. ниже), но обладающий характерным запахом является оловоорганический стабилизатор OTS .

Некоторые стабилизаторы обладают сильной токсичностью и оказывают вредное действие на организм человека, к их числу относятся соли свинца и стеарат кадмия (последний существенно менее вреден, чем свинец), они применяются только для изготовления изоляционных материалов и материалов технического назначения, в том числе для пластиковых окон. Для получения пластикатов и смесей ПВХ, использующихся для изготовления изделий пищевого и медицинского назначения применяются стеараты кальция, цинка и некоторые оловоорганические термостабилизаторы. С другой стороны следует заметить, что свинец и кадмий в данном случае находятся как бы в дважды связанном состоянии: с одной стороны входят в состав химических соединений, которые, в свою очередь, находятся «внутри» полимерной композиции, причем их общее количество не превышает нескольких процентов. Поэтому угрозу, точнее, неприятности для здоровья, свинец- или кадмийсодержащие стабилизаторы могут представлять лишь при гипотетическом попадании внутрь большого количества мелкораздробленного пластика, либо при долговременном вдыхании паров над поверхностью расплавленного полимера. Существующие технологии переработки ПВХ и предполагаемые условия эксплуатации пластиковых окон исключают такие воображаемые ситуации. Тем более, в настоящее время из состава ПВХ- профилей повсеместно исключают свинцовые стабилизаторы.

В процессе переработки термостабилизаторы вступают в химические реакции с хлористым водородом и при этом они расходуются, происходит уменьшение их содержания в смеси, поэтому нельзя бесконечно долго подвергать смесь ПВХ термическому воздейсвию. Время в течение, которого нагреваемая смесь ПВХ не теряет свои свойства и не выделяет хлористый водород называется временем термостабильности. Время термостабильности зависит от видов применяемых стабилизаторов, от их содержания и соотношения в смеси и от температуры переработки. Температура переработки смесей ПВХ составляет 150-200°С (см. приложение 1), в зависимости об их состава, при этом время термостабильности может изменяться от нескольких десятков минут до нескольких часов. Рассмотренные выше стабилизаторы называются первичными или основными. Основные стабилизаторы вводят в количестве 1-3%.

Помимо стабилизаторов, применяемых для защиты полимера от дегидрохлорирования, в ПВХ вводят антиоксиданты, основная роль которых – защита полимерных цепей, пластификаторов и модификаторов от окисления при высоких температурах в процессе переработки и для замедления деструкции во время хранения и эксплуатации изделия. Также данные добавки применяются и для защиты полимера при работе в агрессивных средах. Антиоксидантами или вторичными стабилизаторами для ПВХ служат производные фенолов и бисфенолов, гидрохиноны, производные мочевины и тиомочевины, органические фосфиты (последние выполняют одновременно функцию комплексообразующих агентов, подавляющих вредное влияние хлоридов железа, цинка, кадмия и т. д.). Внимательный читатель поймет, что эти хлориды могут образоваться при взаимодействии соответствующих термостабилизаторов с HCl, который выделяется из ПВХ при очень высоких температурах. Что же касается собственной вредности антиоксидантов, их «доступность» для организ-ма мала ввиду их небольшого содержания в полимерной композиции (1-2%), вы-соких температур плавления и низкой летучести. Более того, некоторые антиоксиданты фенольного типа («Ионол» или «Агидол») используются в экспериментах по профилактике и лечению некоторых онкологических заболеваний и в составе пищевых консервантов.

Светостабилизаторы вводят в материалы, предназначенные для эксплуатации вне помещений. В основном их действие сводится к поглощению активной части излучения и экранированию полимера. Они позволяют длительное время сохранять первоначальный цвет изделия и его механическую прочность, обеспечивая защиту от ультрафиолетовых лучей. В качестве действующего вещества применяют производные бензонитризола, бензофенона, кумарина, салициловой кислоты, никелевые и кобальтовые соли замещенных фенолов и др. Они эффективны даже при очень низких концентрациях (менее 0,1 %). По этой причине и ввиду их низкой летучести даже при высоких температурах (при переработке) их вклад в общую «вредность» весьма мал.

Комбинированные добавки, светостабилизатор + антиоксидант, получили широкое распространение в производстве сельскохозяйственных пленок. Подобная пленка служит от трех до пяти лет, не меняя ни прозрачности, ни барьерных свойств. Комбинированные добавки позволяют использовать полимер после вторичной переработки по прямому назначению.

Вспомогательными стабилизирующими агентами, выполняющими одновременно роль пластификаторов являются эпоксидные смолы и эпоксидированные растительные масла (вязкие жидкости светло-желтого цвета). Эти соединения, так же, как и пластификаторы, обычно не входят в состав ПВХ – профилей для пластиковых окон, но имеет смысл кратко познакомиться с данными веществами, так как они используются при производстве большинства изделий из ПВХ, с которыми приходится ежедневно сталкиваться каждому из нас. Здесь слово «приходится» отнюдь не следует рассматривать в отрицательном аспекте. Польза и удобство, экономический аспект использования предметов из ПВХ на много порядков выше побочных эффектов, которые к тому проявляют себя только при грубых нарушениях технологии производства или условий эксплуатации.

Пластификаторы вводят в поливинилхлоридные пластмассы с целью получения материалов, мягких при обычных температурах и обладающих хорошими свойствами при низких температурах. Если чистый ПВХ становится хрупким при температуре 70-80°С, или как говорят, имеет температуру стеклования 70-80°С, то путем смешивания его с различными пластификаторами в различных соотношениях можно получать материалы с температурой стеклования -40°С и ниже. Небольшие количества пластификаторов вводят в поливинилхлоридные пластмассы для облегчения их переработки.

Вот ряд условий, которым должен соответствовать пластификатор:

а) термодинамическая совместимость с полимером, обеспечивающая образование истинного раствора пластификатора в полимере; б) нелетучесть; в) отсутствие выпотевания из полимерной матрицы; г) нетоксичность; д) химическая стойкость; е) температура разложения пластификатора не должна быть ниже температуры переработки полимера.

В зависимости от растворяющей способности по отношению к поливинилхлориду пластификаторы можно разделить на первичные и вторичные. К первичным относят пластификаторы, хорошо совмещающиеся с поливинилхлоридом и сохраняющие эту совместимость в условиях эксплуатации материала: сложные эфиры фталевой, себациновой, адипиновой и др. двухосновных кислот, а также ряд сложных эфиров фосфорной кислоты и др. Их вводят в количестве 5-50% от массы поливинилхлорида (в зависимости от требуемых свойств поливинилхлоридных пластмасс) Вторичные пластификаторы (хлорированные парафины и некоторые высококипящие ароматические углеводороды) ограниченно совместимы с поливинилхлоридом; их самостоятельно не применяют, а заменяют ими часть первичных пластификаторов с целью снижения стоимости материала или придания ему специальных свойств.

Пластификаторы, при комнатной температуре, представляют собой вязкие маслянистые жидкости. Наиболее распространенным в России, в настоящее время, является пластификатор диоктилфталат (ДОФ). В зависимости от качества, цвет ДОФ может меняться от светло желтого, до темно-коричневого. Темная окраска ДОФ говорит о том, что он не прошел специальной очистки, которая является весьма дорогостоящей стадией процесса его получения.

Цветность пластификатора, влияет на цветность готового продукта, поэтому ДОФ темной окраски не следует применять для изготовления прозрачных пластикатов, в особенности медицинского и пищевого назначения и других пластикатов, где имеются высокие требования к цвету или прозрачности.

Другим важным показателем качества ДОФ являются его диэлектрические свойства (величина удельного объёмного электрического сопротивления). Далеко не всегда ДОФ с хорошими показателями по цветности имеет хорошие диэлектрические свойства, в особенности это касается импортных продуктов. Очень часто инофирмы, по соображениям таможенного характера, поставляют ДОФ в смеси с другими пластификаторами (например, с диоктиладипинатом - ДОА), которые имеют заведомо низкие диэлектрические показатели, при этом внешне привлекательный и с хорошей цветностью продукт совершенно непригоден для выпуска изоляционных марок пластиката с высокими требованиями по удельному объёмному электрическому сопротивления.

По сравнению с ДОФ диэлектрические свойства ДОА (удельное объёмное электрическое сопротивление) хуже в 10 раз.

Импортные пластификаторы ДОФ в смеси с ДОА могут с успехом применяться для выпуска прозрачных пластикатов в, т.ч. медицинского и пищевого назначения, а также для пластикатов используемых для изготовления оболочек кабелей. Другим достаточно распространённым в России пластификатором является диалкилфталат (ДАФ). По своим свойствам он достаточно близок к ДОФ, однако имеет более низкие диэлектрические и характеристики, а также не может быть использован для производства пластикатов пищевого и медицинского назначения.

Уменьшая межмолекулярное взаимодействие, пластификатор изменяет и ряд физических свойств полимеров. Прежде всего возрастает деформируемость при определенном снижении прочности и твердости. Полимер становится мягче, эластичнее. Жесткий поливинилхлорид — винипласт при введении пластификаторов превращается в мягкий пластикат, Кроме того, несколько снижаются температуры размягчения и плавления.

Допустимая концентрация различных пластификаторов в поливинилхлориде (в масс. ч. на 100 масс. ч. полимера): дибутилфталат, трикрезилфосфат, ди (2-этилгексил)адипинат –100, диоктилфталат – 90, трифенил фосфат – 20. При более высоких концентрациях возможно выделение «лишней» части пластификатора на поверхности изделия, т.н. выпотевание.

Пластификаторы малолетучи, температура кипения ДОФ при атмосферном давлении составляет 380 °С. Температура застывания ДОФ составляет -50 °С. Пластификаторы являются токсичными продуктами, ПДК паров пластификатора ДОФ составляет 1,0 мг\м?, однако ввиду его малой летучести, вероятность достижения такой концентрации паров в воздухе производственных помещений достаточно мала. В пластмассах , которые должны обладать стойкостью по отношению к экстрагирующим средам, применяют полимерные пластификаторы. Такие пластификаторы, как эпоксиалкилфталаты, эпоксиалкилстеараты, обладают стабилизирующим действием. Слабый стабилизирующий эффект оказывает также ряд обычных пластификаторов. Пластмассы, содержащие пластификаторы, часто называют пластикатами .

Если сравнивать вредность различных добавок, то наибольшие неприятности (даже по сравнению со свинцовыми стабилизаторами) могут доставить именно пластификаторы, особенно легколетучие (ДОФ), но только при выполнении «специальных или особых» условий: при высоких температурах и высоких концентрациях в полимере. Напоминаем читателю, что в материале пластиковых окон пластификаторы использовались лишь в 50-х годах (см. начало), когда изготавливали металлические рамы, облицованные мягким или полумягким ПВХ.

Смазки и модификаторы. Каким же образом можно переработать жесткий непластифицированный ПВХ, склонный к термо- и механодеструкции даже в присутствии стабилизаторов, чтобы он сохранил твердость, прочность столь важные для конструкционных материалов? Кроме того желательно придать полимеру морозостойкость и ударопрочность. Для решения этих задач используют соответственно смазки и модификаторы.

Смазки - необходимый компонент всех жестких (не содержащих пластификатора) поливинилхлоридных пластмасс. Смазки или лубриканты, вещества предназначенные для снижения трения расплава ПВХ-композиции о поверхности рабочих частей перерабатывающего оборудования или для снижения внутреннего трения материала композиции. В зависимости от степени совместимости с ПВХ смазки обычно под-разделяют на внешние и внутренние, хотя это деление в известной мере условно. Внешние смазки (напр., парафины, воска, низкомолекулярный полиэтилен) выде-ляются из расплава на поверхность раздела: расплав – стенки перерабатывающего оборудования, уменьшая внешнее трение. Смазки также необходимы для предотвращения прилипания изделия к поверхности формующего инструмента. При остывании расплава смазки мигрируют к поверхности изделия, образуя защитный антиадгезионный слой. И в то же время делают поверхности пленок и других полимерных изделий более гладкой, блестящей и глянцевой. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. Внутренние смазки (моноэфиры глицерина, стеараты металлов и др. мыла ) остаются в расплаве; распределяясь между элементами над-молекулярной структуры полимера, они оказывают влияние на вязкость расплава и распределение скоростей течения по профилю канала. Уменьшение вязкости расплава ощутимо повышает производительность экструзии. Для достижения максимального эффекта часто используют комбинации различных смазок. Таким образом, по механизму действия смазки существенно отличаются от пластификаторов. Смазки эффективны в малых концентрациях, их содержание обычно не превыщает 1%, но, тем не менее, они оказывают заметное влияние на физико-химические свойства материала.

Внешние смазки (полиэтиленовый воск, парафин и стеариновая кислота, силиконы) нетоксичны, сохраняют пригодность конечного изделия для контакта с пищевыми продуктами. Внутренними смазками для оконных ПВХ-профилей служат уже введенные ранее термостабилизаторы - стеараты металлов.

Модификаторы добавляют к поливинилхлорид (в количестве до 10-15 %) с целью улучшения его перерабатываемости и повышения ударной вязкости. В качестве модификаторов применяют акриловые сополимеры (обычно тройные сополимеры акрилонитрила с бутадиеном и стиролом), хлорированный полиэтилен и каучуки. Несмотря на некоторое снижение физико-механических свойств и теплостойкости, модифицированные пластмассы находят широкое применение благодаря пониженной хрупкости при обычных и низких температурах. Модификаторы широко используются для получения нетоксичных композиций пищевого и медицинского назначения.

Следует упомянуть еще об одном важном классе добавок в ПВХ – наполнителях. Введение наполнителей в поливинилхлоридные пластмассы обусловлено главным образом стремлением к снижению их стоимости, а также возможностью придания им различных свойств (например, непрозрачности, светостойкости, увеличения электрического сопротивления, повышения твердости и др.). Выбор наполнителя зависит от требований, предъявляемых к свойствам материала и его стоимости. При этом необходимо учитывать, что зависимость некоторых свойств пластмасс от содержания наполнителя проходит через максимум ( например, прочность , электрическая проводимость).

В качестве наполнителей применяют каолин, тальк, асбест, слюду, мел, диатомовую землю, сульфат бария и др. Количество наполнителя может колебаться от 2-3 до 100% и более ( от массы поливинилхлорида) в зависимости от природы наполнителя и назначения пластмасс. Эти наполнители применяются для замены ПВХ в композиции с целью её удешевления.

В качестве наполнителей для придания ПВХ специальных свойств используют: гидроксид алюминия, трехокись сурьмы, аэросил. Первые два вещества являются, так называемыми антипиренами (см. ниже) и служат для снижения горючести ПВХ-композиций; аэросил улучшает диэлектрические свойства композиций. Большинство наполнителей не являются токсичными веществами и могут применяться для изготовления композиций пищевого и медицинского назначения. Мел в виде тонко- и среднедисперсных фракций широко используется для наполнения ПВХ-профилей для пластиковых окон. Недостаток мела - гидрофильность и наличие кристаллизационной воды. Последнюю приходится предварительно удалять. Гидрофильность будет проявляться лишь при больших количествах мела в составе композиции.

Антипирены. Антипирен и одновременно наполнитель -  трехокись сурьмы - сильно токсичное вещество. Но он используется лишь в технических изделиях, к которым предъявляются повышенные требования по огнестойкости, но содержащих большое количество горючих пластификаторов (ПВХ приобретает горючесть при содержании пластификаторов выше 25%), например, в различных силовых кабелях, применяемых в производственных помещениях. Следует отметить, что его количество в композициях не превышает 1-3% (это относится и к другим антипиренам). В настоящее время в составе пластикатов используют и другие менее вредные антипирены (сложные эфиры фосфорной кислоты, бромсодержащие соединения). Все они являются высокоплавкими и малолетучими соединениями. Вот примеры: Тетрабромпараксилол. Температура начала плавления не ниже 165°С. Массовая доля летучих веществ не более 0.3%. Гексабромциклододекан - Температура начала плавления не ниже 175°С. Массовая доля летучих веществ не более 0.6%. Декабромдифенилоксид - Температура начала плавления не ниже 280°С. Массовая доля летучих веществ не более 0.1%. С учетом небольшого содержания в ПВХ –пластикатах данных антипиренов, доля летучих веществ мизерна.

Еще раз отмечаем, что профили для пластиковых окон из жесткого непластифицированного профиля не требуют дополнительного введения антипиренов.

Пигменты, вещества предназначенные для окрашивания ПВХ - композиций в различные цвета. Для крашения ПВХ применяются: неорганические пигменты-свинцовые кроны, двуокись титана, железно-окисные пигменты, сажа и другие, а также органические пигменты - голубой фталоцианиновый, зелёный фталоцианиновый, антрахиноновые пигменты и другие. Растворимые в полимере органические красители применяются сравнительно редко для окрашивания поливинилхлоридных пластмасс, главным образом прозрачных. Их основной недостаток – невысокая стойкость и миграция. Наиболее употребительны минеральные и органические пигменты. Неорганические пигменты, являются негорючими веществами.

В поливинилхлоридные пластмассы, предназначенные для эксплуатации в специальных условиях, помимо перечисленных выше ингредиентов, часто вводят дополнительные добавки. Так, поливинилхлоридные пластмассы как и многие др. полимерные материалы, подвержены воздействию бактерий и грибков. Для предотвращения этого воздействия используют фунгициды: неорганические соединения мышьяка и меди, оловоорганические соединения, меркаптаны и четвертичные аммониевые соединения. Общее содержание их в пластмассе может содержаться от 0,1 до 5%. Что касается пластиковых окон, то применение фунгицидов теоретически необходимо для изделий, используемых в тропиках.

Антистатики позволяют избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Избавиться от него иногда не просто желательно, но иногда и просто необходимо. Например, при изготовлении корпусов под аудио и видеотехнику. Действующим веществом, чаще всего, служат производные четвертичных аммониевых оснований, длинноцепочечные алифатические амины и амиды в количестве от 0,5 до 1,5%. Поскольку антистатики по химической природе сходны со смазками и могут обладать смазывающим действием, содержание этих двух компонентов материала должно быть скорректировано.

Осветлители. Для придания поливинилхлоридным пластмассам привлекательного вида, в частности для компенсации желтоватого оттенка, в них вводят так называемые осветлители, например, тинопал, белофор (в очень малых количествах – от 0,001 до 0,05%, т.к. они ускоряют световое старение пластмассы). Действие осветлителей основано на том, что они люминесцируют голубоватым светом при возбуждении ультрафиолетовой частью спектра.

Порофоры. Для получения пористых изделий в состав ПВХ композиций вводят специальные добавки порофоры, что позволяет получать материалы с плотностью в 1,5-2 раза меньшей по сравнению с монолитным материалом.

Использование ПВХ в различных ихделиях.

Возвращаемся еще раз к основному компоненту поливинилхлоридных пластмасс: ПВХ. В промышленности ПВХ получают свободнорадикальной полимеризацией мономера в массе, эмульсии или суспензии. Способ полимеризации определяет основные свойства ПВХ и области его применения. Так, ПВХ., полученный в массе или суспензии, используется для производства жёстких (винипласт), а также полумягких и мягких, т. е. пластифицированных (пластикат), пластических масс, перерабатываемых прессованием, литьём под давлением, экструзией, каландрованием. Эмульсионный ПВХ. (пастообразующие сорта) применяют в производстве изделий (главным образом искусственной кожи и пенопластов) из пластизолей, органозолей.

ПВХ, полученный суспензионным способом маркируется как ПВХ-С. Например, ПВХ С-7058. ПВХ, полученный эмульсионным (латексным) способом маркируется как ПВХ-ЕП. Например ПВХ ЕП-62. ПВХ, полученный массовым способом маркируется как ПВХ -М., Например ПВХ М-64.

В значительной степени способ и технология переработки ПВХ определяется его вязкостью, которая определяется как вязкость его раствора в растворителе (циклогексаноне). Первые две цифры в обозначении марки ПВХ обозначают, величину так называемой константы Фикентчера (КФ). Например, для ПВХ-С 7058 константа Фикентчера равна 70. Чем больше величина этой константы, тем выше степень полимеризации и молекулярный вес, а это положительно отражается на прочности полимера. Но в то же время, использование полимера с высокой молекулярной массой усложняет ее переработку.

В марке ПВХ цифрами показываются также группа насыпной плотности и, если это необходимо, остаток на сите № 00. Буквы после цифры указывают на рекомендуемую область применения (М - в мягкие изделия, Ж — в жесткие, С — средневязкие пасты). Например, ПВХ-С 6358 Ж означает: С - суспензионный, значение константы Фикентчера-63, группа насыпной плотности 5, то есть 0,45-0,60 г/см3, остаток на сите 8 %, рекомендуется для производства жестких изделий.

Как уже отмечалось ранее из одного "чистого" ПВХ, практически невозможно получить какое либо изделие. Материал содержащий ПВХ и другие добавки, обеспечивающие его технологические и эксплуатационные свойства называется, поливинилхлоридной композицией. Композиции принято подразделять на пластифицированные (мягкие - пластикаты) и непластифицированные (жёсткие - винипласты). Пластифицированные композиции содержат не менее 20 м.ч. пластификатора. Жёсткие композиции содержат не более 8 м.ч. пластификатора или не содержат вовсе. Поливинилхлоридные композиции могут выпускаться либо в виде гранул (ПВХ-пластикаты и жесткие гранулы), либо в виде сыпучего порошка.
Сайдинг-Профи © 2007