Строительные ПВХ профили: из чего же они все-таки сделаны?
В рекламных материалах многих наших сборщиков окон и дверей из импортируемых ПВХ профилей можно найти весьма интересные сведения о том, что “ПВХ профили состоят из поваренной соли и нефти...”.Очевидную глупость этого утверждения отнесем к издержкам перевода, хотя такие утверждения не делают чести нашим сборщикам; неплохо бы персоналу этих фирм иметь хотя бы минимальные знания о предмете своей торговли — о полимерах и в частности о ПВХ.
В данной статье подробно рассмотрим, что же такое ПВХ, а также способы его производства.
Поливинилхлорид (ПВХ)
Имеет химическую формулу. Это (— CH 2 — CHCL —)n полимер преимущественно линейного строения, твердый продукт белого цвета, со степенью полимеризации 100—2500. Элементарные звенья (мономеры) в цепях полимера расположены в основном в положении 1,2. Степень упорядоченности макромолекул зависит от температуры полимеризации, а также от молекулярной массы. Максимально возможная упорядоченность достигается при температурах полимеризации выше +55°С. “Степень кристалличности” промышленного ПВХ может достигать 10%.При определении степени кристалличности ПВХ учитывается массовый коэффициент поглощения, обусловливаемый наличием в макромолекулах тяжелых атомов хлора.
Приведем некоторые основные физико-технические и электрические свойства прессованных образцов ПВХ:
— плотность при 20°С — 1,35—1,43 г/см 3;
— показатель преломления N d — 1,544;
— температура текучести — 180—220 (и выше);
— температура стеклования — 78—105 °С;
— теплопроводность — 0,15—0,175 Вт/(мхК);
— температурный коэффициент линейного расширения — 6х10 -7—8х10 -7 °С -1;
— температурный коэффициент объемного расширения (25—50С) — 3х10 -8—4х10 -8;
— теплостойкость по Мартенсу — 50—80 °С;
— водопоглощение: за 24 ч — 0,4—0,6% (г/м 2), за 1000 ч — 4 г/м 2;
— прочность: при растяжении — 40—60 Мн/м 2, при сжатии — 78—160 Мн/м 2, при изгибе — 80—120 Мн/м 2;
— модуль упругости — 3—4 Гн/м 2;
— твердость по Бриннелю — 130—160 Мн/м 2;
— предел текучести — 10—30 Мн/м 2;
— относительное удлинение — 5—100%;
— диэлектрическая проницаемость при 50 гц и 20°С — 3,24;
— удельное объемное электросопротивление (при 20°С) — 10 15—10 17 омхсм;
— удельное поверхностное электросопротивление — 10 13—10 14 ом.
Температура текучести ПВХ тем выше, чем ниже температура полимеризации, она совпадает или даже выше температуры заметной деструкции ПВХ. Свойства ПВХ можно модифицировать, смешивая его с другими полимерами. Так, ударная прочность повышается при смешении ПВХ с хлорированным ПЭ, бутилкаучуком, АБС. ПВХ, полученный полимеризацией винилхлорида в массе, суспензии или эмульсии, — капиллярно-пористый, порошкообразный материал, свойства которого, такие, как молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, строение цепи и пр., в значительной мере определяют поведение полимера при переработке и свойства изделий из него. По морфологическому признаку зерна суспензионного порошкообразного ПВХ подразделяют на однородные (монолитные с преобладанием прозрачных или непрозрачных зерен) и неоднородные.
Морфология зерен эмульсионного ПВХ существенно отличается от морфологии зерен суспензионного ПВХ. Целесообразность получения зерен ПВХ конкретного типа определяется назначением данного сорта ПВХ. Свойства ПВХ как порошкообразного материала приведены в таблице.
Получение ПВХ
ПВХ получают полимеризацией винилхлорида по радикальному механизму в эмульсии или суспензии или в органическом растворителе, в котором растворяются одновременно мономер и полимер (лаковый метод) или только мономер. В промышленности чаще всего используют эмульсионный и суспензионный методы.
Суспензионную полимеризацию винилхлорида проводят в течение 8—14 часов при 30—70°С и давлении 0,4—1,2 Мн/м 2 по периодической схеме в реакторах емкостью 10—25 м 3,изготовленных из нержавеющей стали и снабженных перемешивающим устройством. Винилхлорид при перемешивании суспендируют в деминерализованной воде, не содержащей загрязнений и кислорода, в присутствии растворимого в мономере инициатора (например, перекиси бензола). В воду вводят суспендирующий агент-защитный коллоид (например, гидроокиси, фосфаты или карбонаты металлов), который часто применяют совместно с модифицирующей добавкой (например, стеараты Pb, Mg, Ba, Cd,Ca,Sr), которая способствует улучшению структуры и морфологии ПВХ, в результате чего изменяется дисперсность, увеличивается пористость поверхности частиц и т.д. После завершения цикла полимеризации (10—20 ч, включая 2—3 часа на загрузку, выгрузку и вспомогательные работы) получают суспензию, содержащую легко фильтруемые частички ПВХ размером 75—150 мкм. Суспензию ПВХ после отделения в сепараторе не прореагировавшего винилхлорида через смеситель подают в центрифуги, где она отжимается до содержания влаги 25—30%. Выделенный ПВХ сушат в скоростной сушилке или чаще в сушильном барабане, которые обогревают горячим воздухом (65—150°С). Затем ПВХ сортируют на виброситах по размеру частиц и упаковывают в мешки или другую тару.
Полученный суспензионным методом ПВХ характеризуется узким молекулярно-массовым распределением, его свойства и структура сильно зависят от природы инициатора, защитного коллоида и добавок, а также от технологических параметров. Молекулярная масса ПВХ регулируется температурой полимеризации. Рецептура типичной загрузки компонентов (в кг) в реактор: винилхлорид — 3000. вода — 6000, суспендирующий агент — 4, инициатор — 2—4. Расход мономера на 1 т сухого продукта не превышает 1050—1070 кг, вспомогательных продуктов 1—2 кг.
Суспензионный ПВХ по сравнению с эмульсионным обладает лучшими диэлектрическими свойствами, большей водо- и термостойкостью, улучшенной светостойкостью, так как содержит защитный коллоид и модифицирующие добавки.
Рынок ПВХ и полимерных компаундов на основе ПВХ (особенно для производства экструзионных оконных и дверных профилей, профилей для строительных отделочных работ, кабель-каналов и т.п.) был описан в предыдущих номерах газеты. Можно только добавить, что производство строительных материалов на основе ПВХ растет во всем мире бурными темпами. Выгодность внедрения этих материалов, выгодность производства ПВХ на предприятиях нефтехимической промышленности (в частности, в РБ это технически возможно: в Солигорске разрабатывается хлорсодержащее минеральное сырье, на Новополоцком объединении “Полимир” производится исходный мономер ПВХ — этилен), устойчивый и повышающийся спрос на ПВХ —аргументы в пользу производства ПВХ и материалов на его основе в РБ.
Владимир КОВАЛЬ
В данной статье подробно рассмотрим, что же такое ПВХ, а также способы его производства.
Поливинилхлорид (ПВХ)
Имеет химическую формулу. Это (— CH 2 — CHCL —)n полимер преимущественно линейного строения, твердый продукт белого цвета, со степенью полимеризации 100—2500. Элементарные звенья (мономеры) в цепях полимера расположены в основном в положении 1,2. Степень упорядоченности макромолекул зависит от температуры полимеризации, а также от молекулярной массы. Максимально возможная упорядоченность достигается при температурах полимеризации выше +55°С. “Степень кристалличности” промышленного ПВХ может достигать 10%.При определении степени кристалличности ПВХ учитывается массовый коэффициент поглощения, обусловливаемый наличием в макромолекулах тяжелых атомов хлора.
Приведем некоторые основные физико-технические и электрические свойства прессованных образцов ПВХ:
— плотность при 20°С — 1,35—1,43 г/см 3;
— показатель преломления N d — 1,544;
— температура текучести — 180—220 (и выше);
— температура стеклования — 78—105 °С;
— теплопроводность — 0,15—0,175 Вт/(мхК);
— температурный коэффициент линейного расширения — 6х10 -7—8х10 -7 °С -1;
— температурный коэффициент объемного расширения (25—50С) — 3х10 -8—4х10 -8;
— теплостойкость по Мартенсу — 50—80 °С;
— водопоглощение: за 24 ч — 0,4—0,6% (г/м 2), за 1000 ч — 4 г/м 2;
— прочность: при растяжении — 40—60 Мн/м 2, при сжатии — 78—160 Мн/м 2, при изгибе — 80—120 Мн/м 2;
— модуль упругости — 3—4 Гн/м 2;
— твердость по Бриннелю — 130—160 Мн/м 2;
— предел текучести — 10—30 Мн/м 2;
— относительное удлинение — 5—100%;
— диэлектрическая проницаемость при 50 гц и 20°С — 3,24;
— удельное объемное электросопротивление (при 20°С) — 10 15—10 17 омхсм;
— удельное поверхностное электросопротивление — 10 13—10 14 ом.
Температура текучести ПВХ тем выше, чем ниже температура полимеризации, она совпадает или даже выше температуры заметной деструкции ПВХ. Свойства ПВХ можно модифицировать, смешивая его с другими полимерами. Так, ударная прочность повышается при смешении ПВХ с хлорированным ПЭ, бутилкаучуком, АБС. ПВХ, полученный полимеризацией винилхлорида в массе, суспензии или эмульсии, — капиллярно-пористый, порошкообразный материал, свойства которого, такие, как молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, строение цепи и пр., в значительной мере определяют поведение полимера при переработке и свойства изделий из него. По морфологическому признаку зерна суспензионного порошкообразного ПВХ подразделяют на однородные (монолитные с преобладанием прозрачных или непрозрачных зерен) и неоднородные.
Морфология зерен эмульсионного ПВХ существенно отличается от морфологии зерен суспензионного ПВХ. Целесообразность получения зерен ПВХ конкретного типа определяется назначением данного сорта ПВХ. Свойства ПВХ как порошкообразного материала приведены в таблице.
Получение ПВХ
ПВХ получают полимеризацией винилхлорида по радикальному механизму в эмульсии или суспензии или в органическом растворителе, в котором растворяются одновременно мономер и полимер (лаковый метод) или только мономер. В промышленности чаще всего используют эмульсионный и суспензионный методы.
Суспензионную полимеризацию винилхлорида проводят в течение 8—14 часов при 30—70°С и давлении 0,4—1,2 Мн/м 2 по периодической схеме в реакторах емкостью 10—25 м 3,изготовленных из нержавеющей стали и снабженных перемешивающим устройством. Винилхлорид при перемешивании суспендируют в деминерализованной воде, не содержащей загрязнений и кислорода, в присутствии растворимого в мономере инициатора (например, перекиси бензола). В воду вводят суспендирующий агент-защитный коллоид (например, гидроокиси, фосфаты или карбонаты металлов), который часто применяют совместно с модифицирующей добавкой (например, стеараты Pb, Mg, Ba, Cd,Ca,Sr), которая способствует улучшению структуры и морфологии ПВХ, в результате чего изменяется дисперсность, увеличивается пористость поверхности частиц и т.д. После завершения цикла полимеризации (10—20 ч, включая 2—3 часа на загрузку, выгрузку и вспомогательные работы) получают суспензию, содержащую легко фильтруемые частички ПВХ размером 75—150 мкм. Суспензию ПВХ после отделения в сепараторе не прореагировавшего винилхлорида через смеситель подают в центрифуги, где она отжимается до содержания влаги 25—30%. Выделенный ПВХ сушат в скоростной сушилке или чаще в сушильном барабане, которые обогревают горячим воздухом (65—150°С). Затем ПВХ сортируют на виброситах по размеру частиц и упаковывают в мешки или другую тару.
Полученный суспензионным методом ПВХ характеризуется узким молекулярно-массовым распределением, его свойства и структура сильно зависят от природы инициатора, защитного коллоида и добавок, а также от технологических параметров. Молекулярная масса ПВХ регулируется температурой полимеризации. Рецептура типичной загрузки компонентов (в кг) в реактор: винилхлорид — 3000. вода — 6000, суспендирующий агент — 4, инициатор — 2—4. Расход мономера на 1 т сухого продукта не превышает 1050—1070 кг, вспомогательных продуктов 1—2 кг.
Суспензионный ПВХ по сравнению с эмульсионным обладает лучшими диэлектрическими свойствами, большей водо- и термостойкостью, улучшенной светостойкостью, так как содержит защитный коллоид и модифицирующие добавки.
Рынок ПВХ и полимерных компаундов на основе ПВХ (особенно для производства экструзионных оконных и дверных профилей, профилей для строительных отделочных работ, кабель-каналов и т.п.) был описан в предыдущих номерах газеты. Можно только добавить, что производство строительных материалов на основе ПВХ растет во всем мире бурными темпами. Выгодность внедрения этих материалов, выгодность производства ПВХ на предприятиях нефтехимической промышленности (в частности, в РБ это технически возможно: в Солигорске разрабатывается хлорсодержащее минеральное сырье, на Новополоцком объединении “Полимир” производится исходный мономер ПВХ — этилен), устойчивый и повышающийся спрос на ПВХ —аргументы в пользу производства ПВХ и материалов на его основе в РБ.
Владимир КОВАЛЬ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 45 за 1998 год в рубрике технологии
