Tworzywa sztuczne PVC: polichlorek winylu

Produkcja, właściwości, zastosowania i kwestie środowiskowe

Maganna / Getty Images

Chlorek winylu (PVC) to popularny termoplast, który jest bezwonny, solidny, kruchy i ogólnie biały. Obecnie zajmuje trzecie miejsce na liście najczęściej używanych tworzyw sztucznych na świecie (po polietylenie i polipropylenie). PVC jest najczęściej stosowany w instalacjach wodno-kanalizacyjnych, chociaż jest również sprzedawany w postaci granulek lub żywicy w postaci proszku.

Zastosowania PVC

W budownictwie mieszkaniowym dominuje zastosowanie PVC. Jest regularnie stosowany jako zamiennik lub alternatywa dla rur metalowych (zwłaszcza miedzianych, ze stali ocynkowanej lub żeliwa) oraz w wielu zastosowaniach, w których korozja może pogorszyć funkcjonalność i zwiększyć koszty konserwacji. Oprócz zastosowań mieszkaniowych PVC jest również rutynowo używany w projektach komunalnych, przemysłowych, wojskowych i komercyjnych.

Ogólnie rzecz biorąc, PCW jest znacznie łatwiejszy w obróbce niż metalowa rura. Można go przyciąć na żądaną długość za pomocą prostych narzędzi ręcznych. Kształtki i przewody rurowe nie muszą być spawane. Rury łączy się za pomocą spoin, kleju rozpuszczalnikowego i specjalnych klejów. Kolejną zaletą PVC jest to, że niektóre produkty, do których dodano plastyfikatory, są bardziej miękkie i bardziej elastyczne niż sztywne, co ułatwia ich montaż. PVC jest również szeroko stosowany zarówno w elastycznych, jak i sztywnych formach, ponieważ izolacja do elementów elektrycznych, takich jak drut i kabel.

W branży medycznej PCW można znaleźć w postaci rurek do karmienia, worków na krew, worków dożylnych (IV), części urządzeń do dializy i wielu innych przedmiotów. Należy zauważyć, że takie zastosowania są możliwe tylko wtedy, gdy ftalany — chemikalia, które wytwarzają elastyczne gatunki PVC i inne tworzywa sztuczne — są dodawane do formuły PVC.

Popularne produkty konsumenckie, takie jak płaszcze przeciwdeszczowe, torby plastikowe, zabawki dla dzieci, karty kredytowe, węże ogrodowe, ramy drzwi i okien oraz zasłony prysznicowe – żeby wymienić tylko kilka rzeczy, które prawdopodobnie znajdziesz w swoim gospodarstwie domowym – są również wykonane z PVC w w takiej czy innej formie.

Jak powstaje PVC?

Chociaż tworzywa sztuczne są z pewnością materiałem wytworzonym przez człowieka, dwa główne składniki wchodzące w skład PCW — sól i olej — są organiczne. Aby wyprodukować PCW, pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, to oddzielić etylen, pochodną gazu ziemnego, od tak zwanego „surowca”. W przemyśle chemicznym ropa naftowa jest surowcem wybieranym dla wielu chemikaliów, w tym metanu, propylenu i butanu. (Surowce naturalne obejmują algi, które są powszechnym surowcem w paliwach węglowodorowych, a także kukurydzę i trzcinę cukrową, które są alternatywnymi surowcami dla etanolu).

Aby wyizolować etanol, ciekła ropa naftowa jest podgrzewana w piecu parowym i poddawana ekstremalnemu ciśnieniu (proces zwany krakingiem termicznym), aby spowodować zmiany w masie cząsteczkowej chemikaliów w surowcu. Modyfikując jego masę cząsteczkową, etylen można zidentyfikować, oddzielić i zebrać. Gdy to zrobisz, jest schładzany do stanu płynnego.

Kolejna część procesu polega na ekstrakcji składnika chlorowego z soli w wodzie morskiej. Przepuszczając silny prąd elektryczny przez roztwór słonej wody (elektroliza), do cząsteczek chloru dodaje się dodatkowy elektron, ponownie umożliwiając ich identyfikację, oddzielenie i ekstrakcję.

Teraz masz główne komponenty.

Kiedy etylen i chlor spotykają się, w wyniku reakcji chemicznej powstaje dichlorek etylenu (EDC). EDC przechodzi drugi proces krakingu termicznego, który z kolei wytwarza monomer chlorku winylu (VCM). Następnie VCM przechodzi przez reaktor zawierający katalizator, który powoduje łączenie się cząsteczek VCM (polimeryzacja). Kiedy cząsteczki VCM łączą się, otrzymujesz żywicę PVC – podstawę dla wszystkich związków winylowych.

Niestandardowe sztywne, elastyczne lub mieszane związki winylowe są tworzone przez zmieszanie żywicy z różnymi formułami plastyfikatorów, stabilizatorów i modyfikatorów w celu uzyskania pożądanych właściwości, które obejmują wszystko, od koloru, tekstury i elastyczności po trwałość w ekstremalnych warunkach pogodowych i UV.

Zalety PVC

PVC to tani materiał, który jest lekki, plastyczny i ogólnie łatwy w obsłudze i montażu. W porównaniu z innymi rodzajamipolimery, jego proces produkcyjny nie ogranicza się do wykorzystania ropy naftowej lub gazu ziemnego. (Niektórzy twierdzą, że dzięki temu PVC jest „zrównoważonym plastikiem”, ponieważ nie jest zależny od nieodnawialnych form energii).

PVC jest również trwały i nie podlega korozji ani innym formom degradacji, dzięki czemu może być przechowywany przez długi czas. Jego formułę można łatwo przekształcić w różne formy do użytku w różnych gałęziach przemysłu i zastosowaniach, co jest zdecydowanym plusem. PVC posiada również stabilność chemiczną, która jest ważnym czynnikiem, gdy produkty PVC są stosowane w środowiskach z różnymi rodzajami chemikaliów. Ta cecha gwarantuje, że PVC zachowuje swoje właściwości bez ulegania znaczącym zmianom po wprowadzeniu chemikaliów. Inne zalety to:

• Biokompatybilność
• Przejrzystość i przejrzystość
• Odporność na pękanie naprężeniowe chemiczne
• Niska temperatura przewodność
• Nie wymaga konserwacji lub nie wymaga żadnej konserwacji

Jako tworzywo termoplastyczne, PVC można poddać recyklingowi i przekształcić w nowe produkty dla różnych branż, chociaż ze względu na wiele różnych formuł stosowanych do produkcji PVC nie zawsze jest to łatwy proces.

Wady PVC

PVC może zawierać aż 57% chloru. Węgiel – pochodzący z produktów naftowych – jest również często używany do jego produkcji. Ze względu na toksyny, które mogą być potencjalnie uwalniane podczas produkcji, w przypadku wystawienia na działanie ognia lub rozkładu na wysypiskach, niektórzy badacze medyczni i ekolodzy nazywają PCW „trującym plastikiem”.

Problemy zdrowotne związane z PVC nie zostały jeszcze udowodnione statystycznie, jednak toksyny te zostały powiązane z chorobami, które obejmują między innymi raka, zaburzenia rozwojowe płodu, zaburzenia endokrynologiczne, astmę i zmniejszoną czynność płuc. Podczas gdy producenci wskazują na wysoką zawartość soli w PCW jako naturalną i stosunkowo nieszkodliwą, nauka sugeruje, że sód – wraz z uwalnianiem dioksyn i ftalanów – są w rzeczywistości potencjalnymi czynnikami przyczyniającymi się do zagrożeń dla środowiska i zdrowia, jakie PCW stwarza.

Przyszłość tworzyw sztucznych PVC

Obawy dotyczące ryzyka związanego z PCW i skłoniły do ​​badań nad zastosowaniem etanolu z trzciny cukrowej jako surowca zamiast nafty (łatwopalny olej otrzymywany przez suchą destylację węgla, łupków lub ropy naftowej). Prowadzone są dodatkowe badania nad plastyfikatorami pochodzenia biologicznego w celu stworzenia alternatyw bezftalanowych. Chociaż eksperymenty te są nadal w początkowej fazie, istnieje nadzieja na opracowanie bardziej zrównoważonych form PCW, aby zmniejszyć potencjalny negatywny wpływ na ludzkie zdrowie i środowisko podczas etapów produkcji, użytkowania i utylizacji.

Źródła

• ' Wszystko, co musisz wiedzieć o plastiku PVC: Co to jest polichlorek winylu (PVC) i do czego służy? ' Blog mechanizmów kreatywnych. 6 lipca 2016
• ' Jak powstaje PVC? ' Teknor Apex: Centrum wiedzy/Blog. 31 marca 2017 r.