Polichlorek winylu: historia, struktura chemiczna, właściwości i zastosowania

Polichlorek winylu jest polimerem, którego zastosowanie przemysłowe zaczęło się rozwijać na początku XX wieku, między innymi ze względu na niski koszt, trwałość, odporność oraz zdolność do izolacji termicznej i elektrycznej, między innymi. To pozwoliło mu na przemieszczenie metali w wielu zastosowaniach i użytkowaniu.

Jak sama nazwa wskazuje, polega na powtarzaniu wielu monomerów chlorku winylu, tworząc łańcuch polimerowy. Zarówno atomy chloru, jak i winyl powtarza się n razy w polimerze, więc można go również nazwać polichlorkiem winylu (PVC).

Ponadto jest to mieszanka formowalna, dzięki czemu może być używana do budowy wielu elementów o różnych kształtach i rozmiarach. PVC jest odporny na korozję, głównie na skutek utleniania. Dlatego nie ma ryzyka narażenia na środowisko.

Jako punkt negatywny, trwałość PVC może być przyczyną problemu, ponieważ nagromadzenie jego odpadów może przyczynić się do zanieczyszczenia środowiska, które dotknęło planetę od kilku lat.

Historia polichlorku winylu (PVC)

W 1838 roku francuski fizyk i chemik Henry V. Regnault odkrył polichlorek winylu. Później niemiecki naukowiec Eugen Baumann (1872) wystawił butelkę z chlorkiem winylu na światło słoneczne i zaobserwował wygląd białego materiału: był to polichlorek winylu.

Na początku XX wieku rosyjski naukowiec Ivan Ostromislansky i niemiecki naukowiec Frank Klatte z niemieckiej firmy chemicznej Griesheim-Elektron próbowali znaleźć komercyjne zastosowania polichlorku winylu. Skończyli się sfrustrowani, ponieważ czasami polimer był sztywny, a innym razem kruchy.

W 1926 Waldo Semon, naukowiec, który pracował dla BF Goodrich Company w Akron, Ohio, stworzył elastyczny plastik, wodoodporny, ognioodporny i zdolny do wiązania się z metalem. Taki był cel firmy i był pierwszym przemysłowym zastosowaniem polichlorku winylu.

Produkcja polimeru nasiliła się w czasie II wojny światowej, ponieważ wykorzystano ją do powlekania okablowania okrętów wojennych.

Struktura chemiczna

Polimeryczny łańcuch polichlorku winylu zilustrowano na górnym obrazie. Czarne kule odpowiadają atomom węgla, białe kule odpowiadają atomom wodoru, a zielone kule odpowiadają atomom chloru.

Z tej perspektywy łańcuch ma dwie powierzchnie: jedną z chloru, a drugą z wodoru. Jego trójwymiarowy układ jest najłatwiej widoczny z monomeru chlorku winylu i sposobu, w jaki tworzy on wiązania z innymi monomerami, tworząc łańcuch:

Tutaj łańcuch składa się z n jednostek, które są ujęte w nawiasy. Atom Cl wskazuje na płaszczyznę (czarny klin), chociaż może również wskazywać za nią, jak widać na zielonych kulach. Atomy H są zorientowane w dół i w ten sam sposób można je sprawdzić za pomocą struktury polimeru.

Chociaż łańcuch ma tylko proste ogniwa, nie mogą one obracać się swobodnie z powodu sterycznej (przestrzennej) przeszkody atomów Cl.

Dlaczego? Ponieważ są bardzo masywne i nie mają wystarczająco dużo miejsca, aby obracać się w innych kierunkach. Gdyby to zrobili, „uderzyliby” sąsiednimi atomami H.

Właściwości

Zdolność do odpalania ognia

Ta właściwość wynika z obecności chloru. Temperatura zapłonu PVC wynosi 455 ° C, więc ryzyko spalenia i rozpoczęcia pożaru jest niskie.

Ponadto ciepło uwalniane przez PCW, gdy pali się, jest mniejsze, gdy jest wytwarzane przez polistyren i polietylen, dwa z najczęściej używanych tworzyw sztucznych.

Trwałość

W normalnych warunkach czynnikiem, który najbardziej wpływa na trwałość produktu, jest jego odporność na utlenianie.

PVC przedstawia atomy chloru związane z węglami jego łańcuchów, co czyni go bardziej odpornym na utlenianie niż tworzywa sztuczne, które w swojej strukturze mają tylko atomy węgla i wodoru.

Badanie rur PCV zakopanych przez 35 lat, przeprowadzonych przez Japońskie Stowarzyszenie Rur i Kształtek PVC, nie wykazało ich pogorszenia. Nawet jego wytrzymałość jest porównywalna z nowymi rurami PVC.

Stabilność mechaniczna

PVC jest stabilnym chemicznie materiałem, który wykazuje niewiele zmian w strukturze molekularnej i wytrzymałości mechanicznej.

Jest to materiał wiskoelastyczny o długim łańcuchu, podatny na odkształcenia w wyniku ciągłego stosowania siły zewnętrznej. Jednak jego deformacja jest niska, ponieważ stanowi ograniczenie jego mobilności molekularnej.

Przetwarzanie i formowanie

Przetwarzanie materiału termoplastycznego zależy od jego lepkości po stopieniu lub stopieniu. W tych warunkach lepkość PVC jest wysoka, a jej zachowanie w niewielkim stopniu zależy od temperatury i jest stabilne. Z tego powodu z PVC można wytwarzać produkty o dużych rozmiarach i zmiennych kształtach.

Odporność na chemikalia i oleje

PVC jest odporny na kwasy, zasady i prawie wszystkie związki nieorganiczne. PVC odkształca się lub rozpuszcza w węglowodory aromatyczne, ketony i etery cykliczne, ale jest odporny na inne rozpuszczalniki organiczne, takie jak węglowodory alifatyczne i węglowodory halogenowane. Również jego odporność na oleje i tłuszcze jest dobra.

Właściwości

Gęstość

1, 38 g / cm3

Temperatura topnienia

Między 100 ° C a 260 ° C.

Procent absorpcji wody

0% w ciągu 24 godzin

Ze względu na swój skład chemiczny PVC może mieszać się z numerami związków podczas jego produkcji.

Następnie, zmieniając plastyfikatory i dodatki stosowane na tym etapie, można uzyskać różne rodzaje PVC o różnych właściwościach, takich jak między innymi elastyczność, elastyczność, odporność na uderzenia i zapobieganie rozwojowi bakterii.

Używa

PVC jest ekonomicznym i wszechstronnym materiałem stosowanym w budownictwie, ochronie zdrowia, elektronice, samochodach, rurach, powłokach, workach z krwią, sondach plastikowych, izolacji kabli itp.

Jest stosowany w wielu aspektach konstrukcji ze względu na swoją wytrzymałość, odporność na utlenianie, wilgoć i ścieranie. PVC idealnie nadaje się do okładzin, do ram okien, sufitów i ogrodzeń.

Był on szczególnie przydatny w konstrukcji instalacji wodno-kanalizacyjnych, ponieważ materiał ten nie ulega korozji, a jego szybkość pękania wynosi tylko 1% w stosunku do stopionych systemów metalowych.

Wspiera zmiany temperatury i wilgotności, umożliwiając wykorzystanie w okablowaniu stanowiącym jego powłokę.

PVC stosuje się do pakowania różnych produktów, takich jak drażetki, kapsułki i inne elementy do użytku medycznego. Ponadto worki na bank krwi są zbudowane z przezroczystego PVC.

Ponieważ PVC jest niedrogi, trwały i wodoodporny, jest idealny na płaszcze przeciwdeszczowe, buty i zasłony prysznicowe.