Il cloruro di polivinile (PVC) è il terzo polimero sintetico più grande al mondo (dopo polietilene and polipropilene ), con una produzione annua di circa 40 milioni di tonnellate di PVC. Il PVC è un polimero formato dalla polimerizzazione del cloruro di vinile monomero (VCM) in presenza di iniziatori come perossidi e composti azoici o sotto l'azione della luce o del calore secondo il meccanismo di polimerizzazione a radicali liberi. Gli omopolimeri di cloruro di vinile e i copolimeri di cloruro di vinile sono collettivamente denominati resine di cloruro di vinile.

Un tempo il PVC era la plastica per uso generale più prodotta al mondo, con un'ampia gamma di applicazioni. Il PVC è disponibile in due tipi: rigido (a volte abbreviato come RPVC) e flessibile. Il cloruro di polivinile rigido viene utilizzato nella costruzione di tubi, porte e finestre. Viene utilizzato anche per realizzare bottiglie di plastica, imballaggi, carte bancarie o tessere associative. L'aggiunta di plastificanti può rendere il PVC più morbido e flessibile. Viene utilizzato nei tubi, nell'isolamento dei cavi, nelle pavimentazioni, nella segnaletica, nei dischi fonografici, nei prodotti gonfiabili e nei sostituti della gomma.

Il 27 ottobre 2017, l'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro dell'Organizzazione mondiale della sanità ha pubblicato un elenco preliminare di agenti cancerogeni di riferimento e il cloruro di polivinile è stato incluso nell'elenco degli agenti cancerogeni di categoria 3.

Il PVC è una polvere bianca amorfa con un basso grado di ramificazione. La sua temperatura di transizione vetrosa è di 77-90°C e inizia a decomporsi intorno ai 170°C. Ha scarsa stabilità alla luce e al calore. Quando è superiore a 100°C o esposto alla luce solare per un lungo periodo, si decomporrà per produrre acido cloridrico e un'ulteriore decomposizione autocatalitica causerà scolorimento e anche le proprietà fisiche e meccaniche diminuiranno rapidamente. Nelle applicazioni pratiche è necessario aggiungere stabilizzanti per migliorare la stabilità al calore e alla luce.

Il peso molecolare del PVC prodotto industrialmente è generalmente compreso tra 50,000 e 110,000, con ampia polidispersità. Il peso molecolare aumenta al diminuire della temperatura di polimerizzazione. Non ha un punto di fusione fisso. Inizia ad ammorbidirsi a 80-85°C, diventa viscoelastico a 130°C e inizia a trasformarsi in flusso viscoso a 160-180°C. Ha buone proprietà meccaniche, resistenza alla trazione di circa 60 MPa, resistenza all'urto di 5-10 kJ/m2 ed eccellenti proprietà dielettriche. Il PVC è insolubile nei comuni solventi, ma si rigonfia nei monomeri e in alcuni solventi idrocarburici clorurati.

Struttura della composizione

Il cloruro di polivinile è un materiale polimerico che utilizza un atomo di cloro per sostituire un atomo di idrogeno nel polietilene. È un polimero amorfo con una piccola quantità di struttura cristallina. La struttura di questo materiale è la seguente: -(CH2-CHCl)n-. Il PVC è un polimero lineare in cui la maggior parte dei monomeri VCM sono collegati in una struttura testa-coda. Gli atomi di carbonio sono disposti a zigzag e tutti gli atomi sono collegati da legami σ. Tutti gli atomi di carbonio sono ibridati sp 3.

Sulla catena molecolare del PVC sono presenti brevi strutture stereoregolari sindiotattiche. Al diminuire della temperatura di polimerizzazione aumenta la stereoregolarità sindiotattica. Ci sono strutture instabili come struttura testa a testa, catena ramificata, doppio legame, cloruro di allile, cloro terziario nella struttura macromolecolare del cloruro di polivinile, che lo rendono povero di resistenza alla deformazione termica e resistenza all'invecchiamento. Pertanto, questi difetti possono essere eliminati dopo la reticolazione.

La reticolazione è suddivisa in reticolazione per radiazione e reticolazione chimica.

1. Reticolazione delle radiazioni: utilizzare raggi ad alta energia, generalmente raggi generati da sorgenti di radiazioni di cobalto 60 o raggi di elettroni generati dall'accelerazione di elettroni, e utilizzare principalmente questi ultimi. Quindi aggiungere un ausilio di reticolazione (un monomero con due o più strutture di doppio legame carbonio-carbonio) per la reticolazione. Tuttavia, l'operazione è difficile e richiede attrezzature elevate.
2. Reticolazione chimica: utilizzare il sale di triazolo ditioammina (FSH) per la reticolazione. Il meccanismo di reticolazione è che l'ammina e il tiolo si combinano per attaccare il legame polare carbonio-cloro per eseguire una reazione di sostituzione. Dopo la reticolazione, la resistenza ai raggi UV, ai solventi, alla temperatura, alla tenacità e altre proprietà del prodotto verranno migliorate in modo completo.

Storia

Il cloruro di polivinile fu scoperto dal V. Regno degli Stati Uniti già nel 1835. Quando il cloruro di vinile viene irradiato con la luce solare, si genera un solido bianco, cioè il cloruro di polivinile.

Il PVC fu scoperto due volte nel XIX secolo, la prima da Henri Victor Regnault nel 19 e l'altra da Eugen Baumann nel 1835. In entrambe le occasioni, il polimero appariva come un solido bianco in bicchieri di cloruro di vinile posti alla luce del sole. All’inizio del XX secolo, il chimico russo Ivan Ostromislensky e il chimico tedesco Fritz Klatte dell’azienda Griesheim-Elektron tentarono contemporaneamente di utilizzare il PVC per scopi commerciali, ma la difficoltà stava nel come lavorare questo polimero duro e talvolta fragile.

Nel 1912, il tedesco Fritz Klatte sintetizzò il PVC e fece domanda per un brevetto in Germania, ma non riuscì a sviluppare un prodotto adatto prima della scadenza del brevetto.

Nel 1926, Waldo Semon della BF Goodrich Company negli Stati Uniti sintetizzò il PVC e fece domanda per un brevetto negli Stati Uniti. Waldo Semon e la BF Goodrich Company svilupparono nel 1926 un metodo per plastificare il PVC aggiungendo vari additivi, rendendolo un materiale più flessibile e più facile da lavorare, che presto ottenne un'ampia applicazione commerciale.

Nel 1914 si scoprì che i perossidi organici potevano accelerare la polimerizzazione del cloruro di vinile. Nel 1931, l'azienda franco-tedesca utilizzò la polimerizzazione in emulsione per ottenere la produzione industriale di cloruro di polivinile. Nel 1933, WL Simon propose che i solventi ad alto punto di ebollizione e il fosfato di tricresolo potessero essere riscaldati e miscelati con il PVC per produrre prodotti morbidi in cloruro di polivinile, il che rappresentò una vera svolta nell'applicazione pratica del PVC. La britannica Brunner Mond Chemical Industry Company, l'American Union Carbide Company e la Goodrich Chemical Company svilupparono quasi contemporaneamente la polimerizzazione in sospensione del cloruro di vinile e la lavorazione e l'applicazione del PVC nel 1936. Per semplificare il processo di produzione e ridurre il consumo energetico, la Saint-Goban Company della Francia ha sviluppato il metodo di polimerizzazione in massa nel 1956. Nel 1983, il consumo totale mondiale era di circa 11.1 Mt e la capacità di produzione totale era di circa 17.6 Mt; era la seconda varietà di plastica più grande dopo la produzione di polietilene, rappresentando circa il 15% della produzione totale di plastica. L'unità di produzione di PVC autoprogettata dalla Cina è stata messa in produzione di prova presso lo stabilimento chimico di Liaoning Jinxi nel 1956. L'unità da 3 kt è stata ufficialmente messa in produzione industriale nel 1958 e la produzione ha raggiunto 530.9 kt nel 1984.

Il PVC è stato industrializzato all’inizio degli anni ’1930. Dagli anni '1930, per molto tempo, la produzione di cloruro di polivinile è stata la prima nel consumo mondiale di plastica. Alla fine degli anni ’1960, il polietilene sostituì il cloruro di polivinile. Sebbene la plastica a base di cloruro di polivinile sia retrocessa al secondo posto, la sua produzione rappresenta ancora più di un quarto della produzione totale di plastica.

Prima degli anni ’1960, la produzione del cloruro di vinile monomero era basata principalmente sul carburo di calcio acetilene, poiché la produzione del carburo di calcio consuma molta elettricità e coke ed è costosa. Dopo l’industrializzazione della produzione di cloruro di vinile mediante ossiclorurazione dell’etilene all’inizio degli anni ’1960, i paesi si sono rivolti al petrolio più economico come materia prima. Inoltre, poiché gran parte delle materie prime del cloruro di polivinile (circa il 57% in peso) è il cloro, che è un inevitabile sottoprodotto dell'industria degli alcali, non è solo ricco di fonti di materie prime, ma anche uno dei i prodotti molto importanti per lo sviluppo dell'industria dei cloro-alcali e per l'equilibrio del cloro. Pertanto, anche se la percentuale di cloruro di polivinile nella plastica è diminuita, mantiene ancora un tasso di crescita relativamente elevato.

Cloruro di polivinile prodotti in plastica sono ampiamente utilizzati, ma a metà degli anni '1970, le persone si sono rese conto che il monomero di cloruro di vinile residuo (VCM) nelle resine e nei prodotti di cloruro di polivinile è un grave cancerogeno, che senza dubbio influenzerà lo sviluppo del cloruro di polivinile in una certa misura. Tuttavia, le persone hanno ridotto con successo il VCM residuo aggiungendo scambiatori di calore a piastre a spirale, in modo che il contenuto di VCM nella resina di cloruro di polivinile sia inferiore a 10 ppm, soddisfacendo i requisiti della resina sanitaria ed espandendo la gamma di applicazione del cloruro di polivinile. Può persino rendere il contenuto di VCM nella resina inferiore a 5 ppm e c'è pochissimo VCM residuo dopo la lavorazione. È fondamentalmente innocuo per il corpo umano e può essere utilizzato come imballaggio per alimenti e medicinali e giocattoli per bambini.

Materiale in PVC in Cina

I materiali in PVC con requisiti speciali vengono solitamente importati dall'estero in Cina, con note società straniere come United Carbide e Nordic Chemicals. Con la continua ricerca e l'accumulo tecnologico dei principali istituti di ricerca e unità di produzione in Cina, la progettazione della formula e la produzione di materiali modificati in PVC in Cina hanno raggiunto il livello avanzato internazionale, sostituendo completamente i materiali importati dall'estero e molti prodotti sono stati esportati all'estero.

Categorie principali

In base ai diversi ambiti di applicazione, il PVC può essere suddiviso in: resina PVC per uso generale, resina PVC ad alta polimerizzazione e resina PVC reticolata. La resina PVC per uso generale è formata dalla polimerizzazione del monomero di cloruro di vinile sotto l'azione di un iniziatore; La resina PVC ad alta polimerizzazione si riferisce a una resina polimerizzata aggiungendo un estensore di catena al sistema di polimerizzazione del monomero di cloruro di vinile; La resina PVC reticolata è una resina polimerizzata aggiungendo un agente reticolante contenente diene e poliene al sistema di polimerizzazione del monomero di cloruro di vinile.

Secondo il metodo per ottenere il monomero del cloruro di vinile, può essere suddiviso in metodo del carburo di calcio, metodo dell'etilene e metodo del monomero importato (EDC, VCM) (il metodo dell'etilene e il metodo del monomero importato sono solitamente indicati come metodo dell'etilene).

Secondo il metodo di polimerizzazione, il cloruro di polivinile può essere suddiviso in quattro categorie: cloruro di polivinile in sospensione, cloruro di polivinile in emulsione, cloruro di polivinile sfuso e cloruro di polivinile in soluzione. Il cloruro di polivinile in sospensione è la varietà più grande e rappresenta circa l'80% della produzione totale di PVC. Il cloruro di polivinile in sospensione è suddiviso in sei modelli in base alla viscosità assoluta: XS-1, XS-2…XS-6; XJ-1, XJ-2…, XJ-6. Il significato di ciascuna lettera nel modello: metodo X-suspension; Tipo S sciolto; Tipo a tenuta J.

In base alla quantità di plastificante, la plastica in PVC è solitamente suddivisa in: PVC non plastificato, il contenuto di plastificante è 0; PVC rigido, contenuto di plastificante inferiore al 10%; PVC semirigido, il contenuto di plastificante è del 10-30%; PVC morbido, il contenuto di plastificante è del 30-70%; Pasta di polivinilcloruro, il contenuto di plastificante è superiore all'80%. La differenza nelle proprietà tra PVC rigido e PVC morbido è mostrata nella tabella:

Nature	Unità	PVC rigido	in PVC morbido
Densità	g / cm³	1.3-1.45	1.1-1.35
Conduttività termica	W / (m · K)	0.14-0.28	0.14-0.17
carico di snervamento	psi	4500-8700	1450-3600
	MPa	31-60	10.0-24.8
Modulo di Young	psi	490000	-
	GPa	3.4	-
Resistenza alla flessione (snervamento)	psi	10,500	-
	MPa	72	-
Resistenza alla compressione	psi	9,500	-
	MPa	66	-
Coefficiente di dilatazione termica (lineare)	mm/(mm·°C)	5×10^−5	-
Temperatura di rammollimento Vicat	° C	65-100	-
Resistività^a	Ω m	10 ^ 16	10^12 –10^15
Resistività superficialea	Ω	10^13 –10^14	10^11 –10^12

Nota: a, con umidità relativa del 60% e temperatura ambiente

Metodo di preparazione

Il cloruro di polivinile può essere ottenuto da etilene, cloro e un catalizzatore attraverso una reazione di sostituzione. Grazie alla sua resistenza al fuoco e al calore, il cloruro di polivinile è ampiamente utilizzato in una varietà di prodotti in vari settori: guaine metalliche, guaine in fibra ottica, scarpe, borse, borse, accessori, insegne e cartelloni pubblicitari, prodotti per la decorazione di edifici, mobili, ornamenti, rulli , tubi flessibili, giocattoli, tende per porte, porte avvolgibili, forniture mediche ausiliarie, guanti, pellicola trasparente per determinati alimenti, determinati articoli di moda, ecc.

Metodi di aggregazione

Il PVC viene preparato mediante polimerizzazione per addizione con radicali liberi. I metodi di polimerizzazione sono principalmente suddivisi in polimerizzazione in sospensione, polimerizzazione in emulsione, polimerizzazione in massa e polimerizzazione in microsospensione. La polimerizzazione in sospensione è il metodo principale, che rappresenta circa l'80%-82% della produzione totale di PVC, seguito dalla polimerizzazione in emulsione, che rappresenta circa il 10%-12% della produzione totale di PVC, e poi dalla polimerizzazione in massa, che rappresenta circa l'8% . La struttura delle particelle ottenuta con il metodo in sospensione e con il metodo in massa è simile, con una dimensione media delle particelle di 100~160 micron. La dimensione delle particelle ottenuta con il metodo dell'emulsione e con il metodo della microsospensione è di circa 0.2 micron e 1 micron. Solo una piccola quantità di copolimeri di polietilene per rivestimenti viene preparata con il metodo in soluzione. Al reattore vengono aggiunti acqua pura, monomero VCM liquefatto e disperdente, quindi vengono aggiunti l'iniziatore e altri additivi. Dopo il riscaldamento ad una certa temperatura, il monomero VCM subisce una reazione di polimerizzazione a radicali liberi per generare particelle di PVC. L'agitazione continua rende uniforme la dimensione delle particelle e le particelle generate sospese in acqua. Inoltre, esiste anche un metodo di microsospensione per produrre resina in pasta di PVC, che ha buone prestazioni del prodotto e proprietà di formazione della pasta.

① Polimerizzazione in sospensione:

La formula base della polimerizzazione della sospensione del cloruro di vinile è composta da monomero di cloruro di vinile, acqua, iniziatore solubile in olio e disperdente, ma in realtà, regolatore di pH, regolatore di peso molecolare (principalmente per varietà a basso grado di polimerizzazione), agente antiaderente per bollitore, vengono aggiunti anche agenti antischiuma, ecc. In base ai diversi requisiti del cloruro di polivinile sfuso e compatto, il rapporto tra acqua e monomero nella formula varia tra (1.2~2):1. Il processo di polimerizzazione della sospensione del cloruro di vinile è più o meno il seguente: acqua, disperdente, altri additivi e iniziatore vengono aggiunti a loro volta nel bollitore di polimerizzazione, evacuati e riempiti con azoto per rimuovere l'ossigeno, quindi vengono aggiunti monomeri e la temperatura viene aumentata alla temperatura predeterminata per la polimerizzazione. Durante il processo di polimerizzazione, la temperatura e la pressione rimangono costanti. La pressione diminuisce di 0.1~0.2MPa nella fase successiva, che equivale a un tasso di conversione dell'80%~85%, e la polimerizzazione viene terminata. Se la pressione viene ridotta troppo, la resina sarà densa. Una volta completata la polimerizzazione, il monomero viene recuperato, il materiale viene scaricato e la resina di cloruro di polivinile finita viene ottenuta attraverso procedure di post-lavorazione.

Quando il cloruro di vinile viene polimerizzato, il trasferimento al monomero è la principale modalità di terminazione della catena, in modo che il grado di polimerizzazione del cloruro di polivinile (600~1600) sia indipendente dalla concentrazione dell'iniziatore e sia controllato solo dalla temperatura (45~65 oC e la fluttuazione della temperatura deve essere controllata entro 0.2~0.5 oC. La velocità di polimerizzazione è regolata principalmente dalla quantità di iniziatore. Attualmente, le prestazioni di trasferimento del calore del bollitore di polimerizzazione sono buone e un iniziatore ad alta attività come il perossicarbonato lo è. maggiormente utilizzato, con una quantità compresa tra 0.02% e 0.05%. Se gli iniziatori ad alta attività e quelli a bassa attività vengono utilizzati in combinazione e la combinazione è corretta, ad esempio con un'emivita di 2 ore, si prevede che sia vicino a un valore uniforme. reazione La reazione uniforme favorisce il trasferimento di calore e il controllo della temperatura. Il cloruro di polivinile-cloruro di vinile è un sistema parzialmente miscibile, che forma due fasi: una fase è una fase ricca di cloruro di polivinile rigonfia con cloruro di vinile (circa il 30%), che diventa la principale. sito di polimerizzazione. L'altra fase è una fase monomerica disciolta con tracce di cloruro di polivinile (< 0.1%), che è vicino al monomero puro. Quando il tasso di conversione è > 70%, la fase monomerica scompare, la pressione del sistema inizia a essere inferiore alla pressione atmosferica satura del cloruro di vinile puro e il cloruro di vinile nella fase ricca di cloruro di polivinile continua a polimerizzare. La polimerizzazione viene terminata quando il tasso di conversione raggiunge l'85%, in modo da non intaccare la struttura lassa delle particelle di resina. Le proprietà del disperdente hanno un effetto cruciale sulla morfologia delle particelle di cloruro di polivinile. Quando si seleziona la gelatina, la tensione superficiale della sua soluzione acquosa è relativamente elevata (68 mN·m^-1 a 25°C) e si formerà una resina compatta. Quando si prepara il cloruro di polivinile sfuso, la tensione superficiale dell'individuo deve essere inferiore a 50 mN·m^-1. Alcol polivinilico parzialmente idrolizzato (tensione superficiale della soluzione acquosa è 50~55 mN·m^-1) e idrossipropilmetilcellulosa (tensione superficiale della soluzione acquosa è 45~50 mN·m^-1) vengono utilizzati in combinazione, e talvolta un terzo viene aggiunto il componente. Sebbene la preparazione dei disperdenti compositi possa essere parzialmente influenzata dalla tensione superficiale, richiede comunque una certa esperienza e capacità.

Il processo specifico è il seguente:

Il monomero viene sospeso e disperso nella fase acquosa sotto forma di goccioline e l'iniziatore solubile in olio selezionato viene disciolto nel monomero. La reazione di polimerizzazione viene effettuata in queste goccioline e il calore della reazione di polimerizzazione viene assorbito dall'acqua nel tempo. Per garantire che queste goccioline vengano disperse nell'acqua sotto forma di perle, è necessario aggiungere uno stabilizzatore della sospensione, come gelatina, alcol polivinilico, metilcellulosa, idrossietilcellulosa, ecc. Gli iniziatori sono principalmente perossidi organici e composti azoici , come diisopropil perossidicarbonato, dicicloesil perossidicarbonato, dietilesil perossidicarbonato, azobisisoeptonitrile, azobisisobutirronitrile, ecc. La polimerizzazione viene effettuata in un bollitore di polimerizzazione con un agitatore. Dopo la polimerizzazione, il materiale confluisce in un serbatoio di recupero del monomero o in una torre di strippaggio per recuperare il monomero. Successivamente confluisce in una caldaia di miscelazione, lavata con acqua, centrifugata e disidratata, ed essiccata per ottenere la resina finita. Il monomero di cloruro di vinile deve essere estratto il più possibile dalla resina. Per il PVC utilizzato per l'imballaggio alimentare, il contenuto di monomero libero deve essere controllato al di sotto di 1 ppm. Durante la polimerizzazione, per garantire che si ottenga la resina con il peso molecolare e l'intervallo di distribuzione del peso molecolare specificati e per prevenire esplosioni, la temperatura e la pressione del processo di polimerizzazione devono essere controllate bene. La dimensione delle particelle e la distribuzione delle dimensioni delle particelle della resina sono controllate dalla velocità di agitazione e dalla selezione e dosaggio dello stabilizzante della sospensione. La qualità della resina è caratterizzata da proprietà quali dimensione e distribuzione delle dimensioni delle particelle, peso molecolare e distribuzione del peso molecolare, densità apparente, porosità, fisheye, stabilità termica, colore, contenuto di impurità e libero flusso della polvere.

Il reattore di polimerizzazione è l'attrezzatura principale, costituita da un reattore in acciaio rivestito in acciaio inossidabile o smalto, dotato di un agitatore e di una camicia di trasferimento del calore per il controllo della temperatura, oppure di un tubo di raffreddamento interno, un condensatore a riflusso, ecc. per ridurre i costi di produzione, il volume del reattore si è progressivamente sviluppato da pochi metri cubi e più di dieci metri cubi fino a diventare di grandi dimensioni, e il massimo ha raggiunto i 200 metri cubi (reattore kettle). L'elevata capacità di trasferimento del calore del reattore di polimerizzazione gioca un ruolo nel garantire una temperatura di polimerizzazione costante e l'agitazione non solo aiuta a miscelare i materiali e a trasferire il calore, ma ha anche un impatto significativo sulla dispersione liquido-liquido e sulle caratteristiche delle particelle di resina. Il trasferimento di calore e l'agitazione sono due importanti problemi tecnici nella polimerizzazione del cloruro di vinile. Il reattore di polimerizzazione deve essere decalcificato dopo un uso ripetuto. Il PVC realizzato con alcol polivinilico ed eteri di cellulosa come stabilizzanti della sospensione è generalmente sciolto, ha molti pori, un'ampia area superficiale ed è facile da assorbire e plastificare.

② Polimerizzazione in emulsione:

Uno dei primi metodi per la produzione industriale di PVC. Nella polimerizzazione in emulsione, oltre all'acqua e al cloruro di vinile monomero, vengono aggiunti tensioattivi come sodio alchil solfonato come emulsionanti per disperdere i monomeri nella fase acquosa per formare un'emulsione. Come iniziatore viene utilizzato il persolfato di potassio solubile in acqua o il persolfato di ammonio. Può essere utilizzato anche il sistema di inizio “ossido-riduzione”. Il processo di polimerizzazione è diverso dal metodo di sospensione. Viene aggiunto anche alcol polivinilico come stabilizzatore dell'emulsione, dodecil mercaptano come regolatore e bicarbonato di sodio come tampone. Esistono tre metodi di polimerizzazione: metodo intermittente, metodo semicontinuo e metodo continuo. Il prodotto di polimerizzazione è simile al lattice, con una dimensione delle particelle di emulsione compresa tra 0.05 e 2μm, che può essere applicato direttamente o essiccato a spruzzo in una resina in polvere. Il ciclo di polimerizzazione del metodo di polimerizzazione in emulsione è breve e più facile da controllare. La resina ottenuta ha un elevato peso molecolare e un grado di polimerizzazione relativamente uniforme. È adatto per realizzare pasta di cloruro di polivinile, pelle artificiale o prodotti impregnati. La formula della polimerizzazione in emulsione è complessa e il prodotto ha un elevato contenuto di impurità.

③ Metodo di polimerizzazione in massa:

Il dispositivo di polimerizzazione è piuttosto speciale, costituito principalmente da un bollitore di prepolimerizzazione verticale e da un bollitore di polimerizzazione orizzontale con agitatore a telaio. Le caratteristiche delle particelle del PVC sfuso sono simili a quelle della resina in sospensione, sfusa, ma senza pellicola e più cristallina. Oltre alla dissipazione del calore e all'antiaderenza, la polimerizzazione in massa deve anche risolvere il problema del mantenimento della struttura libera delle particelle, che di solito è garantita dalla polimerizzazione a due stadi. La prima fase è la prepolimerizzazione, che viene effettuata in un bollitore verticale. Una piccola quantità di cloruro di vinile e una quantità limitata di iniziatore ad alta attività (come acetil perossido solfonato) vengono aggiunti al bollitore e prepolimerizzati a 50~70°C con un tasso di conversione del 7%~11% per diventare un composto morto terminare la polimerizzazione per evitare che il tasso di conversione sia troppo elevato. L'agitazione rapida forma uno scheletro di particelle sciolte. Il tasso di conversione è stimato dal calore rimosso dalla camicia e dal condensatore.

Il prepolimero, altri monomeri e un'altra parte di iniziatore vengono aggiunti in un altro bollitore di agitazione a bassa velocità (30 giri/min) e i monomeri continuano a polimerizzare sullo scheletro delle particelle preformate, in modo che le particelle crescano e mantengano la forma invariata. Quando il tasso di conversione raggiunge il 70%~90%, la polimerizzazione è terminata. I monomeri residui vengono scaricati e mediante frantumazione e setacciatura si ottiene il prodotto finito. La prepolimerizzazione richiede solo 1~2 ore, ma la polimerizzazione richiede 5~9 ore. Un bollitore di prepolimerizzazione può essere equipaggiato con più bollitori di polimerizzazione. La dimensione delle particelle e la forma della resina sono controllate dalla velocità di agitazione e il calore di reazione viene eliminato dalla condensazione a riflusso del monomero. Questo metodo ha un processo di produzione semplice, una buona qualità del prodotto e bassi costi di produzione.

Metodo di modifica del PVC

La resina PVC è un polimero polare non cristallino con una densità di 1.38 g/cm³ e una temperatura di transizione vetrosa di 87°C. Pertanto, ha una scarsa stabilità termica ed è difficile da lavorare. Non può essere utilizzata direttamente e deve essere modificata e miscelata prima di poter essere utilizzata con l'aggiunta di additivi e riempitivi pertinenti. I diversi tipi e frazioni di additivi e riempitivi aggiunti determinano che le prestazioni e i requisiti dei materiali in PVC preparati sono diversi. Di solito la chiamiamo formula PVC, che è rigorosamente una formula modificata in PVC, e il PVC può essere utilizzato solo dopo la modifica. Questa categoria è spesso classificata come materiali modificati con polimeri. La modifica dei materiali polimerici si concentra principalmente sulla ricerca di elevate prestazioni di materie plastiche generali, sulla trasformazione di materiali monocomponenti in materiali compositi multicomponenti (leghe, miscele, compositi), dando ai materiali la funzionalizzazione, ottimizzando prestazioni e prezzo, ecc. I metodi di modifica sono principalmente la modifica chimica, la modifica del riempimento, la modifica del rinforzo, mescolanza modifica e modifica nano-composita. Il principio di base della modifica è quello di conferire funzioni ai materiali o migliorare determinate proprietà tramite additivi. Pertanto, il livello di tecnologia di formulazione del PVC determina il livello di tecnologia e capacità produttiva di una fabbrica.

Il PVC viene solitamente prima modificato e granulato. Dopo essere stato preparato in particelle usando un estrusore a vite, è più completamente plastificato e più facile da lavorare, specialmente per i prodotti che sono stampati a iniezione. L'estrusore a vite è una delle attrezzature più importanti per stampaggio di plastica. Utilizza la trasmissione di potenza esterna e il trasferimento di calore da elementi riscaldanti esterni per trasportare, compattare, fondere, tagliare, miscelare ed estrudere la plastica. Gli estrusori a vite svolgono un ruolo importante sia come macchinari di plastificazione e granulazione sia come macchinari di stampaggio. In senso stretto, i prodotti in PVC con requisiti speciali e le formule modificate in PVC sono realizzati su misura in base alle esigenze del cliente. Esistono anche derivati ​​di copolimeri prodotti durante il processo di produzione del PVC. Tali varietà modificate includono copolimeri di cloruro di vinile, miscele di cloruro di polivinile e cloruro di polivinile clorurato, ecc.

Caratteristica

Colorabilità

Il cloruro di polivinile ha scarsa stabilità termica e resistenza alla luce. Inizia a decomporre l'acido cloridrico a 150°C e si verificano reazioni avverse con la quantità di plastificante. Inoltre, l'effetto dei pigmenti sul PVC si riflette nella reazione del pigmento con il PVC e con altri componenti dei prodotti in PVC, nonché nella resistenza alla migrazione e nella resistenza al calore del pigmento stesso. Alcuni componenti del colorante possono favorire la degradazione della resina. Ad esempio, gli ioni ferro e zinco sono catalizzatori per la reazione di degradazione della resina PVC. Pertanto, l'uso di pigmenti di ossido di ferro (rosso, giallo, marrone e nero) o di ossido di zinco, solfuro di zinco e pigmenti bianchi come la polvere di piombo ridurrà la stabilità termica della resina di PVC. Alcuni coloranti possono reagire con i prodotti di degradazione della resina PVC. Ad esempio, i pigmenti oltremare hanno una scarsa resistenza agli acidi, quindi durante il processo di colorazione del PVC interagiranno con l'acido cloridrico prodotto dalla decomposizione del PVC e perderanno il loro colore corretto. Pertanto, in termini di colorazione del PVC, vanno considerate le caratteristiche della resina e dei relativi additivi utilizzati, abbinate alle caratteristiche del pigmento. Quando si selezionano i coloranti, è necessario tenere presente i seguenti problemi.

Alcuni ioni metallici nel pigmento favoriranno la decomposizione ossidativa termica della resina di cloruro di polivinile.

Il metodo di determinazione consiste nel misurare il cambiamento di tonalità del polietilene con pigmento quando riscaldato a 180°C. Gli ioni metallici nel pigmento accelerano la decomposizione del PVC, con conseguente cambiamento di tonalità. Allo stesso tempo, va notato che la stessa aggiunta di lacca rossa può produrre diverse differenze di colore nel PVC. Ad esempio, se è contenuto calcio, la differenza di tonalità è piccola; se è contenuto manganese, la differenza di tonalità è grande. Questo perché il manganese e altri metalli favoriscono la deidroclorurazione del PVC.

I coloranti al solfuro (come il rosso cadmio, ecc.) vengono utilizzati per la colorazione del cloruro di polivinile e l'idrogeno solforato può essere rilasciato a causa della decomposizione del colorante. Questo tipo di colorante non deve essere miscelato con stabilizzanti di piombo per evitare la formazione di solfuro di piombo nero.

Effetto dei pigmenti sull'isolamento elettrico del cloruro di polivinile

Come materiale del cavo, anche il cloruro di polivinile, come il polietilene, dovrebbe tenere conto delle proprietà elettriche dopo la colorazione. In particolare, il cloruro di polivinile ha un isolamento peggiore del polietilene, quindi l'influenza dei pigmenti è maggiore. Ciò dimostra che l'isolamento elettrico del PVC è migliore quando vengono utilizzati pigmenti inorganici rispetto a pigmenti organici (ad eccezione del nero di fornace e del biossido di titanio anatasio).

Mobilità

La migrazione avviene solo nei prodotti in PVC plastificato e quando vengono utilizzati coloranti o pigmenti organici. Migrazione significa che alcuni coloranti solubili o pigmenti organici nel solvente circostante penetrano nella superficie del prodotto in PVC attraverso il plastificante e anche le particelle di colorante (pigmento) disciolte vengono portate sulla superficie del prodotto, causando così sanguinamento indiretto, sanguinamento del solvente o fioritura.

Un altro problema è rappresentato dalle “incrostazioni”, vale a dire che il colorante viene rilasciato dal sistema durante il processo di colorazione perché ha scarsa solubilità o non è affatto compatibile, e si deposita sulla superficie delle apparecchiature di lavorazione (come la parete interna del cilindro dell'estrusore e della parete interna del foro della filiera).

Resistenza agli agenti atmosferici

Si riferisce alla capacità dei pigmenti di resistere a vari climi. Questi includono la luce visibile e ultravioletta, l'umidità, la temperatura, la clorazione atmosferica e gli agenti chimici incontrati durante l'uso del prodotto. La resistenza agli agenti atmosferici più importante comprende la non sbiadimento, la resistenza allo sfarinamento e la durabilità delle proprietà fisiche. I pigmenti organici hanno strutture diverse e sono migliori o peggiori. Inoltre, nelle formulazioni contenenti pigmenti bianchi, la resistenza del pigmento agli agenti atmosferici sarà gravemente compromessa.

Lo sbiadimento, lo scurimento o il cambiamento di tonalità dei pigmenti è generalmente causato dai geni reattivi del pigmento. Questi geni reattivi possono reagire con l'umidità nell'atmosfera o con agenti chimici – acidi e basi. Ad esempio, il giallo cadmio sbiadisce sotto l'azione dell'umidità e della luce solare, mentre il Lithol Red ha una buona resistenza alla luce ed è adatto per la maggior parte delle applicazioni interne, ma sbiadisce gravemente se utilizzato all'aperto in presenza di componenti acidi e alcalini.

Il metodo per determinare la deidroclorazione è conforme a JIS-K-6723 e la temperatura di misurazione è 180°C. Come punto di riferimento viene utilizzato il tempo per la declorazione del composito di cloruro di polivinile non colorato e il tempo di estensione o ritardo viene misurato a intervalli del 5% e del 10%. Valori negativi indicano una decomposizione accelerata.

Stabilità

Il punto di rammollimento della resina di cloruro di polivinile è basso, circa 75-80℃, e la temperatura fragile è inferiore a -50~-60℃. La temperatura di utilizzo a lungo termine della maggior parte dei prodotti non deve superare i 55 ℃ e le formule speciali possono raggiungere i 90 ℃. Se la resina di polivinilcloruro è una struttura puramente lineare senza ramificazioni interne e legami insaturi, la stabilità della resina di polivinilcloruro dovrebbe essere relativamente elevata, sebbene l'energia del legame C-Cl sia relativamente piccola. Tuttavia, anche la resina di cloruro di polivinile con purezza molto elevata inizierà a emettere gas di acido cloridrico quando viene esposta a radiazioni ultraviolette per lungo tempo a una temperatura superiore a 100 ℃. Ciò indica che ci sono gruppi taglienti o strutture instabili nella sua struttura molecolare. Più lungo è il tempo, maggiore è la degradazione e maggiore è la temperatura, più veloce è la velocità di degradazione, e la velocità di degradazione è ancora più veloce in presenza di ossigeno o aria.

Proprietà elettriche

Il cloruro di polivinile è un polimero polare con una forte affinità per le sostanze conduttrici come l'acqua. Pertanto, la sua resistenza è inferiore a quella delle poliolefine non polari, ma ha comunque una carica volumetrica e una tensione di rottura più elevate. I gruppi polari del cloruro di polivinile sono direttamente attaccati alla catena principale. Al di sotto della temperatura di transizione vetrosa, i segmenti del dipolo sono limitati dagli atomi della catena principale della struttura congelata e non possono muoversi. Pertanto, non viene prodotto alcun effetto dipolo e può essere utilizzato come materiale isolante ad alta frequenza a temperatura ambiente. Se utilizzato per l'isolamento dei cavi, l'isolamento elettrico della resina di sospensione è 10-100 volte superiore a quello della resina di sospensione. La presenza di ioni cloruro prodotti dalla degradazione ridurrà l'isolamento elettrico.

Proprietà fisiche e chimiche

Il cloruro di polivinile è leggermente giallo e traslucido, con un aspetto lucido. È più trasparente del polietilene e del polipropilene, ma meno trasparente di polistirolo. A seconda della quantità di additivi utilizzati, si divide in cloruro di polivinile morbido e duro. I prodotti morbidi sono morbidi e resistenti e risultano appiccicosi. I prodotti duri hanno una durezza maggiore del polietilene a bassa densità, ma inferiore al polipropilene, e sbiancheranno alle pieghe. È stabile; non si corrode facilmente con acidi e alcali; ed è relativamente resistente al calore.

Il cloruro di polivinile presenta i vantaggi del ritardo di fiamma (valore di ritardo di fiamma pari o superiore a 40), elevata resistenza chimica (resistenza all'acido cloridrico concentrato, acido solforico al 90%, acido nitrico al 60% e idrossido di sodio al 20%), buona resistenza meccanica e isolamento elettrico .

Il cloruro di polivinile ha scarsa stabilità alla luce e al calore. Il punto di rammollimento è 80℃ e inizia a decomporsi a 130℃. Senza stabilizzatore di riscaldamento, il cloruro di polivinile inizia a decomporsi a 100 ℃ e si decompone più velocemente sopra 130 ℃. Quando riscaldato, rilascia gas di acido cloridrico (il gas di acido cloridrico è tossico) e cambia colore da bianco a giallo chiaro, rosso, marrone e nero. I raggi ultravioletti e l'ossigeno della luce solare possono causare la decomposizione fotoossidativa del polivinilcloruro, riducendo così la flessibilità del polivinilcloruro e rendendolo infine fragile. Questo è il motivo per cui alcune plastiche in PVC diventano gialle e fragili nel tempo.

Ha proprietà fisiche e chimiche stabili, è insolubile in acqua, alcool e benzina e ha una bassa permeabilità ai gas e al vapore acqueo. A temperatura ambiente può sopportare qualsiasi concentrazione di acido cloridrico, acido solforico inferiore al 90%, acido nitrico al 50-60% e soluzione di soda caustica inferiore al 20% e ha una certa resistenza alla corrosione chimica. È abbastanza stabile ai sali, ma può essere disciolto in solventi organici come etere, chetoni, idrocarburi alifatici clorurati e idrocarburi aromatici.

La resina di cloruro di polivinile industriale è principalmente una struttura amorfa, ma contiene anche alcune aree cristalline (circa il 5%), quindi il cloruro di polivinile non ha un punto di fusione evidente. Inizia a rammollire a circa 80°C e ha una temperatura di deformazione termica (sotto un carico di 1.82MPa) di 70-71°C. Inizia a scorrere a 150°C sotto pressione e inizia a rilasciare lentamente acido cloridrico, facendo cambiare colore al polivinilcloruro (da giallo a rosso, marrone o addirittura nero).

Il peso molecolare medio ponderale del cloruro di polivinile industriale è compreso tra 48000 e 48000 e il corrispondente peso molecolare medio numerico è 20000-19500. Il peso molecolare medio ponderale della maggior parte delle resine industriali è 100000-200000 e il peso molecolare medio numerico è 45500-64000. Il cloruro di polivinile rigido (senza plastificante) ha una buona resistenza meccanica, resistenza agli agenti atmosferici e ritardo di fiamma. Può essere utilizzato da solo come materiale strutturale e applicato alla fabbricazione di tubi, piastre e prodotti stampati a iniezione nell'industria chimica. Il cloruro di polivinile rigido può essere utilizzato come materiale di rinforzo.

Densità: 1380 kg/m³

Modulo elastico di Young (E): 2900-3400MPa

Resistenza alla trazione (σt): 50-80MPa

Allungamento a rottura: 20-40%

Temperatura di transizione vetrosa: 87℃

Punto di fusione: 212 ℃

Temperatura di rammollimento: 85 ℃

Conducibilità termica (λ): 0.16 W/(m·K)

Coefficiente di dilatazione termica (α): 8×10^-5/K

Capacità termica (c): 0.9 kJ/(kg·K)

Assorbimento d'acqua (ASTM): 0.04-0.4

Indice di rifrazione: 1.52~1.55

La caratteristica più importante del cloruro di polivinile è che è ritardante di fiamma, quindi è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di protezione antincendio. Tuttavia, il cloruro di polivinile rilascia acido cloridrico e altri gas tossici come le diossine durante la combustione.

La combustione del cloruro di polivinile è divisa in due fasi. Innanzitutto, brucia e decompone il gas di acido cloridrico e i dieni contenenti doppi legami a 240 ℃ -340 ℃, quindi avviene la combustione del carbonio a 400-470 ℃.

È uno dei prodotti in plastica più grandi al mondo, economico e ampiamente utilizzato. La resina di cloruro di polivinile è una polvere bianca o giallo chiaro. È possibile aggiungere diversi additivi in ​​base ai diversi usi e la plastica di cloruro di polivinile può presentare proprietà fisiche e meccaniche diverse. L'aggiunta di una quantità adeguata di plastificante alla resina di cloruro di polivinile può creare una varietà di prodotti duri, morbidi e trasparenti.

La densità del cloruro di polivinile puro è 1.4 g/cm³ e la densità delle parti in plastica di polivinilcloruro con plastificanti e riempitivi aggiunti è generalmente 1.15-2.00 g/cm³.

Il cloruro di polivinile rigido ha una buona resistenza alla trazione, alla flessione, alla compressione e all'impatto e può essere utilizzato da solo come materiale strutturale.

La morbidezza, l'allungamento alla rottura e la resistenza al freddo del polivinilcloruro morbido aumenteranno, ma la sua fragilità, durezza e resistenza alla trazione diminuiranno.

Il cloruro di polivinile ha buone proprietà di isolamento elettrico e può essere utilizzato come materiale isolante a bassa frequenza. Ha anche una buona stabilità chimica. Tuttavia, a causa della sua scarsa stabilità termica, il riscaldamento a lungo termine porterà alla decomposizione, al rilascio di gas HCL e allo scolorimento del cloruro di polivinile. Pertanto, il suo campo di applicazione è relativamente ristretto e la temperatura operativa è generalmente compresa tra -15 e 55°C.

Conversione tra il valore di durezza del PVC Pa (Pa) e la durezza Shore sono le seguenti:

Pa	Durezza Shore
45	89±2, 87~91A
50	86±2, 84~88A
55	83±2, 81~85A
60	80±2,78~82A
65	78±2, 76~80A
70	75±2~73A
75	72±2, 70~74A
80	69±2~67A

Tabella comparativa della durezza del PVC
Durezza pascal	Spessore	Valore del test di durezza Shore	Valore medio di durezza
30P	6mm	93-96 °	94.5 °
35P	6mm	87-93 °	90°
38P	6mm	89-90 °	89.5 °
40P	6mm	88-90 °	89°
45P	6mm	84-90 °	85°
50P	6mm	82-83 °	82.5 °
55P	6mm	70-80 °	79°
60P	6mm	74-76 °	75°
65P	6mm	73-75 °	74°
70P	6mm	72-74 °	73°
75P	6mm	70-70.5 °	70°
80P	6mm	67-68 °	67.5 °
85P	6mm	64-66 °	65°
90P	6mm	63-64 °	63.5 °
95P	6mm	58-60 °	59°
100P	6mm	57-59 °	58°
110P	6mm	54-56 °	55°

Un'altra tabella comparativa della durezza
Pa	Durezza Shore
30	95 2 ±
45	90 2 ±
50	88 2 ±
60	84 2 ±
70	80 2 ±
80	76 2 ±
90	72 2 ±
95	68 2 ±
105	64 2 ±
Nota: il valore della durezza Shore viene letto dopo 15 secondi

Condizioni di stampaggio

PVC rigido

Temperatura del tubo: 160-190 ℃

Temperatura dello stampo: 40-60 ℃

Temperatura di asciugatura: 80℃×2h

Pressione di iniezione: 700-1500 kg/cm²

Densità: 1.4 g / cm³

Ritiro dello stampaggio: 0.1-0.5%

Spessore: 2.0-50 mm

Assorbimento d'acqua (24 ore): 0.1-0.4%

Punto di rammollimento di fusione: 89 ℃

Temperatura di deformazione termica: 70 ℃

in PVC morbido

Temperatura del tubo: 140-170 ℃

Temperatura dello stampo: 40-60 ℃

Temperatura di asciugatura: 80℃×2h

Pressione di iniezione: 600-1500 kg/cm²

Densità: 1.4 g / cm³

Ritiro dello stampaggio: 0.1-0.5%

Spessore: 2.0-50 mm

Assorbimento d'acqua (24 ore): 0.1-0.4%

Punto di rammollimento di fusione: 85 ℃

Temperatura di deformazione termica: 55 ℃

Elaborazione del materiale

La plastica in PVC ha forme diverse e viene lavorata in vari modi, tra cui pressatura, estrusione, iniezione, rivestimento, ecc. La dimensione delle particelle, il fisheye, la densità apparente, la purezza, le impurità estranee e la porosità delle resine in PVC hanno tutti un impatto sulla lavorabilità ; le resine in pasta devono considerare la viscosità e le proprietà gelificanti della pasta.

Il cloruro di polivinile è un polimero amorfo con un basso tasso di ritiro. La polvere deve essere preriscaldata prima della lavorazione per rimuovere l'umidità, migliorare l'effetto plastificante e prevenire la formazione di bolle. Inoltre il PVC è molto facile da decomporre, soprattutto quando entra in contatto con acciaio e rame ad alte temperature (temperatura di decomposizione 200 gradi). L'intervallo di temperature di stampaggio è ridotto e la temperatura del materiale deve essere rigorosamente controllata. Quando si utilizza una macchina per iniezione a vite e un ugello diretto, l'apertura deve essere ampia per evitare il ristagno di materiale negli angoli morti. Il sistema di colata in stampo dovrebbe essere grossolano, la sezione del cancello dovrebbe essere grande, lo stampo dovrebbe essere raffreddato, la temperatura dello stampo dovrebbe essere di 30-60 ℃ e la temperatura del materiale dovrebbe essere di 160-190 ℃.

Al di sotto della temperatura di transizione vetrosa (Tg, 80 ℃), il cloruro di polivinile è allo stato vetroso; dalla Tg alla temperatura del flusso viscoso (Tf, circa 160℃), è in uno stato di gomma altamente elastico con plasticità; da Tf alla temperatura di decomposizione termica (Td ), è in uno stato di flusso viscoso e maggiore è la temperatura, più facile è il flusso. Quando la temperatura supera Td, il PVC decompone una grande quantità di acido cloridrico (HCl) e il materiale perde la stabilità chimica e le proprietà fisiche, quindi Td è la temperatura limite superiore per la lavorazione e lo stampaggio. A causa della forte forza intermolecolare del polietilene, il Tf è molto elevato, anche vicino alla temperatura di decomposizione, quindi è necessario aggiungere plastificanti per ridurre il Tf. D'altra parte, è necessario aggiungere anche stabilizzanti per aumentare la Td del PVC prima di poter effettuare la lavorazione e lo stampaggio.

La temperatura di transizione vetrosa (Tg) è correlata solo alla struttura del segmento della catena molecolare e ha poco a che fare con il peso molecolare, mentre la temperatura di flusso viscoso (Tf) è la temperatura alla quale le macromolecole iniziano a muoversi ed è correlata al peso molecolare. Maggiore è il peso molecolare, maggiore è la Tf. Pertanto, per alcune lavorazioni e stampaggi (come lo stampaggio a iniezione), è necessario ridurre opportunamente il peso molecolare della resina. In base al peso molecolare, la resina di cloruro di polivinile sospesa prodotta in Cina è suddivisa nei gradi 1-7. Maggiore è il numero di serie, minore è il peso molecolare. Le resine da XJ-4 (XS-4) a XJ-7 (XS-7) sono spesso utilizzate per realizzare tubi rigidi, pannelli rigidi, ecc. Altri tipi hanno pesi molecolari inferiori. Le resine con pesi molecolari maggiori necessitano dell'aggiunta di una grande quantità di plastificanti per ridurre la Tf a causa della loro Tf più elevata, quindi sono spesso utilizzate per realizzare prodotti morbidi. Il cloruro di polivinile con un grado di polimerizzazione medio inferiore a 1000 è definito cloruro di polivinile a bassa polimerizzazione, che offre migliori prestazioni di lavorazione. Durante la lavorazione è possibile aggiungere meno plastificante, in modo che il prodotto non ne acceleri l'invecchiamento dovuto alla migrazione dei plastificanti. I prodotti in cloruro di polivinile a bassa polimerizzazione presentano una buona trasparenza e sono ampiamente utilizzati nei materiali da costruzione, nei materiali di imballaggio per alimenti e farmaci e per sostituire i prodotti in vetro organico.

Il cloruro di polivinile fuso è uno pseudofluido non newtoniano. Maggiore è la velocità di taglio, minore è la viscosità apparente e il cambiamento è piuttosto sensibile. Quando la temperatura aumenta, la viscosità non diminuisce molto. Anche se la plastica è al di sotto della temperatura di decomposizione, verrà degradata termicamente e ossidativamente a causa del lungo periodo di tempo ad alta temperatura, il che influirà sulle sue prestazioni. Pertanto, per migliorare la fluidità del cloruro di polivinile fuso si dovrebbe considerare principalmente l'aumento della velocità di taglio (aumento della pressione). Infatti, aumentando la forza esterna si aiuta il movimento delle macromolecole, si riduce il Tf e le macromolecole possono fluire a temperatura inferiore.

Applicazioni principali

Profili in cloruro di vinile

Profili e materiali con forme speciali rappresentano le maggiori aree di consumo di PVC in Cina, rappresentando circa il 25% del consumo totale di PVC. Vengono utilizzati principalmente per realizzare porte e finestre e materiali a risparmio energetico. Il volume delle loro richieste continua a crescere in modo significativo in Cina. Nei paesi sviluppati, anche la quota di mercato delle porte e finestre in plastica è la più alta, pari al 50% in Germania, al 56% in Francia e al 45% negli Stati Uniti.

Tubo in PVC

Tra i numerosi prodotti in PVC, i tubi in PVC sono il secondo maggior consumatore, rappresentando circa il 20% del suo consumo. In Cina, i tubi in PVC sono stati sviluppati prima dei tubi in PE e in PP, con un'ampia varietà, prestazioni eccellenti e un'ampia gamma di usi, occupando una posizione importante nel mercato.

Pellicola di cloruro di polivinile

Il consumo di PVC nel campo delle pellicole in PVC è al terzo posto, rappresentando circa il 10%. Dopo che il PVC è stato miscelato con additivi e plastificato, viene trasformato in una pellicola trasparente o colorata di uno spessore specificato utilizzando una macchina a tre o quattro rulli. calandra. La pellicola lavorata in questo modo diventa una pellicola calandrata. Può anche essere lavorata in sacchetti per imballaggio, impermeabili, tovaglie, tende, giocattoli gonfiabili, ecc. tramite taglio e termosaldatura. Le pellicole trasparenti larghe possono essere utilizzate per serre, serre di plastica e pellicole a terra. La pellicola stirata biassialmente ha la proprietà di restringersi a causa del calore e può essere utilizzata per imballaggi termoretraibili.

Legno duro e fogli in PVC

Al PVC vengono aggiunti stabilizzanti, lubrificanti e riempitivi. Dopo la miscelazione, il PVC può essere estruso in tubi rigidi, tubi a forma speciale e tubi corrugati di vari calibri utilizzando un estrusore, che possono essere utilizzati come tubi per fognature, tubi per acqua potabile, guaine per cavi o corrimano per scale. Le lamiere laminate possono essere sovrapposte e pressate a caldo per realizzare lastre dure di vari spessori. Le piastre possono essere tagliate nelle forme richieste e poi saldate con aria calda utilizzando bacchette di saldatura in PVC in vari serbatoi di stoccaggio, condotti dell'aria e contenitori resistenti agli agenti chimici.

Prodotti morbidi generali in PVC

L'estrusore può essere utilizzato per estrudere tubi, cavi, fili, ecc.; la macchina per lo stampaggio a iniezione può essere utilizzata con vari stampi per realizzare sandali, suole, pantofole, giocattoli, ricambi auto, ecc. in plastica.

Materiali da imballaggio in PVC

I prodotti a base di cloruro di polivinile vengono utilizzati principalmente per l'imballaggio di vari contenitori, pellicole e fogli rigidi. I contenitori in PVC vengono utilizzati principalmente per produrre acqua minerale, bevande, flaconi per cosmetici e vengono utilizzati anche per il confezionamento di oli raffinati. La pellicola in PVC può essere utilizzata per coestrusione con altri polimeri per produrre prodotti laminati a basso costo, nonché prodotti trasparenti con buone proprietà barriera. La pellicola di cloruro di polivinile può essere utilizzata anche per imballaggi estensibili o termoretraibili, utilizzati per confezionare materassi, tessuti, giocattoli e prodotti industriali.

Rivestimenti e pavimenti in PVC

I rivestimenti in PVC vengono utilizzati principalmente per sostituire i rivestimenti in alluminio. Oltre ad una parte di resina in PVC, i restanti componenti delle piastrelle per pavimenti in PVC sono materiali riciclati, adesivi, riempitivi e altri componenti. Vengono utilizzati principalmente sui pavimenti duri dei terminal aeroportuali e in altri luoghi.

Prodotti di consumo quotidiano in PVC

Le borse per valigie sono prodotti tradizionali realizzati in PVC. Il PVC viene utilizzato per realizzare varie finte pelli per borse da viaggio, prodotti sportivi come palloni da basket, palloni da calcio e rugby. Può essere utilizzato anche per realizzare cinture per uniformi e dispositivi di protezione speciali. I tessuti in PVC per l'abbigliamento sono generalmente tessuti assorbenti (non è richiesto alcun rivestimento), come impermeabili, pantaloni per bambini, giacche in similpelle e vari stivali da pioggia. Il PVC è utilizzato in molti prodotti sportivi e di intrattenimento, come giocattoli, dischi e attrezzature sportive. I giocattoli e le attrezzature sportive in PVC hanno un grande tasso di crescita, grazie al basso costo di produzione e alla facilità di stampaggio, e presentano un vantaggio.

Prodotti rivestiti in PVC

La pelle artificiale con supporto viene realizzata applicando pasta di PVC su stoffa o carta e poi plastificandola a una temperatura superiore a 100°C. Può anche essere realizzato arrotolando prima il PVC e gli additivi in ​​una pellicola e poi pressandolo con un supporto. La pelle artificiale senza supporto viene arrotolata direttamente da una calandra in un foglio morbido di un certo spessore e quindi pressata con un disegno. La pelle artificiale può essere utilizzata per realizzare valigie, borse, copertine di libri, cuscini per divani e sedili di automobili, ecc., nonché per la pelle dei pavimenti, utilizzata come materiale di rivestimento dei pavimenti degli edifici.

Prodotti in schiuma di PVC

Quando si mescola il PVC morbido, aggiungere una quantità adeguata di agente schiumogeno per produrre fogli, che vengono schiumati e modellati in plastica espansa, che possono essere utilizzati come pantofole in schiuma, sandali, solette e materiali da imballaggio antiurto e ammortizzanti. Può anche essere trasformato in fogli e profili in PVC rigido a bassa schiuma mediante estrusori, che possono sostituire il legno ed è un nuovo tipo di materiale da costruzione.

Foglio in PVC trasparente

I modificatori di impatto e gli stabilizzatori organostannici vengono aggiunti al PVC, che viene miscelato, plastificato e calandrato per diventare fogli trasparenti. Può essere trasformato in contenitori trasparenti a parete sottile o utilizzato per il vuoto bolla imballaggio mediante termoformatura, ed è un ottimo materiale da imballaggio e decorativo.

Altri

Porte e finestre sono assemblate con materiali duri dalla forma speciale. In alcuni paesi hanno occupato il mercato dei serramenti insieme ai serramenti in legno, alle finestre in alluminio, ecc.; materiali finto legno, materiali da costruzione sostitutivi dell'acciaio (al nord, sulla costa); contenitori cavi.

Il circuito virtuale è uno dei servizi forniti dalla rete a commutazione di pacchetto (l'altro è il servizio datagramma). In poche parole, si tratta di stabilire una connessione logica virtuale tra gli host degli utenti attraverso il meccanismo di controllo all'interno della rete e garantire la correttezza e l'ordine dei pacchetti trasmessi su di essa. La creazione e la rimozione dei circuiti virtuali deve essere effettuata prima e dopo la comunicazione. Il circuito virtuale permanente è un circuito virtuale stabilito quando la rete viene inizializzata e il circuito virtuale viene sempre mantenuto. La rete X.25 e B-ISDN forniscono entrambe il servizio PVC. I sacchetti di plastica in PVC sono generalmente vietati.

Nuova ricerca sui materiali

Attualmente, la domanda annuale totale di plastica modificata in Cina è di circa 5 milioni di tonnellate, pari a circa il 10% del consumo totale di plastica, un valore di gran lunga inferiore alla media mondiale. Esiste ancora un grande divario tra il consumo di plastica pro capite cinese e quello dei paesi sviluppati del mondo. Al fine di raggiungere uno sviluppo rapido e stabile dell'industria cinese delle materie plastiche modificate, la tecnologia innovativa è la chiave per lo sviluppo futuro.

Gli analisti dell'industria chimica ritengono che il livello di sviluppo complessivo dell'industria cinese delle plastiche modificate non sia attualmente molto elevato. La scala di produzione delle imprese del settore è generalmente piccola. Esistono molti prodotti primari sul mercato, la qualità dei prodotti intermedi non è sufficientemente stabile e mancano prodotti avanzati. È lungi dal soddisfare le esigenze dell’attuale sviluppo sociale ed economico cinese. Essendo una parte importante del campo dei nuovi materiali chimici, la plastica modificata è stata elencata come uno dei settori scientifici e tecnologici chiave per lo sviluppo da parte della Cina. Dall'introduzione di varie politiche in Cina, lo sviluppo dell'industria della plastica modificata sarà ulteriormente promosso. L’industria automobilistica e quella degli elettrodomestici sono punti caldi per lo sviluppo di plastiche modificate, che rappresentano oltre il 50% del totale.

Le materie plastiche sono utilizzate nell'industria automobilistica da oltre 50 anni. Man mano che le auto si spostano verso materiali leggeri e a risparmio energetico, vengono imposti requisiti più elevati ai materiali. Poiché 1 kg di plastica può sostituire 2-3 kg di materiali più pesanti come l'acciaio, e ogni riduzione del 10% del peso proprio dell'auto può ridurre il consumo di carburante del 6%-8%. Pertanto, aumentare la quantità di materie plastiche modificate nelle auto può ridurre il costo e il peso dell'intero veicolo e ottenere effetti di risparmio energetico. Anche la quantità di diverse materie plastiche utilizzate nelle autovetture e nei veicoli commerciali è diversa. L'anno scorso, la domanda di PP modificato, leghe di PC e leghe modificate ABS era di circa 1.1463 milioni, 151,300 e 149,700 tonnellate rispettivamente. Il mercato delle plastiche modificate per elettrodomestici in Cina è occupato principalmente da aziende straniere, e le aziende nazionali di plastica modificata rappresentano meno di 1/3 della quota di mercato. Poiché i prodotti delle aziende nazionali sono per lo più limitati a livelli di bassa tecnologia e basso standard, la loro capacità di esplorare aree con requisiti di alte prestazioni è ovviamente insufficiente.

Secondo il “2009-2012 China Modified Plastics Industry Market Analysis and Investment Value Research Report”, con il sostanziale miglioramento degli standard di vita delle persone e il miglioramento dei mezzi tecnici, “sostituire l'acciaio con la plastica” e “sostituire il legno con la plastica” diventerà una tendenza in Cina. Come sottosettore con lo sviluppo più rapido e un grande potenziale di sviluppo nel lavorazione della plastica Si prevede che l'industria delle materie plastiche modificate manterrà un tasso di crescita superiore al 10% della domanda totale del mercato cinese nei prossimi cinque anni.

Il PVC sostituisce l'acciaio con la plastica

Attraverso la ricerca sulla tecnologia di modifica del PVC, l'uso di una tecnologia avanzata di plastificazione interna e di una formula additiva, le proprietà meccaniche ed elettriche dell'acciaio plastico PVC sono garantite, le prestazioni ignifughe sono migliorate e il prodotto presenta i vantaggi di elevata resistenza e resistenza alla corrosione , ritardante di fiamma, buone prestazioni di isolamento, leggerezza e costruzione conveniente. Può sostituire completamente i tubi in acciaio negli impianti elettrici.

Il PVC sostituisce il legno con la plastica

Il materiale composito legno-plastica in PVC è un nuovo tipo di materiale composito costituito da fibre di legno di scarto e plastica come materie prime principali, integrato da adeguati coadiuvanti tecnologici e preparato mediante pressatura a caldo. I suoi prodotti incarnano pienamente il concetto di riciclaggio delle risorse rinnovabili e dei prodotti petroliferi e sono di grande importanza per alleviare gli attuali problemi di carenza di risorse di legno e petrolio e di grave inquinamento ambientale.

I materiali da costruzione per la casa che utilizzano il PVC come materia prima principale sono diventati il ​​secondo pilastro dell'industria cinese della plastica, con un tasso di crescita medio annuo superiore al 15%. Nei prossimi 10 anni, si prevede che il Paese aggiungerà 30 miliardi di metri quadrati di superficie edificabile. Se questi edifici riuscissero a raggiungere un risparmio energetico del 50% sulla base esistente, la domanda del mercato di materiali da costruzione a risparmio energetico potrebbe raggiungere decine di trilioni di yuan, il che offre un enorme spazio per lo sviluppo di materiali decorativi per interni a risparmio energetico. Per molto tempo l’industria dei materiali da costruzione è stata caratterizzata da elevati consumi energetici ed elevato inquinamento. Per adattarsi ai requisiti di un’economia a basse emissioni di carbonio, dopo anni di ricerca e sviluppo, le aziende di materiali da costruzione per la casa hanno sviluppato un lotto di materiali da costruzione in PVC ad alta simulazione che utilizzano plastica invece del legno, che sono diventati prodotti per la casa che si combinano perfettamente basso tenore di carbonio e praticità.

Gli esperti del settore sottolineano che i materiali da costruzione in PVC che sostituiscono il legno con la plastica non solo fanno risparmiare sui costi, ma sono anche riciclabili e in linea con la tendenza generale dello sviluppo sostenibile dal punto di vista ambientale e dell’economia circolare.

Metodo di identificazione

I metodi convenzionali di identificazione del PVC sono generalmente classificati nelle seguenti tre categorie, vale a dire:

Identificazione della combustione

Intervallo di temperatura di rammollimento o fusione: 75~90℃;

Condizioni di combustione: autoestinguente dopo accensione;

Stato della fiamma accesa: gialla in alto, verde in basso con fumo; Situazione dopo aver lasciato il fuoco: spento; Odore: odore pungente, acido.

Questo metodo è il più semplice e diretto ed è generalmente la prima scelta.

Identificazione del trattamento solvente

Solventi: tetraidrofurano, cicloesanone, dimetilformammide;

Non solventi: metanolo, acetone, eptano.

Aggiungendo la sospetta plastica PVC ai solventi di cui sopra e osservando la dissoluzione della plastica, è possibile determinare se si tratta di PVC. L'effetto di dissoluzione sarà più evidente dopo il riscaldamento del solvente.

Metodo della gravità

Il peso specifico del PVC è 1.35~1.45, generalmente intorno a 1.38. Il cloruro di polivinile e altre materie plastiche possono essere distinti dalla differenza di gravità specifica o dal metodo di misurazione della gravità specifica. Tuttavia, poiché è possibile fare in modo che il PVC abbia una grande differenza in termini di peso specifico e durezza aggiungendo plastificanti, modificatori e riempitivi, e molte proprietà della plastica in PVC cambieranno anche a causa dell'aggiunta di alcuni ingredienti, i nostri metodi di identificazione comunemente utilizzati non sono efficaci , e anche il fenomeno cambia, rendendo impossibile esprimere un giudizio accurato. Ad esempio: in termini di densità, il cloruro di polivinile plastificato (contenente circa il 40% di plastificante) è 1.19~1.35; mentre i prodotti duri in PVC sono aumentati a 1.38~1.50. Se si tratta di un prodotto in PVC altamente riempito, la densità può talvolta superare 2.

Inoltre, può anche essere determinato determinando se il materiale contiene cloro, ma poiché i copolimeri del cloruro di vinile, la gomma cloroprene, il cloruro di polivinilidene, il cloruro di polivinile clorurato, ecc. contengono tutti un'elevata percentuale di cloro, devono essere identificati anche attraverso il colore della piridina reazione. Si noti che prima del test, il campione deve essere estratto con etere per rimuovere il plastificante. Il metodo di prova è: sciogliere il campione prelevato con etere benzene in tetraidrofurano, filtrare i componenti insolubili, aggiungere metanolo per farlo precipitare ed essiccarlo a temperatura inferiore a 75 gradi dopo l'estrazione. Non è necessario che una piccola quantità di campione essiccato reagisca con 1 ml di piridina. Dopo alcuni minuti, aggiungere 2 o 3 gocce di soluzione di idrossido di sodio e metanolo al 5% (1 g di idrossido di sodio è sciolto in 20 ml di metanolo), osservare immediatamente il colore e osservarlo nuovamente rispettivamente dopo 5 minuti e 1 ora. Diverse plastiche contenenti cloro possono essere identificate in base al colore.

Nella vita quotidiana siamo più esposti ai film plastici (sacchetti) in PVC e PE che devono essere distinti. Ecco un metodo semplice:

1. Metodo tattile

Al tatto risulta lubrificato e la superficie è come ricoperta da uno strato di cera (chimicamente chiamata sensazione di cera). Si tratta di un sacchetto di pellicola di polietilene non tossico, mentre la pellicola di cloruro di polivinile risulta un po' appiccicosa.

2. Metodo di dithering

Se lo agiti con la mano, emetterà un suono nitido e galleggerà leggermente, che è un sacchetto di pellicola di polietilene. Se lo agiti con la mano, emetterà un suono profondo, che è un sacchetto di pellicola di cloruro di polivinile.

3. Metodo di combustione

Se è infiammabile a contatto con il fuoco, la fiamma è gialla, l'olio simile alla paraffina gocciola durante la combustione e c'è gas che brucia la candela, è un sacchetto di pellicola di polietilene non tossico. Se non è facile da bruciare, si spegnerà quando è lontano dal fuoco e la fiamma è verde, è un sacchetto di pellicola di polivinilcloruro.

4. Metodo di immersione

Immergere un sacchetto di plastica nell'acqua e premerlo nell'acqua con la mano. Quello che galleggia in superficie è il polietilene e quello che affonda sul fondo è il cloruro di polivinile (la densità del polietilene è inferiore a quella dell'acqua e la densità del cloruro di polivinile è superiore a quella dell'acqua; a temperatura ambiente, sono rispettivamente circa 0.92 g/cm³ e 1.4 g/cm³).

Puoi anche prendere un filo di rame e bruciarlo nel fuoco finché non diventa rosso, quindi metterlo in contatto con la pellicola di plastica di prova per produrre un cambiamento chimico, quindi rimettere nella fiamma il filo di rame immerso nel componente di plastica. In questo momento, è necessario osservare attentamente. Se appare una fiamma verde colorata e abbagliante, significa che questo materiale plastico contiene cloro e appartiene al materiale del cloruro di polivinile.

Salute e Sicurezza

Degradazione

Aspergillus fumigatus può degradare il cloruro di polivinile plastificato. Phanerochaete chrysosporium è stato coltivato su PVC in agar di sali minerali. Ascomyces chrysosporium, Aspergillus niger, Aspergillus niger e Aspergillus sidovi sono stati in grado di degradare efficacemente il PVC.

I plastificanti

Gli ftalati vengono comunemente aggiunti alla plastica come plastificanti. Gli ftalati sono progettati per non legarsi covalentemente alla matrice polimerica e sono quindi altamente suscettibili alla lisciviazione. Gli ftalati si trovano in alte concentrazioni nella plastica. Ad esempio, gli ftalati possono essere presenti fino al 40% in peso nelle sacche per flebo e fino all'80% in peso nei tubi medicali. I prodotti in vinile, che si trovano ovunque, compresi giocattoli, interni di automobili, tende da doccia e pavimenti, inizialmente rilasciavano fumi chimici nell’aria.

I pericoli del piombo

In passato il piombo veniva spesso aggiunto al cloruro di polivinile per migliorarne la lavorabilità e la stabilità, ma è stato dimostrato che il piombo può filtrare nell'acqua potabile dai tubi in PVC.

Lo stearato di piombo, un antiossidante per il cloruro di polivinile, è tossico. I prodotti antiossidanti in cloruro di polivinile (PVC) con sale di piombo fanno precipitare il piombo quando vengono a contatto con etanolo, etere e altri solventi. Quando il cloruro di polivinile contenente sale di piombo viene utilizzato come imballaggio alimentare e incontra bastoncini di pasta fritta, torte fritte, pesce fritto, prodotti a base di carne cotta, torte e snack, le molecole di piombo si diffondono nell'olio, quindi i sacchetti di plastica del cloruro di polivinile non possono essere utilizzati per contenere il cibo. , in particolare gli alimenti contenenti olio. Inoltre, i prodotti in plastica di cloruro di polivinile decompongono lentamente il gas di acido cloridrico a temperature più elevate, ad esempio intorno ai 50°C. Questo gas è dannoso per il corpo umano, quindi i prodotti a base di cloruro di polivinile non sono adatti per l'imballaggio alimentare.

Monomero di cloruro di vinile

All’inizio degli anni ’1970, la cancerogenicità del cloruro di vinile (comunemente noto come monomero di cloruro di vinile o VCM) era collegata al cancro nei lavoratori dell’industria del cloruro di polivinile. Nello specifico, ai lavoratori del reparto di polimerizzazione di uno stabilimento BF Goodrich vicino a Louisville, nel Kentucky, è stato diagnosticato un emangiosarcoma del fegato, noto anche come angiosarcoma, una malattia rara. Da allora, gli studi sui lavoratori del cloruro di polivinile in Australia, Italia, Germania e Regno Unito hanno tutti collegato alcuni tipi di cancro professionale all’esposizione al cloruro di vinile, ed è stato accettato che il monomero del cloruro di vinile è cancerogeno.

Diossine (TCDD)

Il TCDD, la sostanza più mortale della famiglia delle diossine, è un noto cancerogeno, decompositore ormonale e composto tossico molto dannoso per l'uomo e gli animali. L'HCl prodotto dal cloruro di polivinile quando brucia è quasi proporzionale al suo contenuto di cloro. Gli studi hanno dimostrato che il cloro contenuto nelle diossine emesse non proviene dall'HCl presente nei gas di scarico. La maggior parte delle diossine vengono invece prodotte nella fase solidificata dalla reazione dei cloruri inorganici con la struttura della grafite contenuta nelle particelle di cenere di carbonio. Il rame è un catalizzatore per queste reazioni.

Gli studi sull’incenerimento dei rifiuti domestici hanno dimostrato che la produzione di diossina aumenta con l’aumento delle concentrazioni di PVC. Gli incendi nelle discariche possono essere una maggiore fonte di diossine nell’ambiente. Un’indagine internazionale di studi ha costantemente rilevato che le aree interessate dall’incenerimento di rifiuti a cielo aperto presentano concentrazioni di diossina più elevate, e uno studio che ha analizzato i modelli omologhi ha rilevato che i campioni con le concentrazioni di diossina più elevate erano “tipici della pirolisi del PVC”.

La seconda maggiore fonte di diossine sono gli inceneritori di rifiuti sanitari e urbani. Sono stati condotti vari studi con risultati contrastanti. Ad esempio, uno studio sugli inceneritori su scala commerciale non ha mostrato alcuna relazione tra la quantità di cloruro di polivinile nei rifiuti e le emissioni di diossina. Altri studi hanno mostrato una chiara correlazione tra la formazione di diossina e la quantità di cloruro presente e hanno suggerito che il cloruro di polivinile sia un fattore importante nella formazione di diossine e PCB negli inceneritori.

Altro

Poiché la maggior parte dei dispositivi medici monouso utilizza cloruro di polivinile (PVC) di grado medico o policarbonato (PC) e i prodotti di decomposizione termica durante la lavorazione del PVC sono altamente corrosivi per l'acciaio, mentre il PC è duro e appiccicoso, i requisiti del materiale per le parti plastificate devono essere resistenti alla corrosione, all'usura e avere elevate prestazioni di lucidatura. La maggior parte delle macchine per stampaggio a iniezione medicale utilizza la cromatura dura sulla vite del cilindro o acciaio inossidabile come materiale per realizzare la vite della macchina per soddisfare i requisiti speciali di cui sopra. Inoltre, per impedire la generazione di gas durante la decomposizione termica del PVC durante la lavorazione, è necessario placcare l'alluminio sulla superficie dei modelli mobili e fissi e anche la lamiera esterna è placcata con alluminio o realizzata in acciaio inossidabile. I giunti in lamiera sono sigillati con silicone atossico per impedire al gas generato durante la lavorazione della plastica di fuoriuscire all'esterno (il gas generato durante la lavorazione della plastica può essere raccolto da apparecchiature speciali e quindi purificato prima di essere scaricato nell'atmosfera).

Riciclaggio

Il cloruro di polivinile (PVC) è riciclabile e il codice identificativo della resina è “3”.