Ciężko jest sobie wyobrazić otaczający nas świat bez butelek, pojemników, rur, wykładzin, strzykawek, dachówek, folii, izolacji kablowych, profili budowlanych, płyt i podobnych materiałów, które można by wymieniać bez końca. Co łączy te produkty? Wszystkie zostały wykonane z jednego z najbardziej uniwersalnych tworzyw sztucznych o nazwie PVC. Co to jest PVC? W jakich procesach jest otrzymywany? Jakie są rodzaje PVC? Jakie posiada wady i zalety?

W niniejszym artykule postaramy się odpowiedzieć na te wszystkie pytania.

PVC? PCV? PCW? Czym to się właściwie różni?

Wszyscy znamy doskonale skrót PCV, który jest niezwykle popularny jako nazwa tworzywa, z którego wykonane są m.in. niektóre materiały budowlane i elementy wyposażenia wnętrz. Przykłady typu okna PCV, rury PCV, płyty PCV można mnożyć i mnożyć. Dlaczego jednak szukając np. okien wykonanych z tego materiału powinniśmy posługiwać się zwrotem PVC? Dlatego, że skrót PCV jest całkowicie niepoprawny i nie funkcjonuje w nazewnictwie międzynarodowym. Polichlorek winylu posiada dwa poprawne skróty. Pierwszy z nich to PVC (od angielskiej nazwy Poli Vinyl Chloride), a drugi to skrócona nazwa polska, czyli PCW (polichlorek winylu). Popularny skrót PCV jest najprawdopodobniej nieopatrznym przekształceniem polskiego skrótu. Niestety nazwa PCV została już głęboko zakorzeniona w świadomości Polaków, co sprawia, że niektórzy producenci materiałów wykonanych z PVC (lub inaczej PCW) niewłaściwie nazywają je PCV, chcąc dopasować się do powszechnie funkcjonującej niepoprawnej nazwy tego tworzywa.

Historia PVC

Zacznijmy jednak od historii tego tworzywa. Jego odkrycie przypisuje się francuskiemu chemikowi i fizykowi Henri-Victorowi Regnault’owi, który to w 1835 roku zdołał otrzymać biały proszek nazwany później polichlorkiem winylu. Początkowo uczeni nie byli pewni, czym jest to tworzywo i w jaki sposób może być wykorzystywane i tak PVC zostało zapomniane na wiele lat. Kolejnym drobnym krokiem w celu popularyzacji tego tworzywa było opatentowanie w 1912 roku metody wytwarzania żywic ze związków winylowych. Dokonał tego odkrycia niemiecki chemik dr Fritz Klatte. Otrzymane przez niego tworzywo wykazywało silne właściwości termoplastyczne i charakteryzowało się odpornością na szereg rozpuszczalników. Ostatecznie jednak nowo opatentowane PVC nie zyskało na popularności i znowu odeszło w zapomnienie na kilkanaście lat. Dopiero lata trzydzieste XX wieku doprowadziły do ogromnego przełomu w historii polichlorku winylu, kiedy to W. L. Semon doprowadził do otrzymania plastyfikowanego PVC. Wtedy na terenie Niemiec i USA ruszyły pierwsze fabryki masowo produkujące polichlorek winylu. Od tamtego czasu PVC stało się jednym z najbardziej popularnych materiałów syntetycznych stosowanych praktycznie we wszystkich gałęziach gospodarki na świecie.

Metody wytwarzania PVC

Zanim skupimy się na metodach wytwarzania samego PVC, zwróćmy uwagę na to, w jaki sposób powstają jego poszczególne surowce. W pierwszym etapie produkcji polichlorku winylu, etylen i chlor łączą się w celu wytworzenia produktu pośredniego zwanego ditlenkiem etylenu. Jest on następnie przekształcany w chlorek winylu, będący monomerem. Etylen jest otrzymywany głównie w procesie krakingu termicznego benzyny ciężkiej, która jest uzyskiwana przez przemysł petrochemiczny w procesach rafinacji ropy naftowej. Z kolei chlor otrzymywany jest przemysłowo za pomocą elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. Monomery chlorku winylu (VCM) w procesie polimeryzacji łączą się, tworząc długie łańcuchy polichlorku winylu. Tak otrzymany PVC ma postać białego proszku. Nie jest on oczywiście stosowany samodzielnie, lecz mieszany z innymi składnikami, tak aby uzyskać odpowiednie formulacje w zależności od pożądanych zastosowań.

Wyróżnia się trzy metody przemysłowego otrzymywania PVC:

a) Polimeryzacja emulsyjna – polega na emulgowaniu chlorku winylu z wodą z wykorzystaniem odpowiednich związków chemicznych zwanych emulgatorami. Cały proces prowadzony jest w sposób ciągły lub periodyczny w reaktorach zaopatrzonych w mieszadło i system wymiany ciepła. Po wprowadzeniu do reaktora mieszaniny zawierającej monomer, wodę destylowaną oraz środki emulgujące, całość jest mieszana i jednocześnie podgrzewana, doprowadzając do utworzenia emulsji. Ten typ polimeryzacji charakteryzuje się wysokim stopniem konwersji. Produkt otrzymywany jest w postaci wodnej zawiesiny polichlorku winylu, która następnie jest suszona w celu uzyskania drobnego proszku. Polimeryzacja emulsyjna pozwala na otrzymanie PVC charakteryzującego się dobrą przezroczystością i chłonnością wody. Niestety jego właściwości elektroizolacyjne są dużo gorsze w porównaniu do produktów otrzymywanych innymi metodami,

b) Polimeryzacja suspensyjna – to proces przeprowadzany w reaktorach periodycznych w podwyższonej temperaturze (około 60^oC) z udziałem stabilizatorów suspensji oraz inicjatorów rodnikowych. Niewielka ilość monomeru jest odzyskiwana i poddawana recyklowi. Proces polimeryzacji suspensyjnej jest najbardziej popularnym sposobem otrzymywania polichlorku winylu. Uzyskiwany w niej PVC jest produktem o wysokiej jakości i dobrych właściwościach elektroizolacyjnych,

c) Polimeryzacja w masie – VCM w tym procesie jest polimeryzowany wraz z inicjatorami rodnikowymi. Otrzymuje się w ten sposób niezwykle czysty PVC o doskonałych właściwościach. Ogromną wadą tego procesu jest jego kosztowność. Polimeryzacja w masie wymaga stosowania skomplikowanych reaktorów z wydajnym systemem chłodzenia i mieszania.

Polichlorek winylu często jest modyfikowany przez inne polimery. Powstają w ten sposób tzw. kopolimery, które zawierają w swojej strukturze także inne monomery niż VCM. Tworzenie kopolimerów pozwala uzyskać tworzywa o nowych właściwości chemicznych i fizycznych. Kopolimery PVC wytwarzane są w wielu procesach, np. polimeryzacji emulsyjnej, suspensyjnej czy też szczepionej, a wybór metody determinuje, jakie właściwości będzie miał końcowy produkt. Oczywiście tak otrzymany PVC nie nadaje się do bezpośredniego użycia ze względu na swoją słabą zdolność płynięcia i stabilność termiczną. W celu poprawy jego właściwości w przetwórstwie polimerów stosuje się szereg substancji dodatkowych zwanych modyfikatorami, wpływających na fizyczne i chemiczne właściwości tworzyw. Stosowane są w tym celu dodatki smarne, plastyfikatory, barwniki, wypełniacze, antyutleniacze, modyfikatory palności i wiele innych.

Rodzaje PVC

Możemy wyróżnić kilka różnych typów polichlorku winylu, biorąc pod uwagę dwa kryteria podziału. Pierwszy z nich został już opisany powyżej, a dotyczył metod otrzymywania tego tworzywa. PVC możemy też podzielić ze względu na jego strukturę:

a) PVC-U – jest to nieplastyfikowany, twardy polichlorek winylu. Charakteryzuje się dużą odpornością na korozję, chemikalia, oleje i czynniki atmosferyczne. Może być formowany na gorąco w procesach wytłaczania, prasowania lub wtryskiwania. PVC-U posiada dobrą wytrzymałość na rozciąganie (do 50 MPa), zginanie i ściskanie (nawet do 100 MPa). Otrzymuje się z niego szereg produktów, takich jak rury kanalizacyjne, płyty, dachówki, strzykawki, pojemniki, folie twarde i wiele innych,

b) PVC-P – plastyfikowana (miękka) odmiana polichlorku winylu. To tworzywo może być otrzymywane w procesach wytłaczania, prasowania, wtrysku lub też kalendrowania. PVC-P charakteryzuje się doskonałą przejrzystością, twardością, udarnością, elastycznością, a także odpornością na warunki atmosferyczne. Jest on formowany w zdecydowanie niższej temperaturze niż jego nieplastyfikowana odmiana. PVC-P może być stosowany do produkcji izolacji kablowej, wykładzin podłogowych, tapet, węży ogrodowych, folii budowlanych i wielu innych.

Zalety i wady PVC

Polichlorek winylu posiada całą gamę zalet, ale też niestety i wad. Przeze wszystkim jest on mało odporny na zarysowania i wgniecenia, a wykonane z niego wykładziny mogą blaknąć pod wpływem promieniowania UV. Tkaniny wykonane z polichlorku winylu charakteryzują się słabą przepuszczalnością powietrza, co stanowi duży problem dla przemysłu meblarskiego ze względu na pocenie się obić wykonanych z tego tworzywa. Może być też szkodliwy dla środowiska. Co więcej, PVC-P charakteryzuje się niską odpornością na temperaturę.

Oczywiście liczba zalet polichlorku winylu całkowicie przysłania jego kilka niedoskonałości. Przede wszystkim jest to tworzywo bardzo łatwo formowalne, odporne na korozję, warunki atmosferyczne, doskonale nadające się do obróbki i barwienia. Dodatkowo polichlorek winylu wykazuje wyjątkową podatność na modyfikację swoich właściwości, dzięki czemu może być dostosowywany w zależności od jego przeznaczenia. Tak naprawdę tylko ludzka wyobraźnia ogranicza możliwości zastosowania PVC w praktyce. Obecny zakres zastosowań polichlorku winylu jest tak duży, że wiele gałęzi przemysłu nie byłoby w stanie bez niego sprawnie funkcjonować.

Autorem tekstu jest spółka PCC Rokita.

Odwiedź nowy Portal Produktowy Grupy PCC