پلی وینیل کلراید | ویژگی‌ها، روش تولید و کاربرد پی وی سی

پلی وینیل کلراید، پلی وینیل که به اختصار با نماد PVC نشان داده می شود، سومین پلیمر پلاستیکی سنتزی است که به طور گسترده در صنعت تولید می شود. پی وی سی بعد از دو پلیمر معروف، پلی اتیلن و پلی پروپیلن، پرکاربردترین پلیمر صنعتی محسوب می شود. سالانه حدود ۴۰ میلیون تن پی وی سی تولید می‌شود.

PVC به دو شکل اصلی وجود دارد: پی وی سی سخت یا Rigid PVC (که به اختصار، RPVC نام دارد) و پی وی سی انعطاف پذیر یا (Flexible PVC).

فرم سخت پی وی سی در ساخت لوله و در کاربردهای ساخت پروفیل مانند درب و پنجره PVC استفاده می شود. همچنین در ساخت بطری، بسته بندی مواد غیر خوراکی، روکش کارت (مانند کارت های بانکی یا کارت عضویت) نیز کاربرد دارد.

با افزودن نرم کننده ها می توان پلی وینیل کلراید را نرم و انعطاف پذیرتر کرد که بیشترین کاربرد را برای تبدیل شدن به فتالات دارد. این ساختار از PVC در تولید انواع لوله و اتصالات، عایق کابل برق، چرم مصنوعی، کفپوش ها، ساخت ابزارهای نشانه گذاری، محصولات بادی و بسیاری از کاربردها که جای لاستیک را می گیرد نیز استفاده می شود. پی وی سی همراه با پنبه یا پارچه در تولید بوم نقاشی استفاده می شود.

پلی وینیل کلراید خالص، یک جامد سفید و شکننده است. در الکل، نامحلول است اما در تتراهیدروفوران کمی حل می‌شود.

نگاهی به تاریخچه پلی وینیل کلراید

پلی وینیل کلراید، پی وی سی، در سال ۱۸۷۲ توسط شیمی دان آلمانی، اوژن باومن (Eugen Baumann)، پس از بررسی و آزمایش های طولانی، سنتز شد. این پلیمر به صورت یک جامد سفید در داخل یک مخزن وینیل کلراید تشکیل شد؛ این مخزن به مدت چهار هفته در قفسه ای دور از نور خورشید، قرار داشت.

در اوایل قرن بیستم، شیمی دان روسی، ایوان استرومیسلنسکی (Ivan Ostromislensky) و فریتس کلاته (Fritz Klatte) از شرکت شیمیایی آلمان Griesheim-Elektron هر دو تلاش کردند از PVC در محصولات تجاری استفاده کنند، اما مشکلات موجود در پردازش پلیمر PVC سخت و گاه شکننده، تلاش آنها را خنثی کرد.

Waldo Semon و شرکت B.F. Goodrich در سال ۱۹۲۶، روشی را برای پلاستی سایز PVC از طریق ترکیب آن با مواد افزودنی مختلف، توسعه دادند. نتیجه این تحقیق، یک ماده انعطاف پذیرتر بود که به راحتی پردازش شد و به زودی به صورت گسترده در مقیاس تجاری، استفاده شد.

روش‌های تولید پلی وینیل کلراید

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، پلی وینیل کلراید با پلیمریزاسیون مونومر وینیل کلرید (VCM) تولید می شود.

پلیمریزاسیون وینیل کلراید

حدود ۸۰٪ این روش تولید، شامل پلیمریزاسیون سوسپانسیون است. پلیمریزاسیون امولسیون، حدود ۱۲٪ و پلیمریزاسیون توده ۸٪ را تشکیل می‌دهد. این پلیمریزاسیون، سیستم تعلیق ذراتی با قطر متوسط ​​۱۰۰-۱۸۰ میکرومتر را تأمین می‌کند، در حالی که پلیمریزاسیون امولسیونی، ذرات بسیار کوچکتری با اندازه متوسط ​​ در حدود ۰.۲ میکرومتر را تولید می‌کند.

مونومر وینیل کلراید و آب، همراه با یک آغازگر پلیمریزاسیون و سایر مواد افزودنی، به راکتور وارد می شوند. محتویات ظرف واکنش، تحت فشار قرار گرفته و به طور مداوم مخلوط می شوند تا تعلیق حفظ شود و اندازه ذرات یکنواخت رزین PVC حاصل گردد.

واکنش پلیمریزاسیون، گرمازا است و بنابراین نیاز به خنک سازی دارد. از آنجا که حجم در هنگام واکنش کاهش می‌یابد (PVC متراکم تر از VCM است)، برای حفظ تعلیق در واکنش، به طور مداوم، آب به مخلوط اضافه می‌شود.

پلیمریزاسیون VCM توسط ترکیباتی به نام آغازگرها (initiators) شروع می شود که با قطرات مخلوط می‌شوند. این ترکیبات برای شروع واکنش زنجیره ای رادیکالی، تجزیه می شوند. آغازگرهای معمولی شامل دی اوکتانوئیل پراکسید و دی استیل پراکسی دی کربنات هستند که هر دو، پیوندهای شکننده اکسیژن – اکسیژن دارند.

برخی از آغازگرها، باعث می‌شوند که واکنش به سرعت شروع شود، اما به سرعت از بین می‌روند و برخی دیگر از ترکیبات آغازگر، نتیجه‌ای برعکس دارند.

ترکیبی از دو آغازگر متفاوت برای یکنواخت سازی میزان پلیمریزاسیون استفاده می‌شود. پس از رشد حدود ۱۰ برابری پلیمر، پلیمر با زنجیره کوتاه، درون قطره VCM رسوب می کند و فرآیند پلیمریزاسیون با ذرات بزرگ‌تر، با حلال و رسوب، ادامه می‌یابد.

پس از آنکه واکنش پلیمریزاسیون برای تولید پلی وینیل کلراید روند خود را طی کرد، دوغاب PVC حاصل از آن گاززدایی می شود و از بین می رود تا واحدهای مونومر وینیل کلراید اضافی را که بازیابی شده‌اند، حذف کند. سپس پلیمر در سانتریفیوژ قرار می‌گیرد تا آب از آن خارج شود.

دوغاب در بستر هوای گرم، خشک می شود و پودر حاصل از آن قبل از ذخیره سازی یا گلوله‌ای شدن، الک می شود. به طور معمول، پلی وینیل کلراید تولید شده دارای محتوای VCM کمتر از ۱ قسمت در میلیون (1ppm) است.

سایر فرآیندهای تولید، مانند پلیمریزاسیون میکرو سوسپانسیون و پلیمریزاسیون امولسیونی، PVC با اندازه ذرات کوچکتر (۱۰ میکرومتر در مقابل ۱۲۰-۱۵۰ میکرومتر برای PVC در روش تعلیق) با ویژگی های کمی متفاوت و با مجموعه‌ای از کاربردهای متفاوت تولید می کنند. پی وی سی ممکن است از مواد اولیه نفتا یا اتیلن ساخته شود.

انتشار آگهی خرید و فروش مواد شیمیایی

خواص و کاربردهای پلی وینیل کلراید

PVC یک پلیمر گرمانرم است. خواص پلی وینیل کلراید معمولاً بر اساس PVC سخت و PVC قابل انعطاف دسته بندی می‌شود.

برای مطالعه بیشتر: تری اتیلن گلایکول چیست؟ | روش تولید، ویژگی‌ها و کاربردهای TEG

خواص و ویژگی‌های مکانیکی PVC

PVC از سختی و خواص مکانیکی عالی برخوردار است. خصوصیات مکانیکی این پلیمر با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد اما با افزایش دما، کاهش پیدا می‌کند. خواص مکانیکی uPVC نیز بسیار خوب است.

خواص و ویژگی‌های حرارتی و اشتعال پذیری پلی وینیل کلراید

پایداری حرارتی پلی وینیل کلراید خام، بسیار ضعیف است، بنابراین افزودن یک تثبیت کننده گرمایی در طی فرآیند، به منظور اطمینان از خواص بهینه محصول، ضروری است. دمای ذوب PVC از ۱۰۰ درجه سانتیگراد (۲۱۲ درجه فارنهایت) تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد (۵۰۰ درجه فارنهایت) بسته به مواد افزودنی، متغیر خواهد بود. ضریب انبساط خطی PVC سخت، پایین است و در ویژگی “تاخیر شعله”، وضعیت خوبی دارد.

به عنوان یک ترموپلاستیک، PVC یک عایق ذاتی است که به مقاومت در برابر تغییرات دمای داخلی سیالات سرد و گرم، کمک می‌کند.

خواص و ویژگی‌های الکتریکی pvc

پی وی سی، یک پلیمر با خاصیت عایق بندی خوب است، اما به دلیل ویژگی قطبی بودن، خاصیت عایق بودن آن برای جریان برق در مقایسه با پلیمرهای غیر قطبی مانند پلی اتیلن و پلی پروپیلن، کمتر است.

خواص و ویژگی‌های شیمیایی pvc

پلی وینیل کلراید از نظر شیمیایی در برابر اسیدها، نمک ها، بازها، چربی ها و الکل ها مقاوم است. ساختار این پلیمر باعث می شود در برابر اثرات خورندگی فاضلاب، مقاوم باشد، به همین دلیل در سیستم‌های لوله کشی فاضلاب به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین PVC در برابر برخی از حلال ها مقاوم است، اما این فقط برای uPVC صدق می کند. به عنوان مثال، PVC در برابر احتراق و برخی از مواد رقیق کننده رنگ، مقاوم است. بعضی از حلال ها ممکن است فقط آن را متورم کنند یا تغییر شکل دهند اما در خود حل نکنند، اما بعضی دیگر مانند تتراهیدروفوران یا استون ممکن است به آن آسیب برساند.

جدول مشخصات فیزیکی و شیمیایی

کاربردهای پلی وینیل کلراید

۱- کاربرد PVC در تولید انواع لوله و اتصالات

تقریباً نیمی از رزین پی وی سی در جهان که سالانه تولید می شود، برای تولید لوله های انتقال آب شهری و صنعتی استفاده می شود. ۶۶٪ از لوله های خانه های مسکونی و حدود ۷۵٪ از لوله های انتقال فاضلاب بهداشتی خانوارها در شهرها از لوله هایی تشکیل شده اند که از جنس پلیمر پی وی سی هستند.

سبک بودن وزن لوله PVC، هزینه کم و نگهداری کم باعث شده که این لوله ها به پرکاربردترین لوله های آب و فاضلاب تبدیل شوند.

۲-کاربرد پلی وینیل کلراید در تولید کابل‌های برق

از PVC معمولاً به عنوان عایق کابل های الکتریکی استفاده می شود. پی وی سی مورد استفاده برای این منظور باید پلاستیزه شود. سیم و کابل با روکش پی وی سی، انعطاف پذیر است و برای استفاده در کابل برق، به روش سنتی با سرب تثبیت شده است. با توجه به سمی بودن سرب، این سیستم ها با سیستم های مبتنی بر کلسیم و روی جایگزین می شوند.

برای مطالعه بیشتر: دی اتیلن گلایکول چیست؟ | روش تولید، ویژگی‌ها و کاربردهای DEG

۳- کاربرد پی وی سی در ساخت و ساز

PVC یک پلاستیک معمولی، محکم اما سبک است که در ساخت و ساز استفاده می شود. با افزودن نرم کننده ها، پی وی سی، نرم و انعطاف پذیرتر می شود. اگر هیچ نرم کننده ای به آن اضافه نشود، به آن uPVC (پلی وینیل کلراید پلاستیزه نشده) یا PVC سخت می گویند.

uPVC به طور گسترده ای در صنعت ساختمان به عنوان ماده ای استفاده می شود که به نگهداری زیادی نیاز ندارد. این ماده در طیف وسیعی از رنگ ها و پوشش ها از جمله پوشش چوبی وجود دارد که به آن پی وی سی طرح چوب یا پی ویسی طرح سنگ گفته می شود.

پلی وینیل کلراید به عنوان جایگزینی برای چوب های رنگ شده، بیشتر برای قاب پنجره ها هنگام نصب شیشه های عایق بندی شده در ساختمان های جدید استفاده می شود. همچنین برای جایگزینی پنجره های قدیمی تک جداره به کار می رود، زیرا تجزیه ناپذیر است و در برابر شرایط آب و هوایی بسیار مقاوم است.

از دیگر موارد مصارف PVC در ساختمان سازی می توان به لوله های دفع پسماند، لوله های تخلیه، ناودانی ها و مجاری تخلیه روناب های باران و برف اشاره کرد. uPVC به علت مقاومت زیادی در برابر مواد شیمیایی، نور خورشید و اکسیداسیون بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

۴- کاربرد PVC در ابزارهای نشانه و علامت گذاری

پلی وینیل کلراید به صورت ورق های مسطح با ضخامت و رنگ های متنوعی تولید می شود. از پی وی سی پلاستیزه شده برای تولید فیلم های نازک، رنگی یا شفاف با قابلیت بر چسب پشت آن استفاده می شوند که به آنها وینیل گفته می شود.

این ابزارها در صنعت چاپ کاربرد دارند. از این ورق ها و فیلم ها برای تولید طیف گسترده ای از محصولات مخصوص علامت های تجاری از جمله برچسب های بدنه خودرو استفاده می شود.

۵-کاربرد PVC در تولید لباس و منسوجات

پارچه PVC مقاوم در برابر آب است. به واسطه همین ویژگی از آن در تولید انواع نسل جدید لباس ها شامل کت، تجهیزات اسکی، کفش، پیش بند و کیف های ورزشی استفاده می شود. قیمت PVC نسبت به لاستیک، چرم یا لاتکس کمتر است؛ که برای شبیه سازی از آن استفاده می شود.

۶-کاربردهای پلی وینیل کلراید در پزشکی و مراقبت‌های بهداشتی

از ترکیبات پی وی سی در پزشکی و تولید ظروف و لوله های انعطاف پذیر بهره گرفته می شود. ظروف مورد استفاده برای خون و اجزای خون، برای جمع آوری ادرار یا لوله هایی که برای خون گیری و دستگاه های خون دهی، قلب و ریه استفاده می شود، مجموعه های بای پس، مجموعه های همودیالیز و غیره، همگی به نوعی از پلی وینیل کلراید ساخته شده اند.

تقریباً یک سوم دستگاه های پزشکی تشکیل شده از پلاستیک، از PVC ساخته شده اند. دلایل استفاده از PVC انعطاف پذیر در این کاربردها برای بیش از ۵۰ سال، عواملی همچون هزینه مقرون به صرفه، شفافیت، وزن سبک، نرمی، مقاومت در برابر پارگی، مقاومت در برابر تاب خوردگی و سازگاری زیستی است.

۷-کاربرد پلی وینیل کلراید در تولید کفپوش

کفپوش پی وی سی، انعطاف پذیر و ارزان است و در ساختمان های مختلف از جمله خانه ها، بیمارستان ها، مطب و مدارس استفاده می شود. طراحی های پیچیده و سه بعدی برای این کفپوش ها امکان پذیر است.

کفپوش PVC توسط یک لایه ضد سایش، محافظت می شود. یک لایه میانی فوم وینیل در این کفپوش ها، احساس راحتی و ایمنی بیشتری را ایجاد می کند. سطح صاف و سخت لایه ضد سایش فوقانی، مانع از جمع شدن گرد و غبار و ذرات خاک می شود و از تولید میکروب در مناطقی که باید تمیز نگه داشته شوند مانند بیمارستان ها و کلینیک ها، جلوگیری می کند.

۸-کاربرد پلی وینیل کلراید در تولید مفتول‌های مقاوم

پی وی سی در اثر فشار، اکسترود می شود تا بتوان مفتول مقاوم و کابل را برای کاربردهای عمومی تولید کرد. مفتول پوشش داده شده با PVC، راحت تر کنترل می شود، در برابر خوردگی و سایش مقاوم است و برای افزایش دیده شدن، می تواند کد رنگی به آن داد.

از پی وی سی برای تعداد زیادی از محصولات مصرفی استفاده می شود. کاربردهای اخیر شامل دیوارپوش، پوشش و فریم گلخانه ها، زمین های بازی خانگی، کفپوش و سایر اسباب بازی ها، روکش های مخصوص کامیون (برزنت)، کاشی های سقف و انواع دیگر روکش های داخل ساختمان است.

پی وی سی، ارزان تر از فلزات است، بنابراین از این ماده در ساخت آلات موسیقی استفاده می شود. بنابراین هنگام ساختن انواع سازها، یک گزینه معمول است.

موارد ایمنی در رابطه با پلی وینیل کلراید

ماده پلیمری پلی وینیل کلراید، به خودی خود، سمی نیست اما مونومر آن یعنی وینیل کلراید می تواند دردسر ساز شود. کمتر از ۱۰ ppm از وینیل کلرید مونومر مذاب در اثر تماس با پوست، باعث ایجاد حرارت می شود و سوزش پوست را به همراه دارد.

پی وی سی، ماده ای پایدار است و در اثر تماس با پوست، حساسیتی ایجاد نمی کند اما بهتر است هنگام کار با ماده خام، از دستکش و لباس کار استفاده کنید.. پی وی سی از نظر شیمیایی، غیرفعال است. از تماس با خودداری کنید. در دمای فرآوری، در یک حرارت خاص، PVC تجزیه می شود که هیدروژن و کلرید و سایر گازهای سمی تولید می کند.

تحت شرایط خاص، مواد پلی وینیل کلراید می توانند بسوزند و دود زیاد با تراکم بالا را تولید کنند. در چنین شرایطی حتماً از ماسک مناسب گرد و غبار یا ماسک فشار مثبت استفاده کنید. دستگاه تنفس، دستکش، لباس مخصوص، چکمه وعینک ایمنی را هم فراموش نکنید.

ذخیره و نگهداری 

بسته بندی های حاوی پلی وینیل کلراید در جای خشک و خنک و دارای تهویه مناسب نگهداری شود.

بسته بندی پلی وینیل کلراید

بسته بندی های PVC جامد برای فروش و موارد مصرف در صنایع به صورت کیسه ای و با وزن ۲۵ کیلوگرم آماده می شود. در صورت سفارش تناژ، این ماده در کیسه های ۱۰۰۰ کیلوگرمی آماده می گردد.

وضعیت بازار و خرید و فروش پلی وینیل کلراید

برترین پتروشیمی های تولیدکننده پی وی سی شامل شرکت‌های پتروشیمی الوند، پتروشیمی بندر امام، پتروشیمی غدیر و پتروشیمی آبادان هستند. انواع گرید پی وی سی با نام تجاری پلی وینیل کلراید S65 و S57 و S70 و E6834 شناخته می‌شوند. خرید و فروش انواع پی وی سی برای مصارف مختلف، بسیار پرتقاضا است.

قیمت PVC با توجه به شرکت تولیدکننده یا وزن مورد نظر مشتری تعیین می‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر و ثبت سفارش خرید پلی وینیل کلراید می‌توانید به لیست محصولات شیمیکو مراجعه فرمایید.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride

https://www.atp4com/wp-content/uploads/2017/04/MSDS-PVC.pdf