Полівінілхлорид, застосування, хімізм, технологія виробництва ПВХ суспензійним методом,
застосування
полімер полівінілхлорид поліетилен екологічність утилізація
Існують чотири міжнародних марки полівінілхлориду: С-7059 М (РVC-S-7059М), С-6358 М (РVC-S-6358М), С-6768 М (РVC-S-6768М), С-5868 ПЖ (РVC-S -5868PG) і кожна марка застосовується для виготовлення певних виробів:
- З-7059 М - Відповідальні пластифіковані вироби (светотермостойкій кабельний пластик, високоміцні труби, спецлінолеум, пластифіковані плівки, штучна шкіра).
- З-6358 М - Пластифіковані і напівтверді вироби загального призначення (лінолеум, штучна шкіра, пластифіковані плівки) і листи спеціального призначення.
- З-6768 М - Труби, профільно-погонажні вироби та інші пластифіковані матеріали (основний ПВХ для виробництва віконних конструкцій).
- З-5868 ПЖ - Плівки і об'ємна полімерна тара для упаковки харчових продуктів і товарів народного споживання. [2]
Смола полівінілхлоридна (ПВХ) - універсальний термопластичний полімер, що отримується з продукту нафтохімії (етилену) і хлориду натрію (кухонної солі) шляхом полімеризації вінілхлориду. Виробництво полівінілхлориду найскладніше і наукомістке, що вимагає новітніх технології і якісного обладнання.
Як було сказано, ПВХ смола виходить в результаті полімеризації - процесу, при якому молекули мономера (низькомолекулярного з'єднання - хлористого вінілу або вінілхлориду) об'єднуються, утворюючи, таким чином, високомолекулярна сполука - полімер. [4]
Хімічна формула полівінілхлориду: [-CH2 -CHCl-] n. Міжнародне позначення - PVC. Структурна формула представлена на рис.1.
Рис.1 - структурна формула ПВХ
Технологія виробництва ПВХ суспензійним методом
Існує 3 промислових способу виробництва полівінілхлориду (ПВХ):
- Полімеризація в масі - блоковий метод;
Полімеризація в масі - спосіб, що відбувається за періодичною схемою в 2 ступені.
Дана технологія розвивається єдиною фірмою Peshine Sant Gobain (Франція). Останнім часом інтерес до цього способу впав, так як отримана таким чином смола ПВХ має досить вузьке застосування і складно звільняється від залишкового вінілхлориду.
Даний метод має такі недоліки:
- в процесі реакції необхідно витримувати певну температуру, але через конструктивних особливостей відведення тепла реакції, в даному випадку, утруднений;
- утворення кірки на стінках апаратури впливає на однорідність одержуваного полівінілхлориду;
- одержувана смола має порівняно низькі показники термостійкості і однорідності;
Емульсійна полімеризація - спосіб, що відбувається по безперервної або періодичної схемами.
Безперервна схема - сама високопродуктивна, але одержувані частки емульсійної смоли мають занадто різнорідний склад, тому частіше використовується періодична схема. При періодичної технології ПВХ емульсійна смола виходить необхідного гранулометричного складу, що важливо при її переробці.
Виробництво емульсійної смоли має вагомий недолік - це добавки (різні допоміжні речовини), які з одного боку прискорюють і збільшують освіту ПВХ емульсійної смоли, а з іншого - її забруднюють. Через це емульсійна смола ПВХ в кінцевому підсумку використовується тільки для виробництва пластизолів і паст.
ПВХ емульсійна смола переробляється у вироби методом екструзії, литтям під тиском, пресуванням, в м'які ж вироби через пасти.
Полімеризація в суспензії - спосіб, що відбувається за періодичною схемою і є найпоширенішим методом виробництва смоли полівінілхлоридної. Даний метод об'єднує ті переваги, яких позбавлені попередні два:
- легкий відведення тепла від реакції
- щодо емульсійного полівінілхлориду, смола ПВХ суспензійний набагато чистіше
- при переробці смола ПВХ суспензійний прекрасно поєднується з іншими компонентами
- смола суспензійна досить легко піддається модифікації властивостей
Смола ПВХ суспензія має порівняно вузьким молекулярно-масовим розподілом, малим ступенем розгалуженості, високим ступенем чистоти, низьким водопоглинанням, хорошими діелектричними властивостями, кращої термостійкістю і світлостійкістю в порівнянні з емульсійної смолою.
Смола ПВХ суспензійний переробляється у вироби методом ексрузіі, вальцюванням, пресуванням і литтям під тиском. Використовується суспензійна смола для виробництва жорстких, напівм'яких і м'яких (пластифікований), пластичних мас.
Поступово частка ПВХ емульсійної смоли зменшується, хоча і знаходить застосування. Частка ж смоли ПВХ суспензійний постійно зростає і вже становить вісімдесят відсотків від усього світового обсягу виробництва.
Полівінілхлорид різних марок із загальною формулою [-CH2 -CHCl-] n. n = 100-2500 отримують методом суспензійний полімеризації мономера вінілхлориду протягом 8-14 годин при температурі 30-70 ° С і тиску 4-12 кгс / см 2 за періодичною схемою в реакторах з нержавіючої сталі 1Х18Н10Т або облицьованих склом із пристроєм ємністю 10 -25 м 3 (рис. 2)
ПВХ отримують з 4 основних компонентів - вінілхлориду, води, суспендуючі агента і ініціатора полімеризації.
Вінілхлорид CH2 = CHCl отримують 4-ма способами:
- з ацетилену - ацетилен (100%) + HCl (102-110%) змішують, розбавляють азотом і - в контактний апарат з HqCl2 з каталізатором при 120-220 ° С;
- з етилену - етилен + Cl2 в співвідношенні від 1: 1,2 до 1: 3 при 200-700 ° С (з каталізатором - при 45-60 ° С) у присутності розчинника (дихлоретан);
- з дихлоретан (піролізу - дегідрохлорування);
- новий економічний спосіб - з легких бензинів, Cl2 і O2.
Потік легких бензинів після піролізу з відношенням етилен / ацетилен # 63; 1/1 спочатку гідрохлоріруется HCl, а потім хлорується до дихлоретан, з якого пиролизом отримують вінілхлорид.
Після отримання вінілхлориду - проводять такі операції:
- відділення від домішок (парціальна конденсація);
- перегонка (під тиском);
- зберігання (в сталевих циліндрах при (-30) - (-50) ° С під азотом - без інгібіторів; при підвищенні температури зберігання - додають інгібітори - гідрохінон і ін.).
Вода - деминерализованная, без забруднень і кисню.
Суспендуючі агент - захисний колоїд з гидроокисей, фосфатів або карбонатів металів, каолін та ін. Або розчинна у воді ВМС (смоли, похідні целюлози).
Ініціатор полімеризації - розчинні в мономере ВХ перекис бензоїлу, Лаура, хлорацетіла і ін.
Рецептура типовою завантаження компонентів в реактор ємністю 10 м 3:
- Мономер вінілхлориду - 3000 кг;
- Суспендуючі агент - 4 кг;
- Ініцатор полімеризації - 2-4 кг;
- Витрата мономера на 1т сухого продукту - 1050-1070 кг, допоміжних продуктів - 1-2 кг.
Мал. 2. Схема отримання полівінілхлориду суспензійним методом з двома варіантами сушки і виділення: 1 - реактор-полімеризатор; 2 - сепаратор, в якому відділяється непрореагіровавшій вінілхлорид; 3 - змішувач-усреднітель; 4 - центрифуги; 5 - швидкісна сушарка; 6 - сушильний барабан; 7 - збірник полімеру; 8 - вузол розсівання; 9 - циклонний пиловловлювач.
Вінілхлорид при інтенсивному переміщенні суспендують у воді в присутності розчинної в мономере ініціатора полімеризації і суспендуючі агента. Після завершення циклу полімеризації (10-20 годин, включаючи 2-3 години на завантаження, розвантаження та допоміжні роботи) отримують суспензію з частинками ПВХ розміром 75-150 мкм (іноді до 600 мкм). Після відділення в сепараторі непрореагировавшего мономера, суспензію через змішувач подають в центрифугу, де вона віджимається до 25-30% вологості. Виділений ПВХ сушать в швидкісний сушінні і / або в сушильній барабані, що обігріваються гарячим (65-150 ° С) повітрям. Потім ПВХ сортують на вібросито за розміром частинок і упаковують в паперові мішки. Великим споживачам ПВХ може поставлятися в спеціальних цистернах.
Безпека і екологічність при роботі з суспензійним поливинилхлоридом
Суспензійний полівінілхлорид є білим порошком без смаку і запаху. По впливу на організм людини він відноситься до помірно небезпечних речовин 3-го класу.
При нагріванні вище 150 ° С суспензійний полівінілхлорид частково розпадається з виділенням хлористого водню і окису вуглецю.
Гранично допустимі концентрації в повітрі робочої зони, мг / м 3.
- хлористого водню - 5;
- окису вуглецю - 20.
Гранично допустима концентрація пилу полівінілхлориду в повітрі робочої зони виробничих приміщень 6 мг / м 3.
Полівінілхлорид відноситься до горючих речовин. Температура займання 310-330 ° С, температура самозаймання 470-490 ° С. Пилоповітряні суміші полівінілхлориду вибухобезпечні. Поширення полум'я по пилоповітряної суміші не спостерігається до концентрації 300 г / м 3 при будь-дисперсності. При контакті з водою, кислотами, лугами та киснем повітря полівінілхлорид не горить і вибухобезпечний. Показники пожежовибухонебезпеки визначені по ГОСТ 12.1.044. Перевірку показників пожежовибухобезпеки проводять при перегляді стандарту.
Засоби пожежогасіння: розпорошена пода, піна, кошма, пісок. Збирання пилу у виробничих приміщеннях проводять за допомогою вакуумного прибирання пилу.
Виробничі приміщення повинні бути оснащені припливно-витяжною вентиляцією і відповідати вимогам санітарних норм. Місце відбору проб має бути обладнано додатково місцевою вентиляцією.
Апарати, реактори повинні бути заземлені з метою захисту від статичної електрики.
Індивідуальні засоби захисту: спецодяг, респіратор типу "Лепесток", протигаз марки БКФ по ГОСТ 12.4.121, біологічні рукавички (силіконовий крем).
Процес отримання полівінілхлориду відноситься до маловідходних виробництв. Полівінілхлорид токсичних сполук у повітряному середовищі і стічних водах не утворює.
Масова частка заліза в суспензійному полівінілхлориді не повинна перевищувати 0,002. [4]