Поливинил хлорид

ПВЦ бил синтетизиран во 1872 година од германскиот хемичар Еуген Бауман по продолжено истражување и експериментирање.^[12] Полимерот се појавил како бела цврста материја во колба со винил хлорид која била оставена на полица заштитена од сончева светлина четири недели. На почетокот на 20 век, рускиот хемичар Иван Остромисленски и Фриц Клат од германската хемиска компанија Гришхајм-Електрон и двајцата се обиделе да користат ПВЦ во комерцијални производи, но тешкотиите во обработката на крутиот, понекогаш кршлив полимер ги спречиле нивните напори. Валдо Семон и компанијата B.F. Goodrich развиле метод во 1926 година за пластифицирање на ПВЦ со мешање со разни адитиви, вклучувајќи ја и употребата на дибутил фталат до 1933 година..^[13]

Поливинил хлорид се произведува со полимеризација на мономерот на винил хлорид (VCM), како што е прикажано.^[14]

Околу 80% од производството вклучува полимеризација на суспензија. Полимеризацијата на емулзија сочинува околу 12%, а рефус полимеризацијата изнесува 8%. Полимеризацијата на суспензијата дава честички со просечни дијаметри од 100-180 μm, додека полимеризацијата со емулзија дава многу помали честички со просечна големина околу 0,2 μm. VCM и вода се внесуваат во реакторот заедно со иницијатор за полимеризација и други адитиви. Содржината на садот за реакција се под притисок и постојано се меша за да се одржи суспензијата и да се обезбеди униформа големина на честичките на ПВЦ смолата. Реакцијата е егзотермна и затоа бара ладење. Бидејќи волуменот се намалува за време на реакцијата (PVC е погуста од VCM), водата постојано се додава во смесата за да се одржи суспензијата.^[9]

ПВЦ може да се произведува или од нафта или од етилен суровина.^[15]

Миркоструктура

Полимерите се линеарни и се силни. Мономерите главно се распоредени од глава до опашка, што значи дека има хлориди на наизменични јаглеродни центри. ПВЦ има главно атактичка стереохемија, што значи дека релативната стереохемија на центрите за хлорид е случајна. Извесен степен на синдиотактичност на ланецот дава неколку проценти кристалиност што е влијателно врз својствата на материјалот. Околу 57% од масата на ПВЦ е хлор. Присуството на хлоридни групи му дава на полимерот многу различни својства од структурно поврзаниот материјал полиетилен.^[16] Густината е исто така поголема отколку кај овие структурно поврзани пластики.

Производители

Околу половина од светскиот производствен капацитет на ПВЦ е во Кина, и покрај затворањето на многу кинески постројки за ПВЦ поради проблеми во согласност со еколошките регулативи и слабите капацитети. Најголемиот поединечен производител на PVC од 2018 година е Shin-Etsu Chemical од Јапонија, со глобален удел од околу 30%.^[15]

Производот од процесот на полимеризација е немодифициран ПВЦ. Пред ПВЦ да може да се направи во готови производи, тој секогаш бара конверзија во соединение со вградување на адитиви (но не нужно сите од следниве) како што се топлински стабилизатори, УВ стабилизатори, пластификатори, помагала за обработка, модификатори на удар, термички модификатори, полнила , ретарданти на пламен, биоциди, средства за дување и супресори на чад и, по избор, пигменти. Изборот на адитиви што се користат за готовиот производ од ПВЦ е контролиран од барањата за изведба на трошоците на спецификацијата за крајна употреба (подземните цевки, прозорските рамки, интравенозните цевки и подот имаат многу различни состојки за да одговараат на нивните барања за изведба). Претходно, полихлорирани бифенили (PCB) беа додадени на одредени ПВЦ производи како ретарданти и стабилизатори на пламен.^[17]

Пластификатори

Помеѓу вообичаената пластика, ПВЦ е уникатен во прифаќањето на големи количини пластификатор со постепени промени во физичките својства од крут цврст до мек гел,^[18] и речиси 90% од целокупното производство на пластификатори се користи за изработка на флексибилен ПВЦ.^[19][20] Мнозинството се користи во филмови и обвивка на кабели.^[21] Флексибилниот ПВЦ може да се состои од над 85% пластификатор по маса, но непластифицираниот ПВЦ (UPVC) не треба да содржи.^[22]

Широк спектар на супстанции може да се користат како пластификатори, вклучувајќи фталати, органофосфати, адипати, тримелитати, полимерни пластификатори и епоксидирани растителни масла.^[23]

Фталати

Најчестата класа на пластификатори што се користат во ПВЦ се фталати, кои се диестери на фтална киселина. Фталатите може да се категоризираат на високи и ниски, во зависност од нивната молекуларна тежина. Ниските фталати како што се DEHP и DBP имаат зголемени здравствени ризици и генерално се исфрлаат од употреба. Фталатите со висока молекуларна тежина како што се DINP, DIDP генерално се сметаат за побезбедни^[20]

Додека ди-2-етилхексилфталат (DEHP) е медицински одобрен со години за употреба во медицински помагала, тој бил трајно забранет за употреба во детски производи во САД во 2008 година од американскиот Конгрес;^[24] комбинацијата PVC-DEHP се покажала како многу погодна за правење кеси со крв бидејќи DEHP ги стабилизира црвените крвни зрнца, минимизирајќи ја хемолизата (руптура на црвените крвни зрнца). Сепак, DEHP е под зголемен притисок во Европа. Проценката на потенцијалните ризици поврзани со фталатите, а особено употребата на DEHP во ПВЦ медицински помагала, била предмет на научно и политички преглед од страна на властите на Европската унија, а на 21 март 2010 година во ЕУ било воведено специфично барање за етикетирање за сите уреди кои содржат фталати кои се класифицирани како CMR (канцерогени, мутагени или токсични за репродукција).^[25] Етикетата има за цел да им овозможи на здравствените работници безбедно да ја користат оваа опрема и каде што е потребно, да преземат соодветни мерки на претпазливост за пациентите со ризик од прекумерна изложеност^[26]

Метални стабилизатори

Стабилизаторите BaZn успешно ги заменија стабилизаторите базирани на кадмиум во Европа во многу полу-цврсти и флексибилни апликации од PVC.^[27]

Во Европа, особено во Белгија, постои посветеност да се елиминира употребата на кадмиум (претходно користен како дел од компонента на топлински стабилизатори во профилите на прозорците) и постепено да се укинат топлинските стабилизатори на база на олово (како што се користат во областите на цевки и профили) како што се течен автодијахромат и калциум полихидрокумат до 2015 година. Според конечниот извештај на Винил 2010 година,^[28] кадмиумот бил елиминиран низ Европа до 2007 година. Прогресивната замена на стабилизаторите на база на олово е потврдена и во истиот документ кој покажува намалување од 75% од 2000 година и во тек. Ова се потврдува со соодветниот раст на стабилизаторите базирани на калциум, кои се користат како алтернатива на стабилизаторите базирани на олово, се повеќе и повеќе, исто така надвор од Европа..

Стабилизатори на топлина

Некои од најважните адитиви се топлинските стабилизатори. Овие средства ја минимизираат загубата на HCl, процес на деградација што започнува над 70 °C (158 °F). Штом ќе започне дехидрохлорирањето, тоа е автокаталитичко. Се користат многу различни средства, вклучувајќи, традиционално, деривати на тешки метали (олово, кадмиум). Металните сапуни (метални „соли“ на масни киселини) се вообичаени во флексибилни ПВЦ апликации, видови како што е калциум стеарат.^[9]

ПВЦ е термопластичен полимер.^[29] Неговите својства обично се категоризираат врз основа на крути и флексибилни ПВЦ.^[30]

Notes

Термички стабилизатори

Топлинската стабилност на суровиот ПВЦ е многу слаба, па затоа е неопходно додавање на топлински стабилизатор за време на процесот за да се обезбедат својствата на производот. Традиционалниот производ ПВЦ има максимална работна температура околу 60 °C (140 °F) кога почнува да се појавува топлинско изобличување.^[35]

Како термопластика, ПВЦ има вродена изолација која помага во намалување на формирањето на кондензација и отпорност на внатрешни температурни промени за топли и ладни течности.^[35]

Цевки

Приближно половина од светската ПВЦ смола што се произведува годишно се користи за производство на цевки за општински и индустриски апликации.^[36] На пазарот за сопственици на приватни домови, тој сочинува 66% од пазарот за домаќинства во САД, а во апликациите за санитарни канализациони цевки за домаќинство, учествува со 75%.^[37][38] Закопаните ПВЦ цевки и во водоводна и во санитарна канализација со дијаметар од 100 mm (4 инчи) и поголеми обично се спојуваат со помош на спој со заптивка. Најчестиот тип на заптивка што се користи во Северна Америка е еластомер засилен со метал, вообичаено познат како систем за заптивање Рибер.^[39]

Електрични кабли

Во пожар, жиците обложени со ПВЦ може да формираат испарувања од водород хлорид; хлорот служи за чистење на слободните радикали и е извор на отпорност на пожар на материјалот. Иако пареите од водород хлорид, исто така, можат сами по себе да претставуваат опасност по здравјето, тој се раствора во влага и се распаѓа на површините, особено во областите каде што воздухот е доволно ладен за дишење и не е достапен за вдишување..^[40]

Контрукции

[[[File:Builder's tudorbethan.jpg|thumb|right|"Модерна Tudorbethan" куќа со uPVC олуци, fascia, декоративна имитација „half-imbering“, прозорци, и врати]]Непластифициран ПВЦ (uPVC, речиси синоним за крут ПВЦ)^[41] интензивно се користи во градежната индустрија како материјал со ниско одржување, особено во Ирска, Обединетото Кралство, САД и Канада. Во САД и Канада, тоа е познато како винил или винил обвивка.^[42] Материјалот доаѓа во низа бои и завршни облоги, вклучително и финиш на дрво со фото-ефект и се користи како замена за бојадисаното дрво, најчесто за прозорски рамки и прагови при инсталирање на изолирано застаклување во новите згради; или да се заменат постарите прозори со едно застаклување, бидејќи не се распаѓа и е отпорен на временски услови. Други употреби вклучуваат табла, и обвивка или метеорбординг. Овој материјал речиси целосно ја заменил употребата на леано железо за водовод и одводнување, што се користи за отпадни цевки, одводни цевки, олуци и доводи. УПВЦ е познат по тоа што има силна отпорност на хемикалии, сончева светлина и оксидација од вода.^[43]

Знаци

Поливинил хлоридот се формира во рамни листови во различни дебелини и бои. Како рамни листови, ПВЦ често се проширува за да создаде празнини во внатрешноста на материјалот, обезбедувајќи дополнителна дебелина без дополнителна тежина и минимален дополнителен трошок (видете ПВЦ пена со затворена ќелија). Листовите се сечат со помош на пили и опрема за ротирачко сечење. Пластифицираниот ПВЦ исто така се користи за производство на тенки, обоени или проѕирни филмови со лепило, наречени едноставно винил. Овие филмови обично се сечат на компјутерски контролиран плотер (види секач за винил) или се печатат во печатач со широк формат. Овие листови и филмови се користат за производство на широк спектар на производи за комерцијални знаци, вклучувајќи ленти и налепници на каросеријата на автомобилот.^[44]

Облека

ПВЦ ткаенината е водоотпорна, се користи поради своите квалитети отпорни на временски услови во палта, опрема за скијање, чевли, јакни, престилки и фластери.^[45]

Двете главни области на примена за медицински одобрени ПВЦ соединенија за еднократна употреба се флексибилни контејнери и цевки: контејнери што се користат за крв и крвни компоненти, за собирање урина или за производи за стома и цевки што се користат за земање крв и сетови за давање крв, катетри, срце-бели дробови бајпас комплети, комплети за хемодијализа итн. Во Европа потрошувачката на ПВЦ за медицински помагала е приближно 85.000 тони секоја година. Речиси една третина од медицинските помагала на база на пластика се направени од ПВЦ.^[46]

Сајла

ПВЦ може да се екструдира под притисок за да се обложи сајлата и авионскиот кабел што се користат за општа намена. Сајлата обложено со ПВЦ полесно се ракува, се спротивставува на корозија и абразија и може да биде обоено во боја за зголемена видливост. Се наоѓа во различни индустрии и средини и внатре и надвор.^[47]

Друга употреба

ПВЦ цевките се поевтини од металите што се користат во изработката на музички инструменти; затоа е вообичаена алтернатива кога се прават инструменти, често за одмор или за поретки инструменти како што е контрабас флејта. Инструмент кој е речиси исклучиво изграден од ПВЦ цевка е тангофонот, ударен инструмент кој се свири со шлакање на отворените цевки со флип-флоп или слично..^[48]

ПВЦ може корисно да се модифицира со хлорирање, што ја зголемува неговата содржина на хлор до или над 67%. Хлорираниот поливинил хлорид, (CPVC), како што се нарекува, се произведува со хлорирање на воден раствор на суспензија ПВЦ честички проследено со изложување на УВ светлина што иницира хлорирање на слободните радикали.^[9]

Деградација

Габата Aspergillus fumigatus го разградува пластифицираниот ПВЦ.^[49] Phanerochaete chrysosporium се одгледува на ПВЦ во агар со минерална сол.^[50] Phanerochaete chrysosporium, Lentinus tigrinus, Aspergillus niger и Aspergillus sydowii можат ефикасно да го разградат ПВЦ.^[51]

Пластификатори

Фталатите, кои се инкорпорирани во пластиката како пластификатори, сочинуваат приближно 70% од американскиот пазар на пластификатори; Фталатите по дизајн не се ковалентно врзани за полимерната матрица, што ги прави многу подложни на истекување. Фталатите се содржани во пластиката во високи проценти. На пример, тие можат да придонесат до 40% од тежината на интравенозните медицински кеси и до 80% од тежината во медицинските цевки.^[52] Винилните производи се распространети - вклучително и играчки,^[53] внатрешноста на автомобилите, завесите за туширање и подот - и првично ослободуваат хемиски гасови во воздухот. Некои студии покажувале дека ова испуштање на адитиви може да придонесе за здравствени компликации и резултираше со повик за забрана на употребата на DEHP на завесите за туширање, меѓу другите намени.^[54]

Во 2004 година, заеднички шведско-дански истражувачки тим откриле статистичка поврзаност помеѓу алергиите кај децата и нивото на воздухот во затворен простор на DEHP и BBzP (бутил бензил фталат), кој се користи во винил подови.^[55] Во декември 2006 година, Европското биро за хемикалии на Европската комисија објавил конечна нацрт-проценка на ризикот за BBzP која не најде „не грижа“ за изложеноста на потрошувачите, вклучително и изложеноста на деца.^[56]

Олово

Оловото претходно често се додавало во ПВЦ за да се подобри обработливоста и стабилноста. Се покажало дека оловото се испушта во водата за пиење од ПВЦ цевки.^[57]

Винил хлорид мономер

Во раните 1970-ти, канцерогеноста на винил хлоридот (обично наречен мономер на винил хлорид или VCM) била поврзана со рак кај работниците во индустријата за поливинил хлорид. Поточно, на работниците во делот за полимеризација на фабриката B.F. Goodrich во близина на Луисвил, Кентаки, им бил дијагностициран ангиосарком на црниот дроб, исто така познат како хемангиосарком, ретка болест.^[58] Оттогаш, студиите на ПВЦ работници во Австралија, Италија, Германија и Обединетото Кралство поврзуваат одредени видови на професионални карциноми со изложеност на винил хлорид, и станало прифатено дека VCM е канцероген.^[9]

Диоксини

ПВЦ произведува HCl при согорување речиси квантитативно поврзано со неговата содржина на хлор. Опсежните студии во Европа покажуваат дека хлорот пронајден во емитирани диоксини не е изведен од HCl во димните гасови. Наместо тоа, повеќето диоксини се појавуваат во кондензирана цврста фаза со реакција на неоргански хлориди со графитни структури во честичките од пепел што содржат јаглен. Бакарот делува како катализатор за овие реакции.^[59]

Студиите за согорувањето на отпадот од домаќинствата укажуваат на постојано зголемување на производството на диоксин со зголемување на концентрациите на ПВЦ.^[60] Според инвентарот на диоксини на ЕПА, пожарите на депониите веројатно претставуваат уште поголем извор на диоксин за животната средина. Истражувањето на меѓународните студии постојано ги идентификува високите концентрации на диоксин во областите погодени од согорувањето на отпадот на отворено и студијата што ја разгледа хомолошката шема покажала дека примерокот со највисока концентрација на диоксин е „типичен за пиролиза на ПВЦ“. Други студии на ЕУ покажуваат дека ПВЦ веројатно „припаѓа на огромното мнозинство на хлор што е достапен за формирање на диоксин за време на пожарите на депониите."^[60]

Следни најголеми извори на диоксин во инвентарот на EPA се инсинераторите за медицински и комунален отпад.^[61] Спроведени се различни студии кои постигнуваат контрадикторни резултати. На пример, студијата на комерцијални инсинератори не покажала врска помеѓу содржината на ПВЦ во отпадот и емисиите на диоксин.^[62][63] Други студии покажале јасна корелација помеѓу формирањето диоксин и содржината на хлорид и укажуваат дека ПВЦ е значаен придонесувач за формирање и на диоксин и на ПХБ во инсинераторите.^[64][65][66]

Во февруари 2007 година, Техничкиот и научниот советодавен комитет на Советот за зелена градба на САД (USGBC) го објавил својот извештај за кредитирање на материјали поврзани со избегнување на ПВЦ за системот за рејтинг на зелени згради LEED. Извештајот заклучил дека „ниту еден материјал не се појавува како најдобар во сите категории на влијание врз човековото здравје и животната средина, ниту како најлош“, но дека „ризикот од емисии на диоксини го става ПВЦ постојано меѓу најлошите материјали за влијанија врз човековото здравје."^[67]

Во Европа, огромното значење на условите за согорување за формирање на диоксин е утврдено од страна на бројни истражувачи. Единствениот најважен фактор за формирање на соединенија слични на диоксин е температурата на гасовите од согорувањето. Концентрацијата на кислород исто така игра голема улога во формирањето на диоксин, но не и содржината на хлор.^[68]

Неколку студии исто така покажале дека отстранувањето на ПВЦ од отпадот нема значително да го намали количеството на диоксини кои се емитуваат. Комисијата на ЕУ во јули 2000 година објави Зелена книга за еколошките прашања на ПВЦ"^[69]

Студијата нарачана од Европската комисија за „Проценка на животниот циклус на ПВЦ и на главните конкурентни материјали“ вели дека „Неодамнешните студии покажуваат дека присуството на ПВЦ нема значајно влијание врз количината на диоксини ослободени преку согорување на пластичен отпад."^[70]

Индустриска иницијатива

Во Европа, развојот во управувањето со ПВЦ отпадот бил следен од Винил 2010 година,^[71] основан во 2000 година. Целта на Винил 2010 бил да рециклира 200.000 тони ПВЦ отпад по потрошувачка годишно во Европа до крајот на 2010 година, со исклучок на тековите на отпад кои веќе подлежат на друго или поконкретно законодавство (како што се Европските директиви за крај на Животни возила, пакување и отпадна електрична и електронска опрема).

Од јуни 2011 година, по него следува VinylPlus, нов сет на цели за одржлив развој.^[72] Неговата главна цел е да рециклира 800.000 тони ПВЦ годишно до 2020 година, вклучително и 100.000 тони „тешки за рециклирање“ отпад. Еден олеснувач за собирање и рециклирање на ПВЦ отпад е Рековинил.^[73] Пријавената и ревидирана механички рециклирана ПВЦ тонажа во 2016 година изнесувала 568.695 тони што во 2018 година се зголемила на 739.525 тони.^[74]

Еден пристап за решавање на проблемот со отпадот од ПВЦ е исто така преку процесот наречен Vinyloop. Тоа е механички процес на рециклирање со помош на растворувач за одвојување на ПВЦ од други материјали. Овој растворувач се претвора во процес на затворена јамка во кој растворувачот се рециклира. Рециклиран ПВЦ се користи наместо девствениот ПВЦ во различни примени: облоги за базени, ѓонови за чевли, црева, тунел со дијафрагми, обложени ткаенини, ПВЦ листови.^[75] Потребата за примарна енергија на овој рециклиран ПВЦ е за 46% помала од конвенционалното произведено ПВЦ. Така, употребата на рециклиран материјал води до значително подобар еколошки отпечаток. Потенцијалот за глобално затоплување е помал за 39%.^[76]

Рестрикции

Во ноември 2005 година, една од најголемите болнички мрежи во САД, Catholic Healthcare West, потпишала договор со B. Braun Melsungen за интравенозни кеси и цевки без винил.^[77]

Во јануари 2012 година, главниот давател на здравствена заштита на Западниот брег на САД, Kaiser Permanente, објавил дека повеќе нема да купува интравенозна (IV) медицинска опрема направена со PVC и DEHP-тип пластификатори.^[78]

Во 1998 година, Комисијата за безбедност на производи за потрошувачи на САД (CPSC) постигнала доброволен договор со производителите за отстранување на фталатите од ПВЦ играчки, гуми за гризење,цуцли од шише за бебиња.^[79]

Винилни ракавици во медицината

Пластифицираниот ПВЦ е вообичаен материјал за медицински ракавици. Поради тоа што винилните ракавици имаат помала флексибилност и еластичност, неколку упатства препорачуваат или латекс или нитрилни ракавици за клиничка нега и процедури кои бараат рачна умешност и/или кои вклучуваат контакт со пациентот повеќе од краток период. Винилните ракавици покажуваат слаба отпорност на многу хемикалии, вклучително и производи базирани на глутаралдехид и алкохоли кои се користат во формулацијата на средства за дезинфекција за бришење работни површини или за триење на рацете. Познато е дека адитивите во ПВЦ предизвикуваат кожни реакции како што е алергиски контактен дерматитис. Тоа се, на пример, антиоксидантот бисфенол А, биоцидот бензизотиазолинон, пропилен гликол/адипат полиестер и етилхексилмалеат.^[80]

ПВЦ е направен од фосилни горива, вклучително и природен гас. Во процесот на производство се користи и натриум хлорид што резултира со полимер кој содржи 57% содржина на хлорид. Рециклираниот ПВЦ се распаѓа на мали чипови, се отстрануваат нечистотиите и производот се рафинира за да се направи чист ПВЦ.^[44]

Во Европа, Извештајот за напредокот на VinylPlus од 2021 годинал покажа дека 731.461 тони ПВЦ биле рециклирани во 2020 година, што е намалување за 5% во споредба со 2019 година поради пандемијата COVID-19. Извештајот, исто така, ги опфаќа сите пет предизвици за одржливост што секторот си ги поставил, опфаќајќи контролирано управување со јамката, емисии на органски хлор, одржлива употреба на адитиви, одржлива употреба на енергија и суровини и свесност за одржливост.^[81]

Исто така, континуирано се фокусира на улогата што полимерот ја игра во исполнувањето на моделот на кружна економија и придонесот кон целите за одржлив развој. Органот за испорака на Олимписките игри (ОДА), на пример, откако првично го отфрли ПВЦ како материјал за различни привремени места на Олимписките игри во Лондон 2012 година, ја разгледа својата одлука и разви политика за нејзина употреба.^[82] Оваа политика истакна дека функционалните својства на ПВЦ го прават најсоодветен материјал во одредени околности, притоа земајќи ги предвид влијанијата врз животната средина и социјалните аспекти во текот на целиот животен циклус, на пр. стапката за рециклирање или повторна употреба и процентот на рециклирана содржина. Привремените делови, како покривните покривки на Олимпискиот стадион, ватерполо арената и Кралската артилериска касарна, ќе бидат деконструирани и дел рециклиран во процесот VinyLoop.^[83][84]

Општи наводи

• Titow, W. (1984). PVC Technology. London: Elsevier Applied Science Publishers. ISBN 978-0-85334-249-6.

Вградени цитати

• The European PVC Portal (European Council of Vinyl Manufacturers)
• Polyvinyl Chloride International Chemical Safety Cards—CDC/NIOSH
• The Vinyl Council of Canada
• US Vinyl Institute