Название поливинилхлорид у многих из нас ассоциируется с пластиковыми трубами, окнами и т.д. Материал прочно вошел в жизнь каждого человека. Из этого полимерного материала производится огромное количество различных изделий.

Если рассматривать химическую формулу поливинилхлорида, то она имеет небольшие отличия от полиэтилена:

Рис. 19

Главным отличием является дополнительные атомы хлора, что существенно влияет на качества самого материала. Основой для производства материала является винилхлорид, который представляет собой в обычном состоянии бесцветный газ.

К положительным свойствам можно отнести устойчивость к перепадам температур, действию большинства кислот, щелочей и масел. Материал не окисляется на воздухе и выделяет токсичных веществ. Кроме того, полимер обладает отличными теплоизоляционными качествами. Все это обуславливается широкий спектр сфер применения: от профилей для пластиковых окон, до водопроводных труб.

История поливинилхлорида

Как и большинство химических веществ, винилхлорид был открыт в тридцатые года девятнадцатого столетия. В то время химия переживала интенсивный рост, а значимые открытия делались практически ежегодно. Первый, кто смог получить данный мономер, стал немецкий химик Юстас Либих. Ученый прославился своими новаторскими экспериментами. Во время одного из них и был открыт винилхлорид. Как и на большинство открытий того времени, на полученный газ никто не обратил серьезного внимания, поскольку еще не была известна реакция полимеризации. Полученный хлорированный углеводород не вызвал никакого интереса, поскольку не нашел практического применения. Кроме того, ученому не удалось конденсировать газ, а в изначальном состоянии вещество не представляло никакого интереса, поскольку было практически инертным к любому воздействию.

Только через пять лет ученик знаменитого химика Анри Виктор Реньо смог осознано синтезировать винилхлорид. При этом он изобрел собственный способ проведения реакции. В отличие от своего учителя, французский химик получил мономер путем воздействия хлористым водородом на ацетилен. Значимость такого открытия раскроется позднее, когда именно этот способ будет применен при промышленном производстве винилхлорида. Французский химик опубликовал свои результаты, тем самым дав жизнь новому полимерному веществу. Однако настоящим отцом поливинилхлорида можно считать немецкого химика Эуген Бауманна, который первым описал полимеризацию данного газа. В качестве инициализатора процесса был использован обычный солнечный свет. Таким образом был открыт совершенно новый способ производства (фотополимеризация) полимерных веществ. В результате своего опыта в 1872 немецкий ученый смог получить белый порошок, который выпал в виде осадка в закрытой колбе с винилхлоридов под действием ультрафиолета. К сожалению, как и большинство других веществ, открытых в то время, про винилхлорид забыли очень надолго. Постоянные мировые войны и конфликты привели к остановке в химическом прогрессе.

Повторно винилхлорид привлек внимание немецкого ученого Фрица Клатте. Работая на немецкую корпорацию Chemische Fabrik Griesheim-Electron, исследователь подошел к вопросу с чисто практической стороны. Поскольку в реакции участвовали только газовые вещества, это существенно упрощало процесс производства полимера в промышленных масштабах. По этим причинам была заново проведена реакция по производству винилхлорида и разработаны новые способы его полимеризации. Технология изготовления конечного продукта была запатентована этой компанией.

Мировые войны внесли свои поправки в промышленное производство данного материала. В 1926 году в Соединенных Штатах Америки был построен первый промышленный комплекс по производству поливинилхлорида. При этом использовался метод Либиха, а не его учеников. Серьезный толчок развитие ПВХ получило во время Второй мировой войны. Германской армии потребовался негорючий пластик для производства военной техники. Поливинилхлорид стал отличной заменой нитроцеллюлозе. В 1930 году были открыты предприятия по промышленному производству этого полимерного материала.

После окончания Второй мировой войны материал получил широкое распространение. Производились серьезные разработки в данном направлении. Уже в 1950 году полимер стал применяться в производстве автомобильной техники. А через два года немецкий инженер впервые использовал профили из поливинилхлорида для создания пластиковых окон. С тех пор материал стал одним из самых востребованных полимеров как для промышленных, так и для гражданских целей. На сегодняшний день поливинилхлорид является одним из самых востребованных полимерных материалов в мире. Его производят практически в каждой стране, используя различные технологии и методы обработки.

Получение ПВХ

Блок схемы получения поливинилхлорида представлен ниже:

Рис. 20

Для производства полимера необходимы два основных ингредиента: этилен и хлор. Особенности производства последнего газа заключаются в том, что он является побочным продуктом при изготовлении каустической соды. Многие предприятия, выпускающие каустик, являются самыми крупными производителями поливинилхлорида. Ядовитый и достаточно невостребованный газ нашел серьезное промышленное применение в производстве полимеров. Такое использование газа решило проблему с его утилизацией. Все это привело к существенному удешевлению производства полимерного материала. Именно поэтому крупные предприятия по выпуску каустической соды имеют дочерние компании по производству поливинилхлорида.

На сегодняшний день полимер производится путем балансового синтеза. Это означает, что в производстве участвует весь объем хлора для получения максимального количества полезных продуктов. Главной причиной производства является решение проблемы утилизации ядовитого газа. Открывателем данной технологии производства является компания Vinnolit GmbH&Co, которая имеет патент на данную технологию. Способ был открыт в 1960 году. При проведении реакции используются растворы хлора и этилена под действием специального катализатора. После проведения реакции на выходе получается чистое вещество дихлорэтан. Его подвергают нагреву, в результате которого удаляется лишняя молекула хлороводорода. После термической обработки в итоге получается винилхлорид. Таким образом, процедура позволяет обеспечить максимально высокий коэффициент выхода готовой продукции по отношению к затраченному материалу. Учитывая возможность утилизации всех продуктов хлора, эта технология пользуется самой большой популярностью в мире.

После получения мономера он подвергается полимеризации. Существует два способа производства поливинилхлорида. В первом случае используется специальная суспензия, а во втором – эмульсия. Первый способ нашел более широкое распространение. Сами по себе методы отличаются лишь дополнительными веществами реакции. На выходе удается получить различные по характеристикам материалы. Поскольку ПВХ-С – более востребованный, то и производят его в большем объеме.

ПВХ в СИБУРе: проект «РусВинил»

Ведущий нефтехимический холдинг РФ СИБУР не занимается выпуском поливинилхлорида как основной продукции. Небольшие производственные мощности расположены на территории предприятия «СИБУР-Нефтехим». Полученная продукция полностью идет на производство кабельной изоляции.

Однако рост спроса на данный вид полимерных материалов и большая доля импортных материалов толкает национальных производителей на расширение своих собственных производственных мощностей. Холдинг СИБУР уже начал строительство нового комплекса для производства поливинилхлорида. Расположен он будет на территории Нижегородской области. Проект реализуется совместно с компаниями Solvay и BASF. Предприятие «РусВнилл» позволит выпускать более 330 тыс. тонн полимерного материала в год.

Кроме того, завод будет выпускать также каустик и хлор. При этом будут использованы специальные современные технологии, которые обеспечивают максимальную безопасность для окружающей среды. Идея производства заключается в том, что на реакторе по производству хлора будет расположена специальная мембрана, которая отсеивает любые другие вещества, кроме хлора. Для производства поливинилхлорида будет использован этилен собственного производства. Специально для этого будет увеличен выпуск газа на «СИБУР-Нефтехиме».

Применение ПВХ

Рис. 21

Изначально поливинилхлорид нашел свое применение в музыкальной сфере. Именно из ПВХ стали производить пластинки. Полимер быстро вытеснил природные смолы с рынка, поскольку имел более высокие эксплуатационные качества и низкую стоимость. Свою популярность пластинки утратили только после появления других носителей.

На сегодняшний день практически половина всего поливинилхлорида используется для производства пластиковых окон. Поэтому многие жители нашей страны ассоциируют ПВХ именно с оконными профилями. Стоит отметить, что на эти цели идет не только отечественный, но и импортный материал.

Поливинилхлорид используется не только в чистом виде, но и в качестве пластификаторов. Эти вещества представляют собой смесь полимерных материалов, которые идут на производство кабельной изоляции. Удельный вес таких материалов на рынке приравнивается к 19%.

Еще одной важной сферой применения поливинилхлорида является производство отделочных материалов. Чаще всего полимер используется для производства линолеума. Благодаря его добавкам материал приобретает гибкость и сохраняет свою прочность даже после разреза.

Кроме того, на основе ПВХ производят пищевую пленку. Именно с помощью этого полимера материал способен покрывать любые продукты. На производство различных пленочных материалов на основе поливинилхлорида уходит приблизительно одиннадцать процентов всего сырья. Два процента полимера используются для производства водопроводных труб. Оставшаяся часть материала идет на изготовление различных упаковок и тар для продуктов и жидкостей.