ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1.1. Свойства и технические характеристики перхлорвиниловой смолы Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ, CPVC или PVCC, также перхлорвиниловая смола, ПСХ-ЛС) — термопласт, получаемый путём хлорирования поливинилхлорида (ПВХ) с целью повышения растворимости и увеличения его термостойкости. В зависимости от метода хлорирования (в растворе либо в суспензии) различают растворимый ХПВХ (р) и теплостойкий (Т). Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) - это ПВХ, который был хлорирован с помощью реакции свободнорадикального хлорирования. Эта реакция обычно инициируется применением тепловой или УФ-энергии с использованием различных подходов. В этом процессе газообразный хлор разлагается на свободнорадикальный хлор, который затем реагирует с ПВХ на стадии после производства, по существу заменяя часть водорода в ПВХ хлором. В зависимости от метода в полимер вводится различное количество хлора, что позволяет измерить способ точной настройки конечных свойств. Содержание хлора может варьироваться от производителя к производителю; основание может составлять от 56,7% ПВХ до 74 мас.%, хотя в большинстве промышленных смол содержание хлора составляет от 63 до 69%. Поскольку содержание хлора в ХПВХ увеличивается, его температура стеклования значительно увеличивается. При нормальных условиях эксплуатации ХПВХ становится нестабильным при 70 мас. % хлора. Различные добавки также вводятся в смолу, чтобы сделать материал более восприимчивым к обработке. Эти добавки могут состоять из стабилизаторов, модификаторов ударопрочности, пигментов и смазок. Физические свойства ХПВХ разделяет большинство характеристик и свойств ПВХ, но также имеет некоторые ключевые отличия. ХПВХ легко обрабатывается, включая механическую обработку, сварку и формование. Из-за своей превосходной коррозионной стойкости при повышенных температурах, CPVC идеально подходит для самонесущих конструкций, где присутствуют температуры до 200 ° F (93 ° C). Способность сгибать, придавать форму и сваривать ХПВХ позволяет использовать его в самых разных процессах и приложениях. Обладает огнезащитными свойствами. Хорошо растворяется в этил- и бутилацетате, кетонах, хлорированных низших алифатических и ароматических углеводородах. В толуоле и ксилоле набухает, образуя малоподвижный гель, в смеси ксилола и ацетона – высоковязкий раствор. Однако хорошо растворяется в смеси толуола или ксилола с ацетоном и бутилацетатом (растворители Р-4 и Р-5). Смола ПСХ-ЛС образует бесцветные прозрачные покрытия с очень малой влагопроницаемостью, стойкие к действию воды, растворов кислот и щелочей, однако хрупкие и со слабой адгезией. Для повышения адгезии, блеска, термостойкости ее комбинируют с другими пленкообразующими веществами. Смола ПСХ-ЛС хорошо совмещается с алкидно-акриловыми, полиуретановыми, быстровысыхающими алкидными, эпоксидными и другими пленкообразующими материалами. В качестве пластификаторов могут быть использованы широко применяемые дибутилфталат и трикрезилфосфат, для химстойких покрытий – совол (хлорированный дифенил), хлорпарафин и др. Таблица 1.1 Технические характеристики перхлорвиниловой смолы | Внешний вид | Высший сорт | Первый сорт | | Пористая крошка или порошок без видимых посторонних включений | | Растворимость, %, не менее | 99,9 | 99,8 | | Время истечения раствора смолы через воронку, сек | 15 - 21 | 15 - 21 | | Цветность раствора смолы с массовой долей 10% по йодной шкале, не более | 1 | 2 | | Массовая доля хлора, % | 62 - 64 | 62 - 64 | | Массовая доля железа, %, не более | 0,003 | 0,005 | | Массовая доля воды, %, не более | 0,3 | 0,5 | | Термостабильность, мин, не менее | 30 | 30 | | Величина К | 57 - 64 | - | Источник: по данным открытых источников информации
1.2. Области применения перхлорвиниловой смолы До недавнего времени основным фактором, сдерживающем использование ХПВХ, были трудности с производством ХПВХ для других нужд, помимо трубопроводов. Ранние попытки производства сложных по форме изделий из ХПВХ закончились неудачно. Причиной тому были несовершенство технологии, непригодность компаундов к формованию и несовершенство оборудования. В свою очередь ABS и другие углеводородные пластики были конкурентоспособны и недороги в производстве. Эти и другие факторы стали причиной ограниченного использования ХПВХ, даже несмотря на его базовые преимущества. Со временем были внесены значительные изменения в процесс полимеризации ПВХ, технология его последующего хлорирования была также модернизирована для получения улучшенных ХПВХ полимеров. Значительные улучшения также были внесены в технологию стабилизации ХПВХ. В компаунды на основе ХПВХ ввели добавки – модификаторы ударной прочности, добавки для улучшения обрабатываемости и лубриканты – для достижения необходимых комбинаций свойств материала. В совокупности эти технические нововведения сделали ХПВХ уникальным по своим свойствам материалом, достойной альтернативой углеводородным термопластикам в широком спектре областей применения. Благодаря высокой стойкости ХПВХ к агрессивным средам и высоким температурам изделия из этого материала широко востребованы промышленными предприятиями во многих странах мира. Однако стоит помнить, что ХПВХ, как и другие материалы, не может охватить весь спектр технологических процессов и является нишевым материалом. Наиболее востребован ХПВХ в химической промышленности. ХПВХ стоек к сильным и слабым кислотам, солям, щелочам. Трубопроводы, запорная арматура, емкости, коллектора, башни сушки хлора и другое оборудование из хлорированного поливинилхлорида широко используются на таких гигантах химической промышленности как Akzo Nobel, Solvay, GE. Еще одна ниша применения – системы водоподготовки и очистные сооружения, также работающие с широким спектром кислот и щелочей. Сложно переоценить значимость ХПВХ для данных областей, физико-химические свойства материала позволяют изделиям служить в несколько раз дольше традиционно используемых материалов. Стоит также отметить низкую стоимость ХПВХ по сравнению с часто используемыми материалами, такими как титан, высоколегированные стали и фторопласт. Как и для всех виниловых материалов, конечные продукты, произведенные из ХПВХ-смол, имеют значительно больше дополнительных ингредиентов, чем обнаружено в других полимерных материалах (в семействе полиолефинов). ХПВХ-смеси, например, продукты из жесткого ПВХ, включают около 85% ХПВХ-смолы, а остальное составляют дополнительные добавки, обычно крайне необходимые, которые включают тепловые стабилизаторы, ударные модификаторы, смазки, технологические добавки и красители. В отличие от жесткого ПВХ, специальные добавки, их соотношение и количество, используемые в ХПВХ-композициях, рассматриваются в качестве ноу-хау. Основная ниша применения ХПВХ, определившаяся более 40 лет назад, — производство высокотемпературных изделий для жидких систем: трубы и водопроводная арматура для систем горячего и холодного водоснабжения, а также для промышленных систем транспортирования жидкостей. Данные применения определили критерии основного режима работы материалов из ХПВХ, которые остаются общепринятыми до сих пор. С течением времени использование материалов из ХПВХ развивалось в других направлениях, особенно в определенных системах пожарных распрыскивателей, а также в системах обращения с коррозионно-активными газами. ХПВХ продемонстрировал преимущества не только благодаря хорошим эксплуатационным свойствам при повышенных температурах, но также хорошим огневым и дымовым свойствам под воздействием тепла. Другие области использования: внутреннее оборудование коммерческих самолетов и общественного транспорта. Технология ХПВХ завоевала рынок благодаря способности материала выдерживать давление, а также хорошими показателями по воспламенению и дымообразовапию. Это двукратное преимущество материалов из ХПВХ не только над металлическими трубопроводами, но и над традиционными термопластичными материалами для труб и трубопроводной арматуры способствовало внедрению изделии ХПВХ в производство противопожарных систем в жилых домах. Дополнительный хлор в ХПВХ-смоле по сравнению с ПВХ и другими термопластами для производства труб дает большое преимущество в характеристиках горючести конечным продуктами, произведенным из этих веществ. Значимым преимуществом ХПВХ перед другими термопластами является его предельный кислородный индекс (КИ), равный 60. Обычной практикой является сравнение этой величины с 21% атмосферного кислорода. Значение КИ для ХПВХ показывает, что при очень сильном тепловом облучении или воздействии пламени материал не будет поддерживать горение. Скорее изделие из ХПВХ будут лишь образовывать вспученный, обуглившийся слой. |
