聚氯乙烯

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聚氯乙烯
密度 1380 kg/m3
楊氏模量(E) 2900-3400 MPa
拉伸強度t) 50-80 MPa
Elongation @ break 20-40%
Notch test 2-5 kJ/m2
玻璃轉變溫度 87 °C
熔點 212 °C
Vicat B1 85 °C
熱導率 (λ) 0.16 W/m.K
熱膨脹係數 (α) 8 10-5 /K
熱容 (c) 0.9 kJ/(kg·K)
吸水率 (ASTM) 0.04-0.4
Price 0.5-1.25 €/kg
1 Deformation temperature at 10 kN needle load
source: [1]
聚氯乙烯

聚氯乙烯(英文為PolyVinyl Chloride縮寫PVC)是一種使用一個原子取代聚乙烯中的一個原子高分子材料

結構[編輯]

這種材料的結構如下

-CH_2-CHCl-CH_2-CHCl-CH_2-CHCl-

性質[編輯]

阻燃[編輯]

聚氯乙烯的最大特點是阻燃,因此被廣泛用於防火應用。但是聚氯乙烯在高溫下的燃燒過程中會釋放出氯化氫氯氣和其他有毒氣體[2]

聚氯乙烯的燃燒分為兩步。先在240℃-340℃燃燒分解出氯化氫氣體和含有雙鍵二烯烴,然後在400-470℃發生的燃燒[3]

物理和化學性質[編輯]

穩定;不易被腐蝕;比較耐熱。PVC是七大塑料中唯一必須使用增塑劑的材料,這使得它的狀態可以從軟而彈到硬而脆之間變化。而增塑劑就是媒體報導中的「塑化劑」。PVC既然可以呈現軟而有彈性的一面,也就可以模擬橡膠或皮革的一些用途,比如小汽車內飾大量使用的人造革、一次性檢查手套、地板、桌布、塑膠鞋,因為PVC價格比天然膠和聚氨酯人造革低得多。不過PVC工業通常要用到乙炔

歷史[編輯]

1912年,德國人Fritz Klatte合成了PVC,並在德國申請了專利,但是在專利過期前沒有能夠開發出合適的產品。1926年美國百路馳(B.F. Goodrich)的沃爾多·塞蒙(Waldo Semon)合成了PVC,並在美國申請了專利。

PVC在19世紀被發現過兩次,一次是Henri Victor Regnault在1835年,另一次是Eugen Baumann在1872年發現的。兩次機會中,這種聚合物都出現在被放置在太陽光底下的氯乙烯的燒杯中,成為白色固體。20世紀初,俄國化學家Ivan Ostromislensky 和德國Griesheim-Elektron公司的化學家Fritz Klatte同時嘗試將PVC用於商業用途,但困難的是如何加工這種堅硬的,有時脆性的的聚合物。沃爾多·塞蒙和百路馳在1926年開發了利用加入各種助劑塑化PVC的方法,使它成為更柔韌更易加工的材料並很快得到廣泛的商業應用。

生產與應用[編輯]

聚氯乙烯可由乙烯、氯和催化劑經取代反應製成。由於其防火耐熱作用,聚氯乙烯被廣泛用於各行各業各式各樣產品: 電線外皮、光纖外皮、鞋、手袋、袋、飾物、招牌與廣告牌、建築裝潢用品、傢俱、掛飾、滾輪、喉管、玩具(如有名的義大利「Rody」跳跳馬)、動漫公仔、門簾、捲門、輔助醫療用品、手套、某些食物的保鮮紙、某些時裝等。

聚氯乙烯是由氯乙烯單體(VCM)聚合而成。因為其分子中57%的質量是氯元素。所以它與其它的塑料相比,相同的質量中所耗用的石油較少,然而,因為這種塑料的相對密度較大,而且在生成氯的過程中也要耗用其它能量,使得它在很多應用領域失去了優勢。

氯乙烯的聚合

目前使用較多的PVC生產工藝是懸浮聚合生產工藝。將純水、液化的VCM單體、分散劑加入到反應釜中,然後加入引發劑和其它助劑,升溫到一定溫度後VCM單體發生自由基聚合反應生成PVC顆粒。持續的攪拌使得顆粒的粒度均勻,並且使生成的顆粒懸浮在水中。因反應是放熱反應,必須配備有效的除熱換熱裝置:如夾套冷卻水、釜頂冷凝器。而且,因為PVC的密度比VCM的密度大。反應過程中隨著PVC的不斷生成,反應釜內液相的體積會不斷收縮,必須不斷加入純水以維持適當的壓力。在不同的聚合溫度下,VCM聚合生成PVC的聚合度不同。控制不同的聚合溫度可以生成不同牌號(聚合度不同牌號不同)的PVC樹脂。

生成的PVC料漿經過汽提塔脫除殘餘的VCM氣體(經回收系統回收後與新鮮VCM按一定比例循環使用),然後經過離心脫水,乾燥床乾燥、篩分後包裝成產品。一般經後處理後PVC粉中的VCM含量小於1PPM。

其餘的聚合工藝,如微懸浮、乳液聚合工藝可以生成粒徑較小的PVC粉(10微米,而一般懸浮聚合生成的PVC粉粒徑是120-150微米。其特性和應用也略有不同)聚和生成的PVC是未改性的PVC。在做成最終製品之前,一般要加入各種助劑,如熱穩定劑、紫外線穩定劑,潤滑劑、增塑劑、加工助劑、抗沖改性劑、熱改性劑、填料、阻燃劑、殺蟲劑、發泡劑、煙霧抑制劑和各種顏料。

回收及循環再用[編輯]

資源回收再利用塑膠分類標誌中,PVC代碼是3(3字在三個循環再用箭號中心)U+2675 DejaVu Sans.svg

塑料本體底部或包裝上須列明,以便消費者及回收商能分類妥當。

安全與危害[編輯]

美國自1970年代開始,注意到聚氯乙烯工廠的工人有某種惡性肝癌[1]歐洲澳洲也開始注意到聚氯乙烯工廠的工人有數種癌症。

其主要問題在於:

  • PVC一定要有添加劑或增塑劑才可用,這些大多有害,可能滲出或氣化
  • 部份添加劑會干擾生物內分泌(影響生殖機能),部份可增加致風險。
  • 焚化PVC垃圾,會產生致癌的戴奧辛(Dioxin)而污染空氣。

PVC常使用鄰苯二甲酸二辛酯DEHP)為增塑劑,因DEHP易氣霧化,其他乙烯基產品包括汽車內部、淋浴膠簾或鋪地板物料等,也會釋放化學氣體入空氣,且DEHP也易溶入油性液體中。另外,人們也開始關注到,兒童若咀嚼這些軟塑玩具,會有添加劑滲出的安全問題。

新生兒加護病房使用的乙烯基點滴袋也曾發現有釋放DEHP的情形。

聚氯乙烯玩具對幼兒的健康有很大的威脅。因為處於口腔期的幼兒,會透過口舔玩具而將聚氯乙烯塑料中的DEHP的等塑化劑直接吃進去。

2008年美國加拿大共同研究指出,在測試五種塑膠浴簾時,其在28日之內釋放了百餘種有毒物質。[2][3]

2006年1月,歐洲共同體下了一個禁令:禁止在玩具裡使用六種類型鄰苯二甲酸酯軟化劑(參見2005/84/EC 指引)。在美國,越來越多為這年齡層製造PVC玩具的公司,自願停用PVC或停用鄰苯二甲酸酯美國食品藥物管理局建議製造者考慮在敏感患者(譬如出生不滿一月的嬰兒)的設備裡,禁用DEHP。但是,供選擇的增塑劑則未經測試確定是否更不安全。

一些研究表明,這添加劑也許令健康問題複雜化,但需要進一步研究。根據一些醫療研究顯示,PVC 增塑劑也許會導致慢性病:譬如硬皮病膽管癌cholangiocarcinoma)、angiosarcoma腦癌acrosteolysis

2004年,一個聯合了瑞典與丹麥學者的研究小組發現,常用在PVC的鄰苯二甲酸酯DEHPBBzP,和兒童過敏有相當強烈的關連性。

環境保護者小組綠色和平主張全球性逐步淘汰PVC。

因為從PVC垃圾的焚化產生戴奧辛,是乙烯基氯(PVC)的副產物。因此,乙烯基氯是戴奧辛的來源,戴奧辛是種高度毒性物質,可能導致癌症和其它病症。也會成為全球性的威脅,因為其在環境中能大範圍散佈,並無法消散。即使接觸少量戴奧辛,但戴奧辛仍極有可能與免疫系統受壓、生育問題、各種癌症與和內分泌疾病有關係。據一個由英國企業ICI化學和高分子製品有限公司1994年提供的報告,根據1989年發表的一篇文獻,這些氧氯化反應(使用做乙烯基氯和一些氯化的溶劑),會產生多氯二苯並戴奧辛(PCDDs)和二苯並呋喃(PCDFs)類化合物。

至2008年,歐盟、美國華盛頓與美國加州已禁止使用DEHP

相關條目[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ A.K. vam der Vegt & L.E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5
  2. ^ 用錐形量熱儀研究細水霧抑制熄滅PVC火. 中國工程科學. 2006, 8 (12): 102–106. 
  3. ^ yang J, Miranda R; Roy C. Vacuum pyrolysis of PVC I. Kinetic study. Polymer Degradation and Stability. 1999, 64 (1): 127–144. 

相關有用資源連結[編輯]