聚氯乙烯
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| 聚氯乙烯 | |
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| IUPAC名 poly(1-chloroethylene)[1] 聚(1-氯乙烯) | |
| 別名 | Polychloroethylene |
| 識別 | |
| 縮寫 | PVC |
| CAS號 | 9002-86-2 
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| ChemSpider | none |
| ChEBI | 53243 |
| KEGG | C19508 |
| MeSH | Polyvinyl+Chloride |
| 性質 | |
| 化學式 | (C2H3Cl)n[2] |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
| 密度 | 1380 kg/m3 |
| 楊氏模量(E) | 2900-3400 MPa |
| 拉伸強度(σt) | 50-80 MPa |
| Elongation @ break | 20-40% |
| Notch test | 2-5 kJ/m2 |
| 玻璃轉變溫度 | 87 °C |
| 熔點 | 100-260°C[3] |
| 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 | |
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| source: [4]<smal | |
聚氯乙烯（英語：Polyvinyl Chloride，簡稱PVC）是氯乙烯經加成聚合反應得到的的高分子材料。是聚乙烯和聚丙烯之後，第三種最廣泛生產的合成塑膠聚合物。
聚氯乙烯有兩種基本形式：硬性和柔性。硬性形式聚氯乙烯材料可用於管道、門和窗上，它也可用於瓶子、其它非食品的包裝以及銀行卡或會員卡等。它也可以製成柔軟的成品，通過加入塑化劑（最常用的是鄰苯二甲酸酯），使之更加靈活。在這種形式中，它可用於軟管道、電纜絕緣體、仿皮革、軟標牌、充氣產品，並在許多應用中取代橡膠。
純聚氯乙烯是一種白色，脆性固體。它不溶於醇但微溶於四氫呋喃。
結構
[編輯]這種材料的結構如下：
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。但是聚氯乙烯加熱至148°C以上時會釋放出氯化氫、氯氣和其他有毒氣體[5]。
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的二烯烴，然後在400-470℃發生碳的燃燒[6]。
物理和化學性質
[編輯]穩定；不易被酸、鹼腐蝕；比聚乙烯耐熱但比不上聚丙烯。PVC是七大塑料中唯一必須使用塑化劑的材料，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道中的「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（如有名的意大利「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。
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。反應過程中隨着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）聚合生成的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）
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。[7] 歐洲與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一定要有添加劑或塑化劑才可用，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。
- 部份添加劑可增加致癌風險。
- 焚化含有PVC的垃圾，會產生致癌空氣污染物戴奧辛（Dioxin），為乙烯基氯的副產物。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，因為戴奧辛會在環境中能大範圍散佈，並無法消散。即使是接觸少量，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），會產生多氯雙苯並對二噁英（PCDDs）和二苯並呋喃（PCDFs）類化合物。
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。
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，會透過舔、或把玩具放入口中而將聚氯乙烯塑料中的DEHP的等塑化劑直接食入。
2008年美國與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。[8][9]
2006年1月，歐洲共同體搬出「2005/84/EC指引」禁令：禁止在玩具裏使用六種類型鄰苯二甲酸酯軟化劑。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）的設備裏，禁用DEHP，但替代用的增塑劑之安全性則未經檢測。
環境保護者小組綠色和平主張全球性逐步淘汰PVC。
參考文獻
[編輯]- ^ poly(vinyl chloride) (CHEBI:53243). CHEBI. [12 July 2012]. （原始內容存檔於2013-12-13）.
- ^ Substance Details CAS Registry Number: 9002-86-2. Commonchemistry. CAS. [12 July 2012]. （原始內容存檔於2018-05-21）.
- ^ Wilkes, Charles E.; Summers, James W.; Daniels, Charles Anthony; Berard, Mark T. (2005). PVC Handbook. Hanser Verlag. p. 414. ISBN 978-1-56990-379-7.
- ^ A.K. vam der Vegt & L.E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5
- ^ 黃鑫; 劉江虹; 張永豐; 秦俊. 用锥形量热仪研究细水雾抑制熄灭PVC火. 中國工程科學. 2006, 8 (12): 102–106.
- ^ yang J, Miranda R; Roy C. Vacuum pyrolysis of PVC I. Kinetic study. Polymer Degradation and Stability. 1999, 64 (1): 127–144.
- ^ Angiosarcoma of liver in the manufacture of polyvinyl chloride. - PubMed - NCBI
- ^ media centre | - Environmental Defence 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-03-01.
- ^ What’s that new shower curtain smell? – Center for Health, Environment & Justice 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2015-12-22.
外部連結
[編輯]- 化學物質問題市民研究會 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- 歐洲共同體環境政策:PVC （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- besafenet: pvc （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- 2008Vinyl Shower Curtains Release Toxic Chemicals: New report shows as many as 100 chemicals released from PVC shower curtains （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- PVC聚氯乙烯的發展歷程及其應用方案 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- f_100330_06744.PDF - 「PVC」 - 穩定、安全又無毒，正確認識生活好幫手 @ 大洋塑膠工業股份有限公司。 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- 地球公民基金會—教育手冊：美好生活少不了它？台塑仁武廠和PVC的故事 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
