聚氯乙烯
此條目需要補充更多來源。 (2018年5月16日) |
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 | |
---|---|
![]() | |
![]() | |
![]() | |
IUPAC名 poly(1-chloroethylene)[1] 聚(1-氯乙烯) | |
別名 | Polychloroethylene |
識別 | |
縮寫 | PVC |
CAS號 | 9002-86-2 ![]() |
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 | |
---|---|
source: [4]<smal |
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。
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。
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,會產生致癌空氣汙染物戴奧辛(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:禁止在玩具裡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)的設備裡,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 網際網路檔案館的存檔,存檔日期2009-03-01.
- ^ What’s that new shower curtain smell? – Center for Health, Environment & Justice 網際網路檔案館的存檔,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,存於網際網路檔案館)
- 歐洲共同體環境政策:PVC (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- besafenet: pvc (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 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,存於網際網路檔案館)
- PVC聚氯乙烯的發展歷程及其應用方案 (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 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,存於網際網路檔案館)
- 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,存於網際網路檔案館)