ВИНИЛОВЫЙ СПИРТ

Поливиниловый спирт

23.06.2014

Поливиниловым спиртом (ПВС) называют искусственный твёрдый белый (реже – светло-жёлтый или кремовый) полимер, имеющий вид порошка, хлопьев или крупинок. Кристаллическая составляющая вещества может доходить до 68%.

Химическая формула поливинилового спирта выглядит следующим образом: [- CH2 – CH(OH) -]n, где n – степень полимеризации.

Величина n может достигать 5000, то есть, молекула поливинилового спирта может иметь в своём составе до 5000 одинаковых звеньев.

Впервые этот термостойкий искусственный полимер был получен немецкими химиками В. Германом и В. Гонелем посредством реакции омыления поливинилового эфира гидроксидом калия (KOH).

Если большинство известных полимерных веществ получается путём полимеризации мономеров, то процесс получения поливинилового спирта имеет принципиальное отличие: для получения данного вещества необходима реакция полного или частичного гидролиза поливинилацетата, в результате которой удаляется этилацетатная группа.

Современный промышленный синтез ПВС происходит путём различных вариантов реакции омыления поливинилацетата в водной или спиртовой среде, в присутствии кислот или щелочей, играющих роль катализаторов.

В 2002 году произошло знаменательное событие, которое позволило ускорить и удешевить синтез поливинилового спирта. Коллектив учёных под руководством А. А. Кузнецова открыл и разработал безгелевый способ получения ПВС.

Свойства поливинилового спирта

Чистый поливиниловый спирт не имеет запаха и вкуса, не является токсичным. Единственным его растворителем служит вода. Поливиниловый спирт не растворяется ни в одном из органических растворителей. Особенно стоек к действию любых масел, бензина, керосина и других углеводородов, а также – разбавленных щелочей и кислот.

ПВС гигроскопичен, и всегда содержит примерно 5% воды, которая в некоторой степени пластифицирует вещество. Но вода легко и быстро испаряется. Поэтому в качестве пластификаторов для этого полимера применяются этиленгликоль, бутиленгликоль, фосфорная кислота, глицерин. Лучшим пластификатором для ПВС является именно глицерин.

Благодаря своим свойствам, поливиниловый спирт широко применяется в пищевой и фармацевтической промышленности, в медицине, в различных отраслях народного хозяйства.

Применение поливинилового спирта

Поскольку описываемое вещество является физиологически нейтральным, то вполне объяснимо широкое применение поливинилового спирта в пищевой и медицинской промышленности. ПВС применяется в качестве плёнкообразователя, влагоудерживающей и глазирующей пищевой добавки, которой присвоено международное обозначение Е1203.

    Благодаря применению ПВС, в продуктах, подвергающихся разным способам обработки, удаётся сохранить необходимое количество влаги. Также поливиниловый спирт входит в состав глазури, которой покрывается свежезамороженная рыба и морепродукты.

Е1203 включается в состав большинства видов оболочек, которыми покрывают готовые к употреблению продукты и полуфабрикаты. К примеру, колбасы и сосиски.

Свойства поливинилового спирта позволяют широко использовать его в качестве материала для производства медицинского оборудования, инструментов и аппаратов. В фармацевтической промышленности ПВС применяется при изготовлении оболочек и наполнителей для различных таблеток.

Кроме того, поливиниловый спирт иногда используют при переливании крови как плазмозаменитель. Нередки случаи, когда при лечении онкологических заболеваний ПВС применяется как эмболизирующий агент (в тех случаях, когда операция противопоказана или в ней нет необходимости).

Используется этот термостойкий полимер и для производства особых волокон, которыми выполняют внутренние хирургические швы, рассасывающиеся в течение определённого времени. Также ПВС в качестве лубриканта включается в состав жидкостей для контактных линз и глазных капель.

Часто это вещество применяют при изготовлении детских и женских средств гигиены, кремов.

Широко распространено использование ПВС для производства полимерных плёнок и волокон. Пластифицированный поливиниловый спирт применяется для изготовления стойких к агрессивным жидкостям шлангов.

Некоторые технологии окрашивания тканей также требуют применения ПВС.

Способ применения огнеупорной краски

Процесс заключается в смешивании сухой смеси со связующим стойкой температуры (например, стекло жидкообразной консистенции, плотность которого 1,3-1,4 г/смз, и кремнийорганическую краску типа ВН-30). Происходит данное действие прямо на месте покрасочных работ. Нужно отметить, что в любом случае краска остается жизнестойкой после смешивания в течение 6-12 часов.

Такой тип материала уместен для окраски разнообразных типов двигателя (например, реактивных), теплообменных конструкций, глушителей автомобиля, коллекторов, различных видов трубоотвода, устройств для отопления помещений, а также для печей различного назначения.

В чем же заключаются преимущества рассматриваемой краски?

В мире существует большое количество окрасочных средств с наличием функции защиты от огня. Но огнеупорная краска выделяется среди остальных в меру огромного количества преимуществ:

• Хороший уровень стойкости к разложению термическим или же окислительным путем;
• Способность к отталкиванию воды;
• Пленка, которую образуют краски, имеет маленький вес и ширину, что помогает конструкции быть легче (в случае, например, с облицовочными материалами конструкция значительно утяжеляется;
• 200-700 градусов – температуры, приемлемые для эксплуатации огнеупорной краски;
• Формирование экологически чистого покрытия после того, как краска высыхает. Пожаробезопасность плюс экологичность – отличная совокупность качеств!
• Пленка обладает большой устойчивостью к минусовым температурам, лучам ультрафиолета, а также в всевозможным механическим повреждениям;
• Неплохое сцепление с металлическими, керамическими или кирпичными поверхностями;
• Наличие двойной характеристики: защита от огня в совокупности с привлекательным внешним видом.

Поливиниловый спирт в огнезащитных красках

Поливиниловый спирт – поливинилалкоголь простейшего состава, который создается в процессе омыления поливинил ацетата в определенном типе среды (имеет место щелочная или кислая). В данном случае процессы деструкции проходят в слегка подавленной степени, так, вес молекул IIBC практически не имеет отличий от веса молекул поливинилацетата (20-100 тысяч).

Поливиниловый спирт формула:

Следует отметить, что основные продукты промышленного производства IIBC используются для создания винола, волокна синтетического происхождения. В процессе изготовления красок и лаков поливиниловый спирт выполняет функции защитного коллоида, а также пленкообразующего элемента для красок на водной основе.

Последний способ применения связан с наличием у приведенного спирта определенных физических и механических характеристик ноливинилспиртовых пленок, кроме того, есть зависимость от способности превращения таких пленок трехмерным способом в результате наивысшего процветания активных процессов гидроксильных групп поливинилового спирта в таких реакциях, как замещение, этерификация, окисление – восстановление, а также образование комплексов.

Процессы превращения поливинилового спирта:

• Невязкие растворы поливинилового спирта получаются вследствие действий с ПВС, вес молекул которого мал, а pH составляет 6-7 единиц. При этом концентрация таких растворов определяется в пределах 10-13 % (за пределом 15% уровень вязкости резко становится выше). Если имеет место содержание ацетатных групп осадочного характера < 5 мол. %, то реакция в воде (растворение) проходит при определенной температуре, которая нередко достигает 60-70 градусов. Сольвары, вещества, имеющие способность неполного омыления поливинилацетата и содержащие группы ацетата 13-20%, воздействуют с водой в ходе растворения при комнатном режиме температуры.

• Если же поливиниловый спирт окисляется с броматом, перманганатом или бихроматом калия (имеют место и другие окислители), возникает процесс деструкции, вследствие чего создаются новые группы с содержанием кислорода. Среди них альдегидные и карбоксильные, располагающиеся на концах цепи. В самой же структуре имеют место кетонные группы.
• Есть возможность формирования структуры, сшитой трехмерным способом. Происходит это в результате обезвоживания продукта деструкции поливинилового спирта (реакция окислительного характера). Эффект усиливается в процессе воздействия серной кислоты, которая служит водоотнимающей частицей. Данный тип структуры достигается благодаря созданию поперечных ацетальных или сложноэфирных типов связей.
• В процессе окисления поливинилового спирта в растворе воды с помощью производных имеют место два способа превращения (это зависит от реакции, присущей среде). Один из них заключается в том, что ионы организуют сшивание дополнительного уровня, в результате чего в совокупности с гидроксильными и кетонными группами окисленного поливинилового спирта они создают соединения комплексного характера. Важно отметить, что данный вариант является более предпочтительным.

Таким образом, в результате рассмотренных процессов превращения были сформированы и выпущены в производство водоразбавляемые краски сухой консистенции, а также шпатлевочные структуры для строительства разнообразных объектов. Важно знать, что поливиниловый спирт может быть замещен сольваром, а бихромат заменяется хромовым ангидридом.

Сам процесс создания красок сухой консистенции заключается в смещении составляющих в мельнице шарового характера работы или же на бегунах. Материалы для покраски разводятся водой или же кислотой (в разбавленном виде). Производится это действие нигде иначе, как на объекте строительства.

Наносятся они с использованием стандартных методов без применения шпатлевки по подложкам со слабовыраженными щелочными либо нейтральными свойствами. Среди таковых кирпич, бетон или же устаревшая штукатурка. Нанесение может производиться также на подложки с ярко выраженными щелочными свойствами при условии, что они загрунтованы.

Такой вид красок используется для покрытий, выполняющих свои функции непосредственно внутри помещения.

Поливинилхлорид — применение в огнезащитных красках

Материал ПВХ имеет широкое применение в производстве огнезащитных красок и для того, чтобы в этом убедиться, целесообразным будет рассмотреть основные характеристики поливинилхлорида.

Порошок белого цвета – именно такой внешний вид имеет ПВХ. Существует классификация рассматриваемого материала.

Виды поливинилхлорида:

1. Пластифицированный (уместно применение пластификатора);
2. Не пластифицированный.

В химический состав поливинилхлорида входят три основных вещества: водород, углерод и хлор. ПВХ имеет чрезмерную устойчивость к воздействию многих реагентов химического происхождения.

Данный элемент имеет непосредственное отношение к той группе полимеров, которые используют не только нефть как основной продукт производства. Сырьем в этом случае вполне могут выступать такие вещества, как этилен (43%), добываемый из нефти, и хлор (57 %), который добывается в ходе переработки поваренной соли.

Среди сфер применения поливинилхлорида следует выделить немало пунктов:

• Медицинская сфера обслуживания широко использует ПВХ для замены стекла и резины на стерилизованные структуры как однократного, так и многократного способов применения. Кроме того, поливинилхлорид может применяться даже в ходе операций внутри человека;
• Автомобилестроение достаточно часто прибегает к использованию ПВХ в производстве автотранспортных изделий и запчастей к ним. Из поливинилхлорида изготавливаются панели приборов, покрытия уплотненного состава, отделочные материалы для создания интерьера внутри салона. Повышение уровня безопасности автотранспорта – важное условие, которое достигается благодаря использованию ПВХ для подушек безопасности и панелей защитного характера ;
• Применение ПВХ в сфере строительства широко распространено из-за износостойкости и пожаробезопасности материала, а также устойчивости к воздействию коррозии. Поливинилхлорид не может проводить электрический ток. Долговечность – основной плюс рассматриваемого материала (до 40 лет могу служить изделия из ПВХ). В плане строительства поливинилхлорид имеет благоприятную конкурентоспособность в плане стоимости, а также таких параметров, как легкость и легкая обработка по сравнению с бетоном, сталью или железом;
• Поливинилхлорид активно применяется в создании игрушек для детей (различные куклы, изделия надувного характера, мячи и так далее).

В заключение важно отметить, что ПВХ имеет широкий спектр применения в различных отраслях производства: строительство, автомобильная отрасль, производство медицинских материалов, а также потребительских товаров. Это говорит о том, что ПВХ пользуется огромной популярностью в обществе и с течением времени становится практически незаменимым материалом.

Производство и применение поливинилового спирта

Химическая формула поливинилового спирта — (C2H4O)x, где x – отвечает за степень полимеризации. Это вещество представлено в виде белого или светло-кремового порошка.

Поливиниловый спирт не имеет специфического запах и вкуса. Его считают термопластичным полимером, поэтому он хорошо растворяется в различных жидкостях: глицерине, воде, мочевине, диметилформальдегиде. Закипает ПВС при температуре 228°C, но начинает плавиться уже при 200°C.

На поливиниловый спирт не действуют агрессивные вещества:

• •    масла,
• •    бензин,
• •    растворы щелочей,
• •    керосин и т.д.

Кроме того, это вещество не выделяет токсинов. В своем составе этот порошок всегда содержит около 5% воды. Такой компонент делает спирт более пластичным. Также для повышения пластифицирующих свойств в состав поливинилового спирта добавляют:

• •    глицерин,
• •    бутиленгликоль,
• •    фосфорную кислоту.

В промышленных масштабах этот порошок получают в результате полимераналогичных реакций. В них берут участие как простые, так и сложные соединения поливиниловых эфиров. На практике этот процесс происходит за счет омыления поливинилацетата в спиртовой среде. Также ПВА может вступать в реакции с основаниями и кислотами, которые находятся в воде.

Существует несколько марок поливинилового спирта, они разделяются на: полностью гидролизованные и частично гидролизованные. Одной из самых востребованных марок в текстильной промышленности считается 16 марка. Поливиниловый спирт 16 имеет белый цвет, производиться в виде гранул. Его используют во время обработки тканей и кожи.

Свойства ПВС

Свойства поливинилхлорида достаточно разнообразные, так как на него сильно может влиять влажность воздуха. При повышенной влажности он начинает терять плотность. При нормальных климатических показателях это вещество имеет высокую эластичность и прочность. Этот спирт способен придавать сырью склеивающие свойства.

ПВС обладает также пленкообразующими свойствами, но при этом, он не способен к растворению в кислотах, щелочах и растворителях. Если на сухой порошок ПВС попадет вода, то этот материал полностью в ней раствориться.

Клей на основе поливинилового спирта отличается высокой плотность и вязкостью. Его применяют в процессе производства тары, пошива одежды. Он устойчив к бензину, маслам и кислотам.

Применение ПВС

Этот порошок участвует в процессе изготовления других полимерных соединений. С его помощью получают:

• •    поливиниловый нитрат,
• •    поливиниловый ацеталь,
• •    поливинилацетатные дисперсии.

В странах Азии ПВС участвует в производстве текстильных волокон и тканей. Если рассматривать этот материал с точки зрения универсальности, то он применяется практически во всех сферах человеческой деятельности.

В сфере аграрного хозяйства его добавляют в составы к синтетическим удобрениям, они качественно улучшают состав почвы.

В металлургической сфере ПВС применяют для закалки стального металла.

Поливиниловый спирт является незаменимым компонентом в процессе производства строительных материалов. Он помогает защищать покрытие многих материалов.

Этот материал можно найти в составах парфюмерной и косметической продукции.

Раствор поливинилового спирта в составе клея, помогает склеивать различные ткани, кожу, бумагу и прочие материалы. С его помощью приклеивают бирки и этикетки.

В западных странах это вещество нашло свое применение даже в сфере живописи. С его помощью производят консервацию образотворческих старинных экспонатов.

Производство поливинилового спирта помогает медикам производить переливание крови, делать фиксацию при сборе образцов.

Низкомолекулярный ПВС применяют в процессе производства продуктов питания. Его вводят в составы продуктов в качестве глазирующего агента. Им обрабатывают рыбу, морепродукты, колбасные изделия.

Также стоит отметить, что данный порошок вводят в составы:

• •    глазных капель,
• •    смывок для контактных линз,
• •    строительной арматуры,
• •    упаковочных водорастворимых материалов,
• •    шампуней, гелей и бальзамов.

Некоторые интернет-ресурсы утверждают, что раньше поливиниловый спирт можно было найти в любой аптеке. На данный момент этот полимер запрещено использовать в пищевой отрасли на территории Российской Федерации. В мире могут маркировать в качестве пищевой добавки Е1203.

Производители и стоимость

Главными мировыми производителями поливинилового спирта считаются страны:

• •    Китай,
• •    Корея,
• •    США.
• •    Япония,
• •    Испания.

В Российской Федерации этот материал производят компании:

• •    ООО ОдиХим,
• •    ООО ВитаХим,
• •    ООО Экономкемикал,
• •    ООО Статус.

Средняя цена на поливиниловый спирт составляет 2,5-3,5$. Фасовка ПВС производиться в мешки, массой от 20 кг. Хранить данный материал необходимо в сухих и хорошо вентилируемых помещениях. Температура воздуха должна быть комнатной.

На складах с ПВС категорически запрещена повышенная влажность воздуха. Складировать поливиниловый спирт можно штабельным способом. Если будут выдержаны все требования по хранению этого материала, то он может сохранять свои свойства неограниченно долго.