Chemické složení a vlastnosti polyvinylchloridu (PVC)

Polyvinylchlorid, známější pod svou přezdívkou PVC, je pravděpodobně třetí nejpoužívanější plast na světě. Průmyslově se vyrábí zhruba od 30. let 20. století a je to velmi úspěšný druh umělé hmoty. PVC je třetím nejpoužívanějším plastem na Zemi, hned po polyethylenu a polypropylenu. Poprvé byl syntetizován v roce 1835. Není rozpustný ve vodě, v olejích ani v koncentrovaných anorganických kyselinách a zásadách.

Výroba polyvinylchloridu

Výrobu PVC lze zjednodušeně popsat následovně: PVC vzniká polymerací vinylchloridu. Vinylchlorid se vyrábí z etylenu (pocházejícího z ropy nebo zemního plynu) a chlóru. Sloučením etylenu a chlóru vzniká etylendichlorid (EDC), z něj se dále vyrábí vinylchlorid monomer (VCM) - základní stavební jednotka PVC. Nejprve vznikne dichlorethan, z něj vinylchlorid - a ten se následně polymeruje na polyvinylchlorid.

Základní surovinou pro výrobu PVC je vinylchlorid monomer (VCM - těkavý, jemně nasládlý plyn) vzniklý obvykle rozkladem 1,2-dichlorethanu. Jeho polymerací do řetězců, jen částečně se rozvětvujících, vzniká bílý prášek nebo granulát. Samotný polymer se poté mísí s různými přísadami, které zlepšují jeho vlastnosti v tom kterém směru podle cílového použití.

Výrobu polyvinylchloridu zahrnuje kapalný dichlorethan (ethylenchlorid, dichlorethan), vodný roztok hydroxidu draselného, změkčovadla, stabilizátory, plniva a pigmenty.

Vlastnosti a typy PVC

PVC je relativně levné, dobře zpracovatelné a mimořádně univerzální. Polymer vinylchloridu je možné zpracovávat mnoha technologiemi - válcováním, vstřikováním, extruzí nebo vyfukováním. Díky své trvanlivosti a relativně nízké ceně PVC v mnoha aplikacích nahrazuje tradiční materiály jako dřevo, kov nebo beton. Materiál PVC je poměrně tvrdý termoplast vyznačující se vysokou odolností vůči agresivním chemickým prostředím. Je velmi dobře svařitelný a je možné jej tvarovat za tepla.

Čtěte také: jak ovlivnit životnost asfaltu pomocí modifikací

Základní vlastnosti PVC lze navíc výrazně měnit pomocí různých aditiv, zejména změkčovadel. Díky nim může být materiál buď tvrdý a pevný, nebo naopak měkký a pružný.

Rozlišujeme dva hlavní typy PVC:

• Neměkčené (tvrzené) PVC

  Používá se především ve stavebnictví - například na potrubí, okenní profily, fasádní prvky a různé technické výrobky.

• Měkčené PVC

  Obsahuje větší množství změkčovadel. Používá se například pro fólie, kabelové izolace, podlahové krytiny, koženky a těsnění.

Mezi další důležité vlastnosti PVC patří:

Čtěte také: postup chemického kotvení do zdiva s omítkou

• má nízký koeficient prostupu tepla,
• je nehořlavý a dokonale izoluje elektrický proud, světlo a zvuk,
• polyvinylchlorid neabsorbuje mastnotu ani chemikálie a nevytváří příznivé prostředí pro hromadění patogenních mikroorganismů.

Aditiva v PVC

Polyvinylchlorid je ve svém surovém stavu velmi křehká a nepružná hmota. Kvůli dosažení požadovaných mechanických vlastností, které se odvíjejí od způsobu jeho použití, se do něj musí přidávat mnoho přísad. Těmito přísadami jsou především plniva (např. křída), stabilizátory (pro zvýšení tepelné stability a odolnosti vůči ultrafialovému i tepelnému záření), změkčovadla (pro lepší manipulaci), maziva (pro lepší zpracovatelnost) atd.

Stabilizátory

Ačkoliv čisté PVC je mechanicky pevný materiál, dobře odolný počasí, vodě a chemikáliím, je relativně nestálý vůči teplu a světlu. Teplo a ultrafialové záření vede ke ztrátě chlóru ve formě chlorovodíku. Tomu je možné zabránit pomocí přídavku stabilizátoru, který se liší dle účelu použití PVC. Jako stabilizátory se dříve používaly i těžké kovy (kadmium, olovo) či organické sloučeniny cínu. Členové Evropské asociace výrobců stabilizátorů (ESPA) ukončili prodej stabilizátorů na bázi kadmia v zemích evropské patnáctky v roce 2001. Kadmium se tak v EU přestalo do PVC přidávat v roce 2007, od roku 2015 PVC průmysl vyřadil z výroby PVC i olovo. Těžké kovy se však stále vyskytují v odpadech z PVC.

Jako náhrada stabilizátorů na bázi těžkých kovů začaly být používány organické stabilizátory (např. tributyltin, tetrabutyltin, monooctyltin, dioctyltin). Nicméně i v tomto případě přetrvávají obavy týkající se jejich nepříznivého vlivu na lidské zdraví.

Změkčovadla

Pro zvýšení pružnosti PVC se přidávají složky s nízkou molekulární vahou, které se smíchají se základní polymerovou hmotou. Přidání takzvaných plastifikátorů (změkčovadel) v různých množstvích vytváří materiály s důležitými mnohostrannými vlastnostmi. Jako změkčovadla se zpravidla používají ftaláty (např. DEHP). Ftaláty představují skupinu asi 40 látek, přičemž nejčastěji se používal DEHP (di-2-ethyl-hexylftalát). Ten je v současné době nahrazován ftaláty s nižší molekulární hmotností.

Mezi další změkčovadla patří adipáty, trimelitáty, citráty a další organické sloučeniny. Negativní účinky adipátů na lidské zdraví a životní prostředí se v současné době důsledně zkoumají. Např. americká „Agency for Toxic Substancec and Disease Registry“ (Agentura pro registraci toxických látek a nemocí) zařadila di(2-ethylhexyl)adipát, neboli DEHA na „Priority List of Hazardous Substances“. DEHA se používá jako změkčovadlo pro PVC, ze kterého se vyrábí některé obalové materiály pro potraviny. Do takto měkčeného druhu PVC se balí potraviny i v České republice.

Čtěte také: Podrobnosti o principu chemického čištění výztuže v betonu.

PVC představuje přímé riziko pro své uživatele. Některé přísady, které se do PVC přidávají během výroby, nejsou v PVC pevně vázány a postupně se z něj uvolňují. Řeč je především o změkčovadlech PVC. Z měkčeného PVC se vyrábí např. podlahové krytiny, izolační folie, lékařské pomůcky, části oblečení, dětské hračky, oplášťování kabelů apod. Změkčovadla mohou tvořit až 50 % hmotnosti samotného výrobku, ze kterého se však během používání uvolňují a následně se mohou dostat do lidského organismu.

Využití PVC

Největší množství výrobků z PVC dnes najdeme ve stavebnictví, které spotřebuje přibližně 60 % světové produkce. Více než polovina z celosvětově vyráběného množství PVC se používá ve stavebnictví. Neměkčené PVC se zde využívá pro aplikace, u kterých je žádoucí tvarová stálost po celou dobu životnosti (v řádu desítek let): odpadová potrubí (obecně známé pod označením „novodur“), okenní a dveřní rámy, podlahovou a střešní krytinu atd., kdy PVC fakticky nahrazuje tradiční stavební materiály jako dřevo, ocel, hliník, beton či pálenou hlínu.

Další významné využití má PVC v:

• obalovém průmyslu
• elektrotechnice
• dopravním průmyslu
• zdravotnictví

PVC v medicíně

PVC je překvapivě důležitý materiál také ve zdravotnictví. Používá se například na infuzní vaky, krevní konzervy, katetry, hadičky nebo jednorázové rukavice. Důvod je jednoduchý - PVC je levné, dobře sterilizovatelné, průhledné a zároveň pružné. Díky těmto vlastnostem se stalo jedním z nejpoužívanějších plastů v moderní medicíně. Odhaduje se, že více než třetina plastových zdravotnických pomůcek obsahuje PVC.

Environmentální aspekty PVC

Recyklace PVC

Pokud tvrdíme, že PVC se nemá vhazovat do žlutých kontejnerů na plast, neznamená to, že PVC nelze recyklovat. Problém je v tom, že PVC se nerecykluje stejným způsobem jako běžné obalové plasty. Například když se obal z PVC dostane do toku PET plastu, může znehodnotit celou dávku recyklátu, protože se tyto materiály zpracovávají při odlišných teplotách.

PVC se proto recykluje hlavně mechanicky v uzavřených materiálových tocích, například u:

• okenních rámů
• PVC trubek
• podlahových krytin
• technických fólií

Evropský průmysl PVC je v tomto směru poměrně organizovaný - například prostřednictvím iniciativy VinylPlus, která podporuje recyklaci PVC výrobků. Přesto je podíl recyklace PVC relativně nízký. Odhady se pohybují kolem 10-15 % z celkového množství vyrobeného PVC. Jedním z důvodů je velké množství různých aditiv, která výrobci do PVC přidávají. To výrazně komplikuje jeho univerzální recyklaci.

Recyklace PVC s sebou nese značná omezení. Příčinou nevhodnosti PVC k recyklaci je, že každý výrobce přidává do PVC odlišná aditiva, aby docílil požadovaných vlastností. Recyklovaný PVC plast navíc často obsahuje již zakázané stabilizátory a změkčovadla, která jsou zdraví nebezpečná a pro spotřebitele tak představuje rizikový materiál.

Doposud není vyřešen problém recyklace separovaného sběru PVC. PVC se nehodí do směsného plastu určeného k recyklaci, protože negativně ovlivňuje jeho vlastnosti. Například jedna láhev z PVC může znehodnotit recyklaci 30 - 50 tisíc láhví z PETu.

Spalování PVC

PVC lze také energeticky využít spalováním. Jeho energetická hodnota je přibližně srovnatelná s papírem nebo dřevem. Při spalování PVC však vznikají potenciálně nebezpečné látky - například chlorovodík nebo dioxiny. Moderní spalovny jsou proto vybaveny technologiemi, které tyto látky dokážou zachytit. Je však nutné zdůraznit, že se jedná o průmyslové spalování při vysokých teplotách a s účinným čištěním spalin. Naopak spalování PVC v domácích kamnech nebo na otevřeném ohni je zdravotně velmi nebezpečné.

Spalování je vůbec nejhorším způsobem likvidace PVC, protože se při něm uvolňují do životního prostředí nebezpečné látky jako chlorovodík, dioxiny, hexachlorbenzen, polyaromatické uhlovodíky. Do škváry a popílku ze spaloven se z PVC dostávají těžké kovy. Celkově při spalování PVC často vznikne více odpadu než se spálí samotného plastu, protože je nutné vzhledem ke zvýšené tvorbě kyseliny chlorovodíkové v emisích přidávat větší množství látek k čištění spalin. Současně se celý proces prodražuje a toxické látky zachycené v popílku stejně v lepším případě skončí na zabezpečené skládce. K velkým nešvarům patří spalování PVC v domácích topeništích anebo na otevřených ohništích.

Při náhodných požárech budov či skládek, kde je přítomno PVC, se do ovzduší uvolňuje chlorovodík - plyn s vysokou toxicitou způsobující popáleniny kůže nebo poškození zraku. Při vdechnutí ve vlhkém prostředí lidského těla se mění na kyselinu chlorovodíkovou, která může způsobit vážné a trvalé poškození plic. Během požáru v klubu v Beverly Hills (1997), který se šířil od elektrických kabelů z PVC, zemřelo 161 lidí, aniž by byli zasaženi plameny.

PVC na skládkách

PVC, které není recyklováno ani energeticky využito, často končí na skládkách. Na moderních, dobře zabezpečených skládkách nepředstavuje PVC zásadní riziko. Problém však může nastat na nelegálních nebo špatně zabezpečených skládkách. Z některých výrobků z PVC se totiž mohou postupně uvolňovat například ftaláty (používané jako změkčovadla) a těžké kovy používané dříve jako stabilizátory. Tyto látky mohou kontaminovat skládkové výluhy a následně i okolní prostředí.

Většina PVC končí na skládkách, kde degraduje a uvolňují se z něj ftaláty a těžké kovy. Ty kontaminují skládkové vody. Při jejich likvidování v čistírnách odpadních vod se dostanou nebezpečné látky do řeky nebo skončí v čistírenských kalech. Čistírny je nezachytí a ani jejich únik nesledují. Technologicky by to bylo drahé. Ftaláty byly zjištěny i ve skládkovém plynu. Při aerobních podmínkách (za přítomnosti kyslíku) se z PVC uvolní 30-35 % a při anaerobních podmínkách (bakteriálním rozkladu za vzniku metanu) 4 - 40 % ftalátů. Během náhodných požárů skládek jsou největším problémem již zmíněné dioxiny.

Chlór v PVC a jeho dopady

Chlór může tvořit přibližně 55-57 % hmotnosti polymeru PVC. Chlór je důvodem, proč je PVC z hlediska požárů problematické. Vinylchlorid je bezbarvý plyn a karcinogen, který se v přírodě běžně nevyskytuje, vyrábí se však průmyslově. Používá se především k výrobě polyvinylchloridu (PVC) - tvrdého materiálu používaného k výrobě různých plastových výrobků, včetně trubek, povrchové úpravy kabelů apod.

Při výrobě PVC dochází k častým únikům chlóru do životního prostředí (např. havárie ve Spolaně Neratovice v srpnu 2008). Výrobě PVC předchází výroba chlóru. Velká část jeho evropské produkce je založena na amalgánové elektrolýze. Tato metoda je přitom považována za nejhorší technologický postup při výrobě chlóru a alkalických hydroxidů, protože v důsledku provozování amalgámové technologie dochází k emisím velmi toxických látek jako rtuti a dioxinů do životního prostředí. Rtuť je například známá tím, že poškozuje nervovou soustavu a trávicí trakt. Dioxiny patří mezi jedny z nejnebezpečnějších látek vůbec. Způsobují poruchy imunitního, hormonálního a reprodukčního systému a některé jsou karcinogenní.

Rovněž meziprodukty samotné výroby PVC - ethylendichlorid (EDC) a vinylchlorid monomer (VCM) - jsou velice nebezpečné a toxické chemikálie. Tyto dvě látky mohou zapříčinit vznik rakoviny, způsobují poškození jater, plic, kardiovaskulárního, nervového, imunitního a reprodukčního systému.

Mezi chlororganické sloučeniny spadají mimo jiné nechvalně známé dioxiny a furany, polychlorované bifenyly (PCB), hexachlorbenzen, hexachloretan a hexachlorbutadien. Přítomnost chlóru v těchto látkách způsobuje, že jsou velmi toxické, téměř se neodbourávají z prostředí a snadno se akumulují v potravním řetězci. K problematickým látkám provázejícím výrobu PVC patří i chloroform, 1,1,2-trichloreten, tetrachloretan anebo tetrachlormetan. Vesměs se jedná o těkavé organické látky, které se snadno vypařují a zhoršují kvalitu ovzduší. Tetrachloretan podmiňuje vznik škodlivého přízemního ozónu. K poškozování ozónové vrstvy Země významně přispívá tetrachlormetan. Obecně by se dalo říct, že citlivě na působení těchto látek reagují především játra, ledviny, centrální nervový systém včetně mozku.

Rizika úniku toxických látek z PVC

Celý životní cyklus PVC - výrobu, používání i likvidaci - doprovází úniky toxických látek. Mnohé z nich jsou rakovinotvorné, způsobují poruchy reprodukce, vrozené vady, poškozují imunitní systém. Záleží samozřejmě také na jejich koncentracích a době, po jakou jsme působení těchto látek vystaveni.

Přehled rizikových látek spojených s PVC

Tyto informace zdůrazňují potřebu zodpovědného přístupu k výrobě, používání a likvidaci PVC, s ohledem na jeho chemické složení a potenciální dopady na lidské zdraví a životní prostředí.

tags: #chemicke #slozeni #pvc

Oblíbené příspěvky:

• Průvodce výběrem nejlepších nátěrů pro dřevěné konstrukce
• Vše o skládaných balkonech a lodžiích z betonu
• Průvodce výběrem dřevěných hraček pro psy
• Jak na zobrazení času v liště Windows
• doba tuhnutí asfaltového povrchu