PVC Granule: Všestranný Materiál, Jeho Odstíny a Informace

Polyvinylchlorid, neboli PVC, je v současné době třetím nejvíce používaným plastem. Podle údajů z roku 2002 bylo celosvětově vyprodukováno přibližně 27 milionů tun tohoto polymeru. Protože PVC nachází své uplatnění při výrobě celé řady spotřebních produktů - hračkami počínaje a stavebním materiálem konče - můžeme se s ním setkat prakticky na každém kroku.

Úspěch PVC na světovém trhu je vedle některých vhodných technologických vlastností zajištěn zejména jeho relativně nízkou cenou a šikovnou marketingovou strategií jeho výrobců. PVC (polyvinylchlorid) je všestranný, léty ověřený a spolehlivý materiál. Byl vyvinut už ve 30. letech minulého století jako jeden z prvních syntetických materiálů - plastů. PVC má unikátní kombinaci vlastností. Jeho vlastnosti se dají pomocí zpracovatelských aditiv dále různě měnit.

Výroba a Typy PVC

Polyvinylchlorid (PVC) je termoplastický polymer, který vzniká polymerací monomeru vinylchloridu (VCM) za použití volných radikálových iniciátorů. Tento všestranný materiál poprvé objevil německý chemik Eugen Baumann v roce 1872, jeho komerční význam se však objevil až na počátku 20. století. Když se výrobci naučili do základního polymeru přidávat změkčovadla a tepelné stabilizátory, došlo k přeměně z laboratorní kuriozity na průmyslovou záležitost.

Proces začíná elektrolýzou solanky, při níž se získává chlor, zatímco při zpracování ropy se získává etylen. Proces suspenze probíhá v reakční nádobě při teplotě 40-60 °C za řízeného tlaku, přičemž se k zahájení reakce používá iniciátor polymerace. V současné době zahrnuje průmysl PVC řadu odvětví a výrobky z PVC sahají od základních součástí infrastruktury až po lékařské přístroje, které zachraňují životy.

Typy PVC:

  • Tuhé PVC (PVC-U): Nabízí vynikající pevnost a odolnost pro konstrukční aplikace bez přídavku změkčovadel. Vyznačuje se větší pevností, tuhostí i tvrdostí. Používá se převážně u výrobků pro technické aplikace, kde se cení jeho fyzikálně mechanické vlastnosti spolu s dlouhou životností. Příkladem jsou obaly na léky a léčiva nebo obaly na potraviny.
  • Plastifikované PVC (PVC-P): Obsahuje přísady, jako je DEHP (di(2-ethylhexyl) ftalát), které umožňují, aby polymer zůstal měkký a poddajný při pokojové teplotě. Zvláště dobře se hodí pro aplikace, kde je důležitá ohebnost a pružnost, například izolační fólie ve stavebnictví. Vlastnosti PVC-P se upravují s ohledem na konkrétní aplikaci. Tam, kde je důležitý vzhled, je velmi častým požadavkem dosažení konkrétního barevného odstínu, vícebarevný potisk, případně vytvoření dezénu na povrchu výrobky (imitace dřeva či kůže).
  • Chlorované PVC (CPVC): Vyrábí se zvýšením obsahu chloru dodatečným procesem chlorace, což zvyšuje tepelnou a chemickou odolnost.
  • PVC plastisoly: Jsou tekuté disperze částic PVC pryskyřice v plastifikátorech, které zůstávají při pokojové teplotě tekuté.
  • Recyklované PVC (PVC-R): Polyvinylchlorid patří mezi materiály, které lze dobře recyklovat a opětovně používat při výrobě výrobků.

K-hodnota PVC

K-hodnota PVC (polyvinylchlorid) je údaj o molekulové hmotnosti polymeru, která ovlivňuje jeho zpracování a mechanické vlastnosti. Je určena viskozitou roztoku PVC v konkrétním rozpouštědle.

Čtěte také: izolace polyuretanovou pěnou: podrobný přehled

  • Nízká K-Value (50-57): Označuje nižší molekulovou hmotnost.
  • Střední K-Value (58-60): Představuje rovnováhu mezi snadným zpracováním a mechanickými vlastnostmi.
  • High K-Value (61-70): Označuje vyšší molekulovou hmotnost.

PVC Granule a Aditiva

PVC samotné je sypký materiál. Přidáním různých zpracovatelských aditiv podle požadavků konečné aplikace se připraví směsný materiál ve formě granulí - granulát PVC-U. Granulát se působením tepla a tlaku dále zpracovává do tvaru hotového výrobku.

PVC je ve svém surovém stavu velmi křehká a nepružná hmota a aby bylo dosaženo požadovaných mechanických vlastností, které se odvíjejí od způsobu jeho použití, musí se do něj přidávat mnoho přísad. Tyto přísady přitom mnohdy tvoří 40-70% finálního produktu a protože nejsou v PVC pevně chemicky vázány, mohou se z PVC uvolňovat po celou dobu jeho existence.

Typy aditiv:

  • 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. Tomuto je možné zabránit pomocí přídavku stabilizátoru, které se liší dle účelu použití PVC. Stabilizátory se často skládají ze solí a kovů jako je olovo, barium, vápník, kadmium nebo organické látky.
  • Změkčovadla (plastifikátory): Pro zvýšení pružnosti PVC se přidávají složky s nízkou molekulární vahou, které se smíchají se základní polymerovou hmotou. Přidání tak zvaných plastifikátorů v různých množstvích vytváří materiály s důležitými mnohostrannými vlastnostmi, které umožňují použití PVC v širokém rozsahu. Hlavní typy používaných změkčovadel jsou estery organických kyselin, hlavně ftaláty a adipáty.
  • Pigmenty: I když přírodní (nebarvené) granule mají vyšší ceny díky své všestrannosti, také barevně tříděné granule nacházejí trh pro specifické aplikace.
  • Další aditiva: Lubrikanty a další aditiva mohou být zahrnuty pro úpravu vlastností konečného produktu.

Využití PVC granulí

PVC neboli polyvinylchlorid je všestranný plast se širokou škálou aplikací díky svým trvanlivým, chemicky odolným a flexibilním vlastnostem.

  • PVC se široce používá v instalatérství pro výrobu trubek a tvarovek.
  • Flexibilní PVC se používá při výrobě lékařských hadiček, IV vaků, krevních vaků a katétrů.
  • Flexibilní PVC se používá při výrobě pláštěnek, bot a výrobků z umělé kůže.
  • PVC se používá k výrobě lahví pro různé produkty, včetně vody, potravin a chemikálií pro domácnost.
  • Průmyslové tkaniny z PVC jsou navrženy pro výkon v náročných prostředích, jako jsou potahové tkaniny, plachty, průmyslové kryty, napínací konstrukce a dopravníkové pásy.
  • Vodotěsné systémy: Použití geosyntetik pro zadržování vody v jezírkách a rybnících. Materiál PVC lze také použít k vybudování ráhen a záchytných konstrukcí, které zabraňují erozi.
  • Obálka budovy: Okenní rámy, obklady a střešní krytiny zajišťují ochranu před povětrnostními vlivy a energetickou účinnost.

Ekologické a Zdravotní Aspekty PVC

Životním cyklem míníme jednotlivé fáze, kterými materiál prochází, a to od své výroby až po konečné odstranění. V případě PVC se po celou dobu jeho životního cyklu setkáváme s mnoha ekologickými a zdravotními problémy. Hlavní příčinou je zde především velké množství chlóru, které je v něm obsaženo.

Výroba, používání i konečná likvidace tohoto polymeru je totiž spojena s celou řadou rizik, která mají značné dopady na životní prostředí a ačkoliv to nemusí být vždy na první pohled zřejmé, tak i na lidské zdraví.

Čtěte také: Kvalitní střešní latě - Žamberk

Rizika spojená s chlórem:

  • Chlór dokáže velmi dobře reagovat s atomy uhlíku, které jsou hlavním stavebním kamenem všech živých organismů a podílí se např. na tvorbě molekul DNA, cukrů, proteinů nebo hormonů. Prostřednictvím těchto reakcí může chlór pozměňovat původní molekuly a ovlivňovat jejich funkci.
  • Velká část evropské produkce chlóru je založena na amalgánové elektrolýze, která je 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.
  • Meziprodukty samotné výroby PVC - ethylendichlorid (EDC) a vinylchlorid monomer (VCM) - jsou velice nebezpečné a toxické chemikálie.
  • Při výrobě PVC vzniká velké množství chlororganických sloučenin jakožto vedlejších produktů. Ke vzniku těchto látek dochází také při spalování odpadu s obsahem PVC. Mezi chlororganické sloučeniny patří mimo jiné nechvalně známé dioxiny a furany, polychlorované bifenyly (PCB), hexachlorbenzen, hexachloretan a hexachlorbutadien.

Problémy s aditivy:

  • Stabilizátory: Například o olovu je dobře známo, že nepříznivě ovlivňuje vývoj nervové soustavy a kadmium mimo jiné zvyšuje riziko výskytu rakoviny a způsobuje poškození ledvin.
  • Změkčovadla (ftaláty a adipáty): Některé ftaláty působí nepříznivě na vývoj mužských reprodukčních orgánů a jsou toxické pro testikulární buňky, které zajišťují normální produkci hormonů a spermií. Nezanedbatelné jsou také jejich účinky na játra, ledviny, plíce a na srážlivost krve. Di(2-ethylhexyl)adipát, neboli DEHA, se používá jako změkčovadlo pro PVC, ze kterého se vyrábí některé obalové materiály používané i na potraviny.

Likvidace PVC:

Na konci životního cyklu PVC, když se tento plast stane odpadem, nastává další problém, a to jak jej bezpečně zlikvidovat. Vzhledem k obsahu některých látek (těžkých kovů, ftalátů atd.) by mělo být řazeno mezi nebezpečný odpad. Tak tomu ale v praxi není a PVC končí jako odpad komunální nebo v nádobách na plasty. Ani skládkování, ani spalování není bezpečné. Při skládkování se z PVC uvolňují nebezpečné ftaláty a těžké kovy. Spalování je vůbec nejhorším způsobem likvidace PVC, protože se uvolňují nebezpečné látky jako chlorovodík a dioxiny. Během hoření se rovněž uvolňují těžké kovy.

Recyklace PVC granulí

Polyvinylchlorid patří mezi materiály, které lze dobře recyklovat a opětovně používat při výrobě výrobků. Recyklované PVC se označuje PVC-R. PVC je pro správné třídění označeno recyklačním kódem č. 3.

Proces granulace přeměňuje vyhozené plastové materiály na jednotné, husté pellety, které výrobci používají jako surovinu pro nové produkty. Celosvětové trhy s recyklovanými plastovými pellety neustále rostou, neboť výrobci hledají udržitelné alternativy k prvním plastům.

Fáze procesu granulace:

  1. Třídění materiálů: Proces začíná správným oddělením materiálů. Různé plastové směsi vyžadují odlišné parametry zpracování, takže přesné třídění určuje kvalitu konečného produktu.
  2. Drcení: Rozdrcování velkých plastových předmětů na menší, snadno zpracovatelné kousky. Moderní rozdrcovací stroje používají ocelové ostří umístěné v různých konfiguracích - jednoválcové, dvouválcové nebo čtyřválcové - v závislosti na druhu materiálu a požadované velikosti výstupních flaků.
  3. Mytí: Systémy mytí odstraní nečistoty, štítky, lepidla a další kontaminanty, které snižují kvalitu granulí. Pokročilé mycí linky zahrnují chemické látky pro odstranění neodolatelných nečistot, jako jsou tiskařské barvy nebo zbytky lepicích hmot.
  4. Sušení: Mechanické sušičky odstraňují vlhkost z umytých plastových štěpků. Centrifugální sušičky točí materiál na vysokých rychlostech, což vynucuje vodu pryč pomocí centripetální síly.
  5. Extruze: Srdcem granulace je proces extruze. Sušené plastové štěpky jsou podávány do nádrže extrudéru, kde rotující hřídel materiál conveyuje přes ohřáté zóny trubice. Během tavení plastu poskytuje škrábavý efekt hřídele dodatečné ohřívání prostřednictvím tření a homogenizuje materiál. Moderní linky pro peliberování plastu integrují pokročilé degasovací systémy, které odstraňují volatilní látky, vlhkost a zachycený vzduch. Tavený plast prochází přes filtrační síť, která zachytí jakékoli zbývající pevné nečistoty. Velikosti síťoviny se pohybují od 80 do 200 mikrometrů, v závislosti na kvalitativních požadavcích.
  6. Chlazení a řezání: Horké plastové pruty vystupující z die okamžitě vstoupí do vodní lázně nebo systému vzdušného chlazení. Systémy granulace s vodním prstencem kombinují chlazení a řezání v jednom kroku, což nabízí vyšší výkon pro velkoobjemové operace. Rotující nože řezají ochlazené pruty na rovnoměrné granuláty, obvykle o délce 3-5 mm. Konstantní rozměry granulátů zajišťují předvídatelný materiálový tok v injekčních moldingových strojích, extruderech pro vyfukování filmů a dalším zařízení pro následné zpracování.
  7. Finální sušení a chlazení: Finální odstranění vlhkosti a chlazení připravují granuláty pro balení a skladování.

Kvalita přímo určuje tržní hodnotu. Potravinářské granule s nízkou úrovní kontaminace (pod 50 ppm) mají vyšší ceny, často o 50-100 % vyšší než průmyslový materiál. Výnosové stupně obvykle sahají od 85-95 %, v závislosti na kvalitě vstupního materiálu a efektivitě procesu. Ztráty se vyskytují během mytí (odstranění štítků, nečistot), filtrace (zachycení kontaminace) a vyprazdňování (start a změny kvality).

Alternativy k PVC

Náhrada PVC bezpečnějšími alternativami, s výrazně menšími dopady na životní prostředí, je v současné době zcela reálná a to i bez nebezpečí zásadního vzrůstu nákladů. Hlavní výhodou alternativních materiálů ve srovnání s PVC je mnohem nižší riziko výskytu nebezpečných látek v průběhu jejich výroby i finální likvidace. Ve většině případů u nich nehrozí vznik chlorovaných meziproduktů.

Čtěte také: Vlastnosti spojovacího materiálu na dřevo

Přehled ekologických bilancí různých obalových materiálů

Holandská studie z roku 1991 nabízí zajímavé srovnání ekologických bilancí různých obalových materiálů. Používané materiály byly hodnoceny na základě několika kritérií, jako je spotřeba energie, obnovitelnost surovinových zdrojů, znečištění ovzduší vody a půdy, recyklovatelnost, produkce pevných odpadů, nepříznivé vlivy na ekosystémy a charakter krajiny a bezpečnost a toxicita.

Kategorie Materiály
Ekologicky šetrné Papír, lepenka, sklo, PE, PP, PET
Střední skupina PS, PC
Závažný ekologický dopad Hliník, PVC

V případě PVC bylo zejména přihlíženo k problémům s toxicitou, bezpečností práce a problémy s uvolňováním chlorovodíku při spalování.

Ekonomické aspekty náhrady PVC

Univerzita v Tuftu publikovala zprávu, která vypočítává náklady, jenž by musely být vynaloženy k úplné náhradě PVC. Ve studii se konstatuje, že náhrada PVC je dosažitelná a ekonomicky únosná, a dále poukazuje na to, že výhody PVC se v mnoha případech přeceňují a že PVC není ani výrazně levnější než mnohé alternativy, které navíc vykazují podobné, nebo i lepší užitné vlastnosti a současně jsou k dispozici prakticky ve všech případech, kde se dnes používá PVC.

Přestože se stále setkáváme s tím, že cena alternativních materiálů je o něco málo vyšší, dá se očekávat, že jejich finanční náročnost bude klesat s tím, jak se jejich prodej bude rozšiřovat. V jiných případech jsou ceny alternativ již srovnatelné s PVC, a to pokud uvážíme dobu použitelnosti alternativního materiálu. Ekologická rizika PVC, které nejsou do jeho ceny v současné době bohužel započteny, pak tento plast staví do výrazně nevýhodného postavení ve srovnání s ostatními materiály.

Dostupné alternativy k PVC:

  • Polyethylen (PE): Je nejpoužívanějším plastem na světě. Je levný, snadno vyrobitelný a má výbornou pevnost, vysokou houževnatost a tažnost.
  • Polypropylen (PP): Je druhým nejčastěji používaným materiálem v Evropě. Vyznačuje se vyšší pevností a tuhostí než PE a dobrou teplotní stabilitou.
  • Polyethylentereftalát (PET): Běžně se používá pro výrobu lahví a obalů.
  • Polystyren (PS): Poměrně tvrdý, ale křehký plast, který dobře odolává kyselinám a zásadám.
  • Akrylonitril-butadien-styren (ABS): Je terpolymer, který vzniká kombinací styrenu a akrylonitrilu za přítomnosti butadienu. Vyniká pevností a houževnatostí, zejména rázovou.
  • Termoplastické elastomery (TPE): Materiály, které mají vlastnosti (houževnatost, tažnost) podobné kaučukům a přitom se dají zpracovávat plastikářskými technologiemi.

tags: #pvc #granule #materiál #odstíny #barev #informace

Oblíbené příspěvky: