Chemická odolnost polyvinylchloridu (PVC) vůči chlóru a dalším chemickým médiím

Chemická média se používají v mnoha strojích, zařízeních a procesech. Aby konstruktéři zajistili vysokou provozní bezpečnost a spolehlivost, musí svá zařízení projektovat a konstruovat tak, aby konstrukční díly odolaly kontaktu i s agresivními chemikáliemi. Jsou-li použita média jako například kyselina solná (HCl), kyselina sírová (H2SO4), kyselina chromová (H2CrO4) nebo kyselina fluorovodíková (HF), má téma provozní bezpečnosti nejvyšší prioritu. Nehoda, například s agresivní kyselinou solnou (HCl), by byla katastrofální.

Při projektování a vývoji zařízení a strojů hrají plasty odolné proti vlivu chemikálií důležitou roli. Ovšem ne každá umělá hmota se hodí pro kontakt s každým chemickým médiem. Informace k chemické odolnosti plastů lze přitom mnohdy nalézt v přehledných tabulkách.

Odolnost PVC vůči chemikáliím

Polyvinylchlorid (PVC) je široce používaný syntetický plastový polymer, který vykazuje vynikající chemickou odolnost, díky čemuž je ideálním materiálem pro systémy nakládání s odpadními vodami. Chemická struktura PVC se skládá z dlouhých řetězců vinylchloridových monomerů, které přispívají k jeho pevnosti a odolnosti. Tato odolnost je zvláště důležitá v aplikacích s odpadními vodami, kde jsou potrubní armatury neustále vystaveny různým agresivním chemikáliím, včetně kyselin, zásad a organických rozpouštědel. Na rozdíl od kovů, které mohou časem korodovat a degradovat, si PVC zachovává svou integritu i v agresivních podmínkách, což zajišťuje spolehlivý výkon v náročných prostředích.

Jednou z výjimečných vlastností potrubních tvarovek z PVC je jejich odolnost vůči širokému spektru chemikálií běžně se vyskytujících v odpadních vodách. Například PVC je vysoce odolné vůči kyselinám, jako je kyselina sírová a kyselina chlorovodíková, a také zásadám, jako je hydroxid sodný. Tato odolnost umožňuje tvarovkám z PVC efektivně odvádět průmyslovou odpadní vodu, která může obsahovat škodlivé látky, aniž by hrozila degradace materiálu. Kromě toho, schopnost PVC odolávat různým organickým sloučeninám znamená, že může být použit v různých aplikacích, od komunálních kanalizačních systémů až po nakládání s průmyslovými odpadními vodami.

Faktory ovlivňující chemickou odolnost plastů

Hlavním kritériem pro výběr vhodných plastů odolných proti vlivu chemikálií je dané chemické médium, které je v aplikaci použito. Důležité je přesné označení, koncentrace a složení média, které provozovatel zařízení hodlá použít. V závislosti na koncentraci média a s přibývající dobou účinku zpravidla klesá odolnost materiálů proti vlivům chemikálií, které s médiem přicházejí do kontaktu. Toto se musí při volbě materiálu zohlednit.

Čtěte také: Kompletní průvodce požární odolností OSB desek

K rozhodujícím ovlivňujícím faktorům patří trvalá procesní teplota, mechanické zatížení, povětrnostní vlivy, požadavky na požární vlastnosti a elektrická vodivost.

  • Trvalá procesní teplota: Všechny pro odolnost relevantní chemické a fyzikální procesy probíhají se stoupající teplotou rychleji. Proto odolnost materiálu vůči chemickým médiím se stoupající teplotou zpravidla klesá. Toto chování lze proto využít například pro předpověď dlouhodobého chování plastu. Jsou-li k dispozici výsledky zkoušek skladování při vyšší než požadované teplotě, je možno odhadnout, jaké bude chování při dlouhodobém účinku chemického média na umělou hmotu při hledané nižší teplotě.
  • Mechanické napětí: Některé plasty jsou při kontaktu s agresivními médii náchylné k tvorbě trhlin v důsledku napětí. Současný účinek chemických médií a mechanického napětí může tvorbu trhlin urychlit. Tento jev je označován jako „popraskání vlivem okolí“ (environmental stress cracking, ESC).
  • Povětrnostní vlivy: Určité plasty, které jsou venku delší dobu vystaveny slunečnímu světlu a povětrnostním vlivům, jsou vlivem vzdušného kyslíku fyzikálně a chemicky napadány. Důsledkem je změna zbarvení, zkřehnutí a ztráta mechanických vlastností. To ovlivňuje také odolnost proti chemickým médiím.
  • Požární vlastnosti: Musí materiál v aplikaci mimo vysoké odolnosti proti chemikáliím splňovat i určité požadavky na požární ochranu? Odolnost materiálů proti chemikáliím mohou ovlivňovat ohnivzdorné prostředky.
  • Elektrická vodivost: V mnoha oblastech použití musí být materiály mimo vysoké odolnosti proti chemikáliím také elektricky vodivé. To je například důležité při skladování médií s nízkým bodem vzplanutí, jako jsou například topné oleje, motorová paliva a mazací oleje.

Zatímco PVC vykazuje působivou odolnost vůči mnoha chemikáliím, není univerzálně nepropustné pro všechny látky. Některá rozpouštědla, jako jsou ketony (např. aceton) a aromatické uhlovodíky (např. toluen), mohou nepříznivě ovlivnit strukturální integritu PVC. Vystavení těmto rozpouštědlům může vést k bobtnání, změkčení nebo dokonce selhání materiálu. Proto při navrhování systémů odpadních vod, které se mohou s takovými chemikáliemi setkat, je zásadní provést důkladnou analýzu chemické kompatibility. Inženýři a správci zařízení by měli při výběru materiálů pečlivě zvážit specifické složení odpadních vod a potenciální chemické interakce.

Teplota také hraje významnou roli v chemické odolnosti PVC potrubních tvarovek v odpadních vodách. Zatímco PVC funguje dobře za typických okolních teplot, zvýšené teploty mohou změnit jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Při vyšších teplotách se může rychlost chemických reakcí zvýšit, což potenciálně vede k urychlené degradaci PVC materiálu. Například dlouhodobé vystavení horké odpadní vodě obsahující agresivní chemikálie může časem oslabit potrubní tvarovky. Proto je důležité, aby projektanti systému při výběru PVC tvarovek zohlednili jak teplotu, tak chemickou povahu odpadní vody.

Aplikace plastů odolných proti chemikáliím

Plasty odolné proti chemikáliím nacházejí uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích. Zde jsou některé příklady:

  • Nádrže pro skladování chemických médií: Pro použití v nádržích pro skladování chemických médií musí mít plasty mimo vysoké odolnosti proti chemikáliím i vysokou odolnost proti tepelnému a statickému zatížení. Typická média jsou: Kyselina solná a sírová.
  • Konstrukční prvky pro čisticí zařízení odpadního vzduchu: V čisticích zařízeních odpadního vzduchu musí materiály často odolat silně korozivním kapalinám, plynům a škodlivinám. V zařízeních, jako jsou odlučovače kapek a pračky plynu, přicházejí konstrukční díly zařízení do kontaktu s různými kapalinami a plyny jako SO2 a SO3, které jsou často silně korozivní.
  • Procesní nádrže galvanizačních zařízení: V galvanizačních zařízeních jsou předměty během elektrochemického procesu opatřeny kovovým povlakem, například za účelem zvýšení jejich korozní odolnosti. V závislosti na způsobu použití musí mít plasty mimo odolnosti proti chemikáliím i vysokou tepelnou odolnost.
  • Procesní nádrže moříren oceli: Efektivnost moříren oceli je ovlivněna různými faktory: Při konstrukci je třeba zohlednit především technologii moření, chemická média a procesní teploty. Typická média jsou: kyselina solná (HCl), kyselina sírová (H2SO4), kyselina fluorovodíková + kyselina dusičná (HF + HNO3).
  • Konstrukční prvky pro strojírenství: I při velkém zatížení a po bezpočtu provozních hodin musí stroje a zařízení spolehlivě pracovat. V závislosti na použití musí konstrukční materiály odolat vysokému mechanickému zatížení a vysokým teplotám. Důležitou roli hraje rovněž kontakt s chemikáliemi, které se v procesu používají.
  • Konstrukční komponenty pro dopravu ropy a zemního plynu: Ropné a plynové zásoby jsou těženy ve stále náročnějších oblastech. Přitom sotva existuje oblast, ve které by byla technická zařízení a výbava trvale vystavena tak extrémním procesním podmínkám. Procesní materiály přicházejí do kontaktu s médii, jako je například ropa, plyn, korozivní chemická média, maziva, surový plyn a provozní prostředky.
  • Komponenty zařízení ve výrobě polovodičových desek: Polovodičové desky pro solární zařízení jsou při výrobě leptány agresivními kyselinami. Tak se vytvoří povrch, na který může dopadnout co nejvíce světla.

Environmentální a zdravotní rizika PVC

Polyvinylchlorid (PVC) patří k nejrozšířenějším plastům a nalezl své uplatnění ve všech oborech lidské činnosti. Používá se ve stavebnictví, při výrobě nábytku a bytových doplňků, v oděvním a obuvnickém průmyslu. Vyrábí se z něj hračky, kancelářské potřeby, zdravotnické pomůcky, obaly včetně potravinových a mnoho dalších předmětů. 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.

Čtěte také: Dřevěné konstrukce a požár

Výroba PVC

Výrobu PVC lze zjednodušeně popsat následovně: Sloučením etylenu a chlóru vzniká etylendichlorid (EDC), z něj se dále vyrábí vinylchlorid monomer (VCM) - základní stavební jednotka PVC. V České republice se PVC vyrábí pouze ve Spolaně Neratovice, v řadě dalších provozů se ale používá jako surovina.

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 amalgámové 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.

Podle měření ze švédského závodu na výrobu PVC připadlo na jednu tunu vyrobeného PVC přes 36 kg halogenových látek. Některé z nich jsou vysoce toxické, karcinogenní, poškozují hormonální, imunitní, centrální nervový systém, mají negativní vliv na reprodukci. Část z nich se díky své chemické stálosti hromadí v životním prostředí a vstupují do potravních řetězců, kde se pak kumulují hlavně v živočišných tucích - patří k tzv. perzistentním organickým látkám (POPs). 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. Pokud chemikálie nepůsobí příliš dlouho a ve velkém množství, většinou nedochází k trvalému poškození.

Čtěte také: Dlažba do bytu: Protiskluznost a odolnost glazované keramiky

Používání PVC a přísad

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. Bohužel i ty jsou často ze zdravotního i ekologického hlediska značně problematické. Mezi nejdůležitější aditiva patří především stabilizátory a plastifikátory (změkčovadla).

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. V minulosti se jako stabilizátory používaly i těžké kovy jako je olovo a kadmium nebo barium, vápník a další organické látky. 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.

Plastifikátory (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.

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. Některé ftaláty působí nepříznivě na vývoj mužských reprodukčních orgánů a jsou toxické pro testikulární buňky, které zajišťují normální produkci hormonů a spermií. 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 Substances 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.

Únik toxických látek z PVC výrobků

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. Některé ftaláty nebo adipáty se řadí k nejškodlivějším látkám, které se musejí do PVC přidávat. Používání těch nejrizikovějších bylo již v minulosti omezeno v hračkách a potravinových obalech. Stále se nicméně používají například v určitých typech zdravotnických pomůcek.

Požární rizika PVC

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. Ještě dřív, než byly vidět plameny a dřív, než úroveň oxidu uhelnatého dosáhla nebezpečných hodnot. Obdobné požáry sebou nesou ještě jeden aspekt, který je nutno brát v úvahu při vybavování budov PVC. Jde o ekonomickou náročnost likvidace takové události. Požár od PVC izolace kabelů, ke kterému došlo v telefonní ústředně v Düsseldorfu v roce 1988 byl snadno uhašen za pomoci 10 litrů vody. Horší však byla kontaminace celé budovy dioxiny.

Likvidace PVC

Poté, co výrobek z PVC doslouží, nastává problém, jak ho bezpečně zlikvidovat. 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.

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.

Recyklace PVC

Recyklace PVC s sebou nese značná omezení. PVC průmysl udává, že se v EU zrecykluje přes 27% odpadů z PVC. To je stále skoro o polovinu méně než u PETu, kde se Evropa dostala až k 58% míře recyklace PET materiálu. 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.

Praktické doporučení pro používání PVC

Pro maximalizaci účinnosti potrubních tvarovek z PVC v systémech odpadních vod je třeba dodržovat osvědčené postupy, aby byla zajištěna chemická kompatibilita. Nejprve by měla být provedena komplexní analýza chemického složení odpadních vod, aby se identifikovaly všechny potenciálně škodlivé látky. To zahrnuje nejen primární složky, ale také jakékoli vedlejší produkty nebo kontaminanty, které mohou být přítomny. Dále konzultace s výrobci nebo tabulky chemické odolnosti mohou poskytnout cenné poznatky o kompatibilitě PVC s různými chemikáliemi. Kromě toho by měly být prováděny pravidelné kontroly a údržba, aby bylo možné sledovat stav armatur z PVC a včas identifikovat jakékoli známky degradace.

tags: #pvc #odolnost #vuci #chloru #chemická #odolnost

Oblíbené příspěvky: