Виниловые полимеры

Семейство виниловых полимеров получают полимеризацией некоторых замещенных этиленов. Замещенным является только один из атомов водорода на другой атом или группу атомов, таких как ацетатная группа в случае винилацетата. Ацетатная группа служит, своего рода внутренним пластификатором. Замещение приводит в целом к повышению физико-механических свойств полимеров.

В широком смысле термин “виниловые полимеры” включает такие в себя и такие материалы, как полистирол. Но чаще термин применяют к поливинилхлориду, его сополимерам с винилацетатом, сополимерам винилденхлорида и винилхлорида, поливиниловому спирту. Поливинилацетат также является обычным виниловым полимером, но его используют только в дисперсной форме как клей или как основу для некоторых эмульсионных красок.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид является продуктом полимеризации винилхлорида. В промышленности полимеризация производится суспензионным, блочным и эмульсионным методом. Самым распространенным является суспензионный метод. Винилхлорид смешивают с водой, в которую добавляют эмульгатор, например метилцеллюлозу, желатин или поливиниловый спирт. Вода обеспечивает рассеяние тепла, образующегося в ходе полимеризации. Реакция инициируется катализатором, который растворяется в винилхлориде, но не растворяется в воде. В качестве катализаторов могут быть использованы пероксиды бензола или лаурила.

Смесь интенсивно перемешивают, чтобы добиться каплеобразной суспензии. Полимеризация длится от шести часов до суток. Образовавшийся полимер оседает в воде в виде шлама. Затем смесь подают в десорбирующий сборник для удаления непрореагировавшего винилхлорида, фильтруют и сушат в непрерывно вращающейся сушилке.

В настоящее время все чаще применяют блочную полимеризацию в массе. Данный метод позволяет получить полимер наиболее подходящий для производства высокопрозрачных и слабоокрашенных пленок.

ПВХ может быть переработан в пленку методом экструзии с раздувом либо плоскощелевой экструзии. Оба эти процесса широко используются для изготовления тонких непластифицированных или слабо пластифицированных пленок. Одной из трудностей, связанных с переработкой ПВХ, является его термическая нестабильность и коррозионная активность в сочетании с высокой вязкостью расплава.

Вязкость расплава полистирола или полиолефинов может быть понижена при повышении температуры переработки, но для ПВХ данный метод не подходит, так как он начинает очень быстро разлагаться. Экструзионная головка для переработки ПВХ должна быть сконструирована таким образом, чтобы по возможности избежать зон застоя расплава.

На основе чистого поливинилхлорида можно получать пленки с широким спектром свойств путем введения в полимер различных пластифицирующих добавок и одно или двухосной ориентацией уже готовой ПВХ пленки. Изменение в составе полимера пластификатора позволяют получать пленки от твердых, хрупких до мягких, клейких и растяжимых. Изменяя ориентацию, получают пленки от полностью одноосноориетированых до равнопрочных двухосноориентированных.

Непластифицированные пленки получают с введением стабилизатора.

Эффективные стабилизаторы позволяют получить прозрачные и блестящие пленки. Пленка получается жесткой и имеет высокую прочность при растяжении. Паропроницаемость у ПВХ выше, чем у полиолефинов, а газопроницаемость ниже. Поэтому ПВХ пленки служат хорошей защитой от окисления масел и жиров. Пленки из непластифицированного ПВХ имеют превосходную стойкость к маслам, жирам, кислотам и щелочам. Однако она набухает в хлорированных углеводородах и кетонах. Также пленки имеют небольшую склонность к слипанию.

Свойства пластифицированных ПВХ пленок в некоторой степени зависят от типа используемого пластификатора и его качества. В целом увеличение содержания пластификатора увеличивает мягкость и прозрачность пленки, улучшает ее свойства при низких температурах. Пластифицированный ПВХ имеет характерный запах и в большей степени подвержен действию растворителей. Пластифицированные ПВХ пленки могут иметь превосходный блеск и прозрачность, будучи модифицированы соответствующими стабилизаторами и пластификаторами.

Как пластифицированные, так и непластифицированные пленки могут быть сварены высокочастотной сваркой. На оба вида пленок можно наносить печать. При этом нет необходимости в предварительной электрической обработке поверхности пленки, в отличие от пленок из полиэтилена и полипропилена. Но некоторые пластификаторы и смазки имеют тенденцию к миграции на поверхность. Это может вызвать отторжение типографской краски.

Поливинилденхлорид

Поливинилденхлорид (ПВДХ) является продуктом сополимеризации винилхлорида и винилденхлорида. ПВДХ пленка может быть получена методом экструзии с раздувом рукава или плоскощелевой экструзией с поливом на охлаждаемый барабан. При получении ориентированных пленок предпочтительнее использовать первый метод.

Минимальная кристалличность обеспечивает хорошую растяжимость ПВДХ пленок. Поэтому для предотвращения роста кристаллов в полимере при плоскощелевой экструзии, пленку необходимо резко охлаждать в водяной ванне или поливом на барабан. Скорость кристаллизации ПВДХ при комнатной температуре достаточно высока. Вследствие этого пленку, полученную плоскощелевой экструзией необходимо сразу же ориентировать.

Для получения двухосноориентированных пленок предпочтительнее использовать экструзию с раздувом рукава. Так как при этом можно получить пленку с равной ориентацией в продольном и поперечном направлении.

Ориентированная ПВДХ пленка прозрачна и имеет хорошие прочностные характеристики. Температура сварки составляет 120-160 °C. Но неустойчива при длительном нагреве до температур выше 60 °C. Пленка имеет высокое сопротивление раздиру, но на упаковочном оборудовании перерабатывается достаточно тяжело из-за своей мягкости.

ПВДХ пленки обладают прекрасными барьерными свойствами даже при относительно малых толщинах. Поэтому ее целесообразно использовать в качестве одного из слоев в соэкструдированных пленках. Также ПВДХ широко используется для покрытия бумаги, целлофана, полипропилена и др., но это требует дополнительной технологической операции, исключенной при соэкструзии.

Сополимеры винилхлорида с винилацетатом

В этой группе сополимеров ацетатная группа крупнее, чем атом хлора. Поэтому она предотвращает близкий контакт между цепями полимера и служит, своего рода, внутренним пластификатором.

Данный материал чаще используют для производства листов, нежели пленок. Особо важная область его применения – производство грампластинок.

Поливинилацетат

При полимеризации винилацетата получается материал, похожий по своим внешним свойствам на ПВХ. Однако он имеет большую растворимость в органических растворителях. Сам ПВА не используют как пленочный материал, однако, его применяют в качестве клея при производстве комбинированных пленок.