Polyvinylchlorid

Rozbalit box

Obsah boxu

Polyvinylchlorid (zkratka PVC) je třetím nejpoužívanějším plastem na Zemi, hned po polyethylenu a polypropylenu. Jedná se o syntetický polymer vyráběný polymerací vinylchloridového monomeru (VCM). Díky svým vlastnostem, jako je chemická odolnost, biologická odolnost, tepelná odolnost a snadná zpracovatelnost, má široké uplatnění v mnoha odvětvích, zejména ve stavebnictví. Přibližně 57 % jeho molekulové hmotnosti tvoří chlór.

⏳ Historie

Historie polyvinylchloridu sahá do 19. století, kdy byl náhodně objeven. Poprvé byl syntetizován v roce 1835 francouzským chemikem a fyzikem Henri Victor Regnaultem. Nezávisle na něm jej v roce 1872 znovu objevil německý vědec Eugen Baumann. V obou případech se polymer objevil jako bílá pevná látka v lahvi s nově objeveným vinylchloridem, který byl vystaven slunečnímu světlu. Zpočátku byl však tento materiál obtížně zpracovatelný a nenašel komerční využití.

Zásadní průlom nastal až ve 20. století. V roce 1912 si německý vynálezce Heinrich August Klatte podal patent na výrobu PVC metodou polymerace vinylchloridu za pomoci slunečního světla. Komerčnímu rozvoji bránila křehkost materiálu, ale v roce 1926 Waldo Semon ze společnosti B. F. Goodrich Company ve Spojených státech vyvinul metodu změkčování PVC přidáním různých přísad, což materiál učinilo pružnějším a snadněji zpracovatelným. To odstartovalo skutečný komerční úspěch PVC, které se začalo ve velkém vyrábět po druhé světové válce. První poloprovozní výroba PVC byla zahájena společností IG Farben v Německu v roce 1934.

🧪 Chemické vlastnosti a výroba

Polyvinylchlorid je termoplastický polymer, což znamená, že může být opakovaně taven a tvarován. Jeho molekula se skládá z opakujících se jednotek vinylchloridu (–CH2–CHCl–)n. Přítomnost atomů chlóru v molekulární struktuře dává PVC odlišné vlastnosti ve srovnání s podobnými materiály jako polyethylen.

🏭 Výroba

Výroba PVC začíná u monomeru vinylchloridu (VCM), který je těkavý plyn. Základními surovinami pro jeho výrobu jsou ethylen (získaný z ropy nebo zemního plynu) a chlór (získaný z kamenné soli elektrolýzou). Tyto látky se nejprve sloučí za vzniku 1,2-dichlorethanu, který je následně pyrolýzou převeden na vinylchlorid monomer.

Samotný polyvinylchlorid se vyrábí polymerací vinylchloridového monomeru. Tento proces probíhá obvykle jednou ze tří metod:

• Suspenzní polymerace: Nejrozšířenější metoda (přibližně 86 % celkové produkce), při které se monomer disperguje ve vodě. Vzniká bílý prášek nebo granulát.
• Emulzní polymerace: Rychlá reakce za použití povrchově aktivních látek, iniciátorů a stabilizátorů.
• Hmotnostní polymerace: Využívá se pro malý obsah nečistot v surovinách.

Po polymeraci se čistý polymer mísí s různými přísadami, které upravují jeho vlastnosti pro konkrétní aplikace. Mezi tyto přísady patří plnidla (např. křída), stabilizátory (pro zvýšení tepelné stability a odolnosti vůči UV záření) a změkčovadla (pro zvýšení flexibility). Dříve používané těžké kovy jako kadmium nebo olovo jako stabilizátory byly v rámci evropské politiky REACH z velké části nahrazeny ekologičtějšími přísadami na bázi vápníku.

🔬 Struktura a typy

Polyvinylchlorid je amorfní termoplast. Jeho hustota se pohybuje mezi 1,38 a 1,55 g/cm³. Teplota skelného přechodu je přibližně 87 °C. Bod měknutí je kolem 80 °C a rozklad začíná při teplotách nad 100 °C, přičemž se uvolňuje chlorovodík. Teplota tání PVC není pevná, ale spíše se pohybuje v rozmezí 160–210 °C v závislosti na složení a přísadách.

Rozlišují se dva hlavní typy polyvinylchloridu:

• Neměkčené PVC (PVC-U): (anglicky Unplasticized Polyvinyl Chloride), známé též pod obchodním názvem Novodur. Jedná se o tvrdý, tuhý a vysoce odolný materiál, který se vyznačuje vysokou mechanickou stabilitou, tuhostí a tvrdostí. Má vynikající odolnost proti vodě, kyselinám, zásadám a mnoha organickým rozpouštědlům.
• Měkčené PVC (PVC-P): (anglicky Plasticized Polyvinyl Chloride), známé též jako Novoplast. Vzniká přidáním změkčovadla (často ftaláty) k základnímu polymeru. Tím se snižuje krystalinita a zvyšuje pružnost a ohybnost materiálu. Měkčené PVC je využíváno pro polotuhé až elastické výrobky.

🛠️ Použití a aplikace

Polyvinylchlorid je pro své výhodné vlastnosti a relativně nízkou cenu široce využíván v mnoha průmyslových odvětvích. Více než polovina celosvětově vyrobeného PVC se spotřebuje ve stavebnictví.

Mezi hlavní oblasti použití patří:

• Stavebnictví: Zde PVC nahrazuje tradiční stavební materiály jako dřevo, beton nebo keramika. Vyrábí se z něj trubky a potrubí (např. novodur), okenní profily, dveře, podlahové krytiny (často označované jako linoleum, ačkoliv se jedná o jiný materiál), střešní fólie, izolace a elektroinstalační profily.
• Obalový průmysl: PVC se používá pro výrobu různých obalů, fólií a sáčků.
• Zdravotnictví: Díky své flexibilitě, chemické odolnosti a nízkému riziku kontaminace je PVC klíčovým materiálem pro jednorázové zdravotnické prostředky. Zahrnuje vaky na krev a krevní komponenty, sběr moči, katetry, hadičky pro hemodialýzu a mimotělní oběh. Odhaduje se, že přibližně 40 % všech plastových zdravotnických prostředků je vyrobeno z PVC.
• Elektrotechnika: Používá se jako izolace kabelů a vodičů, kde nahradil pryž.
• Automobilový průmysl: V automobilovém průmyslu se z PVC vyrábí volanty, střešní panely a tlumicí podložky.
• Spotřební zboží: Zahrnuje hračky, sportovní vybavení, oděvy (např. pršipláště), obuv a nábytek.
• Reklama a polygrafie: Tisk na desky pro vývěsní štíty a reklamní cedule.

♻️ Recyklace a životní prostředí

Polyvinylchlorid je recyklovatelný materiál, avšak jeho recyklace je složitější než u jiných plastů kvůli obsahu chlóru a aditiv. V roce 2000 se v zemích EU recyklovala pouze 3 % tohoto plastu. Moderní recyklační iniciativy a technologické pokroky však směřují k efektivnějšímu zpracování recyklovaného PVC, což může snížit uhlíkovou stopu výroby až o 90 % ve srovnání s použitím panenských materiálů.

Výroba a likvidace PVC však s sebou nese environmentální obavy.

• Emise toxických látek: Při výrobě vinylchloridu (VCM), monomeru pro PVC, může do prostředí unikat toxický chlór a samotný vinylchlorid monomer, který je známým karcinogenem způsobujícím specifický typ rakoviny jater (angiosarkom).
• Dioxiny: Výrobu polyvinylchloridu doprovází také vznik dioxinů, které patří mezi vysoce toxické a karcinogenní látky. K jejich uvolňování dochází i při spalování PVC, pokud není zajištěna řádně přizpůsobená technologie. Dioxiny se mohou hromadit v potravním řetězci a způsobovat dlouhodobé poškození životního prostředí a lidského zdraví.
• Změkčovadla: Z měkčeného PVC se během jeho životního cyklu mohou uvolňovat ftaláty, které jsou používány jako změkčovadla. Tyto látky mohou mít negativní dopad na lidské zdraví a životní prostředí.
• Energetická náročnost: Produkce PVC je energeticky náročná a přispívá k uhlíkové stopě.

V některých zemích a městech, například ve Vídni, je používání PVC ve veřejných stavbách zakázáno.

⚕️ Zdravotní aspekty

Zatímco samotný polyvinylchlorid je při správném zacházení považován za inertní, hlavní zdravotní obavy souvisí s vinylchloridovým monomerem (VCM) a přísadami, zejména ftaláty.

• Vinylchlorid monomer (VCM): Expozice VCM je spojena s rizikem vzniku angiosarkomu jater, vzácného typu rakoviny. Toto riziko bylo zjištěno u pracovníků v provozech na výrobu PVC.
• Ftaláty: Jsou skupinou esterů kyseliny ftalové používaných ke změkčování PVC. Nejsou chemicky vázány na polymer a mohou se z výrobků postupně uvolňovat do okolního prostředí. Některé ftaláty, jako například di-2-ethylhexylftalát (DEHP), byly v EU zakázány pro použití v hračkách a výrobcích pro péči o děti kvůli jejich prokázané nebezpečnosti. Ftaláty jsou spojovány s hormonálními poruchami, reprodukčními problémy, oslabením imunity a prohlubováním astmatu a alergií u dětí. Zvláště ohroženou skupinou jsou novorozenci, batolata, těhotné a kojící ženy. Ftaláty se mohou dostat do těla konzumací potravin a nápojů, používáním kosmetiky a prostředků osobní hygieny.
• Chlorovodík a dioxiny při spalování: Při požáru nebo spalování PVC dochází k uvolňování chlorovodíku, který je zdraví nebezpečný a v reakci s vodní parou tvoří koncentrovanou kyselinu chlorovodíkovou, působící korozivně na kovové konstrukce. Dále vznikají dioxiny, které jsou vysoce toxické.

💰 Ekonomický význam

Globální trh s polyvinylchloridem je významný a jeho hodnota neustále roste. V roce 2024 byla celosvětová hodnota trhu s PVC odhadována na 86 455,08 milionů USD a očekává se, že v roce 2025 dosáhne 90 354,2 milionů USD. Předpokládá se, že do roku 2033 vzroste na 128 591,17 milionů USD, s CAGR (složenou roční mírou růstu) 4,51 % v období 2025 až 2033. Tento růst je primárně tažen zvyšující se poptávka ve stavebnictví, automobilovém průmyslu a obalovém průmyslu.

Asie a Tichomoří dominují globálnímu trhu s PVC, přičemž tento region se podílí více než 65 % na celkové spotřebě PVC, a samotná Čína představuje téměř 45 % celosvětové poptávky. Stavebnictví zůstává největším spotřebitelem, využívajícím více než 55 % produkce PVC pro trubky, okna a armatury.

Mezi hlavní hráče na globálním trhu s PVC patří společnosti jako Shin-Etsu Chemical Co. Ltd. (12 % podílu na trhu) a Formosa Plastics Corporation (11 % podílu na trhu). Rostoucí poptávka po udržitelných a recyklovatelných materiálech ovlivňuje inovace v oblasti PVC, což vede k nárůstu ftalátů-free formulací a zvýšenému využívání recyklovaného PVC.

💡 Pro laiky

Představte si polyvinylchlorid, zkráceně PVC, jako takového plastového chameleona. Je to materiál, který umí být velmi tvrdý a pevný, třeba jako trubka na vodu nebo okenní rám. Ale umí být i měkký a ohebný, jako fólie na balení jídla, podlahová krytina ve vaší kuchyni nebo hadička v nemocnici. Je to jeden z nejpoužívanějších plastů na světě, hned po lahvích a sáčcích.

Proč je tak oblíbený? Protože je relativně levný na výrobu a má spoustu užitečných vlastností. Dobře odolává vodě, chemikáliím a vydrží dlouho. Můžeme ho snadno tvarovat do mnoha různých věcí.

Ale má i svou odvrácenou stranu. Při jeho výrobě a také když ho pálíme, se mohou uvolňovat látky, které nejsou dobré pro životní prostředí a naše zdraví. Zejména když je měkký, mohou se z něj uvolňovat takzvané ftaláty, které mohou ovlivnit naše tělo, hlavně u dětí. Proto se dnes hledají způsoby, jak ho vyrábět a recyklovat šetrněji, a také se vyvíjejí bezpečnější alternativy.