Полівініловий спирт

Полівініловий спирт, або скорочено ПВС (PVOH, PVA, PVAL) – це тверда речовина органічної етимології, що належить до групи термопластів (полімерних матеріалів, які можуть зворотно ставати при нагріванні високоеластичними або в’язкоплинними). Виглядає як біла (іноді – світло-жовта або кремова) порошкоподібна чи гранульована маса, сформована, відповідно, білими, жовтими або безбарвними частинками. Ароматичних характеристик і смакових властивостей позбавлена.

Фізичні та хімічні властивості

Цей термопластичний полімер добре розчиняється в воді, а ще в таких середовищах, як ациклічні двоатомні спирти, пропантріол-1,2,3, водні розчини карбаміду, ДМФА і ДМСО. Проявляє стійкість до переважної кількості універсальних органічних розчинників, олій, бензину, гасу та інших вуглеводнів, до розбавлених кислот, окислювачів і лужних розчинів. Не руйнується під впливом сонячного випромінювання і мікроорганізмів. Має високі клейкі якості, виступає чудовим емульгатором, плівкоутворювачем і адгезійним полімером. Токсичного впливу не здійснює.
Варто враховувати гігроскопічність ПВС і постійне входження до його складу близько 5 % води, що певною мірою пластифікує його. При цьому вода безперешкодно і оперативно випаровується, а тому є потреба в залученні інших пластифікаторів, якими в цьому випадку можуть виступати 1,2-діоксіетан, 1,3-бутандіол, фосфорна кислота і гліцерин. Хоча, загалом, цьому матеріалу характерні високі міцнісні показники на розрив і гнучкість, на міцність може впливати навколишня вологість. Коли він вбирає вологу, стає більш еластичним, але не таким міцним, як до цього. Гранульований продукт у присутності вологи і під тиском збивається в грудки.
ПВС – горюча речовина. При розкладанні під час нагрівання утворює воду, вуглекислоту, монооксид вуглецю і етанову к-ту. При цьому змінюється забарвлення: на зміну білому приходить темно-коричневе.
Як багатоатомний спирт, ця хімічна сполука реагує з кислотами, утворюючи складні ефіри (реакція етерифікації), і з альдегідами (ацеталювання). Поєднання з йодом приводить до появи синіх комплексів (якісна реакція на ПВС).
Густина – 1,19-1,31 г/см³, в’язкість – 5 мПа•с, ступінь гідролізу – 88 моль%, ступінь полімеризації – 500-5000, кристалічність – 30-70 % (залежить від виробничих аспектів).
Термовластивості: t плавлення – 225 °C, t розкладання – 230 °C, t склування – 85 °C.
Хімічна формула: (C2H4O)x, де x сповіщає про ступінь полімеризації.
Важливо! Полівініловий спирт випускається під різними марками. Різні види маркованих засобів можуть відрізнятися складом і низкою фіз.-хім. параметрів. Варіюється рівень полімеризації та гідролізу. Різні водні р-чини проявляють відмінні фізичні та хімічні властивості. Якщо розглядати назву тієї чи іншої марки, перша цифра буде говорити про в’язкості 4 % водного р-чину при t 20 °C, друга – про ступінь гідролізу. При значенні останнього 86,5-96 моль% ПВС омилений частково, при 98 моль% - повністю.

Переваги

Підсумовуючи всі описані вище характеристики зазначеної речовини, хочемо виділити окремо кожну з них, яка є незаперечним плюсом:

• відсутність запаху;
• утворення безбарвних, міцних і еластичних покриттів;
• оперативне схоплювання після реакції;
• підвищені міцнісні показники, міцність до розриву і опір до стирання ПВС матеріалів, порівняно з іншими продуктами;
• зменшене вологопоглинання, якщо проводити аналогію з розчинними у воді смолами (акриловою та ін.);
• висока адгезія, передусім до синтетичних волокон;
• високоміцність та абразивостійкість покриттів;
• інертність до дії олій, жирів і всіляких розчинників;
• порівняна однорідність хім. структури (краща, ніж у декстринів та казеїну);
• значні адгезивні якості при малій кількості сировини;
• добрий захист пряжі + зменшення ймовірності пошкодження ниток у виробничому процесі до 50 %.

Отримання

Якщо брати до уваги більшість полімерів, то відмінність від них у полівінілового спирту полягає в способі отримання. Тоді як ті створюють шляхом полімеризації відповідного мономеру, ПВС виробляють опосередковано, переважно з ПВА, а не з етенолу. Тобто полівінілацетат – головна сировина для виробництва ПВС. Сучасний пром. синтез цієї речовини виглядає як полімераналогічні трансформації (різні варіанти омилення ПВА в спиртовому або водному середовищі при наявності основ або кислот). Основні методи отримання такі:

• алкоголіз полімерів складних вінілових ефірів (лужний алкоголіз). Середовище – осушені нижчі ациклічні спирти. Додаткові учасники процесу – гідроксиди лужних металів. Специфічна особливість – гелеутворення;
• алкоголіз за участю кислот (кислотний алкоголіз). Аналогічно доповнюється гелеутворенням;
• лужний алкоголіз + сольволіз водою. Середовище – сукупність нижчих ациклічних спиртів та інших розчинювальних матеріалів (води, діоксану, диметилкетону, бензину або естерів). Якщо задіюється вода, майже завжди її обсяг не більше 10 %, а омилення так само доповнюється появою гелю;
• гідроліз при наявності кислотних/лужних агентів з водою в якості реакційного середовища.

Стає зрозумілим, що гелеутворення – основний негативний технологічний нюанс, з яким потрібно якось давати раду. Тому виробничий процес передбачає необхідність в спец. апаратурному оформленні, що дозволяє вирішувати цю проблему.

Упакування, транспортування, зберігання

Упаковують ПВС, як правило, в паперові, полімерні або двошарові (папір + ПЕ) мішки по 20-25 кг. Перевезення допустиме різними видами транспортних засобів, за винятком повітряних. І при перевезенні, і при зберіганні важливо запобігати контакту цього полімеру з атмосферними опадами, унеможливлювати вплив теплових джерел (сонячне світло – не виняток). Зберігати полівініловий спирт слід в упаковці виробника, забезпечуючи її цілісність, в закритих сухих складах з достатнім провітрюванням. Оптимальний температурний режим – кімнатна t. Якщо дотримуватися всього вказаного, період зберігання буде практично необмеженим. Гарантійний термін придатності становить 1 рік. Але після цього продукт не стає непридатним. Просто перед тим, як застосовувати ПВС через 12 місяців після дня виготовлення, потрібно перевіряти його властивості.

Техніка безпеки

Примітно, що цей реактив є безпечним, якщо дотримуватися нормальних умов поводження з ним. До того ж, деякі гатунки можуть використовуватися не тільки в промислових цілях, але навіть в харчопромі та медицині, що також говорить багато про що. Разом з тим, варто враховувати горючість цього матеріалу (t займання від стороннього вогнеджерела – 205 °С, t самозаймання – 344 °С) і здатність виділяти при нагріванні до 180 °С токсичний формальдегід, чадний газ і пари оцтової кислоти. З цього випливає, що загорянь не можна допускати, а у випадку таких важливо подбати про безпеку оточуючих і здійснити відповідні заходи щодо гасіння. Що і як необхідно робити в такій ситуації, а також загальна інформація про безпеку речовини, як правило, подається в інструкції.

Застосування

Спектр застосування у цієї сполуки – надширокий, починаючи з емульсійної полімеризації, закінчуючи створенням зв’язок для розчинів фарб. Як уже згадувалося, це чудовий емульгатор, адгезійний і плівкоутворювальний полімер. Основні сфери, в яких задіюють полівініловий спирт:

• Хімія. Виробництво ПВС волокон і полімерних плівок, стабілізація водної полімеризації вінілового ефіру оцтової к-ти, адгезія і загущення клейової та латексної продукції. Крім того, це популярна сировина для створення інших полімерів (полівінілових ацеталю і нітрату);
• Сільське господарство. ПВС задіюється як синтетичне добриво для поліпшення родючості ґрунту в ролі вологоутримувача й для захисту рослин від різних негативних впливів;
• Металургія. Бере участь в гартуванні сталі;
• Будівництво. Служить захисним засобом для будматеріалів, а також виступає арматурним волокном у бетонах;
• Паперове і текстильне виробництва. Допомагає склеювати шматки паперу, картону, тканин і шкір. Крім того, використовується для кріплення товарних бирок, етикеток, поштових конвертів, пакетних клапанів тощо;
• Приладобудування. Бере участь у виготовленні циклографічних кліше і всіляких друкованих плат;
• Електротехніка. Виробництво керамічних компаундів;
• Харчопром. Відомий як добавка до їжі під кодом Е1203, яка виступає глазурувальним агентом, емульгатором і зв’язкою для води (вологоутримувачем). Використовується при глазуруванні риби та морепродуктів. Є частиною плівкових покриттів сирів і ковбасної продукції (плівкоутворювач), а також ПЕТФ ємностей для рідких харчових продуктів;
• Медицина і фармацевтика. Виконує роль плазмозамінника при гемотрансфузії. Задіюється в емболотерапії онкоутворень терапевтичними методами (локалізує і блокує пухлини). Сприяє фіксації при зборі зразків (взятті аналізів). Слугує сировиною для виробництва медикаментів (наприклад, йодинолу – антисептичних ліків для зовнішнього використання, а також очних крапель і рідин для контактних лінз) й бере участь в низці інших не менш значимих медичних процесів;
• Косметичний і парфумерний напрямки. Входить до складу різної доглядової косметики (шампунів, кремів, бальзамів...) і гігієнічних засобів, які розробляються не тільки для дорослих, але й для дітей;
• Мікробіологія. Необхідний для такого важливого процесу, як іммобілізація клітин і ферментів;
• Виробництво побутової хімії. Задіюється в виготовленні водорозчинних капсул, зокрема для пральних порошків;
• Живопис. Знаходить застосування в консервації образотворчих старовинних експонатів. З його допомогою здійснюють профілактичне заклеювання. Також він входить до складу реставраційних ґрунтів.

Клейова сировина або клейка основа багаторазової дії, стабілізатор і захисний колоїд дисперсії полімерів, компонент фоточутливих покриттів, учасник гранулювання і мікроінкапсуляції, полімеризатор, роздільний агент, згущувач і адгезійний матеріал, ПАР для створення капсульованих наночастинок – це лише мала частина означень, якими можна описувати полівініловий спирт. Сфер і процесів, для яких він важливий, дуже і дуже багато.