متعدد كلوريد الفينيل وفي الترجمات الحرفية البولي فينيل كلوريد (اختصاراً PVC) مادة بلاستيكية كثيرة الاستعمال وهو من أكثر المنتجات الثمينة للصناعة الكيميائية والبولي فينيل كلوريد من بوليميرات الضم التي تصنع منها كميات كبيرة جداً عبر آلية جذرية حرة. عالمياً أكثر من 50% من البولي فينيل كلوريد المصنع يستخدم في البناء كمادة إنشائية لأنه رخيص وسهل التركيب. في السنوات الأخيرة قد استبدل البولي فينيل كلوريد مكان مواد إنشائية كثيرة في العديد من المناطق على الرغم من وجود مخاوف حول تأثير البولي فينيل كلوريد على البيئة والصحة البشرية. حيث أن هذا البوليمير غير مستقر اتجاه الضوء والحرارة وهذا يؤدي إلى تغيرات واسعة في البنية وذلك بسبب إزالة HCl وهذا يؤثر أيضاً على خواصه الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية. يحضر البولي فينيل كلوريد من مونوميره كلور الفينيل وهو مركب هام جداً في الصناعة.
| كلوريد متعدد الفاينيل | |
|---|---|
 | |
 | |
 | |
| الاسم النظامي (IUPAC) | |
poly(1-chloroethene)[1] |
|
| أسماء أخرى | |
Polychloroethylene |
|
| المعرفات | |
| الاختصارات | PVC |
| رقم CAS | 9002-86-2 |
| الخواص | |
| الصيغة الجزيئية | (C2H3Cl)n[2] |
| نقطة الانصهار | 100 درجة حرارة مئوية |
| في حال عدم ورود غير ذلك فإن البيانات الواردة أعلاه معطاة بالحالة القياسية (عند 25 °س و 100 كيلوباسكال) | |
| Elongation at break | 20–40% |
|---|---|
| Notch test | 2–5 جول/m2 |
| درجة حرارة التحول الزجاجي | 82 درجة حرارة مئوية[3] |
| نقطة الانصهار | 100–260 °C[3] |
| Effective heat of combustion | 17.95 MJ/kg |
| سعة حرارية (c) | 0.9 سعة حرارية |
| Water absorption (ASTM) | 0.04–0.4 |
| Dielectric Breakdown Voltage | 40 MV/m |
الإنتاج العالمي السنوي لفينيل كلوريد حوالي 17 مليون طن في عام 1985 وأكثر من 26 مليون طن في عام 1995 حيث أن أكثر من 64% منه ينتج في أوروبا و USA. ان حوالي 95% من إنتاج العالم من فينيل كلوريد يستخدم لإنتاج البولي فينيل كلوريد. وقد اكتشف البولي فينيل كلوريد عرضياً في القرن التاسع عشر أولاً في عام 1835 وذلك من قبل العالم Regnault والأخرى في عام 1872 من قبل العالم Baumann وفي كلا الاكتشافين ظهر البوليمير كمادة بيضاء صلبة داخل قوارير فينيل كلوريد التي تركت معرضة لضوء الشمس.
وفي مطلع القرن العشرين حاول العالم الروسي Ostromisleusky استعمال البولي فينيل كلوريد في المنتجات التجارية لكن الصعوبات التي واجهته في معالجته كانت كبيرة وأحياناً كان يحصل على بوليمير هش. في عام 1926 طور Semon طريقة لمعالجة البولي فينيل كلوريد بمزجه بالمضافات المختلفة والنتيجة كانت مادة أكثر مرونة وسهولة في التصنيع وهذه الطريقة جعلت منه مادة ذات استعمال واسع في كل جوانب الحياة.
المواد الأولية
فينيل كلوريد (vc) : وهو غاز عديم اللون، قابل للاشتعال، له رائحه تشبه رائحه الكلوروفورم وهو أثقل من الهواء. الخواص الفيزيائية والكيميائية لفينيل كلوريد
- Physical StateGas (at room temperature)
- ColourColourless
- OdourSweet
- Molecular Weight62.50 g / mol
- Melting Point-153.8 0C
- Boiling Point-13.0 0C
- Flash Point-78 0C
- Auto-ignition temperature472 0C
- Viscosity at 200C0.01072 cP
- Relative Density (water =1)0.9
- Relative vapour density (air * =1)2.2
- Specific Gravity at 200C0.9106
- Solubility in WaterAt 200C : 2.7 g/L
- Solubility in Other Compounds95 % ethanol : soluble
- Carbon tetrachloride : soluble
- Benzene : soluble
- Ether : very Soluble
- Vapour PressureAt 200C : 2530 mm Hg
- At 21.1 0C : 2515.6 mm Hg
- At 25 0C : 2600 mm Hg
- Odour Threshold260 ppm
- CH2=CHClالصيغة الكيميائية
- 156 oCدرجة الحرارة الحرجة
- 3.8 – 29.3 % volحدود الانفجار في الهواء
- 450 oCتفكك فينيل كلوريد
- 1.59 J/g.oCالحرارة النوعية عند (20oC)
- 335 kJ/kgحرارة التبخر الكامنة عند (10oC)
- 92 kJ/molحرارة البلمرة
- 286 kCal/molحرارة الاحتراق عند (80o)
- 5600 kPaالضغط الحرج
طرق الحصول على فينيل كلورد
نظراً لأهمية هذا المونومير فقد اتبعت كل الطرق في سبيل تصنيع هذا المركب وحالياً فإن المواد الأساسية الضرورية هي الكلور والإستيلين أو الإيتلين ويمكن استخدام الكلور على شكل عنصري فهو يحضر لذلك من التحليل الكهربائي لكلوريدات المعادن القلوية أو على شكل حمض كلور الماء وهناك أربع طرق اصطناع وهي : أ- نزع كلوريد الهيدروجين من 2,1 –ثناثي كلور الايتان تحت تأثير القلويات أو بالتحلل الحراري. 1- تحت تأثير القلويات يتم التفاعل وفق ما يلي :
2- بالتحلل الحراري ويتم بدرجات حرارة عالية (450-500 oC) وبوجود وسيط من الحديد وفق التفاعل التالي :
ب-بدءاً من الإستيلين : تتم بتفاعل HCl مع الإستيلين في الدرجة 150-200 °C وتتم في الحالة الغازية في الدرجة المذكورة وبوجود وسيط من كلور الزئبق أو في وسط مائي في الدرجة 20-25 °C وهذه الطريقة لا تعطي نواتج ثانوية.
ج- بدءاً من الإيتلين : وذلك بكلورة الإيتلين حيث نحصل على 2-1 ثنائي كلور الإيتان وذلك في الدرجة (40-60 oC) وثلاثي كلور الحديد كوسيط.
وبنزعHCl في درجة حرارة عالية يعطي ثنائي كلور الإيتان جزيء كلور الفينيل وذلك عند درجات حرارة عالية تتراوح بين (400-500 oC). بوجود أكسيد الألمنيوم والكربون النشط كوسيط.
ويمكن كلورة الاتلين مباشرة وذلك عند درجات حرارة عالية (500-600 oC) كما يوضحها التفاعل التالي :
ء _ طريقة الأكسدة الكلورية : كما يوضحها التفاعل التالي :
ويتم هذا التفاعل عند درجة حرارة عالية بحدود 470-500 °C
دراسة آلية التفاعل
تتم بلمرة كلور الفينيل بآلية الجذر الحر والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل أساسية :
1-مرحلة التهييج أو المبادرة وتشكل المراكز الفعالة 2-نمو السلسلة 3-مرحلة انقطاع السلسلة
1- مرحلة التهييج أو المبادرة وهي أساسية للحصول على الجذور التي تبادر في التفاعل وتكون المبادرة اما : - حرارية : حيث تظهر الجذور الحرة تحت تأثير الحرارة ويمكن اعتبار تشكل الجذر الحر هو عملية انفتاح الرابطة الثنائية.
هذا الجذر الثنائي يتفاعل مع المونومير ويعطي جذراً أحادياً بوليميرياً
- أما في المبادرة الكيميائية الضوئية يمتص المونومير كونتم الطاقة الضوئية وينتقل إلى حالة التهييج.
والجزيء المتهيج يشكل جذراً ثنائياً بدوره
ومن ثم تتحول هذه الجذور الثنائية إلى جذور أحادية بوليميرية.
- المبادرة باستخدام المبادرات وتتم بادخال جذور حرة إلى الوسط من الخارج وهي تدخل إما بشكل أو بشكل مركبات تتفكك أثناء التفاعل لتشكيل جذور وتستخدم بكميات قليلة 0.1-1% من وزن المونومير ومن هذه المبادرات فوق الأكاسيد العضوية وفوق الأكاسيد الاعضوية والآزوتيدات وبعض مركبات آزو وديازو. فاذا استخدمنا كمبادر للبلمرة بيروكسيد البنزول نجد :
2- مرحلة نمو السلسلة: في هذه المرحلة تنمو السلسلة البوليميرية في عمليات متتابعة لتفاعل الجذر الحر مع المونومير نفسه بحيث تصبح السلسلة نفسها جذراً يزداد وزنه الجزئي كلما تقدم التفاعل وذلك كما يلي:
وبشكل عام:
3- مرحلة انقطاع السلسلة وهذه المرحلة مسؤولة عن نهاية التفاعل ويحدث هذا عندما يلتقي الجذر النامي مع جذر نامي آخر ويغلق السلسلة كما يلي:
طرق بلمرة كلور الفينيل تتم بلمرة كلور الفينيل اما في كتلة أو في معلق أو في مستحلب. سرعة البلمرة تتعلق بنقاوة المونومير وتركيز المبادر ودرجة الحرارة. و بالتحكم بدرجة حرارة البلمرة نستطيع التحكم بنتائج البلمرة وخواص البوليمير.
.1 إنتاج البولي فنيل كلوريد في الكتلة :
عند بلمرة كلور الفنيل في الكتلة يتم التفاعل في وسط المونومير السائل والذي به يحل
في كلور الفينيل، تتم العملية إما بشكل مستمر أو متقطع وكذلك من الممكن أن تتم في درجات حرارة منخفضة (-10 _ -20 °C) ودرجات حرارة عالية ((40-70 °C. البوليمير الناتج يكون ذو توزع جزيئي جيد ومن ميزاتها أيضا نظافة البوليمير الناتج وخواص العزل الكهربائي عنده جيدة إلى جانب شفافية القطع المنتجة منه. 2. تحضير البولي فنيل كلوريد في معلق : ينتج القسم الأكبر من بوليمير البولي فنيل كلوريد بهذه الطريقة.حيث أن نوعية المنتج تكون جيدة إلى جانب سهولة التحكم بعملية البلمرة (لا يتعدى الانحراف بدرجة الحرارة فيها) وكذلك فإن فصل الحرارة الناتجة عن التفاعل وهي بحدود 91.6KJ/mol يتم في الوسط المائي والذي به ينتشر كلور الفنيل السائل وبوجود منظم للمعلق كلور الفنيل في الوسط المائي يكون بشكل نقاط والتي بها تتم البلمرة. أولاً في كل نقطة تظهر الدقائق الأولى وعند انتفاشها في المونومير تتكتل وهذا يلاحظ عندما تصل نسبة التحويل إلى 20-30% من كلور الفنيل وبعد ذلك تبدأ بالكبر والتكتل مع زيادة التحول. يؤثر على الكتلة الجزيئية للبوليمير المنتج وعلى خواصه الفيزيائية الأخرى العديد من العوامل كدرجة حرارة التفاعل والنسبة لكمية الماء والمونومير ودرجة التحول وغيرها ،أما نوعية المنظم المستخدم ونشاطة التحريك فتؤثر وبشكل واضح على حجم دقائق البوليمير. الـ PVCالمنتج بهذه الطريقة يكون بشكل مسحوق أبيض اللون والكثافة التفريغية(الحرة (له. وأما الخصائص الكهربائية والميكانيكية فهي عالية. 3. تحضير البولي فنيل كلوريد في مستحلب : إن بلمرة كلور الفنيل في مستحلب وكما هي في معلق تتم في وسط مائي ولكن بوجود مستحلب ومبادر منحلين في الماء، سرعة العملية وخواص البولي فينيل كلوريد الناتج تتعلق بطبيعة وتركيز المبادر والمستحلب و PHالوسط ونسبة المونومير إلى الطور المائي ودرجة الحرارة وغيرها من الشروط. إن للـPH تأثير كبير على عملية البلمرة وعلى خواص البوليمير، ويتم تنظيم الـPH بإضافة فوسفات أو كربونات الصوديوم، وتكون عادة PH الوسط بحدود8.5-8 ونظراً لعدم التمكن من الفصل الكامل للمستحلب عن البوليمير فإن البوليمير الناتج بهذه الطريقة يكون أسوأ من المنتج بطريقة المعلق بخواص العزل الكهربائي والثباتية الحرارية وكذلك الشفافية ولكن بسبب سرعة البلمرة فيها ونعومة المسحوق المنتج تستعمل بشكل واسع، وهذه الطريقة يمكن أن تتم بشكل مستمر وبشكل متقطع. والبولي فنيل كلوريد المحضر بطريقة المستحلب يكون مسحوق أبيض اللون. إنتاج البولي فنيل كلوريد القاسي إن المواد القاسية المستعملة في الأعمال التصميمية والإنشائية من البولي فينيل كلوريد نسميها)فيني بلاست(و هي مادة ملدنة كليا أو جزئياً. وتنتج بشكل صفائح وقساطل وبأشكال أخرى ونحصل على الفيني بلاست بالتلدين الحراري لمزيج من البولي فينيل كلوريد مع المواد المنظمة والمزلقة وبوجود ملونات في حالة الرغبة بذلك. إنتاج الصفائح بطريقة السحب يتألف من المراحل التالية: -1خلط المواد. -2 سحب المواد. -3 الصقل للصفائح. -4 ضغط الصفائح.
ا لـPVC من الخزان 1 ومن خلال السيكلون المنظف 2 وبعدها المغذي 3 يذهب إلى الخزان المزدوج والذي يتألف من خزان مع التسخين 4 وخزان مع التبريد 5 والـPVCالمحمول على الهواءمن السيكلون 2 يفصل في المصفاة 6 وينضم إلى القسطل الرئيسي للبولي فينيل كلوريد المنظم)وهو هنا الميلامين(يذهب وعلى سير ناقل إلى السيكلون 7 ومنه إلى المطحنة 8 حيث يطحن ويخلط مع كمية بسيطة من الـPVC والخليط الناتج من الطاحونة 8 يعطى إلى الخزان التخلخلي 9 وبعدها بواسطة المغذي الصحني 10 إلى الخزان 4 والذي به يضاف للمزيج مواد مطرية)زيوت(وذلك لتطرية المواد في أثناء التصنيع وتكون عادة مقادير المواد لكل PVC=100، منظمات 2-5= مواد تزليق1.5-4= وبعد الخلط النشط للمزيج يذهب إلى الخزان 5 ومنه بشكل مستمر إلى قمع آلة السحب، في آلة السحب تسخن المواد للدرجة 175 -180 °C وفيها تخلط بشكل جيد، من رأس آلة السحب البوليمير يخرج كبساط طويل ويتوجه إلى الأسطوانة العليا من المكواة 12و المسخنة حتى 155-160 °C وهكذا إلى الاسطوانة السفلى والتي حرارتها 165-170 °C من المكواة وبعد الصقل هذا البساط يشد بواسطة الأسطوانات 13 إلى المقص 14 حيث يقص إلى صفائح وهذه تذهب إلى المصفف15 وبهذا نحصل على صفائح فينيل بلاست حيث تجمع في رزم وتضغط في الضاغط 16 وبدرجة حرارة 170-175 °C وبضغط وهذا حسب لزوجة البولي فينيل كلورايد وسماكة الصفائح. و مخطط إنتاج الفيني بلاست الصفائحي يكون بالشكل التالي :
1 خزان الـ PVC 7-2- سيكلون -10-3 مغذي -4 خزان مسخن -5 خزان مبرد -6 مصافي -8 مطحنة -9 خزان تخلخلي -11 آلة سحب -12 مكواة صقل -13 أسطوانات ساحبة -14 مقص -15 مصفف -16 ضاغط مخطط إنتاج الفيني بلاست الصفائحي أما القساطل من قطر (6_400mm) وغيرها من أشكال الفيني بلاست فتحضر بنفس الطريقة ولكن بعد تغيير رأس السحب لتعطي الشكل المطلوب. تستخدم رقائق وصفائح PVC القاسي في صناعة القوارير والحاويات ولتبطين الأجهزة تبطيناً مقاوماً للكيماويات ويستخدم جزء كبير منه في صناعة الأنابيب وفي الأغراص الصناعية الكيميائية.
صفات بولي فينيل كلوريد
تتعلق صفات PVC الميكانيكية والفيزيائية على تركيبه وعلى طرق إنتاج هذا المركب. تحدد الصفات الكيميائية لبولي فينيل كلوريد المتجانس بالبنية الكيميائية الأساسية لجزيء البوليمير ولكن من الأكيد أن بعض الصفات الكيميائية (الثبوتية الحرارية) تتأثر بوجود عدم نظامية في البنية مثل السلاسل الجانبية وعدم الإشباع. يتميز بولي فينيل كلوريد بوزن جزيئي كبير ففي درجات الحرارة العادية فان عدد كبير من المركبات العضوية ليس لها تأثير عليه أما المركبات التي تهاجمه هي الهيدروكربونات العطرية الكلورية وبعض الاسترات. خواص بولي فينيل كلوريد الطري والقاسي :
الخواصPVC الطريPVC القاسي الكتلة الحجمية1.2 –1.61.4-1.6 مقاومة الانضغاط Kgf/cm²87.5100 استطالة القطع105 – 21025 الحرارة النوعية cal/cm0.40.25 معامل التمدد الخطي. 15 درجة حرارة الاستعمال العظمى °C80-10465-70 امتصاص الماء خلال 24 ساعة0.250.1-0.4
المقاومة الحجمية
11- 1412-14 عامل القدرة (60) هرتز0.08-0.150.03 تأثير الحموض القوية والضعيفةلا يتأثرلا يتأثر تأثير الأسس القوية والضعيفةلا يتأثرلا يتأثر و ان إنتاج بولي فينيل كلوريد في العالم وتوزعه يكون بالشكل التالي :
بولي فينيل كلوريد (Poly Vinyl Chloride) مادة بلاستيكية شائعة الاستعمال وهو من أكثر المنتجات الثمينة للصناعة الكيميائية. البولي فينيل كلوريد من بوليميرات الضم التي تصنع منها كميات كبيرة جداً عبر آلية جذرية حرة. عالمياً أكثر من 50% من البولي فينيل كلوريد المصنع يستخدم في البناء كمادة إنشائية لأنه رخيص وسهل التركيب.
في السنوات الأخيرة قد استبدل البولي فينيل بي في سي كلوريد مكان مواد إنشائية كثيرة في العديد من المناطق على الرغم من وجود مخاوف حول تأثير البولي فينيل كلوريد على البيئة والصحة البشرية. حيث أن هذا البوليمير غير مستقر اتجاه الضوء والحرارة وهذا يؤدي إلى تغيرات واسعة في البنية وذلك بسبب إزالة HCl وهذا يؤثر أيضاً على خواصه الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية.
يحضر البولي فينيل كلوريد من مونوميره كلور الفينيل وهو مركب هام جداً في الصناعة. الإنتاج العالمي السنوي لفينيل كلوريد حوالي 17 مليون طن في عام 1985 وأكثر من 26 مليون طن في عام 1995 حيث أن أكثر من 64% منه ينتج في أوروبا وأمريكا. ان حوالي 95% من إنتاج العالم من فينيل كلوريد يستخدم لإنتاج البولي فينيل كلوريد.
تاريخه
وقد اكتشف البولي فينيل كلوريد عرضياً في القرن التاسع عشر أولاً في عام 1835 وذلك من قبل العالم ريغنالت والأخرى في عام 1872 من قبل العالم بومان وفي كلا الاكتشافين ظهر البوليمير كمادة بيضاء صلبة داخل قوارير فينيل كلوريد التي تركت معرضة لضوء الشمس.
وفي مطلع القرن العشرين حاول العالم الروسي أوستروميسلوسكي استعمال البولي فينيل كلوريد في المنتجات التجارية لكن الصعوبات التي واجهته في معالجته كانت كبيرة وأحياناً كان يحصل على بوليمير هش.
في عام 1926 طور سيمون طريقة لمعالجة البولي فينيل كلوريد بمزجه بالمضافات المختلفة والنتيجة كانت مادة أكثر مرونة وسهولة في التصنيع وهذه الطريقة جعلت منه مادة ذات استعمال واسع في كل جوانب الحياة.
استخدامات بولي فينيل كلوريد
يستخدم البولي فينيل كلوريد في عزل الأبنية والمعادن والألياف الزجاجية ولإنتاج ورق الجدران وكأغطية للأرض (عوازل للأرض) وفي صناعة الأقمشة المشمعة وكل استخدام له طريقة تحضير خاصة به. في حالة عزل الأبنية من المهم جداً أن نتجنب اختراق عجينة البوليمير داخل البناء لذلك لزوجة العجينة يجب أن تكون عالية في حال معدل قص منخفض وذات لزوجة معتدلة عند معدل قص مرتفع وفي حال تصنيع ورق الجدران حيث تكون السماكات قليلة اللزوجة المنخفضة هي المطلوبة. في حال عزل الأرض نستخدم ثلاث أو حتى أربع أغلفة أولاً طبقة مشبعة لإشباع الألياف وطبقة أو طبقتين من الإسفنج وطبقة أخرى تتمتع بقوة ومقاومة ميكانيكية عالية. الأمن الصناعي في صناعة البولي فنيل الكلوريد: بشكل عام كل صناعة البولي الفنيل كلوريد قابلة للانفجار والحريق ولذلك فإن قسم البلمرة يجب أن يتوضع في بناء وحده والنابذات والمنشفات والتخزين في بناء آخر. كل المياه الناتجة عن صناعة البولي فينيل كلوريد وهي بحدود 8-6طن لكل طن بولي فينيل كلوريد يجب أن تخضع للتنظيف البيولوجي بعد الترقيد وفصل راسب البولي فينيل كلوريد ومن الجدير ذكره أن البولي فينيل الكلوريد والبوليميرات المشتركة لكلور الفينيل هي مواد غير سامة في حالة خلوها من بقايا كلور الفينيل ولكن باحتراقها تعطي مواد سامة. أما كلور الفينيل فانه سام للأحياء حيث أنه يحدث تخرشاً في الأغشية المخاطية لمجاري التنفس وتخديراً إذا كان تركيزه كبيراً ويسبب للإنسان ألم في الرأس ويسبب أحياناً تقيؤ وقد يؤدي إلى التهاب الكليتين وحدوث أورام خبيثة بالإضافة إلى ذلك يظهر عند الإنسان ضعف ووهن وقلق في النوم وتهيج وسرعة غضب وعند التوقف عن العمل مع كلور الفينيل يمكن للحالة أن تتحسن.
البلمرة : هي عملية اتحاد جزيئات المونومير للحصول على جزيء ضخم هو البوليمير دون أي ناتج اضافي وبالتالي فان الوحدة البنائية للبوليمير هي المونومير نفسه
المواد الأولية
فينيل كلوريد (VC): وهو غاز عديم اللون, قابل للاشتعال, له رائحه تشبه رائحه الكلوروفورم وهو أثقل من الهواء
آلية البلمرة
تتم بلمرة كلور الفينيل بآلية الجذر الحر والتي يمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل أساسية:
- مرحلة التهييج أو المبادرة وتشكل المراكز الفعالة
- نمو السلسلة
- مرحلة انقطاع السلسلة
مرحلة التهييج أو المبادرة
وهي أساسية للحصول على الجذور التي تبادر في التفاعل وتكون المبادرة إما:
- حرارية: حيث تظهر الجذور الحرة تحت تأثير الحرارة ويمكن اعتبار تشكل الجذر الحر هو عملية انفتاح الرابطة الثنائية. هذا الجذر الثنائي يتفاعل مع المونومير ويعطي جذراً أحادياً بوليميرياً.
- كيميائية ضوئية: حيث يمتص المونومير كونتم الطاقة الضوئية وينتقل إلى حالة التهييج. والجزيء المتهيج يشكل جذراً ثنائياً بدوره ومن ثم تتحول هذه الجذور الثنائية إلى جذور أحادية بوليميرية.
- المبادرة باستخدام المبادرات: وتتم بادخال جذور حرة إلى الوسط من الخارج وهي تدخل إما بشكل أو بشكل مركبات تتفكك أثناء التفاعل لتشكيل جذور وتستخدم بكميات قليلة 0.1-1% من وزن المونومير ومن هذه المبادرات فوق الأكاسيد العضوية وفوق الأكاسيد الاعضوية والآزوتيدات وبعض مركبات آزو وديازو.
مرحلة نمو السلسلة
في هذه المرحلة تنمو السلسلة البوليميرية في عمليات متتابعة لتفاعل الجذر الحر مع المونومير نفسه بحيث تصبح السلسلة نفسها جذراً يزداد وزنه الجزئي كلما تقدم التفاعل.
مرحلة انقطاع السلسلة
وهذه المرحلة مسؤولة عن نهاية التفاعل ويحدث هذا عندما يلتقي الجذر النامي مع جذر نامي آخر ويغلق السلسلة.
طرق بلمرة كلور الفينيل
تتم بلمرة كلور الفينيل اما في كتلة أو في معلق أو في مستحلب. سرعة البلمرة تتعلق بنقاوة المونومير وتركيز المبادر ودرجة الحرارة. وبالتحكم بدرجة حرارة البلمرة نستطيع التحكم بنتائج البلمرة وخواص البوليمير.
إنتاج البولي فنيل كلوريد في الكتلة
عند بلمرة كلور الفنيل في الكتلة يتم التفاعل في وسط المونومير السائل والذي به يحل في كلور الفينيل، تتم العملية إما بشكل مستمر أو متقطع وكذلك من الممكن أن تتم في درجات حرارة منخفضة (-10 إلى -20 °C) ودرجات حرارة عالية (40 إلى 70 ºم).
البوليمير الناتج يكون ذو توزع جزيئي جيد ومن ميزاتها أيضا نظافة البوليمير الناتج وخواص العزل الكهربائي عنده جيدة إلى جانب شفافية القطع المنتجة منه.
تحضير البولي فنيل كلوريد في معلق
ينتج القسم الأكبر من بوليمير البولي فنيل كلوريد بهذه الطريقة.حيث أن نوعية المنتج تكون جيدة إلى جانب سهولة التحكم بعملية البلمرة (لا يتعدى الانحراف بدرجة الحرارة فيها) وكذلك فإن فصل الحرارة الناتجة عن التفاعل وهي بحدود 91.6KJ/mol يتم في الوسط المائي والذي به ينتشر كلور الفنيل السائل وبوجود منظم للمعلق كلور الفنيل في الوسط المائي يكون بشكل نقاط والتي بها تتم البلمرة. أولاً في كل نقطة تظهر الدقائق الأولى وعند انتفاشها في المونومير تتكتل وهذا يلاحظ عندما تصل نسبة التحويل إلى 20-30% من كلور الفنيل وبعد ذلك تبدأ بالكبر والتكتل مع زيادة التحول. يؤثر على الكتلة الجزيئية للبوليمير المنتج وعلى خواصه الفيزيائية الأخرى العديد من العوامل كدرجة حرارة التفاعل والنسبة لكمية الماء والمونومير ودرجة التحول وغيرها ،أما نوعية المنظم المستخدم ونشاطة التحريك فتؤثر وبشكل واضح على حجم دقائق البوليمير.
الـ PVC المنتج بهذه الطريقة يكون بشكل مسحوق أبيض اللون والكثافة التفريغية(الحرة) له. وأما الخصائص الكهربائية والميكانيكية فهي عالية.
تحضير البولي فنيل كلوريد في مستحلب
إن بلمرة كلور الفنيل في مستحلب وكما هي في معلق تتم في وسط مائي ولكن بوجود مستحلب ومبادر منحلين في الماء، سرعة العملية وخواص البولي فينيل كلوريد الناتج تتعلق بطبيعة وتركيز المبادر والمستحلب و PHالوسط ونسبة المونومير إلى الطور المائي ودرجة الحرارة وغيرها من الشروط. إن للـPH تأثير كبير على عملية البلمرة وعلى خواص البوليمير، ويتم تنظيم الـPH بإضافة فوسفات أو كربونات الصوديوم، وتكون عادة PH الوسط بحدود8.5-8 ونظراً لعدم التمكن من الفصل الكامل للمستحلب عن البوليمير فإن البوليمير الناتج بهذه الطريقة يكون أسوأ من المنتج بطريقة المعلق بخواص العزل الكهربائي والثباتية الحرارية وكذلك الشفافية ولكن بسبب سرعة البلمرة فيها ونعومة المسحوق المنتج تستعمل بشكل واسع، وهذه الطريقة يمكن أن تتم بشكل مستمر وبشكل متقطع. والبولي فنيل كلوريد المحضر بطريقة المستحلب يكون مسحوق أبيض اللون.
إنتاج البولي فنيل كلوريد القاسي
إن المواد القاسية المستعملة في الأعمال التصميمية والإنشائية من البولي فينيل كلوريد نسميها (فيني بلاست) وهي مادة ملدنة كليا أو جزئياً. وتنتج بشكل صفائح وقساطل وبأشكال أخرى ونحصل على الفيني بلاست بالتلدين الحراري لمزيج من البولي فينيل كلوريد مع المواد المنظمة والمزلقة وبوجود ملونات في حالة الرغبة بذلك. إنتاج الصفائح بطريقة السحب يتألف من المراحل التالية: -1خلط المواد.
-2 سحب المواد.
-3 الصقل للصفائح.
-4 ضغط الصفائح. الـPVC من الخزان 1 ومن خلال السيكلون المنظف 2 وبعدها المغذي
3 يذهب إلى الخزان المزدوج والذي يتألف من خزان مع التسخين 4
وخزان مع التبريد 5
والـPVCالمحمول على الهواء من السيكلون 2 يفصل في المصفاة 6
وينضم إلى القسطل الرئيسي للبولي فينيل كلوريد المنظم (وهو هنا الميلامين) يذهب وعلى سير ناقل إلى السيكلون 7
ومنه إلى المطحنة 8
حيث يطحن ويخلط مع كمية بسيطة من الـPVC والخليط الناتج من الطاحونة 8
يعطى إلى الخزان التخلخلي 9
وبعدها بواسطة المغذي الصحني 10
إلى الخزان 4 والذي به يضاف للمزيج مواد مطرية (زيوت) وذلك لتطرية المواد في أثناء التصنيع وتكون عادة مقادير المواد لكل PVC=100، منظمات 2-5= مواد تزليق1.5-4= وبعد الخلط النشط للمزيج يذهب إلى الخزان 5 ومنه بشكل مستمر إلى قمع آلة السحب، في آلة السحب تسخن المواد للدرجة 175 -180 °C وفيها تخلط بشكل جيد، من رأس آلة السحب البوليمير يخرج كبساط طويل ويتوجه إلى الأسطوانة العليا من المكواة 12
والمسخنة حتى 155-160 °C وهكذا إلى الاسطوانة السفلى والتي حرارتها 165-170 °C من المكواة وبعد الصقل هذا البساط يشد بواسطة الأسطوانات
13 إلى المقص
14 حيث يقص إلى صفائح وهذه تذهب إلى المصفف 15
وبهذا نحصل على صفائح فينيل بلاست حيث تجمع في رزم وتضغط في الضاغط 16
و بدرجة حرارة 170-175 °C وبضغط وهذا حسب لزوجة البولي فينيل كلورايد وسماكة الصفائح.
و مخطط إنتاج الفيني بلاست الصفائحي يكون بالشكل التالي :
1 خزان الـ PVC 7-2- سيكلون -10-3 مغذي -4 خزان مسخن -5 خزان مبرد -6 مصافي -8 مطحنة -9 خزان تخلخلي -11 آلة سحب -12 مكواة صقل -13 أسطوانات ساحبة -14 مقص -15 مصفف -16 ضاغط
أما القساطل من قطر (6_400mm) وغيرها من أشكال الفيني بلاست فتحضر بنفس الطريقة ولكن بعد تغيير رأس السحب لتعطي الشكل المطلوب.
تستخدم رقائق وصفائح PVC القاسي في صناعة القوارير والحاويات ولتبطين الأجهزة تبطيناً مقاوماً للكيماويات ويستخدم جزء كبير منه في صناعة الأنابيب وفي الأغراص الصناعية الكيميائية.
صفات بولي فينيل كلوريد
تتعلق صفات PVC الميكانيكية والفيزيائية على تركيبه وعلى طرق إنتاج هذا المركب. تحدد الصفات الكيميائية لبولي فينيل كلوريد المتجانس بالبنية الكيميائية الأساسية لجزيء البوليمير ولكن من الأكيد أن بعض الصفات الكيميائية (الثبوتية الحرارية) تتأثر بوجود عدم نظامية في البنية مثل السلاسل الجانبية وعدم الإشباع. يتميز بولي فينيل كلوريد بوزن جزيئي كبير ففي درجات الحرارة العادية فان عدد كبير من المركبات العضوية ليس لها تأثير عليه أما المركبات التي تهاجمه هي الهيدروكربونات العطرية الكلورية وبعض الاسترات.
خواص بولي فينيل كلوريد الطري والقاسي
الخواصPVC الطريPVC القاسي الكتلة الحجمية1.2 –1.61.4-1.6 مقاومة الانضغاط Kgf/cm²87.5100 استطالة القطع105 – 21025 الحرارة النوعية cal/cm0.40.25 معامل التمدد الخطي. 15 درجة حرارة الاستعمال العظمى °C80-10465-70 امتصاص الماء خلال 24 ساعة0.250.1-0.4 المقاومة الحجمية 11- 1412-14 عامل القدرة (60) هرتز0.08-0.150.03 تأثير الحموض القوية والضعيفةلا يتأثرلا يتأثر تأثير الأسس القوية والضعيفةلا يتأثرلا يتأثر و ان إنتاج بولي فينيل كلوريد في العالم وتوزعه يكون بالشكل التالي :
استخدامات بولي فينيل كلوريد
يستخدم البولي فينيل كلوريد في عزل الأبنية والمعادن والألياف الزجاجية ولإنتاج ورق الجدران وكأغطية للأرض (عوازل للأرض) وفي صناعة الأقمشة المشمعة وكل استخدام له طريقة تحضير خاصة به.
في حالة عزل الأبنية من المهم جداً أن نتجنب اختراق عجينة البوليمير داخل البناء لذلك لزوجة العجينة يجب أن تكون عالية في حال معدل قص منخفض وذات لزوجة معتدلة عند معدل قص مرتفع وفي حال تصنيع ورق الجدران حيث تكون السماكات قليلة اللزوجة المنخفضة هي المطلوبة.
في حال عزل الأرض نستخدم ثلاث أو حتى أربع أغلفة أولاً طبقة مشبعة لإشباع الألياف وطبقة أو طبقتين من الإسفنج وطبقة أخرى تتمتع بقوة ومقاومة ميكانيكية عالية.
_ تم التوسع في استخدامه في تصنيع الأبواب والشبابيك العازلة للحراره والصوت والمياه والاتربة.
الأمن الصناعي في صناعة البولي فنيل الكلوريد
بشكل عام كل صناعة البولي الفنيل كلوريد قابلة للانفجار والحريق ولذلك فإن قسم البلمرة يجب أن يتوضع في بناء وحده والنابذات والمنشفات والتخزين في بناء آخر. كل المياه الناتجة عن صناعة البولي فينيل كلوريد وهي بحدود 8-6طن لكل طن بولي فينيل كلوريد يجب أن تخضع للتنظيف البيولوجي بعد الترقيد وفصل راسب البولي فينيل كلوريد ومن الجدير ذكره أن البولي فينيل الكلوريد والبوليميرات المشتركة لكلور الفينيل هي مواد غير سامة في حالة خلوها من بقايا كلور الفينيل ولكن باحتراقها تعطي مواد سامة. أما كلور الفينيل فانه سام للأحياء حيث أنه يحدث تخرشاً في الأغشية المخاطية لمجاري التنفس وتخديراً إذا كان تركيزه كبيراً ويسبب للإنسان ألم في الرأس ويسبب أحياناً تقيؤ وقد يؤدي إلى التهاب الكليتين وحدوث أورام خبيثة بالإضافة إلى ذلك يظهر عند الإنسان ضعف ووهن وقلق في النوم وتهيج وسرعة غضب وعند التوقف عن العمل مع كلور الفينيل يمكن للحالة أن تتحسن.
المراجع
- "poly(vinyl chloride) (CHEBI:53243)". CHEBI. مؤرشف من الأصل في 16 نوفمبر 201812 يوليو 2012.
- chloride "Substance Details CAS Registry Number: 9002-86-2". Commonchemistry. CAS. مؤرشف من الأصل في 21 مايو 201812 يوليو 2012.
- Wilkes, Charles E.; Summers, James W.; Daniels, Charles Anthony; Berard, Mark T. (2005). PVC Handbook. Hanser Verlag. صفحة 414. . مؤرشف من الأصل في 26 يناير 2020.
1.د.عيسى ملوحي ،تكنولوجيا الصناعات العضوية (البتروكيماويات)، P.(112-128)، 1982،منشورات جامعة حلب. 2.د.عصام غطاس ،البتروكيماويات، P.(1-80) ،1997،منشورات جامعة البعث. 3.م. محمد زهير الحمصي، موسوعة اللدائن، P.(261-271)، مطبعة الهندي كتاب البوليمرات لسعادة الدكتور احمد العبد الجليل ال شريف 4.www.google.com/pvc+chemical properties 5.www.wikipedia.org/pvc 6.www.rsc.org