なぜPVCプラスチックがどこにでもあるのか疑問に思ったことはありませんか？パイプから医療機器まで、この多用途の材料は多くの産業に革命をもたらしました。 1872年にドイツの化学者ユージン・バウマンによって偶然発見されたPVCは、世界中で重要な資料になりました。
この投稿では、PVCプラスチックのプロパティ、製造プロセス、および種類を調べます。また、今日の業界で不可欠になる幅広い用途と変更についても学びます。
塩化ポリビニル（PVC）の理解
PVC（塩化ポリビニル）とは何ですか？
PVC、またはビニールとも呼ばれるポリ塩化ビニルは、非常に汎用性の高い熱可塑性ポリマーです。耐久性、手頃な価格、化学物質に対する抵抗性で知られています。建設、ヘルスケア、電子機器などの業界で使用されているPVCは、極端な状況に耐える能力に好まれています。他のいくつかのプラスチックとは異なり、PVCは、生産中に使用される添加物に応じて、柔軟または剛性があります。
PVCは軽量の素材です。使用するのは簡単で、さまざまな形状に成形できるため、多くのアプリケーションで選択できるようになります。その優れた電気断熱特性は、ワイヤーとケーブルの生産にも最適です。
PVCの発見と開発の簡単な歴史
PVCの発見は幸せな事故でした。 1872年、ドイツの化学者ユージン・バウマンはビニル塩化物ガスを日光にさらし、白い固体を生成しました - PVC。しかし、フリードリッヒ・クラッテが日光を使用してPVCを重合するプロセスを特許し、商業使用の道を開いたのは1913年までではありませんでした。
第一次世界大戦中、ドイツは柔軟で剛性のあるPVC製品の生産を開始しました。これは腐食耐性金属を置き換えました。 20世紀半ばまでに、PVCは世界で最も広く生産されているプラスチックの1つになりました。
PVCプラスチックの特性
PVCは、さまざまなアプリケーションに汎用性の高い材料となるユニークなプロパティセットを誇っています。
| プロパティ | 値 |
| 密度 | 1.3-1.45 g/cm³ |
| 吸水（24時間浸漬） | 0.06％ |
| 抗張力 | 7500 psi |
| 曲げ弾性率 | 481000 psi |
| Notched Izod衝撃強度 | 1.0 ft-lbs/in |
| 熱偏向温度（264 psi） | 158°F |
| 熱膨張係数 | 3.2 x 10-5 in/in/°f |
| 誘電強度 | 544 v/mil |
物理的特性
機械的特性
引張強度：PVCの引張強度は7500 psiです。この高強度により、壊れずに重大なストレスに耐えることができます。タフネスを必要とするアプリケーションに最適です。
曲げ弾性率：PVCの曲げ弾性率は481000 psiです。この剛性の尺度は、PVCが負荷の下でその形状を維持できることを保証します。
Notched Izod Impact Strength ：PVCのNotched Izod Impact Strengthは1.0 ft-lbs/inです。これは、衝撃力に抵抗し、破壊を避ける能力を示しています。
熱特性
電気
化学的性質
利点と短所
PVCのプロパティはいくつかの利点を提供します：
低コスト
高強度
耐食性
火炎遅延
優れた断熱
処理が簡単です
ただし、いくつかの欠点もあります。
熱安定性が低い：PVCは高温で劣化する可能性があります。
可塑剤の移動：時間が経つにつれて、可塑剤は浸出し、PVCの特性に影響を与えます。
潜在的な毒性：PVCには塩素が含まれており、生産または廃棄中に毒性物質を放出できます。
PVCプラスチックの製造プロセス
PVCプラスチックがどのように作られているのか疑問に思ったことはありますか？それはいくつかのステップを含む魅力的なプロセスです。この多目的な材料の製造の旅を探りましょう。
原材料
PVC生産の主要な原材料は次のとおりです。
塩化ビニルモノマー（VCM） ：VCMは、塩素（塩に由来）とエチレン（天然ガスまたは油から）を組み合わせて生成されます。二塩化エチレンが形成されています。その後、亀裂ユニットで加熱されてVCMを生産します。
添加物：PVCの特性を強化するために、さまざまな添加物が使用されます。
安定剤：処理中の劣化を防ぎます
可塑剤：柔軟性を高めます
フィラー：機械的特性を改善します
潤滑剤：処理を支援します
UV安定剤：日光の劣化から保護します
重合方法
PVCは、VCMの重合により合成されます。 2つの主な方法は次のとおりです。
懸濁液重合：
エマルジョン重合：
どちらの方法でも、重合を開始するための熱が含まれます。結果として得られるPVC樹脂は、白く脆い固体です。
調合とペレット化
PVC樹脂は、配合と呼ばれるプロセスで添加物と混合されます。これは、ミキサーまたは押出機で行われ、均一なブレンドを生成します。
次に、複合したPVCをペレット化します。それはダイから押し出され、小さなペレットにカットされます。これらのペレットは簡単に処理でき、さらに処理する準備ができています。
品質管理とテスト
製造プロセス全体で厳格な品質管理措置が実施されます。これにより、PVCの一貫した特性とパフォーマンスが保証されます。
一般的なテストには次のものがあります。
密度測定
引張強度テスト
耐衝撃性テスト
熱安定性テスト
化学耐性試験
これらのテストは、PVCが意図したアプリケーションに必要な仕様を満たしていることを確認するのに役立ちます。
以下の表は、PVC製造の重要な手順をまとめたものです：
| ステップ | 説明 |
| 原材料 | VCM（塩素とエチレンから）および添加剤 |
| 重合 | サスペンション（生産の80％）またはエマルジョン |
| 複合 | PVC樹脂を添加物と混合して、特性を強化します |
| ペレット化 | 複合PVCをペレットに押し出して切断しました |
| 品質管理とテスト | さまざまなテストを通じてプロパティとパフォーマンスの検証 |
PVCプラスチックの種類
PVCにはさまざまなタイプがあり、それぞれに一意のプロパティとアプリケーションがあります。
リジッドPVC（UPVC）
柔軟なPVC
柔軟なPVCパイプ
柔軟なPVCプロパティ
低コスト
柔軟で影響力の高い強度
紫外線、酸、アルカリ、油に対する良好な耐性
炎症性
汎用性の高いパフォーマンスプロファイル
塩素化PVC（CPVC）
PVC樹脂の塩素化によって生成されます
塩素含有量は56％から約66％に増加しました
耐久性、化学物質の安定性、および火炎遅延の向上
通常のPVCよりも高い温度に耐えることができます
アプリケーション：温水パイプと産業用液の取り扱い
指向PVC（PVC-O）
PVC-Uパイプを伸ばして製造
アモルファス構造を層状構造に再編成します
物理的特性を高める：
アプリケーション：高性能圧力パイプ
変更されたPVC（PVC-M）
以下の表は、PVCの重要なタイプとその特性をまとめたものです。
| タイプ | 説明 | キープロパティ | アプリケーション |
| 剛性PVC | プラスチック、硬い | 衝撃、天候、および耐薬品性 | パイプ、窓枠、建設 |
| 柔軟なPVC | 柔軟性のために可塑剤が含まれています | UV、酸、アルカリ、油抵抗性 | ケーブル、ホース、インフレータブル |
| 塩素化PVC | 塩素含有量は66％に増加しました | 耐久性、耐熱性の向上 | 温水パイプ、産業用液の取り扱い |
| 指向PVC | 伸びたPVC-Uパイプ | 剛性の改善、疲労抵抗 | 高性能圧力パイプ |
| 修正されたPVC | 変更剤を備えたPVC合金 | 靭性と衝撃強度の向上 | ダクト、コンジット、フィッティング |
PVCプラスチックの処理方法
PVCの汎用性は、その特性だけでなく、処理できる方法にもあります。この素材を有用な製品に形作るために使用されるさまざまな方法に飛び込みましょう。
押し出し
押し出しは、長く均一なプロファイルを作成する連続プロセスです。 PVCは溶けて、死ぬ形を作成するためにダイを強制されます。
パイプとプロファイルの押し出し：
シートの押し出し：
射出成形
射出成形は、複雑で3次元の部品を作成するために使用されます。溶融PVCは、冷却して固化するカビの空洞に注入されます。
熱成形
熱成形には、pvcシートが柔軟になるまで加熱し、型の上に形作ることが含まれます。次に、シートを冷却して新しい形状を保持します。
熱成形PVCの原理：
熱成形されたPVCアイテムの例：
パッケージトレイ
サインとディスプレイ
自動車インテリアコンポーネント
ブロー成形
ブローモールディングは、ボトルや容器などの中空のオブジェクトを作成するために使用されます。パリソンと呼ばれる溶融PVCのチューブは、型内で膨らんでいます。
ボトルとコンテナの製造：
PVCの耐薬品性により、包装に適しています
一般に家庭および工業用化学物質に使用されます
カレンダー
カレンダーは、薄く連続したシートまたはフィルムを生成するプロセスです。 PVCは、それを圧縮して形作る一連の加熱ローラーに渡されます。
3D印刷
3D印刷、または添加剤の製造は、PVCを処理するための比較的新しい方法です。デジタルモデルからレイヤーごとにオブジェクトレイヤーを構築することが含まれます。
| 処理方法 | 説明 | キーポイント |
| 押し出し | プロファイルを作成するための継続的なプロセス | パイプ、チューブ、シート。射出成形よりも低い温度 |
| 射出成形 | 型に注入することにより、複雑な部分を作成します | 溶融温度：170-210°C、カビの温度：20-60°C;耐腐食性カビ |
| 熱成形 | 型の上に加熱されたPVCシートを形作ります | 120-150°Cで柔軟性。包装、標識、自動車コンポーネント |
| ブロー成形 | パリソンを膨らませることにより、中空のオブジェクトを作成します | ボトル、容器;化学物質に適しています |
| カレンダー | 薄い連続シートまたはフィルムを生産します | パッケージングのための映画、ラベル。床、屋根のシート |
| 3D印刷 | デジタルモデルからレイヤーごとにオブジェクトレイヤーを構築します | 新しいPVCフィラメント。プリンターコンポーネントの潜在的な損傷 |
これらの処理方法は、PVCの適応性を示しています。各方法には、独自の利点と考慮事項があります。処理方法の選択は、目的の最終製品とその要件に依存します。
PVCプラスチックの変更
PVCが純粋な形で使用されることはめったにありません。多くの場合、さまざまな添加物で変更され、その特性とパフォーマンスを向上させます。
| 変更の | 例 | 効果 |
| 可塑剤 | フタル酸エステル酸塩、脂肪酸塩、トリメリテート | 柔軟性を高め、強度を減らします |
| 熱安定剤 | カルシウム亜鉛、スズベース | 処理と使用中の劣化を防ぎます |
| フィラー | 炭酸カルシウム、二酸化チタン、ガラス繊維 | 機械的特性を改善し、コストを削減します |
| 潤滑剤 | パラフィンワックス、ステアリン酸 | 加工性を向上させ、摩擦を減らします |
| UV安定剤 | ハルス、ベンゾトリアゾール | UV分解から保護します |
| 影響修飾子 | アクリル、MBS | 靭性と耐衝撃性を高めます |
| 難燃剤 | 三酸化抗モン、水酸化アルミニウム | 耐火性を改善します |
| 処理補助 | アクリルベース、シリコンベース | 加工性と表面の品質を向上させます |
| ブレンド | PVC/ポリエステル、PVC/PU、PVC/NBR | ターゲットアプリケーションの特定のプロパティを改善します |
可塑剤
可塑剤は、PVCの柔軟性と作業性を高める添加物です。それらはポリマーの結晶性を低下させ、より柔軟にします。
種類：
プロパティへの影響：
柔軟性と伸びを増やします
引張強度と硬さを減らします
ガラス遷移温度が低い
熱安定剤
熱安定剤は、処理と使用中のPVC分解を防ぎます。それらは、PVCが熱にさらされたときに生成される塩酸（HCl）を中和します。
フィラー
フィラーは、PVCの機械的特性を改善し、コストを削減するために使用されます。それらは、剛性、強度、および寸法の安定性を高めることができます。
炭酸カルシウム：
PVCで最も広く使用されているフィラー
剛性を高め、コストを削減します
二酸化チタン：
ガラス繊維：
引張強度と剛性を高めます
寸法の安定性と耐熱性を改善します
潤滑剤
潤滑剤がPVCに追加され、処理可能性が向上します。押し出しと成形中の摩擦を減らし、貼り付けを防ぎ、滑らかな流れを確保します。
外部潤滑剤：
PVC溶融流量が暑い金属表面上を溶かします
例：パラフィンワックス、ポリエチレンワックス
内部潤滑剤：
PVC溶融粘度を減らします
例：ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム
UV安定剤
UV安定剤は、日光への曝露によって引き起こされる分解からPVCを保護します。それらは、変色、チョーク、および機械的特性の喪失を防ぎます。
妨害されたアミン光安定剤（HALS） ：
UV暴露中に形成されたフリーラジカルを除去します
変色せずに長期保護を提供します
ベンゾトリアゾール：
影響修飾子
衝撃修飾子は、PVCの靭性と衝撃に対する抵抗を高めます。彼らは、ひび割れずにエネルギーを吸収する材料の能力を向上させます。
難燃剤
火炎遅延剤はPVCの耐火性を改善し、さまざまなアプリケーションで使用する方が安全になります。
アンチモン三酸化物：
水酸化アルミニウム：
加熱すると水蒸気を放出し、材料を冷却します
保護char層を形成するのに役立ちます
処理補助
処理補助剤は、PVCの加工性と表面の品質を改善する添加物です。
アクリルベースのエイズ：
溶融流を改善し、溶融骨折を減らします
表面の滑らかさと光沢を強化します
シリコンベースのエイズ：
潤滑とスリップを提供します
金型からの放出を改善し、固執を防ぎます
他の熱可塑性形成とブレンド
PVCと他の熱可塑性形成をブレンドすると、特定のアプリケーションの特性を改善できます。
PVC/ポリエステルブレンド：
PVC/PUブレンド：
化学的および耐摩耗性を改善します
良好な弾力性と回復を提供します
PVC/NBRブレンド：
柔軟性と回復力を高めます
一般的にホース、シール、ガスケットに使用されます
これらの変更は、PVCの信じられないほどの適応性を示しています。添加剤を慎重に選択することにより、メーカーは幅広いアプリケーションに合わせてPVCの特性を調整できます。
PVCプラスチックのアプリケーションと使用
PVCの汎用性により、数え切れないほどのアプリケーションの頼りになる素材になります。建設から医療まで、自動車から消費財まで、PVCはどこにでもあります。
建設業界
PVCは、建設部門の主力です。その耐久性、風化に対する抵抗、および設置の容易さは、さまざまなアプリケーションに理想的な選択となります。
PVCパイプとフィッティング：
配管、下水、灌漑に使用されます
腐食や化学攻撃に耐性があります
軽量でインストールが簡単です
ウィンドウプロファイルとドア：
優れた断熱と耐候性を提供します
最小限のメンテナンスが必要です
さまざまな色と仕上げが用意されています
フローリングと壁のカバー：
耐久性があり、掃除が簡単です
良いスリップ抵抗を提供します
さまざまなパターンやデザインで利用できます
電気および電子機器
PVCの優れた断熱特性と耐火性により、電気および電子機器業界で人気のある選択肢になります。
ケーブル断熱材：
電気断熱と保護を提供します
水分や化学物質に耐性があります
柔軟でルーティングが簡単です
コンジットとジャンクションボックス：
電気配線を保護します
衝撃と腐食に耐性があります
火災安全基準を満たします
ヘルスケアおよび医療機器
PVCの生体適合性、明快さ、および滅菌能力は、それを医療における重要な材料になります。
ブラッドバッグとチューブ：
安全な保管と血液の輸送を提供します
柔軟で透明
劣化することなく滅菌することができます
手術手袋と保護具：
病原体に対するバリア保護を提供します
良好な触覚感度を提供します
使い捨てと費用対効果
自動車セクター
PVCの耐久性、耐薬品性、および成形性により、さまざまな自動車用途で有用になります。
内部コンポーネント：
アンダーボディ保護：
道路の破片や腐食から保護します
健全な断熱材を提供します
軽量で適用しやすい
パッケージング
PVCの明快さ、耐薬品性、および成形能力は、パッケージングに人気のある選択肢となります。
フードパッケージ：
酸素と水分に対する障壁を提供します
製品の保存期間を延長します
製品の可視性は透明性があります
ブリスターパックとコンテナ：
小さな製品を保護および表示します
衝撃や改ざんに耐性があります
積み重ねて輸送しやすい
消費財
PVCの汎用性と耐久性により、さまざまな消費者製品の一般的な材料になります。
服と履物：
レインコート、ブーツ、合成革に使用されます
防水性と耐久性を提供します
簡単に掃除して維持できます
おもちゃとレクリエーション製品：
| アプリケーション領域の | 例の | 重要な利点 |
| 工事 | パイプ、窓、フローリング | 耐久性、風化抵抗、簡単な設置 |
| 電気&エレクトロニクス | ケーブル断熱材、コンジット | 断熱、耐火性、耐薬品性 |
| 健康管理 | ブラッドバッグ、手術手袋 | 生体適合性、明確性、滅菌可能性 |
| 自動車 | 内部コンポーネント、アンダーボディ保護 | 耐久性、耐薬品性、成形性 |
| パッケージング | フードパッケージ、ブリスターパック | 明快さ、耐薬品性、成形性 |
| 消費財 | 服、履物、おもちゃ | 汎用性、耐久性、安全性 |
これらは、PVCの無数のアプリケーションのほんの一例です。プロパティのユニークな組み合わせは、私たちの現代世界で不可欠な素材になります。
環境上の考慮事項
有毒物質の潜在的な放出
PVCの生産と使用は、特に製造と廃棄中に有害な物質を放出する可能性があります。 ダイオキシン と 塩化ビニル はPVC生産の副産物であり、環境と健康の重大なリスクをもたらします。 PVCが燃焼または不適切に処理されると、これらの有毒化学物質を放出し、労働者の大気汚染と健康被害に寄与する可能性があります。
可塑剤の移動と残留物
柔軟なPVCには、多くの場合、柔軟性を高めるための可塑剤が含まれています。時間が経つにつれて、これらの可塑剤は材料から移動し、潜在的に有害な残留物を離れる可能性があります。研究では フタル酸エステル酸塩が人間の健康を破壊し、ホルモンや生殖システムに影響を与えることが示されています。、一般的なタイプの可塑剤であるこれにより、消費者製品における柔軟なPVCの安全性に関する懸念が高まっています。
重金属ベースの熱安定剤の影響
歴史的に、PVCは重金属ベースの熱安定剤、特に 鉛に依存してきました。、加工中の分解を防ぐために、効果的ですが、これらの安定剤は、PVCが廃棄またはリサイクルされると重大なリスクをもたらします。 PVC廃棄物の鉛汚染はリサイクルを困難にし、長期的な環境の危険をもたらします。
| 熱安定剤 | 潜在的なリスク |
| 鉛ベースの安定剤 | 環境汚染、リサイクルの課題 |
| スズベースの安定剤 | より安全ですが、よりコストがかかります |
| カルシウム亜鉛安定剤 | 無毒で環境に優しい代替品 |
非毒性添加剤の開発
これらの懸念に対応して、業界は 無毒で環境に優しい添加剤システムにシフトしています。のような代替案が開発されています。 カルシウム亜鉛安定剤 有害な重金属を置き換えるために、これらの新しい添加物は、環境または人間の健康を損なうことなく、PVCのパフォーマンスを維持しています。また、従来のフタル酸エステルと同じリスクをもたらさないバイオベースの可塑剤を作成する努力も進行中です。
閉ループリサイクルシステム
PVC業界の重要な焦点は、 閉ループリサイクル システムを確立することです。これには、PVC廃棄物をリサイクルして生産に戻し、新しい原材料の必要性を減らし、環境への影響を最小限に抑えることが含まれます。ヨーロッパのPVCリサイクルイニシアチブである Vinylplusは、PVC製品の収集とリサイクルを促進することに進みました。 PVC廃棄物を再処理して再利用できるようにすることにより、製造業者は埋め立て地の廃棄物を減らし、循環経済を促進することを目指しています。
PVCのリサイクルと廃棄
PVCのリサイクルは、添加物と不純物の存在のために困難です。 PVCのリサイクルには2つの主な方法があります。
機械的リサイクル：PVC廃棄物を新製品に粉砕および再処理することが含まれます。ただし、汚染物質の存在は、リサイクル材料の品質を低下させる可能性があります。
化学リサイクル：PVCを基本コンポーネントに分割します。これは、新しい生産プロセスで再利用できます。この方法はより複雑ですが、より純粋なリサイクルを可能にします。
特に焼却によるPVCの不適切な廃棄は、 塩化水素などの有害なガスを放出します。環境の危害を最小限に抑えるには、安全な廃棄方法が重要です。
持続可能な製造慣行
PVCの環境への影響に対処するために、メーカーは 持続可能な慣行を採用しています。これらには、生産中の排出削減と再生可能エネルギー源の使用が含まれます。リサイクルされたPVCを新製品に組み込むことにより、業界は処女材料への依存を減らすことができます。企業はまたの使用を調査しています。 バイオ-PVC、従来のPVCのより環境に優しい代替品として、再生可能な原料から派生した
PVCの代替
特定のアプリケーションでは、業界はPVCの代替案を調査しています。などの材料は、 ポリプロピレン や 熱可塑性エラストマー（TPE） 環境の欠点が少なく、同様の利点を提供します。たとえば、 TPEは 医療用チューブに柔軟なPVCを置き換えることができますが、 ポリエチレンは パッケージングアプリケーションでよく使用されます。これらの代替案は、潜在的に有害な材料への依存を減らすためのより広範な努力の一部です。
まとめ
PVCプラスチックは汎用性が高く、耐久性があり、建設やヘルスケアなどの業界で広く使用されています。パイプから医療機器に至るまで、アプリケーションが柔軟で厳格な形で提供されます。環境にやさしい添加物とリサイクル方法の新しい進歩は、PVCをより持続可能にすることを目的としています。テクノロジーが向上するにつれて、バイオベースのPVCと非毒性の代替品が出現しています。環境を保護するために、PVC製品の責任ある使用と適切な廃棄は、その影響を最小限に抑えるために重要です。
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