Поливинилбутираль (ПВБ)

Поливинилбутираль (ПВБ) – термопластичный полимер, продукт ацеталирования поливинилового спирта бутиловым альдегидом.

Другие названия данного вещества: бутвар, винилит, ревиль В, мовиталь В, С – лек В.

Структура:

Посмотреть объявления о продаже поливинилбутираля, вы можете на нашем сайте.

Основой полимерной цепи является цепь полиспирта, но уже без заместителей – гидроксилов: в процессе полимераналогичного превращения гидроксилы присоединяют протонированные молекулы бутаналя, вследствие чего образуется принципиально новая структура, проиллюстрированная выше.

Физические свойства:

ПВБ – твердый, аморфный и бесцветный полимер.

Физические свойства поливинилбутираля зависят от длины цепи поливинилового спирта: чем больше степень полимеризации, тем выше температура размягчения, твердость и морозостойкость.

Степень ацеталирования также определяет некоторые свойства: чем больше степень ацеталирования, тем ниже температура размягчения и твердость. Тем не менее, с ростом степени ацеталирования повышается водостойкость, эластичность, улучшаются диэлектрические свойства.

В таблице представлены некоторые физические параметры.

Химические свойства:

Бутвар отлично растворяется в хлорзамещенных и ароматических углеводородах, спиртах, кетонах, сложных эфирах. Ввиду гидрофильности полимер может содержать до 3 % масс. в качестве скрытого растворителя.

Также ПВБ совмещается с пластификаторами: дибутиофталатом, дибутилсебацинатом, триэтиленгликольдибутиратом, бутилрицинолеатом и другими. Не уступает в совместимости и с природными смолами, нитратом целлюлозы, алкидными, феноло- , мочевино- и меламиноформальдегидными смолами.

При нагревании до 160оС и выше полимер подвергается деструкции с выделением воды и масляного альдегида.

Механизм реакции получения поливинилбутираля:

Степень полимеризации поливинилового спирта не меняется в результате полимераналогичного превращения.

Реакция между поливиниловым спиртом и альдегидом, в данном случае масляным или бутаналем, протекает по следующей схеме:

В качестве инициатора реакции применяют протонодонорные кислоты (обычно, соляную в максимальной концентрации).

Протоны атакуют электроноизбыточные центры реагирующих молекул, в особенности, молекулы альдегида, провоцируя образование полуацеталей.

На схеме в общем виде представлен механизм реакции альдегидов и спиртов с образованием полуацеталей, который аналогичен механизму реакции между бутаналем и поливиниловым спиртов в присутствии соляной кислоты.

Технология получения поливинилбутираля:

Процесс осуществляется наиболее популярным двухванным методом: получение поливинилового спирта и поливинилбутираля протекает поэтапно и раздельно (в разных аппаратах).

Стадии процесса:

1. Растворение поливинилового спирта

2. Ацеталирование поливинилового спирта – синтез поливинилбутираля

3. Промывка поливинилбутираля

4. Стабилизация 

5. Центрифугирование и сушка

6. Просеивание и измельчение отсева 

Технологическая схема получения поливинилбутираля периодическим способом представлена ниже.

Сразу после омыления поливинилацетата и отгонки метанола поливиниловый спирт растворяют в воде в аппарате 1. Вода предварительно обессоливается.

Режим в аппарате должен соответствовать следующему:

Горячий водный раствор спирта проходит через фильтр и мерник в ацеталятор, обозначаемые на схеме 2, 3 и 4 соответственно.

Ацеталятор представляет собой эмалированный аппарат емкостного типа, оборудованный перемешивающим устройством и мешалкой для обогрева и охлаждения реакционной массы. Объем аппарата варьируется в пределах 10 – 36 м3.

Нормы загрузки ацеталятора:

Параметры ведения процесса ацеталирования также должны поддерживаться установленным. Реакционная масса перемешивается в течение 8 часов при температуре 30 оС, а затем нагревается до 55 оС, а заканчивают перемешивание при концентрации бутаналя в маточнике не более 0,4%. Общая продолжительность пребывания реакционной смеси в ацеталяторе составляет 12 – 13 часов.

Далее полученная суспензия поливинилбутираля продавливается в промыватель 7, в котором находится обессоленная вода. Модуль ванны – 1:8. Промывка осуществляется до того, как концентрация соляной кислоты в маточнике достигнет пренебрежительно малых значений.

Отсос маточного раствора осуществляется при помощи вмонтированных в корпус аппарата фильтров. Возможно использование погружных насосов за неимением встроенных.

После этапа промывки продукт поступает в линию стабилизации. Поливинилбутираль стабилизируют 0,02% водным раствором щелочи (едкого натра) при 55оС на протяжении 2 часов. Модуль ванны – 1:8.

Стабилизат центрифугируют в аппарате 10 до содержания влаги 30 – 40 %, а затем сушат в аэрофонтанной сушилке 11 при температуре не более 50оС до остаточного содержания влаги 3%.

Высушенный поливинилбутираль просеивают на вибрационном сите 12 и мелкую фракцию упаковывают. Более крупные фракции (отсев) измельчают и снова просеивают.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

В качестве агрегата для измельчения отсева могут быть использованы молотковые микромельницы.

Если необходимо получить гранулированный продукт, то порошок направляют в гранулятор совместно с пигментами и другими добавками.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Также существует схема непрерывного ведения процесса получения поливинилбутираля, которая представлена на рисунке ниже.

В аппарат 1 загружают поливиниловый спирт и подготовленную воду. Далее смесь воды и полиспирта перемешивают в течение 5-6 часов при температуре 50 – 60 градусов и модуле ванны 1:10. После тщательного перемешивания раствор охлаждается и подается в емкость 2, именуемый смесителем. В ней происходит смешивание раствора ПВС с соляной кислотой, которая выступает в качестве иницииатора ацеталирования. 

Главный технологический процесс – ацеталирование поливинилового спирта – протекает в каскаде аппаратов емкостного типа, оборудованных рубашкой и перемешивающим устройством. Суспензия низкозамещенного полимера переходит из аппарата в аппарат самотеком. В первый ацеталятор 3 поступают поливиниловый спирт и масляный альдегид, далее смесь перетекает в ацеталятор 5 и смешивается с дополнительной порцией масляного альдегида. В последнем аппарате каскада 6 процесс ацеталирования завершается.

Нормы загрузки компонентов в первый аппарат каскада:

Температурный режим на каждой ступени каскада повышается от аппарата к аппарату с 11 – 13оС до 30 – 35оС.

На выходе из каскада суспензия поливинилбутирата собирается в промежуточную емкость 7, откуда направляется на центрифугу 8. 

Промывку продукта проводят в шнековом промывателе 9. В качестве растворителя используют деминерализованную воду.

Промытый поливинилбутираль стабилизируется в аппарате 10, в который из отстойника 12 через ротаметр 13 подается 3 % водный раствор щелочи. Температура, при которой стабилизируется продукт, может колебаться в интервале 45 – 50оС.

Стабилизат предварительно освобождают от избытка влаги в центрифуге 14, откуда подается в аэрофонтанную сушилку 15. На выходе из сушилки продукт с содержанием влаги не более 2% фасуется в аппарате 16. 

Марки поливинилбутираля:

В зависимости от предполагаемой области применения изделий из поливинилбутираля изготавливают следующий ряд марок:

1. ПП – пленочный поливочный для изготовления поливинилбутиральной пленки методом полива;

2. ПШ – 1 и ПШ – 2 – пленочные шлицевые, применяются для изготовления клеящей пленки методом экструзии;

3. ЛА и ЛБ – для грунтов и лаков;

4. КА и КБ – для клеев;

5. НК – для напылений, клеев и пластмассы.

Весь перечень марок разделен на 2 группы качества: высший и первый сорт. 

Условное обозначение поливинилбутираля состоит из наименования продукта, его марки, сорта и стандарта. Например, пленочный поливочный поливинилбутираль будет маркироваться: 

ПВБ ПП первый сорт ГОСТ 9439 – 85. 

Применение:

Бутвар применяется при изготовлении безосколочного стекла ввиду его высокой прозрачности, сверхстойкости, хорошей адгезии к стеклу и другим поверхностям. Пленочный (поливочный и шлицевой) поливинилбутираль применяют для изготовления триплексной пленки.

По причине той же высокой адгезии поливинилбутираль используется в производстве клеев различного назначения. 

Также ПВБ применяется в изготовлении укрывочного текстиля (плащи – накидки и прочее).

Кроме того, данный материал нашел применение в производстве лакокрасочных покрытий и порошковых красок. 

Лаки на основе ПВБ в сочетании с крезоло-, феноло- и меламиноформальдегидными смолами используют для получения маслостойких, бензостойких, антикоррозионных покрытий горячего отверждения, наносимых на металл. 

Покрытия на основе порошковых красок из поливинилбутираля имеют отличные декоративные свойства и выраженный глянцевый блеск. Из-за склонности быстро тускнеть, терять первоначальный блеск и трескаться при атмосферном воздействии такие покрытия, как правило, эксплуатируют в помещениях вне зависимости от климатических условий. 

Покрытия из ПВБ обладают отличными электроизоляционными свойствами, поэтому ими защищают щитки, узлы и детали приборов (конденсаторы, сердечники, индукционные катушки, трансформаторы).

Государственные стандарты и нормативные документы:

Продукция, содержащая поливинилбутираль, сертифицируется согласно действующему по сей день государственному стандарту Союза ССР «Поливинилбутираль. Технические условия». Согласно данному документу, производимые марки ПВЮ должны иметь следующие характеристики: