Plasty pro stavebnictví a architekturu 13 – Polyvinylchlorid (PVC)

PVC, dnes jeden z nejmasověji vyráběných plastů, měl poměrně skromné začátky. Poprvé byl připraven koncem 19. století, dlouho však nemohl najít své komerční uplatnění. V roce 1931 Waldo Semon ve firmě BF Goodrich (USA) zkoumal možnosti spojování přírodního kaučuku s kovem. To se mu nikdy nepodařilo, ale zahříváním PVC v rozpouštědlech s vysokým bodem varu se mu podařilo vyrobit měkčený PVC. Jeho objev byl dlouho považován za laboratorní kuriozitu – až do 2. sv. války, kdy byl úspěšně využit jako náhrada nedostatkového přírodního kaučuku pro výrobu pneumatik. V té době se PVC stal strategickým materiálem na elektroizolaci kabelů. V 50. letech 20. století byly vyvinuty nové typy tvrdého (neměkčeného) PVC jako levnější nekorozivní náhrada kovu na výrobu trubek, potrubí a rour. Díky zdokonalení extruzních technologií se začaly koncem 50. let vyrábět první okenní profily z PVC. Dnes je PVC druhým nejvíce vyráběným komoditním plastem po polyetylénu.

 

PVC vzniká řetězením molekul sloučeniny vinylchloridu. Molekula vinylchloridu je tvořena pouze atomy uhlíku, vodíku a chlóru. Protože molekula chlóru je relativně objemná, představuje obsah chlóru v PVC hmotnostně asi 56 %. Základními surovinami pro výrobu PVC jsou chlorid sodný (kuchyňská sůl) a ropa, případně zemní plyn. Chlorid sodný se rozloží působením elektrického proudu na chlór, vodík a hydroxid sodný. Ropa se v rafinériích štěpí na etylén. Sloučením etylénu a chlóru vzniká etylén dichlorid (EDC), z něhož se odštěpením molekuly HCl vyrábí vinylchlorid (VCM) – monomer – základní stavební jednotka PVC. Při procesu polymerace jsou molekuly vinylchloridu spojovány do řetězců molekul PVC. Takto vyrobený PVC má formu bílého prášku.

 

Vlastnosti PVC

PVC má vynikající schopnost snášet se s širokou řadou nejrůznějších aditiv, která ovlivňují a předurčují mechanické vlastnosti, světelnou a povětrnostní odolnost, barvu a elektrické vlastnosti výrobku. Důsledkem je extrémní variabilita PVC, která vede k širokému spektru výrobků od kabelů, elektroinstalačních profilů, součástí a krytů elektrických přístrojů přes potrubí, okenní profily, dětské hračky až k obalům na krevní deriváty. Výrobky z PVC mohou být tuhé nebo ohebné, barevné, opalescentní nebo průhledné, izolanty nebo vodiče. Není jeden PVC, ale celá široká skupina výrobků z něj, na míru připravená pro každou konečnou aplikaci.

Na rozdíl od většiny ostatních termoplastů, většina aplikací PVC má životnost mezi 10 až 100 lety. To vyžaduje dobrou trvanlivost a té je dosaženo pomocí tepelných stabilizátorů.

 

Stabilizátory jsou nezbytnou přísadou ve všech výrobcích z PVC. Napomáhají odolávat dennímu světlu, zvětrávání a stárnutí za tepla, mají rovněž významný vliv na jeho fyzikální vlastnosti. Výběr stabilizátoru závisí na uživatelské aplikaci a na dalších faktorech včetně technických požadavků, které jsou kladeny na koncové produkty z PVC, schvalovací požadavky a cenu.

Hlavními složkami stabilizátorů jsou kovová mýdla, kovové soli a organické látky. Dříve se používaly především sloučeniny olova, baria, pro některé aplikace i kadmia. Problém toxicity těžkých kovů není přenášen na samotné výrobky z PVC. Pokud je stabilizátor jednou zabudován do struktury PVC, nelze jej uvolnit a migruje z něj pouze v nepatrné míře. Migrace olova z PVC vodovodních trubek byla pečlivě studována po řadu let a ve většině evropských států je použití olovnatých stabilizátorů pro tuto aplikaci povoleno. Přesto pod tlakem ekologických hnutí jsou vyvíjeny k životnímu prostředí přátelské typy stabilizátorů, založené na organických solích vápníku a zinku.

 

Pro pružné aplikace PVC (jako například oplášťování kabelů nebo podlahové krytiny) se používají změkčovadla. Nejvíce používanou skupinou změkčovadel jsou ftaláty, kapaliny bez zápachu, bez barevného zabarvení, v přítomnosti kyslíku biologicky odbouratelné. Nejvýznamnějším ze ftalátů (co do objemu spotřeby) a také nejprozkoumanějším je DEHP (Di-(2-ethylhexyl) ftalát), který se používá jako změkčovadlo více než 50 let. V současnosti je jediným změkčovadlem doporučeným evropským lékopisem jako látka vhodná pro měkčené jednorázové lékařské pomůcky, krevní vaky a hadičky.

 

PVC je pro stavebnictví velmi důležitým polymerem a přes 50 % jeho celosvětové výroby se uplatňuje právě v tomto sektoru. Využívá se především nehořlavosti PVC. Díky vysokému obsahu chlóru se PVC obtížně zapaluje a samovolně nehoří.

Profily z PVC mají dlouhodobou životnost, minimální potřebu údržby, jsou odolné proti hnilobám a velmi snadno se vyrábějí.

Kanalizační potrubí z PVC má vynikající technické vlastnosti. Potrubí může být hladké, korugované nebo vícevrstvé. Korugované (žebrované) provedení u potrubí zvyšuje tuhost a snižuje hmotnost, přitom toto potrubí má hladké vnitřní stěny, které umožňují volný a plynulý tok.

Vícevrstvé potrubí má střední vrstvu vyrobenou z recyklátu (až 60 % recyklátu) nebo z napěněného PVC (až 35% snížení hmotnosti), vnější a vnitřní tenké stěny jsou z celistvého panenského PVC.

Obklady a fólie

PVC fasádní obklady se vyznačují dlouhou životností a minimální údržbou. Díky své trvanlivosti, dobrým tepelněizolačním vlastnostem a velmi dobré odolnosti proti UV záření a povětrnostním podmínkám mohou obklady sloužit po desítky let.

PVC fólie střešní i izolační se snadno instalují, jsou vodotěsné a odolné i vůči agresivním vodám, nevyžadují údržbu a jsou cenově výhodné.

PVC je nejvýznamnějším materiálem pro výrobu podlahových krytin. Podlaha z PVC je levná, trvanlivá, dobře drží teplo a snadno se čistí. Nároky na její údržbu jsou minimální, je hygienická a nehořlavá. Jednotlivé části PVC podlahovin lze poměrně snadno spojovat svařováním.

Většina výrobků z PVC má dlouhou životnost (ve stavebnictví 50–100 let), množství vysloužilých PVC výrobků v odpadech je zatím relativně nízké. Přesto už jsou vyvinuta recyklační schémata aplikovatelná na PVC.

Čisté PVC je možné recyklovat poměrně snadno. V Evropě jsou využívány i recyklační postupy pro finální výrobky, kde PVC je kombinováno s jinými materiály (např. plastová okna jsou kombinací PVC, skla, pryže a kovu). Pro recykláty se nabízí široký okruh aplikací, včetně zpětného využití pro aplikaci původní (okenní profily, střešní a podlahové krytiny) nebo zcela odlišné (z lahví tkaniny nebo trubky).

PVC lze bez ekologických rizik likvidovat na skládkách nebo ve spalovnách, kde jsou ekologické parametry likvidace dosahovány vysokými pracovními teplotami, přebytkem kyslíku a účinnými filtry škodlivých zplodin. Další, i v ČR využívanou možností, je energetické zhodnocení plastových odpadů v cementářských pecích, kde obrovský přebytek slínku zásadité povahy znemožňuje vznik nebezpečných plynných sloučenin. Nejnovějším trendem recyklace směsných plastových odpadů je jejich zkapalňování společně s uhlím. Výsledným produktem je směs organických látek podobná ropě. Tato zařízení pracují zatím jen v Japonsku, USA a Německu.

 

Ekologická hnutí se snaží dosáhnout úplného zákazu používání PVC a jeho náhrady alternativními materiály. Obavy ekologů vyvolává především přítomnost chlóru v molekulách PVC, ftaláty používané jako změkčovadla a těžké kovy ve stabilizátorech PVC. Po mohutné kampani zaměřené proti hračkám z měkčeného PVC určeným pro nejmenší děti byly přezkoumávány dostupné vědecké informace a prováděny nové testy. Na základě jejich výsledků Americká komise pro bezpečnost výrobků pro spotřebitele (CPSC) v roce 2003 jednomyslně rozhodla, že hračky vyrobené z PVC jsou bezpečné.

Technologický vývoj vede ke zdokonalování výroby PVC a snižování jeho možných vlivů na životní prostředí. Těžké kovy ve stabilizátorech jsou postupně nahrazovány neškodnými sloučeninami, dokonalým spalováním PVC a jiných odpadů s obsahem chlóru v moderních spalovnách se minimalizuje vznik dioxinů. Celosvětová spotřeba PVC neustále roste. Vzhledem k jeho ceně, vlastnostem a možnostem daným technologickými inovacemi zřejmě k omezení výroby PVC v nejbližší době nedojde.