پلی وینیل کلرید (PVC) از قرن 19 تا قرن 21
علیرغم تمام مشکلات فنی، اقتصادی و مباحث عمومی از مخاطرات زیست محیطی شیمی کلر، پلی وینیل کلرید (PVC) پس از پلی الفین ها و قبل از پلیمرهای استایرن، دومین پلاستیک تولید شده (حدود 31 میلیون تن در سطح جهان) است. در حال حاضر، تولید PVC در سراسر جهان با نرخی بیش از 4 درصد در سال در حال افزایش است. PVC برای اولین بار در سال 1913 معرفی شد و پس از آن در سال 1930، در چندین آزمایشگاه صنعتی روی پایدارسازی مجدد آن کار شد. مهمترین نقطه عطف در تاریخچۀ PVC و اهمیت آنها در توسعه شیمی ماکرومولکولی بطور مختصر توضیح داده شده است و برخی از تحقیقات و کاربردهای صنعتی PVC باتوجه به پلیمریزاسیون، پایدار سازی، اصلاح خواص فله، بازیافت مواد و شیمی پسماند PVCمورد بحث قرار گرفته اند. پلیمریزاسیون امولسیونی PVC با سورفکتانت های پلیمری و پلیمریزاسیون رادیکال آزاد کنترل شده با نیتروکسیل ها را میتوان بعنوان برخی از موضوعات انتخاب شده نام برد؛ در حالی که استارتر آلی یونی و فلزی کمتر مورد توجه قرار گرفته است. واکنش های شیمیایی بیانگر احتمالات بسیاری در اصلاح PVC هستند، اگرچه عملی نشده است. از طرفی، پایدارسازی آن با سیستم های غیر سمّی یا بدون فلز نیز مورد بررسی قرار گرفته است. خواص کلی PVC را میتوان تحت تأثیر اصلاح ضربه از طریق افزودن کوپلیمرهای پیوندی در ترکیب با دیگر پلیمرها قرار داد.
پلی وینیل کلرید (PVC) بیش از 70 سال است که یکی از مهمترین پلیمرها بوده و دومین رزین ترموپلاستیک تولید شده پس از پلی الفین ها و قبل از پلیمرهای استایرن در سطح جهان با بیش از 31 میلیون تن ظرفیت است. در جدول زیر، مقایسۀ PVC با دیگر پلاستیک ها و افزایش سالانۀ مهمترین طبقات پلیمری ارائه شده است.
جدول 1:
در اروپای غربی، مصرف PVC در سال 2000 حدود 5.8 میلیون تن بود. با این حال، PVC نه تنها به یک کالای بزرگ با کاربردهای فراوان تبدیل شده است، بلکه به طور کلی به توسعه علم پلیمر فنی نیز کمک کرده است. برای مثال، پراکسیدها بعنوان اولین استارتر پلیمریزاسیون رادیکال آزاد در حدود سال 1915 توسط کلاته در طی آزمایشات اولیه روی پلیمریزاسیون PVC کشف شد. پلیمریزاسیون در محیط های ناهمگن با PVC بعنوان نمونه ای از نوعی پلیمر ایجاد شد که در مونومر بسیار سمّی خود محلول نیست. همچنین، تثبیت PVC بعنوان یک پلیمر بسیار حساس به گرما و نور در مقیاس فنی بزرگ با موفقیت معرفی شده و به الگویی برای تثبیت بسیاری دیگر از پلیمرها تبدیل شد. در نهایت، بسیاری از مشکلات زیست محیطی پلاستیک ها را میتوان حل کرد و با استفاده از PVC نیز میتوان بر محدودیت های عمومی علیه شیمی کلر غلبه کرد.
ضایعات زیادی در حین پردازش و در پایان عمر محصولات PVC تولید می شود. از آنجایی که ظرفیت های دفن زباله در اکثر کشورها محدود است، دفن زمینی بعنوان یک فرایند دفع بطور روزافزونی آخرین گزینۀ احتمالی محسوب می شود. یکی دیگر از روش های دفع زباله های جامد، سوزاندن آنها است که در مورد PVC مشکلات فنی و زیست محیطی زیادی به دلیل محتوای کلر بالای پلیمر و مقادیر زیادی از کلرید هیدروژن که در طی تجزیه منتشر می شوند را در پی خواهد داشت. بنابراین، تکنیک های زیادی برای بازیافت مواد شیمیایی PVC در 15 سال گذشته توسعه یافته است. برای بازیافت مواد PVC از پسماندهای جامد شهری یا صنعتی، پیشنهادات زیادی ارائه شده و برخی از آنها بویژه در آلمان نیز محقق شده است. یک روش بسیار امیدوارکننده فرایند "پردازش وینی لوپ" است که توسط سالوین در یک سرمایه گذاری مشترک با برخی از شرکت های پردازش PVC توسعه داده شد و توسط انجمن های اروپایی نیز حمایت شد. PVC را میتوان از مواد مختلف مانند فلزات، منسوجات یا الیاف شیشه (برای مثال در کابل (مس)، فویل (آلومینیوم)، پوشش کف یا برزنت) استخراج کرد. در یک کارخانه در فرارای ایتالیا با ظرفیت 10.000 تن در سال، ضایعات PVC خرد شده در مخلوطی از حلال های آلی مانند متیل اتیل کتون با برخی حلال های دیگر حل می شود. در راکتور دوم، بخار به این محلول اضافه می شود تا PVC رسوب کرده و حلال بعنوان یک آزئوتروپ با آب جدا شود؛ در نتیجه، حلال های آلی را میتوان از آن بازیابی کرد. گرانول های PVC حاصل شده ترکیبات حاوی افزودنی های ضایعات PVC استفاده شده مانند تثبیت کننده ها و ذرات فیلر ریز هستند. گفته می شود که اگر این ترکیب جدید به قیمت حدود 50 یوروسنت در هر کیلوگرم فروخته شود، این فرایند از نظر اقتصادی امکان پذیر و به صرفه خواهد بود. این روند متکی بر ایدۀ تبدیل PVC استفاده شده به مواد شیمیایی برای سنتز مونومر یا سایر فرایندهای پتروشیمی است. اخیرآ در فرانسه یک کارخانۀ آزمایشی با ظرفیت حدود 2.000 تن در سال برای گازی سازی سربارۀ حمام، با هدف تولید کلرید هیدروژن و مخلوطی از کربن و هیدروژن راه اندازی شد که میتواند بعنوان گاز سنتز استفاده شود. تا آنجا که می دانیم این فرایند نمی تواند به دلیل مشکلات فنی و اقتصادی به یک فرایند تجاری تبدیل شود.
بررسی تاریخچۀ 70 سالۀ PVC صنعتی برای علم و فناوری پلیمر بسیار کمک کننده است؛ با تکیه بر آن میتوان اکثر مشکلات زیست محیطی در طی 20 سال گذشته را حل کرد و همچنین بر محدودیت های عمومی علیه شیمی کلر نیز غلبه کرد. با این حال، در آینده تحقیقات بسیاری بایستی انجام شود. به همین منظور، تحقیق و توسعه طولانی مدت توسط صنعت PVC برای رویارویی با مشکلات اقتصادی جهانی صنعت پلاستیک (برای مثال نیاز به تثبیت کننده های غیر سمی، آزاد فلزات) ضروری است. یکی دیگر از این اقدامات برای جلوگیری از خطر جایگزینی پلیمرهای دیگر مانند الاستومرهای ترموپلاستیک به جای PVC، یافتن نرم کننده های غیرسمی است. همچنین توسعه انواع PVC جدید با خواص بهبود یافته در زمینه PVC بسیار ضروری است. یکی دیگر از این ضروریات، حداقل در اروپا، اطلاع رسانی بهتر به مردم با نشان دادن قابلیت بازیافت محصول و موفقیت در کاهش آلودگی محیط زیست است. در مورد مشکلات شیمی کلر بایستی در نظر داشت که PVC یک تلۀ کلر بزرگ است زیرا بخش زیادی از کل کلر را بعنوان محصول جانبی سدیم هیدروکسید را مصرف می کند. در نتیجه، PVC باید بعنوان یک پلیمر هیبریدی معدنی- آلی با محتوای کلر 57 درصد در نظر گرفته شود. این ماده بسیاری از خواص جالب خود من جمله بازدارندگی شعله، مقاومت در برابر اکثر حلال های معمولی، قطبیت و سازگاری با بسیاری از مواد افزودنی (نه تنها نرم کننده ها و تثبیت کننده ها، بلکه انواع مختلف فیلرها) را مدیون وجود مؤلفۀ معدنی آن است. اگر در آیندۀ نزدیک کاربرد جدیدی از PVC وجود نداشته باشد و اگر PVC در مقیاس وسیع با دیگر پلیمرها جایگزین نشود، تنها به دلیل افزایش استاندارد زندگی در کشورهای در حال توسعه مصرف PVC در سراسر جهان از حدود 26 میلیون تن در سال به 37 میلیون تن در سال 2010 افزایش یافت. اگر از تمام قابلیت های ذاتی این پلیمر قدیمی استفاده شود، PVC به هیچ وجه نمی تواند یک پلاستیک "خالص" در نظر گرفته شود و میتوان انتظار رشد بیشتری را در آینده داشت.
