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LA POLIMERIZZAZIONE INDUSTRIALE DEL VINIL CLORURO: CHIMISMO, CINETICA, MORFOLOGIA PRODOTTI OTTENUTI, INDICAZIONI DI MERCATO.

Può sorprendere che, a 67 anni dall'inizio della sua produzione industriale, il polivinilcloruro (PVC) mostri ancora una discreta dinamica di sviluppo, non tipica della maggior parte dei prodotti cosiddetti maturi. Certamente impressiona il livello mondiale raggiunto dalla capacità produttiva del PVC: è prossimo a 20 Mton/a. Le tappe di questo sviluppo indicano:

- Negli anni '40 capacità produttiva prossima a 1000 ton/a.

- A metà anni '60 capacità produttiva prossima a 1000 Kton/a.

- Agli inizi anni '90 capacità produttiva prossima a 20 Mton/a.

Le ragioni del successo e della resistenza alla competizione con altri polimeri da parte della famiglia dei PVC sono molte; le principali possono essere schematizzate così:

Versatilità d'applicazione: si ottengono materiali rigidi, elastoplastici, similpelle, rinforzati ed anche film e fibre.

Conoscenza diffusa delle modalità (non proprio semplici) di stabilizzazione, miscelazione e lavorazione.

Tecnologie produttive progressivamente affinate ma consolidate e largamente licenziate, anche nei Paesi in via di sviluppo.

Grosse economie di scala.

Application

1978

1979

1984

1989

Average Annual Growth, % 1979-1989

Construction

3,573

3,815

5,010

6,620

5.7

Consumer products

374

400

502

640

4.8

Electrical and electronics

923

940

1,140

1,350

3.7

Home furnishings

638

640

794

950

4.0

Packaging

944

977

1,297

1,695

5.7

Transportation

391

386

440

495

2.5

Miscellaneous

581

609

777

970

4.8

Total domestic demand

7,424

7,767

9,960

12,710

5.0

Export

481

540

495

395

Total consumption

7,905

8,307

10,455

13,105

4.7

Fig.1 : Consumi di PVC, 1978-1989 (Migliaia di tons).

I consumi, riportati in Fig. 1 e relativi agli anni '80, hanno registrato una crescita media annua rispettabile (4,7%), ma forse il quadro potrebbe mutare in futuro se le normative ambientali diventassero più stringenti. Mancano peraltro indicazioni tecniche-analitiche sicure, per supportare norme restrittive all'impiego del PVC: recenti indagini svolte a livello di comunità europea hanno ridimensionato il ruolo del PVC nell'emissione di effluenti tossici dai forni di incenerimento dei rifiuti solidi urbani.

La polimerizzazione del VCM (Vinil Cloruro Monomero) avviene con meccanismo radicalico ed è avviata da iniziatori tipici (perossidi, etc.) di questi processi.

La fig. 2 mostra gli schemi delle reazioni più importanti che hanno luogo durante la formazione del PVC. Oltre agli stadi di propagazione, è importante evidenziare quello che controlla il PM: è la reazione di trasferimento di catena con il monomero la cui costante di velocità dipende marcatamente dalla temperatura, come indica la fig. 3 (l'indice K è un parametro tecnologico che dà una misura di PM come indica il confronto dei due diagrammi di Fig. 3). In realtà il controllo del PM è la risultante della competizione fra reazione di propagazione e trasferimento di catena, per cui il grado di polimerizzazione (DP) dipende dal rapporto k4/k3.

Il ruolo delle reazioni di terminazione di catena 5) e 6) nel controllo del PM è secondario rispetto alla reazione 4).

La reazione 5) avviene in fase di VCM puro, mentre la reazione 6) avviene nella fase solida di PVC che discioglie forti aliquote di VCM (25-30%).

Stadi elementari del processo di polimerizzazione del VCM

1

Iniziatore I 2I

k1

2

I + M R

k2

3

R + M R

k3

4

R + M P + R1

k4

5

2R   2P

k5

6

2R   2P

k6

Le reazioni 2 e 3 sono di propagazione (k2k3)

La reazione 4 è di trasferimento di catena al monomero : controlla il peso molecolare attraverso il rapporto k3/k4 che dipende da T, oltre che da M (vedi fig.3)

Le reazioni di terminazione 5 e 6 avvengono in fasi diverse : VCM puro o PVC/VCM (7075/3025)

Al 70% ca. di conversione il VCM puro scompare e VCM nel gel diminuisce per cui diminuisce anche

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