XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Поливиниловый спирт (ПВС) - искусственный, водорастворимый, термопластичный полимер.

В отличие от большинства полимеров на основе виниловых мономеров, ПВС не может быть получен непосредственно из соответствующего мономера — винилового спирта в следствии неустойчивости последнего. Ацетальдегид и виниловый спирт представляют собой кетонную и енольную таутомерные формы одного и того же соединения, из которых кето-форма (ацетальдегид) является намного более устойчивой

Поливиниловый спирт впервые был получен в 1924 году химиками Германом и Гонелем реакцией переэтерификации поливинилацетата (ПВА) в присутствии каталитических количеств щелочи. Данная реакция является классическим примером — полимераналогичного превращения. В настоящее время промышленный синтез ПВС осуществляют путём полимераналогичных превращений, в частности, с использованием в качестве исходных полимеров простых и сложных поливиниловых эфиров, таких как ПВА. Синтез ПВС через реакцию полиальдольной конденсации из ацетальдегида до настоящего времени оканчивался получением низкомолекулярного полимера.

К основным способам получения ПВС можно отнести различные варианты омыления ПВА в среде спиртов или в воде в присутствии оснований и кислот. В зависимости от используемой среды и типа катализатора, процессы омыления ПВА можно представить следующей общей схемой:

Приведённые схемы реакций можно разбить на три группы: алкоголиз (1), щелочной или кислотный гидролиз (2,3) и аммонолиз (4,5). Из всего массива литературных данных, посвящённых разработке методов синтеза ПВС, можно выделить следующие основные направления.

- алкоголиз сложных поливиниловых эфиров в среде осушенных низших алифатических спиртов (C₁-C₃), в частности метанола, в присутствии гидроксидов щелочных металлов;

- алкоголиз в присутствии кислот;

- щелочной алкоголизи гидролиз в смеси низших алифатических спиртов с другими растворителями (диоксан, вода, ацетон, бензин или сложные эфиры);

- получение ПВС по механизму реакции гидролиза в присутствии кислотных или щелочных агентов, где в качестве реакционной среды выступает вода.

Основным и главным недостатком используемых технологий является образование жесткого геля в полном объёме реакционного аппарата при достижении конверсии порядка 50 % и неполная степень гидролиза ПВА. Поэтому наряду с развитием соответствующих технологий разрабатывается специальное аппаратурное оформление, позволяющее решить технологические проблемы, связанные с гелеобразованием в процессе омыления ПВА.

Технологическое решение данной проблемы заключается в разбавлении реакционной системы или использованию поточной схемы получения ПВС, увеличение времени синтеза, нагрев. Однако это приводит повышенному потреблению растворителя и, соответственно, необходимости его регенерации осле синтеза, а нагрев в присутствии омыляющего агента – к деструкции полимера. Альтернативным способом является использование специальных реакторов и мешалок, снабжённых лезвиями, для измельчения геля, однако это приводит к удорожанию получаемого полимера. Тем не менее, вышеуказанные методы используются в том числе и для получения широкого спектра сополимеров поливинилацетат-поливиниловый спирт.

Поливиниловый спирт считается термопластичным полимером, не имеет специфического запах и вкуса, хорошо растворяется в различных растворителях: глицерине, воде, мочевине, диметилформамиде. Закипает ПВС при температуре 228°C, но начинает плавиться уже при 200°C. Свойства ПВС достаточно разнообразные.

Среди разнообразия свойств ПВС выделяется способность этого спирта придавать материалам клеящие свойства. Клей на основе поливинилового спирта отличается высокой плотностью и вязкостью. Его применяют в процессе производства тары, пошива одежды. Раствор поливинилового спирта в составе клея, помогает склеивать различные ткани, кожу, бумагу и прочие материалы. С его помощью приклеивают бирки и этикетки.

Он устойчив к бензину, маслам и кислотам, что делает его незаменимым компонентом в процессе производства строительных материалов и защитных покрытий. В ряде стран это вещество нашло свое применение даже в сфере живописи. С его помощью производят консервацию образотворческих старинных экспонатов.

Кроме того, ПВС не выделяет токсинов. Этот материал можно найти в составах парфюмерной и косметической продукции. Производство поливинилового спирта помогает медикам производить переливание крови, делать фиксацию при сборе образцов. Низкомолекулярный ПВС применяют в процессе производства продуктов питания. Его вводят в составы продуктов в качестве глазирующего агента. Им обрабатывают рыбу, морепродукты, колбасные изделия.

В некоторых странах ПВС участвует в производстве текстильных волокон и тканей. В частности, известен способ получения поливинилспиртового волокна «винил»термообработки нитей ПВС, сформированных вытяжкой из растворов (основными реакциями являются дегидратация и внутримолекулярная циклизация):

В сфере аграрного хозяйства его добавляют в составы к синтетическим удобрениям, они качественно улучшают состав почвы.

В своем составе ПВС всегда содержит около 5% воды, что делает спирт более пластичным. Также для повышения пластифицирующих свойств в состав поливинилового спирта добавляют: глицерин, бутиленгликоль, фосфорную кислоту.

На основе ПВС получают разнообразные простые и сложные полиэфиры, полиацетали, поликетали, а также другие полимерные соединения