Поливинилбутираль: свойства и применение¶

Поливинилбутираль — синтетический полимер, получаемый полимерализацией или, точнее, полимераналогичным превращением поливинилового спирта (ПВС) при взаимодействии с масляным альдегидом (бутаналем). Относится к классу поливинилацеталей — продуктов конденсации ПВС с альдегидами. В промышленности материал известен также под названиями «поливинилбутираль», «ПВБ», «бутираль» и под торговыми марками, среди которых наиболее распространён «Mowital». Ключевые характеристики — высокая адгезия к различным поверхностям, прозрачность, эластичность при низких температурах и способность образовывать прочные плёнки.

¶Химическое строение и получение

Макромолекула поливинилбутираля содержит чередующиеся звенья винилбутираля — шестичленные ацетальные циклы, образованные двумя гидроксильными группами соседних звеньев ПВС и молекулой бутаналя. Реакция проводится в водной или спиртовой среде в присутствии кислотного катализатора (обычно соляной или серной кислоты). Степень ацеталирования редко достигает 100 %: в готовом продукте сохраняются остаточные гидроксильные группы (обычно 15–25 %), а также ацетатные группы, если исходный ПВС получен из поливинилацетата без полного омыления.

Соотношение гидроксильных, ацетатных и бутиральных групп определяет растворимость, температуру стеклования и совместимость с другими компонентами. Варьируя условия синтеза, получают марки с различной молекулярной массой и вязкостью растворов.

¶Физические и химические свойства

Поливинилбутираль — аморфный термопласт. Основные свойства:

• Плотность — около 1,1 г/см³.
• Температура стеклования — в диапазоне 50–70 °C в зависимости от состава.
• Растворимость — растворяется в спиртах, кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородах; нерастворим в воде и алифатических углеводородах.
• Плёнкообразование — образует прозрачные, эластичные, светостойкие покрытия.
• Адгезия — высокая к стеклу, металлам, дереву, керамике.
• Совместимость — хорошо совмещается с пластификаторами, фенолоформальдегидными и эпоксидными смолами, нитратом целлюлозы.

Материал устойчив к действию разбавленных кислот и щелочей, но гидролизуется в сильнокислой среде. При нагревании выше температуры разложения возможны выделения альдегида.

¶Применение

¶Безопасное стекло

Наиболее известное применение — промежуточный слой в многослойном (триплекс) стекле. Плёнка поливинилбутираля толщиной 0,38–1,52 мм закладывается между двумя листами стекла и спрессовывается при нагревании и давлении. Такое стекло при разрушении не образует осколков и используется в автомобилестроении, авиации, строительстве и бронезащите.

¶Лакокрасочные материалы

ПВБ применяется как плёнкообразователь в лаках и грунтовках, в том числе для металлических поверхностей, а также в составе антикоррозионных покрытий. Широко использовался в качестве основы для токопроводящих и защитных лаков в электротехнике.

¶Клеи и герметики

На основе поливинилбутираля изготавливают клеи для склеивания стекла, металла, кожи, а также термопластичные клеящие композиции. Совмещённый с фенолоформальдегидными смолами, он образует клеи, применяемые в машиностроении.

¶Другие области

Материал используется в производстве защитных покрытий для печатных плат, в качестве связующего для керамических и металлических порошков при литье, в полиграфии (лаки для ламинирования), а также в составе некоторых видов чернил и копировальных слоёв.

¶Безопасность и регулирование

Поливинилбутираль относится к малоопасным веществам: в отверждённом виде не выделяет токсичных компонентов. Однако при производстве и переработке следует учитывать горючесть материала и возможность выделения паров бутаналя при термическом разложении. Пыль полимера способна образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Работа с растворами требует вентиляции из-за органических растворителей.

¶Мировой рынок

Основные производители поливинилбутираля сосредоточены в Европе, Азии и Северной Америке. Значительная доля выпуска приходится на плёнку для триплекса, спрос на которую связан с автомобильной и строительной отраслями. Объёмы производства лаковых марок ниже и зависят от потребностей электротехнической и лакокрасочной промышленности.