โพลีบิวทิลีน
 | |
| ชื่อ | |
|---|---|
| ชื่ออื่นๆ โพลีบิวทีน-1, โพลี(1-บิวทีน), PB-1 | |
| ตัวระบุ | |
| |
| เคมสไปเดอร์ |
|
| บัตรข้อมูล ECHA | 100.111.056 |
แดชบอร์ด CompTox ( EPA ) |
|
| คุณสมบัติ | |
| (C H ) | |
| ความหนาแน่น | 0.95 กรัม/ซม. 3 [ 1 ] |
| จุดหลอมเหลว | 135 °C (275 °F; 408 K) [ 1 ] |
| สารประกอบที่เกี่ยวข้อง | |
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง | 1-บิวทีน (โมโนเมอร์) |
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa)  N ตรวจสอบ ( Y Nคืออะไร ?)  ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล | |
โพลีบิวทิลีน ( โพลีบิวทีน-1 , โพลี(1-บิวทีน) , PB-1 ) เป็นโพลีโอเลฟินหรือพอลิเมอร์ อิ่มตัว ที่มีสูตรเคมี (CH CH(Et)) PB-1 ส่วนใหญ่ใช้ในท่อ[ 2 ]
การผลิต
โพลีบิวทิลีนผลิตขึ้นโดยการพอลิเมอไรเซชันของ1-บิวทีนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Natta ที่รองรับ อยู่
ตัวเร่งปฏิกิริยา
ไอโซแทคติก PB-1 ผลิตในเชิงพาณิชย์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler–Natta แบบเฮเทอโร จีนัส สองประเภท [ 3 ]ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทแรกประกอบด้วยส่วนประกอบสองส่วน คือ ตัวเร่งปฏิกิริยาเริ่มต้นที่เป็นของแข็ง ซึ่งเป็นรูปแบบผลึก δ ของ TiCl และสารละลายของตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมออร์กาโนอะลูมิเนียม เช่น Al(C H ) ตัว เร่งปฏิกิริยาเริ่มต้นประเภทที่สองเป็นแบบมีตัวรองรับ ส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ในตัวเร่งปฏิกิริยาคือ TiCl และตัวรองรับคือไมโครคริสตัลไลน์ MgCl ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ยังมีสารปรับแต่งพิเศษ ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่อยู่ในกลุ่มเอสเทอร์หรืออีเทอร์ ตัวเร่งปฏิกิริยาเริ่มต้นจะถูกกระตุ้นโดยการรวมกันของสารประกอบออร์กาโนอะลูมิเนียมและสารปรับแต่งอินทรีย์หรือออร์กาโนเมทัลลิกประเภทอื่นๆ ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดสองประการของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบมีตัวรองรับคือ ผลผลิตสูงและสัดส่วนของพอลิเมอร์ไอโซแทคติกผลึกที่ผลิตได้สูงที่อุณหภูมิ 70–80 °C ภายใต้สภาวะพอลิเมอไรเซชันมาตรฐาน[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
ลักษณะเฉพาะ
PB-1 เป็นพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เป็นสายตรง มีโครงสร้าง แบบไอโซแทคติกและ เป็นกึ่งผลึก PB-1 ผสมผสานคุณลักษณะทั่วไปของพอลิโอเลฟิน แบบดั้งเดิม เข้ากับคุณสมบัติบางประการของพอลิเมอร์ทางเทคนิค
PB-1 เมื่อนำมาใช้เป็นเรซิน บริสุทธิ์หรือเสริมแรง สามารถใช้ทดแทนวัสดุต่างๆ เช่น โลหะ ยาง และโพลิเมอร์ทางวิศวกรรมได้ นอกจากนี้ยังใช้เสริมฤทธิ์กันเป็นส่วนประกอบในการผสมผสานเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของโพลีโอเลฟินอื่นๆ เช่นโพลีโพรพีลีนและโพลีเอทิลีนด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัว จึงนิยมใช้ในท่อแรงดัน บรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น เครื่องทำน้ำอุ่น สารประกอบ และกาวร้อนละลาย
เมื่อได้รับความร้อนสูงถึง 190 °C ขึ้นไป PB-1 สามารถขึ้นรูปด้วยการอัด การฉีดขึ้นรูป การเป่าขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนกลวง การอัดรีด และการเชื่อมได้อย่างง่ายดาย ไม่เกิดการแตกร้าวเนื่องจากความเครียดเนื่องจากโครงสร้างผลึกและน้ำหนักโมเลกุลสูง PB-1 จึงทนต่อแรงดันไฮโดรสแตติกได้ดี แสดงให้เห็นการคืบต่ำมากแม้ในอุณหภูมิสูง[ 7 ]มีความยืดหยุ่น ทนต่อแรงกระแทกได้ดี และมีการคืนตัวแบบยืดหยุ่นที่ดี[ 3 ] [ 8 ]
โพลีบิวทิลีนไอโซแทคติกตกผลึกได้ 3 รูปแบบที่แตกต่างกัน การตกผลึกจากสารละลายให้ผลลัพธ์เป็นรูปแบบที่ 3 ซึ่งมีจุดหลอมเหลว 106.5 °C การทำให้เย็นลงจากสถานะหลอมเหลวจะให้ผลลัพธ์เป็นรูปแบบที่ 2 ซึ่งมีจุดหลอมเหลว 124 °C และความหนาแน่น 0.89 g/cm³ ที่อุณหภูมิห้อง มันจะเปลี่ยนไปเป็นรูปแบบที่ 1 โดยอัตโนมัติ ซึ่งมีจุดหลอมเหลว 135 °C และความ หนาแน่น0.95 g/ cm³ [ 1 ]
โดยทั่วไป PB-1 ทนต่อสารเคมีต่างๆ เช่น ผงซักฟอก น้ำมัน ไขมัน กรด เบส แอลกอฮอล์ คีโตน ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก และสารละลายขั้วร้อน (รวมถึงน้ำ) [ 3 ]มีความต้านทานต่อไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและคลอรีน รวมถึงกรดออกซิไดซ์ต่ำกว่าพอลิเมอร์อื่นๆ เช่นโพลีซัลโฟนและโพลีอะไมด์ 6/6 [ 7 ]คุณสมบัติเพิ่มเติม ได้แก่ ความต้านทานต่อการเสียดสีในสภาพเปียกที่ดีเยี่ยม การไหลตัวของสารหลอมเหลวง่าย (การลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือน) และการกระจายตัวของสารตัวเติมที่ดี เข้ากันได้กับโพลีโพรพีลีนยางเอทิลีนโพรพีลีน และเทอร์โม พลาสติกอีลาสโตเมอ ร์
คุณสมบัติบางประการ: [ 7 ]
- โมดูลัสความยืดหยุ่น 290–295 MPa
- ความแข็งแรงดึง 36.5 MPa
- น้ำหนักโมเลกุล 725,000 (กรัม/โมล)
- ระดับความเป็นผลึก 48–55%
- การดูดซับน้ำ <0.03%
- อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้ว –25 ถึง –17 °C [ 3 ] [ 7 ]
- ค่าการนำความร้อน 0.22 วัตต์/(เมตร·เคลวิน)
ขอบเขตการใช้งาน
ระบบท่อ
การใช้งานหลักของ PB-1 คือในระบบท่อแรงดันแบบยืดหยุ่นสำหรับการจ่ายน้ำดื่มร้อนและเย็น เครือข่าย ทำความร้อนส่วนกลาง แบบมีฉนวนหุ้ม และระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบพื้นผิว ISO 15876 กำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของระบบท่อ PB-1 [ 9 ]คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของ PB-1 คือ ความสามารถในการเชื่อม ความต้านทานต่ออุณหภูมิ ความยืดหยุ่น และความต้านทานต่อแรงดันไฮโดรสแตติกสูง วัสดุนี้สามารถจัดประเภทเป็น PB 125 โดยมีความแข็งแรงขั้นต่ำที่ต้องการ (MRS) 12.5 MPa คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่ การส่งผ่านเสียงต่ำ การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นต่ำ ไม่เกิดการกัดกร่อนและการเกิดหินปูน
ระบบท่อ PB-1 ไม่ได้วางจำหน่ายในอเมริกาเหนืออีกต่อไปแล้ว (ดู " การฟ้องร้องดำเนินคดีแบบกลุ่มและการถอดออกจากการใช้งานที่ได้รับการอนุมัติตามรหัสอาคาร " ด้านล่าง) ส่วนแบ่งการตลาดโดยรวมในยุโรปและเอเชียค่อนข้างน้อย แต่ระบบท่อ PB-1 แสดงให้เห็นถึงการเติบโตอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในบางตลาดภายในประเทศ เช่น คูเวต สหราชอาณาจักร เกาหลี และสเปน ระบบท่อ PB-1 มีตำแหน่งที่แข็งแกร่ง[ 8 ]
บรรจุภัณฑ์พลาสติก
มี PB-1 หลายเกรดวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สำหรับการใช้งานและเทคโนโลยีการแปลงต่างๆ (ฟิล์มเป่า ฟิล์มหล่อ การเคลือบแบบอัดรีด) โดยมีสองด้านหลักของการใช้งาน:
- บรรจุภัณฑ์แบบลอกออกได้ง่าย ซึ่งใช้ PB-1 เป็นส่วนประกอบหลักในการผสมโพลีเอทิลีน เพื่อปรับแต่งความแข็งแรงและคุณภาพในการลอกออก โดยส่วนใหญ่ใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารสำหรับผู้บริโภคและบรรจุภัณฑ์ทางการแพทย์
- การลดอุณหภูมิเริ่มต้นการปิดผนึก (SIT) ของฟิล์มโพลีโพรพีลีนสำหรับบรรจุภัณฑ์ความเร็วสูง การผสม PB-1 ลงในโพลีโพรพีลีนทำให้ สามารถลดอุณหภูมิการปิดผนึกด้วยความร้อนได้ต่ำถึง 65 °C โดยยังคงรักษาช่วงการปิดผนึกที่กว้างและคุณสมบัติทางแสงที่ดีของฟิล์มไว้ได้
กาวร้อนละลาย
PB-1 เข้ากันได้กับเรซิน เพิ่มความเหนียวหลากหลายชนิดให้ความแข็งแรงในการยึดเกาะสูง และช่วยปรับแต่ง "เวลาเปิด" ของกาว (สูงสุด 30 นาที) เนื่องจากมีจลนศาสตร์การตกผลึกที่ช้า ช่วยปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนและความหนืดของกาว[ 10 ]
การผสมและมาสเตอร์แบทช์
PB-1 สามารถรับปริมาณ สารเติมแต่งได้สูงมากถึงกว่า 70% เมื่อรวมกับจุดหลอมเหลวต่ำ จึงสามารถนำไปใช้ใน วัสดุคอม โพสิตหน่วงไฟที่ ปราศจากฮาโลเจน หรือเป็น ตัวนำ มาสเตอร์แบทช์สำหรับเม็ดสีไวต่ออุณหภูมิได้ PB-1 กระจายตัวได้ง่ายในโพลีโอเลฟินอื่นๆ และที่ความเข้มข้นต่ำ จะทำหน้าที่เป็นตัวช่วยในการประมวลผล ลดแรงบิด และ/หรือเพิ่มปริมาณงาน
ฉนวนกันความร้อน
PB-1 สามารถทำเป็นโฟมได้[ 11 ]การใช้โฟม PB-1 เป็นฉนวนกันความร้อนมีข้อดีอย่างมากสำหรับท่อส่งความร้อนส่วนกลาง เนื่องจากจำนวนวัสดุในโครงสร้างแซนด์วิชลดลงเหลือเพียงชนิดเดียว ทำให้สามารถนำไปรีไซเคิลได้ง่ายขึ้น[ 12 ]
แอปพลิเคชันอื่นๆ
การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ เครื่องทำน้ำอุ่นในครัวเรือน ฉนวนไฟฟ้า บรรจุภัณฑ์แบบอัด สายไฟและสายเคเบิล พื้นรองเท้า และการดัดแปลงโพลีโอเลฟิน (การเชื่อมด้วยความร้อน การเพิ่มความนุ่มและความยืดหยุ่นของสารประกอบแข็ง การเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิและการคงรูปของสารประกอบอ่อน)
ความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม
ระบบประปาและระบบทำความร้อนที่ทำจาก PB-1 ถูกนำมาใช้ในยุโรปและเอเชียมานานกว่า 30 ปี โครงการอ้างอิงแรกในระบบทำความร้อนส่วนกลางและระบบทำความร้อนใต้พื้นในเยอรมนีและออสเตรียตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 ยังคงใช้งานอยู่จนถึงปัจจุบัน[ 8 ]
ตัวอย่างหนึ่งคือการติดตั้งท่อ PB-1 ในโครงการความร้อนใต้ดินเวียนนา (1974) ซึ่งมีการจ่ายน้ำร้อนใต้ดินที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่อุณหภูมิใช้งาน 54 °C และความดัน 10 บาร์ วัสดุท่ออื่นๆ ในการติดตั้งเดียวกันนั้นเกิดความเสียหายหรือสึกกร่อนและถูกเปลี่ยนใหม่ในระหว่างนั้น[ 8 ]
มาตรฐานสากลกำหนดข้อกำหนดประสิทธิภาพขั้นต่ำสำหรับท่อที่ทำจาก PB-1 ที่ใช้ในงานน้ำร้อน วิธีการคาดการณ์มาตรฐานคาดการณ์อายุการใช้งานเกิน 50 ปีที่อุณหภูมิ 70 °C และความดัน 10 บาร์[ 8 ]
การฟ้องร้องแบบกลุ่มและการเพิกถอนการใช้งานที่ได้รับอนุญาตตามข้อกำหนดของรหัสอาคาร
ท่อประปาโพลีบิวทิลีน (วางจำหน่ายในชื่อPoly-B ) ถูกนำมาใช้ในบ้านหลายล้านหลังที่สร้างในสหรัฐอเมริกาและแคนาดาตั้งแต่ประมาณปี 1978 ถึง 1997 ปัญหาการรั่วไหลและท่อแตกทำให้เกิดคดีฟ้องร้องแบบกลุ่ม Cox v. Shell Oilซึ่งตกลงกันที่ 1 พันล้านดอลลาร์[ 13 ] [ 14 ]การรั่วไหลเกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพของโพลีบิวทิลีนที่สัมผัสกับน้ำคลอรีน[ 15 ]
ท่อน้ำโพลีบิวทิลีนไม่ได้รับการยอมรับจากรหัสอาคารของสหรัฐอเมริกาอีกต่อไป และเป็นประเด็น[ 16 ]ของการฟ้องร้องดำเนินคดีแบบกลุ่มทั้งในแคนาดาและสหรัฐอเมริกา[ 17 ] [ 18 ]รหัสประปาแห่งชาติของแคนาดาปี 1995 ระบุว่าท่อโพลีบิวทิลีนสามารถใช้ได้ ยกเว้นท่อประปาหมุนเวียน ท่อดังกล่าวถูกถอดออกจากรายการที่ยอมรับได้ในมาตรฐานฉบับปี 2005 [ 19 ]
ในออสเตรเลียในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2566 กรมเหมืองแร่ การควบคุมอุตสาหกรรมและความปลอดภัยรายงานว่าบ้านเรือนในออสเตรเลียที่สร้างในปี พ.ศ. 2562-2563 ซึ่งใช้ท่อโพลีบิวทิลีนยี่ห้อหนึ่ง ได้กลายเป็นประเด็นของการสอบสวนเนื่องจากมีรายงานการรั่วไหลของน้ำจำนวนมาก[ 20 ] [ 21 ]
มีหลักฐานบ่งชี้ว่าการมีอยู่ของ สารประกอบ คลอรีนและคลอรามีนในน้ำประปา (ซึ่งมักเติมลงไปโดยเจตนาเพื่อชะลอการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย) จะทำให้โครงสร้างทางเคมีภายในของท่อโพลีบิวทิลีนและข้อต่ออะซีทัลที่เกี่ยวข้องเสื่อมสภาพลง[ 22 ]ปฏิกิริยากับน้ำที่มีคลอรีนดูเหมือนจะเร่งขึ้นอย่างมากจากแรงดึงและมักพบในวัสดุที่มีแรงทางกลสูงสุด เช่น ที่ข้อต่อ ส่วนโค้งงอ และส่วนหักงอการเกิดสีขาวจากแรงดึง เฉพาะที่ ของวัสดุมักเกิดขึ้นพร้อมกับและเกิดขึ้นก่อนการสลายตัวของพอลิเมอร์ ในกรณีที่รุนแรง การ "กัดกร่อน" ทางเคมีที่เกิดจากแรงดึงนี้อาจนำไปสู่การทะลุและการรั่วไหลภายในไม่กี่ปี แต่ก็อาจไม่เกิดความเสียหายเป็นเวลาหลายสิบปี ข้อต่อที่มีซีลอัดแบบอ่อนสามารถให้ระยะเวลาการใช้งานที่เพียงพอ
เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำกับท่อเกิดขึ้นภายในท่อ จึงมักยากที่จะประเมินขอบเขตของการเสื่อมสภาพ ปัญหาดังกล่าวอาจทำให้เกิดการรั่วซึมเล็กน้อยและท่อแตกโดยไม่มีสัญญาณเตือนล่วงหน้า วิธีแก้ปัญหาระยะยาวเพียงอย่างเดียวคือการเปลี่ยนท่อประปาโพลีบิวทิลีนทั้งหมดในอาคาร[ 23 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- ดันลอป, คาร์สัน (2003). "การเชื่อมต่อที่น่าสงสัยบนท่อโพลีบิวทิลีน"หลักการตรวจสอบบ้าน: ระบบประปา ชิคาโก: เดียร์บอร์น โฮม อินสติทิวชัน เอ ดูเคชั่น หน้า84–87 ISBN 978-0-7931-7939-8.