Polyvinylbutyral (zkratka PVB) je syntetický polymer vznikající kondenzací polyvinylalkoholu s butyraldehydem. Díky své pružnosti, průhlednosti a vysoké adhezi ke sklu a kovům se používá především jako mezivrstva v laminovaném bezpečnostním skle.

Historie Vývoj polyvinylbutyralu (PVB) úzce souvisí s rozvojem automobilového průmyslu a požadavkem na bezpečnostní vrstvené sklo. Myšlenka laminace skla syntetickou vrstvou sahá na počátek 20. století a bývá připisována francouzskému chemikovi Édouardu Benedictusovi, který po laboratorní nehodě pozoroval, že baňka pokrytá zbytky celulózového nitrátu se po pádu úplně neroztříštila. V následujících desetiletích byl zaveden průmyslový proces výroby vrstveného skla (obchodně „Triplex“), přičemž až do roku 1935 se jako mezivrstva používal téměř výhradně celulózový nitrát (Pyralin) lepený přírodní pryskyřicí (kanadský balzám).

Klíčovým předstupněm PVB byl objev polyvinylalkoholu (PVA) v Německu roce 1924 (Haehnel a Herrmann) a následné patenty na jeho acetalizaci. Na tyto práce navázala v roce 1935 patentová ochrana polyvinylbutyralu (Union Carbide and Carbon Corporation). PVB rychle nahradil celulózový nitrát jako mezivrstvu v automobilovém bezpečnostním skle díky lepším vlastnostem při nízkých teplotách, vyšší houževnatosti v širokém teplotním rozsahu a nižším nákladům. Již na počátku 30. let probíhala i komercializace dalších vinylacetalových polymerů, přičemž PVB připravený z butyraldehydu se ukázal jako nejvhodnější. Jako další významný mezník se uvádí patent R. L. Overholta (DuPont) z 18. srpna 1942, který popisuje použití PVB v nátěrových kompozicích; tento krok přispěl k rozšíření aplikací PVB i mimo oblast laminovaného skla. V roce 1964 byly vyvinuty lamináty s vysokou odolností proti průrazu a v dalších dekádách se přidávaly funkce jako akustické tlumení či UV ochrana.

Vlastnosti PVB je převážně amorfní vinylacetalový termoplastický polymer složený z jednotek vinylbutyralu (VB), vinylalkoholu (VA) a vinylacetátu (VAc). V komerčních třídách se uvádějí přibližně rozsahy 52-74 mol % VB, 26-45 mol % VA a 0-4 mol % VAc. PVB se obvykle popisuje jako amorfní náhodný kopolymer s dobrou optickou čirostí.

U neplastifikovaných pryskyřic leží Tg obvykle v rozmezí ~57-71 °C (závisí zejména na obsahu VA a vlhkosti). Zbytkové –OH skupiny (VA jednotky) zvyšují Tg, viskozitu, modul a pevnost, ale snižují zpracovatelnost; zároveň nesou hlavní podíl na adhezi k polárním substrátům (např. sklu) tvorbou vodíkových a částečně kovalentních (silylalkyléterových) vazeb na povrchu skla. PVB se při pokojové teplotě chová jako houževnatý amorfní polymer s výraznou viskoelastickou odezvou.

PVB je dobrý izolant. Relativní permitivita se udává řádově 2,6-3,2 (100 Hz až 1 MHz) a ztrátový činitel ~6 × 10⁻³ až 3 × 10⁻² (závisí na složení a frekvenci). Nad Tg začínají převládat jevy rozhranové polarizace, dobře popsatelně v rámci formalis­mu komplexního elektrického modulu.

PVB je transparentní v oblasti viditelného spektra a vykazuje výraznou absorpci v UV, tím se vysvětluje potřeba UV stabilizace u interlayerů ve vrstveném skle.

Rozpustnost PVB je citlivá na obsah VA. PVB je rozpustný zejména v alkoholech, glykolových etherech a vybraných polárních směsích.

Tepelná stabilita a degradace. PVB vykazuje dostatečnou tepelnou stabilitu pro běžné aplikace. V atmosféře vzduchu se významnější hmotnostní úbytek objevuje přibližně od ~280 °C a v inertní atmosféře ve vyšších teplotách. Oxidační prostředí urychluje zesíťování, zvyšování Tg a tvorbu karbonylových skupin, rozklad zahrnuje štěpení acetalových postranních skupin a uvolnění nízkomolekulárních produktů včetně aldehydu.

Příprava Polyvinylbutyral (PVB) je vinyl-acetalový polymer vznikající hydrolýzou poly(vinylacetátu) (PVAc) na poly(vinylalkohol) (PVA) a následnou acetalizací PVA n-butyraldehydem (BA) v přítomnosti kyselého katalyzátoru. Acetalizace odpovídá reakci jedné molekuly aldehydu se dvěma alkoholovými skupinami za vzniku acetalového (1,3-dioxanového) cyklu na řetězci PVA.

PVAc se připravuje polymerací vinylacetátu a po (neúplné) hydrolýze poskytuje PVA s převahou 1,3-glykolových jednotek; aldehydem je n-butyraldehyd, katalyzátorem silná minerální kyselina.

Výroba PVB se průmyslově vyrábí buď „rozpouštědlovým“ postupem (acetal vzniká v organickém médiu), nebo „vodným“ postupem (PVB během reakce s BA z vodného roztoku PVA vysráží).

V rozpouštědlovém schématu se PVAc nejprve saponifikuje ethanolem (vznik PVA), poté se PVA v ethanolu rozpustí a acetalizuje s BA; po dokončení se PVB vysráží do vody a následuje neutralizace a promývání.

Ve vodném schématu se PVA rozpustí ve vodě (často s kyselinou octovou), okyselí se minerální kyselinou a reaguje s BA, přičemž PVB během acetalizace z reakční směsi precipituje; po reakci se kyselina zneutralizuje a pryskyřice se oddělí a promyje. Typicky probíhá nízkoteplotní emulgace/kondenzace (≈5-10 °C) s růstem AD (degree of acetalization) do ~20-30% hm., kdy PVB vysráží do kuličkových shluků (granulí), a následné „zrání“ při 40-60 °C do vysokého AD a snadné separace.

Spojování Pro dosažení čirého spoje je klíčová čistota povrchu skla, řízená vlhkost (cca 20-30 % RH) a bezprašné prostředí při montáži. Kvalita spojů se ověřuje mechanickými zkouškami (smyk, tah, odtrh) a klimatickými cykly simulujícími vlhkost a teplotní namáhání.

Běžné způsoby spojování PVB: Laminace skla – PVB fólie mezi tabulemi, odplynění (vakuování) a autokláv. Lepidla roztoková lepidla na bázi PVB (alkoholy/ketony), PVB + fenolická pryskyřice (teplem vytvrditelná), tavná (hot-melt) na bázi PVB.

Tepelné spojování – laminace/heat-sealing PVB fólií. Solventní spojování PVB–PVB – krátký kontakt rozpouštědlem + přítlak.

Použití Laminované bezpečnostní sklo. Největší a historicky klíčová oblast použití PVB jsou mezivrstvy ve vrstveném (laminovaném) skle pro automobilová čelní skla i architekturu. PVB díky adhezi ke sklu, houževnatosti a optické čirosti spojuje tabule skla při teple a tlaku v autoklávu a zvyšuje odolnost vůči nárazu i průrazu.

Vícevrstvé (často třívrstvé) akustické PVB tlumí přenos zvuku v kritickém pásmu lidského sluchu (řádově jednotky kHz) a zvyšuje útlum oproti standardnímu PVB. Například, výrobkové listy společnosti "Saflex" uvádějí snížení přenášeného hluku až o ~10 dB v kritickém pásmu a ~4-6 dB u automobilových čelních skel oproti běžným konstrukcím.

PVB se široce uplatňuje jako pojivo v ochranných nátěrech (wash primery na kovy), ve smaltech na vodiče a jako složka lepidel (samostatně nebo s fenolickými/epoxidovými pryskyřicemi). Výhodou je rychlé zasychání, houževnatost a výborná adheze k mnoha substrátům (sklo, kovy, dřevo, kůže, papír).

Ve sklech sklo-sklo i sklo–zadní fólie se PVB používá jako zapouzdřovací mezivrstva FV (fotovoltaických) modulů; díky vysoké transmitanci nad ~450 nm a silné adhezi ke sklu patří k hlavním alternativám vedle EVA (etylen-vinylacetát), ionomerů, TPU (termoplastický polyuretan) a modifikovaných polyolefinů.

Odkazy

Reference

Související články Polyvinylacetát Polyvinylalkohol Butyraldehyd

Externí odkazy

Polyvinyl butyral – PubChem Polyvinyl Butyral – ScienceDirect Topics

Kategorie:Polymery Kategorie:Termoplasty