塩ビを燃やすとどうなるか？　−基礎的な実験結果

塩ビ（ポリ塩化ビニル）は他のプラスチック（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）と比べて、耐熱性に優れている。実際、炎であぶるとポリエチレンなら火が付き炎を出して燃えるが、塩ビはガスを出して変性するものの火はなかなかつかない。耐熱性には優れているが、加熱時に有毒ガスを出すのが厄介である。以下に、基本的過ぎて論文にならないような実験データをまとめてみた。

空気中で加熱するとどうなるか？　−熱重量測定（ＴＧ）の結果

試料として、東急ハンズで市販されている工作用硬質塩化ビニル板を切断したもの5.01mgを用い、空気中、昇温速度20℃/分で室温から1000℃まで加温し、温度上昇時の各温度での重量を調べた。分解してガスが発生したり、燃焼したりして、塩ビが変化すればそれに伴う重量変化が観察されることになり、重量変化の割合や温度からどんな化学変化が起きたのかを知ることができる。これを熱重量測定（TG, Thermogravimetry）という。


図　硬質ポリ塩化ビニルの空気中でのTG測定結果（昇温速度20℃/min）

　上の図を見てわかるように、大きく分けて４段階の重量減少が見られる。室温から230℃前後にかけての重量減少は可塑剤など低分子量の化合物が揮発したためと考えられる。次の2段階目の230℃〜400℃での重量減少は主に塩化水素の発生によるものと考えられる。ここでの重量減少率は56.4%である。これは塩ビ中の塩素が全て塩化水素となって出ていったと考えたときの重量減少率58.4%とよく一致している。いわゆるプラスチックの脱塩素処理というのはこの温度範囲で行われているはずである。400℃〜600℃の重量減少は脱塩素された後の有機物が分解あるいは燃焼しているものと考えられる。別の実験で、同様に電気炉で空気中で加熱したときは390℃〜610℃の範囲で激しく白煙（刺激臭はほとんどなし）が発生したのでそれに対応しているものと考えられる。

窒素中で加熱するとどうなるか？　　400℃で炭化物に

電気炉を使って、硬質塩化ビニル板0.44gを窒素中、400℃で20分加熱すると下写真のような炭化物となった。この残渣の重量は約0.11g（誤差あり）であった。発生したガスは塩化水素をほとんど含まなかった（分析結果は理論値の1.4%）。臭気から判断するに有機塩素化合物に変化して出ていったようである。ちなみにこの窒素中でのプロセスを応用したものが、ダイオキシンの脱塩素法として知られるハーゲンマイヤー法である。



塩化水素だけで塩素はでないのか？　　条件によっては出る

塩ビを燃やすと「塩素が出る」と言われるが、「塩化水素が出る」と言ったほうがいいようだ。塩素Cl2は黄緑色の気体でいわゆるプールの消毒薬の臭い（刺激臭）である。塩化水素HClは無色の気体で水に溶けて塩酸となり、臭いは刺激臭だがCl2とは少し違う。発生するガスを見ている限り、塩化水素が大部分のようである。たまに燃焼状態が変化すると黄緑色の塩素が発生することもある。蒸発皿で塩ビを燃やしてみたとき、白煙発生中に塩ビをひっくり返すと急に黄緑色のガスが出てきて驚いたことがある（下写真　すこし分かりにくい）。






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