聚氯乙烯(PVC)的生產(chǎn)工藝和基礎(chǔ)知識(shí).doc

聚氯乙烯(PVC)的生產(chǎn)工藝和基礎(chǔ)知識(shí)一、PVC的生產(chǎn)工藝 聚氯乙烯是由氯乙烯通過自由基聚合而成的。有懸浮聚合法、乳液聚合法和本體聚合法，以懸浮聚合法為主，約占PVC總產(chǎn)量的80左右。 單體的來源：乙烯法、石油法和電石法。 我國(guó)的方法：主要還是電石法。 樹脂的質(zhì)量以粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表觀密度、孔隙度、魚眼、熱穩(wěn)定性、色澤、雜質(zhì)含量及粉末自由流動(dòng)性等性能來表征。 （1）懸浮聚合法使單體呈微滴狀懸浮分散于水相中，選用的油溶性引發(fā)劑則溶于單體中，聚合反應(yīng)就在這些微滴中進(jìn)行，聚合反應(yīng)熱及時(shí)被水吸收，為了保證這些微滴在水中呈珠狀分散，需要加入懸浮穩(wěn)定劑，如明膠、聚乙烯醇、甲基纖維素、羥乙基纖維素等。引發(fā)劑多采用有機(jī)過氧化物和偶氮化合物，如過氧化二碳酸二異丙酯過氧化二碳酸二環(huán)己酯、過氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二異庚腈、偶氮二異丁腈等。聚合是在帶有攪拌器的聚合釜中進(jìn)行的。聚合后，物料流入單體回收罐或汽提塔內(nèi)回收單體。然后流入混合釜，水洗再離心脫水、干燥即得樹脂成品。 （2）乳液聚合法最早的工業(yè)生產(chǎn) PVC的一種方法。在乳液聚合中，除水和氯乙烯單體外，還要加入烷基磺酸鈉等表面活性劑作乳化劑，使單體分散于水相中而成乳液狀，以水溶性過硫酸鉀或過硫酸銨為引發(fā)劑，還可以采用“氧化-還原”引發(fā)體系，聚合歷程和懸浮法不同。也有加入聚乙烯醇作乳化穩(wěn)定劑，十二烷基硫醇作調(diào)節(jié)劑，碳酸氫鈉作緩沖劑的。聚合方法有間歇法、半連續(xù)法和連續(xù)法三種。聚合產(chǎn)物為乳膠狀，乳液粒徑0.052m，可以直接應(yīng)用或經(jīng)噴霧干燥成粉狀樹脂。乳液聚合法的聚合周期短，較易控制，得到的樹脂分子量高，聚合度較均勻，適用于作聚氯乙烯糊，制人造革或浸漬制品。 （3）本體聚合法聚合裝置比較特殊，主要由立式預(yù)聚合釜和帶框式攪拌器的臥式聚合釜構(gòu)成。聚合分兩段進(jìn)行。單體和引發(fā)劑先在預(yù)聚合釜中預(yù)聚1h，生成種子粒子，這時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)810，然后流入第二段聚合釜中，補(bǔ)加與預(yù)聚物等量的單體，繼續(xù)聚合。待轉(zhuǎn)化率達(dá)8590，排出殘余單體，再經(jīng)粉碎、過篩即得成品。樹脂的粒徑與粒形由攪拌速度控制，反應(yīng)熱由單體回流冷凝帶出。此法生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本也較低。二、PVC發(fā)明小故事 一些德國(guó)企業(yè)認(rèn)為乙炔氣是一個(gè)很大的市場(chǎng)，就投資制造了大量的乙炔氣?？删驮诖罅康囊胰脖簧a(chǎn)出來時(shí)，新型發(fā)電機(jī)被發(fā)明了。隨之而來的是電價(jià)的大幅度下降，從此再?zèng)]有人用乙炔氣燈了。這樣一來，大量的乙炔氣就沒用了。 PVC的發(fā)明過程很有意思。這要從100多年前的德國(guó)說起當(dāng)時(shí)電的價(jià)格很貴，照明用燈是一般是用乙炔氣為燃料的。 為了利用這些乙炔氣，在1912年的時(shí)候，有一個(gè)叫Fritz Klatte的德國(guó)化學(xué)家，將乙炔與鹽酸反應(yīng)得到了氯乙烯。他把得到的氯乙烯放在實(shí)驗(yàn)室的架子上，過了一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)氯乙烯聚合了。聚氯乙烯就這樣被發(fā)明了。 遺憾的是，當(dāng)時(shí)他并不知道聚氯乙烯有什么用處，雖然他所在的公司(Greisheim Electron)將聚氯乙烯這種材料在德國(guó)申請(qǐng)了專利，但直到1925年專利過期，他們也沒有想出聚氯乙烯有什么用途。然而就在一年后，即1926年，美國(guó)化學(xué)家，Waldo Semon，又一次獨(dú)立地發(fā)明了聚氯乙烯，而且發(fā)現(xiàn)這種材料具有優(yōu)良隔水性能，非常適合做浴簾。 于是，Semon和他所在的B.F.Goodrich公司將聚氯乙烯在美國(guó)申請(qǐng)了專利，就這樣PVC開始被大量生產(chǎn)應(yīng)用。三、PVC的特性 玻璃化溫度： 85。熔點(diǎn)： 130。 無定型態(tài)密度(25): 1.385 g/cm3。 晶體密度(25): 1.52 g/cm3。生產(chǎn)的PVC分子量一般在5萬12萬范圍內(nèi)，具有較大的多分散性，分子量隨聚合溫度的降低而增加。 無固定熔點(diǎn)，8085開始軟化，130變?yōu)檎硰棏B(tài)，160180開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。 有較好的機(jī)械性能，抗張強(qiáng)度60MPa左右，沖擊強(qiáng)度510kJm2。 有優(yōu)異的介電性能。 PVC為無定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較校但對(duì)光和熱的穩(wěn)定性差，在100以上或經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間陽光曝曬，就會(huì)分解而產(chǎn)生氯化氫，并進(jìn)一步自動(dòng)催化分解，引起變色，物理機(jī)械性能也迅速下降，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對(duì)熱和光的穩(wěn)定性。 加工時(shí)對(duì)熱的穩(wěn)定性比較差。 PVC很堅(jiān)硬，溶解性也很差。只能溶于環(huán)己酮、二氯乙烷和四氫呋喃等少數(shù)溶劑中。剛性PVC是使用最廣泛的塑料材料之一。PVC材料是一種非結(jié)晶性材料。 PVC材料在實(shí)際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、輔助加工劑、色料、抗沖擊劑及其它添加劑。 PVC材料具有不易燃性、高強(qiáng)度、耐氣侯變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。 PVC對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力。然而它能夠被濃氧化酸如濃硫酸、濃硝酸所腐蝕并且也不適用與芳香烴、氯化烴接觸的場(chǎng)合。 PVC在加工時(shí)熔化溫度是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，如果此參數(shù)不當(dāng)將導(dǎo)致材料分解的問題。 PVC的流動(dòng)特性相當(dāng)差，其工藝范圍很窄。特別是大分子量的PVC材料更難于加工（這種材料通常要加入潤(rùn)滑劑改善流動(dòng)特性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。 PVC的收縮率相當(dāng)?shù)?，一般?.20.6%。四、改性PVC的主要品種 （1）氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：制造塑料地板、涂料、薄膜、壓塑制品、唱片及短纖維等。 （2）氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物：這種共聚物制得的薄膜無毒、透明，具有極低的透氣性與透濕性，是極好的食品包裝材料。這種共聚物也是一種優(yōu)良的防腐蝕材料。由其制造的纖維稱偏氯綸，可做漁網(wǎng)、座墊編織物和化工濾布等。 （3）丙烯-氯乙烯或乙烯氯乙烯共聚物：丙烯含量約10的共聚物，用于吹塑成型和注射成型等。與氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比，加工溫度較低、且與熱分解溫度間隔大，熔體流動(dòng)性好，無毒，透明可制透明度高的薄膜、容器等。 （4）氯乙烯接枝共聚物：以乙烯-醋酸乙烯酯樹脂為基材的氯乙烯接枝共聚物，具有優(yōu)良的耐沖擊性、耐氣候性和耐熱性，適于作室外用建筑材料。 （5）氯化聚氯乙烯：PVC經(jīng)氯化而得的一種熱塑性樹脂，俗稱過氯乙烯，簡(jiǎn)稱CPVC，含氯量6168，氫原子沒有全部被氯取代。白色或淡黃紫色粉末，溶解性比聚氯乙烯好，能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四氯乙烷，耐熱性比聚氯乙烯高2040，耐寒性比聚氯乙烯約低25，不易燃燒，耐氣候、耐化學(xué)藥品及耐水性均優(yōu)?？梢杂脭D出法生產(chǎn)管材，主要作熱水上水管使用。 氯化聚氯乙烯的溶液有良好的粘合性、成膜性和成纖性，可用于膠粘劑、清漆和紡絲。膠粘劑主要用于粘接 PVC板及其制品。 清漆的漆膜能耐腐蝕、柔軟、耐磨且剝離強(qiáng)度高。 用它紡成的絲稱過氯綸，對(duì)酸、堿、鹽皆穩(wěn)定，適于作耐化學(xué)腐蝕的濾布、工作服、篩網(wǎng)、漁網(wǎng)和運(yùn)輸帶等。五、PVC的應(yīng)用 （1）PVC的應(yīng)用一般軟制品。利用擠出機(jī)可以擠成軟管、電纜、電線等；利用注射成型機(jī)配合各種模具，可制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽車配件等。 （2）PVC的應(yīng)用薄膜。PVC與添加劑混合、塑化后，利用三輥或四輥壓延機(jī)制成規(guī)定厚度的透明或著色薄膜，用這種方法加工的薄膜，稱壓延薄膜。也可以將軟PVC粒料，利用吹塑成型機(jī)吹制成薄膜，這稱為吹塑薄膜。薄膜上可以印花(如包裝裝潢圖案和商標(biāo)等)。薄膜用途很廣，可以通過剪裁，熱合加工成包裝袋、雨衣、桌布、窗簾、充氣玩具等。寬幅的透明薄膜可以供溫室、塑料大棚及地膜之用。經(jīng)雙向拉伸的薄膜，有受熱收縮的特性，可用于收縮包裝。 （3）PVC的應(yīng)用涂層制品。有襯底的人造革是將 PVC糊涂敷于布上或紙張上，然后在 100以上塑化而成。也可以先將PVC與助劑壓延成薄膜，再與襯底材料加熱壓合而成。無襯底的人造革則是直接由壓延機(jī)壓延成一定厚度的軟質(zhì)薄片，再壓上花紋即成。人造革可以用來制作皮箱、皮包、書的封面、沙發(fā)及汽車的座墊等。還有地板革，用作建筑物的鋪地材料。 （4）PVC的應(yīng)用泡沫制品。軟質(zhì) PVC混煉時(shí)，加入適量的發(fā)泡劑作成片材，經(jīng)發(fā)泡成型為泡沫塑料，可作泡沫拖鞋、涼鞋、鞋墊、坐墊、及防震緩沖包裝材料。也可用擠出機(jī)擠出成低發(fā)泡硬PVC板材和異型材，可代替木材使用，是一種新型的建筑材料。 （5）PVC的應(yīng)用透明片材。PVC中加沖擊改性劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、塑化、壓延而成為透明的片材。利用熱成型可以作成薄壁透明容器或用于真空吸塑包裝，是優(yōu)良的包裝材料和裝飾材料如月餅包裝盒。 （6）PVC的應(yīng)用糊制品。將 PVC分散在液體增塑劑中，使其溶脹塑化而成增塑溶膠，通常用乳液或微懸浮樹脂，還需加穩(wěn)定劑、填料、著色劑等，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，脫氣泡后，配成PVC糊，再用浸漬、澆鑄或搪塑等加工成各種制品。如衣架、工具手柄、圣誕樹等。 （7）PVC的應(yīng)用硬管和板材。 PVC中加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑和填料，經(jīng)混煉后，用擠出機(jī)可擠出各種口徑的硬管、異形管、波紋管，用作下水管、引水管、電線套管或樓梯扶手。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以切割成所需的形狀，然后利用PVC焊條用熱空氣焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的貯槽、風(fēng)道及容器等。 （8）PVC的應(yīng)用其它。門窗由硬質(zhì)異形材料組裝而成。在有些國(guó)家已與木門窗、鋁窗等共同占據(jù)門窗的市場(chǎng)；仿木材料、代鋼建材（北方、海邊）；中空容器；油瓶、水瓶（已經(jīng)被PET、PP代替）。六、PVC的應(yīng)用概述 聚氯乙烯是用途最廣泛的通用塑料之一。PVC具有很好的隔水性，所以被廣泛用于制造水管，浴簾；此外PVC具有阻燃性能，因?yàn)樵谌紵龝r(shí)，PVC會(huì)釋放出抑制燃燒的氯原子。 供水管道，家用管道，房屋墻板，商用機(jī)器殼體，電子產(chǎn)品包裝，醫(yī)療器械，食品包裝等。 仿木材料、代鋼建材。 1.化工設(shè)備：管道、貯槽、反應(yīng)器及反應(yīng)器襯里、煙囪、鼓風(fēng)機(jī)、泵及閥門。 2.建筑：墻紙、地板、建筑板材、門