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聚氯乙烯
(PVC)
的生产工艺和基础知识
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一、
PVC
的生
产工艺
聚氯乙烯是由氯乙烯通过自由基聚合而成的。
有悬浮聚合法、乳液聚合法和本体聚合法,以悬浮聚合法为主,约占
PVC
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总产量的
80
%左右。
单体的来源:乙烯法、石油法和电石法。
我国的方法:主要还是电石法。
树脂的质量以粒度和粒度分布、
分子量和分子量分布、
表观密度、
孔隙度、
鱼眼、
热稳定性、色泽、杂质含量及粉末自由流动性等性能来表征。
(
1
)
悬浮聚合法使单体呈微滴状悬浮分散于水相中,
选用的油溶性引
发剂则溶于
单体中,
聚合反应就在这些微滴中进行,
聚合反应热及时被水吸收,
为了保证这些微
滴在水
中呈珠状分散,需要加入悬浮稳定剂,如明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙
基纤维素等
。
引发剂多采用有机过氧化物和偶氮化合物,
如过氧化二碳酸二
异丙酯过
氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯和偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈
等。
聚合是在带有搅拌器的聚合釜中进行的。
聚合后,
物料流入单体回收罐或汽提塔内回
收单体。然后流入混合釜,水洗再离心
脱水、干燥即得树脂成品。
(
2
)乳液聚合法最早的工业生产
PV
C
的一种方法。在乳液聚合中,除水和氯乙
烯单体外,
还要加入烷基磺酸钠等表面活性剂作乳化剂,
使单体分散于水相中而成乳
液状,
以水溶性过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂,
还可以采用“氧化
-
还原”引发体系,
聚合历程和悬浮法不同。也有加入聚乙烯醇作乳化稳定剂,十二烷基硫醇作调节剂,
碳酸氢钠作缓冲剂的。
聚合方法有间歇法、
半连续法和连续
法三种。
聚合产物为乳胶
状,乳液粒径
0.05
~
2
μ
m
,可以直接应用或经喷雾干燥成粉状树脂。乳液聚合法的
聚
合周期短,
较易控制,
得到的树脂分子量高,
< br>聚合度较均匀,
适用于作聚氯乙烯糊,
制人造革或浸渍制
品。
(
3
)
本体聚合法聚合装置比较特殊,
主要由立式预聚合釜和带框式搅拌器的卧式
聚合釜构成。聚合分两段进行。单体和引发剂
先在预聚合釜中预聚
1h
,生成种子粒
子,
这时转化率达
8
%~
10
%,
然后流入第二段聚合釜中,
补加与预聚物等量的单体,
继续聚合。待转化率达
85
%~
90
%,排出残余单体,再经粉碎
、过筛即得成品。树
脂的粒径与粒形由搅拌速度控制,反应热由单体回流冷凝带出。此法
生产过程简单,
产品质量好,生产成本也较低。
二、
PVC
发明小故事
一些德国企业认为乙炔气是一个很大的市场,
就投资制造了大量的乙炔气。
可就
在大量的乙炔
被生产出来时,
新型发电机被发明了。
随之而来的是电价的大幅
度下降,
从此再没有人用乙炔气灯了。这样一来,大量的乙炔气就没用了。
PVC
的发明过程
很有意思。
这要从
100
多年前的德国说起——当时电的价格很贵,<
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照明用灯是一般是
用乙炔气为燃料的。
为了利用这些乙炔气,
在
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1912
年的时候,
有一个叫
Fritz
Klatte
的德国化学家,
将乙炔与盐酸反应得到了氯乙烯。
他把得到的氯乙烯放在实验室的架子上
,
过了一段
时间,发现氯乙烯聚合了。聚氯乙烯就这样被发明了
。
遗憾的是,
当时他并不知道聚氯乙烯有什么用处,
虽然他所在的公司
(Greisheim
Electron)
将聚氯乙烯这
种材料在德国申请了专利,
但直到
1925
年专利过期,
他们也
没有想出聚氯乙烯有什么用途。然而就
在一年后,即
1926
年,美国化学家,
Waldo
Semon
,又一次独立地发明了聚氯乙烯,而
且发现这种材料具有优良隔水性能,非常
适合做浴帘。
于是,
Semon
和他所在的
ch
公司将聚氯乙烯在美国申请了专利
,就
这样
PVC
开始被大量生产应用。
三、
PVC
的特性
玻璃化温度:
85
℃。熔点:
130
℃。
无定型态密度
(25
℃
):
1.385 g/cm3
。
晶体密度
(25
℃
): 1.52 g/cm3
。生产的
PVC
分子量一般在
5
万~
12<
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万范围内,
具有较大的多分散性,分子量随聚合温度的降低而增加
。
无固定熔点,
80
~
85
℃开始软化,
130
℃变为粘弹态,
160
~
180
℃开始转变为粘
流态。
有较好的机械性能
,抗张强度
60MPa
左右,冲击强度
5
~
10kJ
/
m2
。
有优异的介电性能。
PVC
为无定形
结构的白色粉末,支化度较校但对光和热的
稳定性差,在
100
℃以上或经长时间阳光曝晒,就会分解而产生氯化氢,并进一步自
动催化分解,
引起变色,
物理机械性能也迅速下降,
在实际应用中必须加入稳定剂以
提高对热和光的稳定性。
加工时对热的稳定性比较差。
PVC
很坚硬,溶解性也很差。只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂
中。刚性
PVC
是使用最广泛的塑料材料之一
。
PVC
材料是一种非结晶性材料。
PVC
材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅
助加工剂、色料、抗冲击剂
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