國產分散劑在懸浮聚合PVC中的應用

矯麗杰，郝 江

（天津渤天化工有限責任公司，天津 300480）

天津渤天化工公司懸浮PVC生產能力為20萬t/a，裝置自投產以來，所使用的分散劑一直是價格昂貴的進口產品，為了降低PVC生產成本，選擇各項性能指標優(yōu)良、用量少的助劑替代進口的分散劑是必要的。

在氯乙烯懸浮聚合過程中，分散劑的主要作用是防止聚合早期液滴間和聚合中后期聚合物顆粒間的聚并。分散劑可分為水溶性的有機高分子（如聚乙烯醇）和非水溶性的無機物（如磷酸鈣）。但隨著懸浮聚合技術的發(fā)展，綜合考慮到保護、隔離和降低界面張力、提高分散效果的雙重作用，往往采用復合分散體系。特定的反應體系中分散劑的種類、性質和用量則成為控制PVC樹脂顆粒特性的關鍵因素。目前，工業(yè)生產中多采用高分子保護膠體作分散劑。常用的有聚乙烯醇和纖維素醚（如HPMC）復合體系，起到分散和保膠的雙重作用，制得顆粒疏松均勻、粒度分布窄、表觀密度適宜的PVC樹脂[1]。

該公司所用的分散劑是PVA與羥丙基甲基纖維素（HPMC）的復合體系，其中，PVA主要起保膠作用，HPMC起分散作用。

1 國產分散劑A與進口分散劑B質量指標對比

國產分散劑A與進口分散劑B的質量指標對比數據見表1。

從表1中可以發(fā)現，國產分散劑A與進口分散劑B各項質量指標完全相同，因此國產分散劑A具備等量替代進口分散劑B的前提條件。

2 試驗部分

2.1 主要設備

聚合釜：錦西化工機械廠；離心機：沈陽東北機械廠，三足式；定量泵、天津市通用機械廠，JX 300 L/h；哈克流變儀：HAAKE Rheocord 900型，德國HAAKE公司；掃描電鏡：S-3200-N型，日立。

2.2 主要原料

（1）氯乙烯單體：質量分數≥99.9%；相對密度為 0.919 5（-15℃）；沸點為-13.9℃；乙炔含量：≤0.001%；多氯化物含量≤0.001%；自產。

表1 國產分散劑A與進口分散劑B質量指標對照

（2）無離子水：硬度為≤1×10-6；電阻值≥100 000 Ω；pH=6.5～7.5；自產。

（3）國產分散劑 A：黏度（4%）為 44.0～52.0；醇解度為78.5%～81.5%；四川。

（4）進口分散劑 B：黏度（4%）為 40.0～46.0；醇解度為86.5%～89.0%；日本。

（5）國產助分散劑 C：黏度/mpa·s為 7.5～9.5 醇解度（摩爾分數）/45.0%～51.0%；四川。

（6）引發(fā)劑 1：濃度為 40%；天津。

（7）引發(fā)劑 2：濃度為 70%；天津。

2.3 基本配方

配方 1 ∶m（HPMC） ∶m（進口分散劑 B）=2.2 ∶1.0，其他略。

配方 2 ∶m（HPMC） ∶m（國產分散劑 A）=2.2 ∶1.0，其他略。

配方 3∶m（HPMC） ∶m（國產分散劑 A） ∶m（國產助分散劑 C） =2.40∶1.00∶0.02，其他略。

2.4 工藝條件

將聚合釜沖洗干凈后，加入定量無離子水，然后，加入分散劑、引發(fā)劑及其他助劑。壓入定量的氯乙烯單體，開動攪拌，冷攪，升溫至聚合反應溫度聚合。待聚合反應結束，降壓，加終止劑出料，經離心、干燥處理后取樣測試。

2.5 樣品的制備

以該公司PVC樹脂的聚合工藝和配方為基礎，用國產分散劑A代替進口分散劑B進行試驗，其用量不變，其他原料及助劑品種和用量也不變。

2.6 性能測試

用常規(guī)測試儀器1套測試。黏數按GB3401-87規(guī)定進行；表觀密度按GB3402附錄A進行；篩余物按GB2916進行；吸油率按GB3400-93進行。

3 結果與討論

3.1 常規(guī)分析

2種PVC樹脂分析數據見表2。

表2 PVC樹脂分析數據

由表2可知，使用國產分散劑A后，所制的PVC樹脂樣品吸油量、表觀密度、干流、“魚眼”數等質量指標與用進口分散劑B的情況相同。熱分解溫度略有降低，VCM殘留量略有升高。

2種PVC樹脂的粒徑分析數據表3。

表3 PVC樹脂的粒徑分析數據

由表3可知，使用國產分散劑A后，所制的PVC樹脂樣品的平均粒徑基本不變，粒徑分布寬度及三目集中率變化也不大。

3.2 流變性能分析

2種PVC樹脂流變性能分析數據見表4。

由表4可知，使用國產分散劑A后，所制的PVC樹脂樣品的塑化時間與用進口分散劑B的情況相同，流變性能未變。

3.3 增塑劑吸收

2種PVC樹脂對增塑劑的吸收數據表5。

由表5可知，PVC樹脂樣品的增塑劑吸收量無明顯變化，均較好。

表4 PVC樹脂流變性能分析數據

表5 PVC樹脂對增塑劑的吸收數據

3.4 PVC樹脂的電鏡分析

對配方1和配方2制得的PVC樹脂分別進行了400倍和700倍電鏡分析，從電鏡照片看，使用國產分散劑A后，所制的PVC樹脂樣品的樹脂顆粒形態(tài)、樹脂疏松度情況與用進口分散劑B的情況基本相同。

3.5 粘釜情況比較

通過對用國產分散劑A代替進口分散劑B，聚合釜試驗情況進行比較，發(fā)現聚合釜的氣液交界面、液相部分、攪拌漿葉等處粘釜情況基本相同。

4 分散體系優(yōu)化

通過以上對比試驗可知國產分散劑替代進口分散劑在該公司PVC懸浮聚合生產中完全可行。為了提高產品質量，又對國產分散劑的加入量和加入比例做了調整并添加了第三種國產助分散劑C，以對聚合后期顆粒起到更好的保護和分散作用。在試驗過程中，密切觀察聚合釜攪拌電流、釜溫、釜壓的情況。產品的測試分析結果見表6。

表6 采用三元國產分散劑所得PVC樹脂的質量指標

由表6可知，通過對國產分散劑的加入量和加入比例做了調整并加入第三種國產助分散劑C，將分散體系由二元變成三元復合體系，所產PVC產品質量均達到GB 5761-93優(yōu)等品的技術指標要求，尤其是影響該公司PVC產品不能達到優(yōu)級品的假比重指標，比過去大幅度提高,由0.50提高到0.56。

5 經濟效益

目前，進口分散劑的價格為5.8萬元/t，國產分散劑價格為3.5萬元/t，按照年產PVC 15萬t計算，需分散劑 60 t，每年可降低成本 60×（5.8-3.5）＝138（萬元）。由此可見，在保證優(yōu)質的前提下，通過用國產分散劑替代進口分散劑可以降低成本。

6 結論

使用國產分散劑A生產PVC樹脂后，不僅大大降低了生產成本，而且PVC樹脂的各項指標（吸油量、表觀密度、干流、“魚眼”數、塑化時間等）都相同，PVC樹脂粒徑分布、三目集中率和粘釜情況、增塑劑吸收量、樹脂顆粒形態(tài)、疏松度基本相同，熱分解溫度略有降低，VCM殘留量略有升高，變化不大。國產分散劑A代替進口分散劑B，聚合反應穩(wěn)定且重復性好。為了提高產品質量，對國產分散劑的加入量和加入比例做了調整并添加了第三種國產助分散劑C，PVC產品質量全面提高。

［1］錢素躍.PVA—L一9—78替代F50在PVC生產中的應用.聚氯乙烯，2008，36（2）：15.