聚氯乙烯粉體靜電控制與消除

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

在懸浮法生產(chǎn)聚氯乙烯樹(shù)脂裝置中，聚合漿料經(jīng)過(guò)汽提工序回收部分未反應(yīng)的氯乙烯單體后，普遍采用離心干燥和氣流干燥兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)脫除母液水分，以獲得含水量低于0.3%的聚氯乙烯粉體，然后經(jīng)過(guò)篩分、風(fēng)送至成品料倉(cāng)[1]。聚氯乙烯等高聚物粉體電阻率較大，在氣流干燥和粉體風(fēng)送時(shí)產(chǎn)生大量靜電，往往會(huì)影響PVC樹(shù)脂粉的干流性能和生產(chǎn)安全。在這里，我們簡(jiǎn)單分析化工生產(chǎn)過(guò)程中PVC樹(shù)脂粉體靜電產(chǎn)生的原因，并采用合理的措施控制和消除靜電。

1 聚氯乙烯粉體靜電起電原因

懸浮法PVC樹(shù)脂顆粒是粒徑大小為100～180μm的高官能度大分子團(tuán)，大分子鏈段由C、H和Cl原子組合而成，正常狀況下，其內(nèi)部質(zhì)子與電子數(shù)量相同，正負(fù)電荷平衡，對(duì)外表現(xiàn)電中性。在生產(chǎn)加工過(guò)程中，由于熱氣流干燥和粉體輸送的作用，使得PVC顆粒相互間、顆粒與空氣之間以及顆粒與金屬設(shè)備管道之間發(fā)生著復(fù)雜的摩擦和沖撞[2]。靜電學(xué)認(rèn)為：當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)，就會(huì)使得一個(gè)物體的一些電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，失去電子的物體帶正電，得到電子的物體帶負(fù)電。物料顆粒與空氣分子、金屬設(shè)備內(nèi)壁間接觸時(shí)間極短，分離時(shí)因接觸造成的不平衡電荷難以迅速中和，一部分電荷被空氣分子“捕獲”帶走或者經(jīng)金屬設(shè)備導(dǎo)出生產(chǎn)系統(tǒng)，而PVC粉體則會(huì)因?yàn)榉e累等量的反極性電荷，對(duì)外表現(xiàn)為帶靜電。聚氯乙烯屬有機(jī)高分子聚合物，其接觸起電機(jī)理在經(jīng)典靜電學(xué)基礎(chǔ)上與金屬材料帶電概念和理論有一定差別。

1.1 PVC粉體摩擦起電

PVC粉體與空氣、金屬間發(fā)生摩擦和沖撞實(shí)質(zhì)上就是“接觸—分離”的起電過(guò)程。一般高聚物、空氣等具有良好電介性的絕緣材料摩擦帶電情況與兩種電介質(zhì)的摩電序或介電常數(shù)有關(guān)。通常排在摩電序前面、介電常數(shù)大的高聚物表面產(chǎn)生正電；排在序列后面且介電常數(shù)小的材料得到電子，帶負(fù)電；在序列中差距愈遠(yuǎn)，摩擦起電量愈多。通用型PVC樹(shù)脂、干燥空氣的相對(duì)介電常數(shù)分別是3～4和1。高聚物材料與金屬間摩擦起電情況與兩者的表面電子逸出功或功函數(shù)有關(guān)，對(duì)逸出功大的金屬，高聚物材料失電子帶正電，相反則帶負(fù)電。

1.2 PVC粉體破壞起電

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，急劇的摩擦和沖撞還可能導(dǎo)致“破裂”或“拉絲”形式的破壞起電。為保證成品物料含水量合格，濕態(tài)PVC樹(shù)脂顆粒在干燥器中停留時(shí)間較長(zhǎng)，常用的氣流/旋風(fēng)干燥裝置，PVC樹(shù)脂停留時(shí)間大約為20min，而在沸騰床式干燥裝置中，PVC樹(shù)脂的停留時(shí)間可達(dá)1.5～2h。由于空氣流長(zhǎng)時(shí)間的推動(dòng)作用，樹(shù)脂相互間、與設(shè)備管道間發(fā)生的激烈碰撞，大大提高了PVC粒子破裂機(jī)率。破裂起電時(shí)，帶正電荷的粒子與帶負(fù)電荷的粒子雙方同時(shí)產(chǎn)生，受到多相流動(dòng)速度差的影響，可能會(huì)造成電荷分布不均并累積。電量大小與碎塊的數(shù)量、碎塊的大小、破裂的速度、破裂前電荷分布程度等因素有關(guān)。物料與轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備間的研磨以及風(fēng)送管道內(nèi)部突起間的摩擦極易引起高溫“塑化”或“拉絲”起電，塑化片和粉體靜電對(duì)成品后期加工塑化有巨大影響。

2 PVC粉體帶電形式和特點(diǎn)

金屬材料產(chǎn)生靜電，電荷一般分布在金屬的表面；PVC樹(shù)脂粉體摩擦起電時(shí)，產(chǎn)生的電荷不僅分布在顆粒表面，還會(huì)進(jìn)入疏松顆粒的內(nèi)部形成“體電荷”的分布，具有電荷不易泄漏的特點(diǎn)。

聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等高聚合物粉體具有優(yōu)良的電絕緣性，其表面電阻率和體積電阻率很高，在加工生產(chǎn)過(guò)程中帶上的靜電荷衰減速度很慢，可以保數(shù)月甚至數(shù)年無(wú)法消除。

PVC樹(shù)脂屬疏水性聚合物，不易吸收環(huán)境水分，若周圍空氣濕度低于40%時(shí)，在它的表面難以形成水分子導(dǎo)電層，靜電不易逸散，表現(xiàn)高電位。

3 聚氯乙烯樹(shù)脂粉體靜電的影響和危害

3.1 靜電危害與安全防范

聚氯乙烯粉體在干燥脫水、管道風(fēng)送、成品篩分、存儲(chǔ)和包裝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量靜電，靜電危害起因于靜電力和靜電火花，嚴(yán)重的靜電放電會(huì)引起可燃物的起火或爆炸。最簡(jiǎn)單又最可靠的辦法是用導(dǎo)線將設(shè)備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累。管道連接處必須加靜電跨接，每隔20m左右要架設(shè)靜電接地線。為消除料倉(cāng)內(nèi)的接地金屬尖端放電現(xiàn)象,可采用防靜電型料位報(bào)警器，如果有袋式除塵器要選用防靜電濾材。

3.2 粉體靜電對(duì)輸送的影響

粉體干流性指標(biāo)用以表證物料顆粒規(guī)整度和輸送流動(dòng)性，PVC樹(shù)脂顆粒粒徑小，表面能大，靜電荷積累會(huì)進(jìn)一步影響粉體干流性，降低輸送效率，表現(xiàn)為對(duì)成品篩網(wǎng)的吸附或者出現(xiàn)旋風(fēng)分離器、料倉(cāng)下料“架橋”等現(xiàn)象。在樹(shù)脂成形加工混料時(shí)，粉體靜電會(huì)導(dǎo)致?lián)交熘鷦┓稚⒉痪斐奢o料“起球”和“結(jié)塊”。

3.3 粉體靜電對(duì)包裝的影響

帶電粉塵的吸附性亦對(duì)PVC生產(chǎn)和后加工有較大的影響，當(dāng)帶有靜電的樹(shù)脂粉末靠近包裝物、生產(chǎn)設(shè)備等不帶靜電的物體時(shí)，由于靜電感應(yīng)，沒(méi)有靜電的物體內(nèi)部靠近帶靜電樹(shù)脂的一邊會(huì)生產(chǎn)相反極性的電荷，異性電荷互相吸引造成“靜電吸附”。若含水量過(guò)低（小于0.1%），在PVC粉體包裝過(guò)程中，物料與包裝物之間產(chǎn)生摩擦易引起粉塵懸浮和飛散；加工倒袋時(shí)，PVC粉末會(huì)吸附在包裝物內(nèi)膜、袋口等部位，直接造成生產(chǎn)浪費(fèi)。

4 靜電控制與消除[3]

4.1 生產(chǎn)過(guò)程中控制靜電產(chǎn)生

靜電是電荷產(chǎn)生和泄漏兩個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)平衡，所以消除靜電的方法就是控制電荷產(chǎn)生或使產(chǎn)生的電荷盡快逸散。提高粉體輸送管道彎頭倍數(shù)，拋光設(shè)備及管道內(nèi)壁粗糙毛刺，減少樹(shù)脂與設(shè)備、管道間的碰撞機(jī)率，消除粉體附著層等措施對(duì)減少靜電產(chǎn)生有積極作用。在成套的PVC干燥裝置中，由于受到工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的限制，單純從生產(chǎn)操作方面控制粉體靜電產(chǎn)生是比較困難的。

作業(yè)風(fēng)速越快，PVC粉體物料摩擦靜電量就會(huì)越大，為此生產(chǎn)時(shí)應(yīng)盡量降低干燥器內(nèi)熱氣流速度，減少風(fēng)送管路彎曲和收縮，抑制輸送風(fēng)量和物料量發(fā)生急劇波動(dòng)，保持均勻的輸送速度，但應(yīng)保證風(fēng)速不低于樹(shù)脂顆粒的自由沉降速度。

氣流溫度越低，其相對(duì)濕度越高，生產(chǎn)作業(yè)時(shí)樹(shù)脂粉體越不容易產(chǎn)生靜電，然而在降低氣流溫度的同時(shí)，卻會(huì)加大成品含水量偏高的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 靜電消除和防治方法

靜電消除和防治普遍采用的方法主要包括：接地導(dǎo)出電荷、加入抗靜電劑、調(diào)節(jié)環(huán)境空氣濕度、使用靜電消除設(shè)備。目前，在PVC樹(shù)脂成形加工過(guò)程中廣泛采用抗靜電劑，將其與樹(shù)脂摻混或噴涂于塑料材料表面，既可以很好地消除絕緣體內(nèi)部的靜電，又能提高高聚物表面電導(dǎo)率，使電荷盡快泄漏。用于控制和消減高聚物靜電的表面活性劑可分為陽(yáng)離子型、陰離子型和非離子型，但都無(wú)法應(yīng)用于聚氯乙烯樹(shù)脂粉體生產(chǎn)。為消除靜電對(duì)PVC樹(shù)脂質(zhì)量分析過(guò)程的影響，可以采用酒精噴霧、摻混氧化鋁或濕法篩分等方法克服靜電力，以減小分析誤差。

圖1 空氣加濕器工藝圖

4.3 加濕法除靜電工藝

空氣加濕器在PVC實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛，具有投資小、設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。水是良好的導(dǎo)體，在有水的情況下是不會(huì)發(fā)生電荷重新分布的，也就不會(huì)產(chǎn)生靜電。一般將空氣加濕器安裝在成品篩進(jìn)料口的位置（如圖1），通過(guò)與濕空氣接觸，降低PVC樹(shù)脂顆粒表面電阻，提高導(dǎo)電率，消除電荷分布不均。

生產(chǎn)操作過(guò)程中，濕空氣流量需要根據(jù)成品篩進(jìn)料量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，當(dāng)濕空氣相對(duì)流量過(guò)高或過(guò)低時(shí)，都會(huì)影響粉體靜電消除和篩分效果。

4.4 粉體靜電消除器

目前，粉體靜電消除器在石化生產(chǎn)裝置中應(yīng)用較多。國(guó)內(nèi)用于消除風(fēng)送粉體靜電的消電器種類很多，按高壓電源可分為直流型、交流型和脈沖型，主要通過(guò)高壓電場(chǎng)或放射性射線的作用使空氣局部電離，生成大量單極性或雙極性離子，其中與帶電粉體極性相反的離子（或電子）向帶電粉體趨近并與之發(fā)生中和作用，可以達(dá)到消除靜電的目的。根據(jù)生產(chǎn)裝置情況，將粉體靜電消除器設(shè)在料倉(cāng)進(jìn)口或包裝機(jī)下料口處，能夠有效地控制高聚物粉體生產(chǎn)過(guò)程中人體電擊和著火爆炸等靜電事故的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

在聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)、輸送和加工過(guò)程中，粉體靜電的產(chǎn)生機(jī)理比較復(fù)雜，誘發(fā)因素眾多，想通過(guò)某種手段控制靜電的產(chǎn)生或永久性消除的難度較大，但我們可以采用合理的操作方法和精確的生產(chǎn)工藝條件來(lái)解決諸如粉體風(fēng)送速度與顆粒沉降速度間的矛盾、樹(shù)脂含水量與樹(shù)脂帶電之間的矛盾等問(wèn)題，也可以選用防靜電劑、空氣加濕器、靜電消除器等技術(shù)或設(shè)備來(lái)處理某節(jié)段的靜電干擾，充分提高樹(shù)脂質(zhì)量和生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)的安全生產(chǎn)。

[1]劉尚合,劉直承,等.靜電理論與防護(hù)[J].北京：兵器工業(yè)出版社,1999.

[2]趙擇卿，陳小立.高分子材料導(dǎo)電和抗靜電技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)紡織出版社,2006.

[3]劉尚合.靜電放電及危害防護(hù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2004.