淺析氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的工藝技術(shù)

朱洪波

摘 要：聚氯乙烯是加工制造工業(yè)的一種重要的生產(chǎn)原料，主要是由于聚氯乙烯樹(shù)脂物理性能、耐化學(xué)腐蝕性和絕緣性良好，同時(shí)具有明顯的減緩焰燃燒速度的作用，進(jìn)而在一定程度上可以制造建筑材料、電子元器件、日用品等，在各行各業(yè)均有廣泛的應(yīng)用。可以說(shuō)，聚氯乙烯與我們的日常生活、工作息息相關(guān)、無(wú)法分割。因此，要對(duì)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的工藝技術(shù)進(jìn)行分析，才能更科學(xué)合理的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氯化聚氯乙烯樹(shù)脂；聚氯乙烯；工藝

前言

隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂已經(jīng)成為了加工制造工業(yè)的一種重要生產(chǎn)原料，有極其重要的作用，這就使得對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。氯化聚氯乙烯樹(shù)脂有良好的耐熱性、耐腐蝕性，在我國(guó)的塑料產(chǎn)業(yè)中，有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的溶劑法和水相懸浮法制備氯化聚氯乙烯樹(shù)脂過(guò)程中，消耗比較大，產(chǎn)生的污染物比較多，不符合現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的要求，氣固相法合成氯化聚氯乙烯樹(shù)脂能有效的節(jié)約能源，降低成產(chǎn)成本，氣固相法對(duì)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的合成有重要的意義。

1 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂簡(jiǎn)介

1.1 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的性質(zhì)

氯化聚氯乙烯樹(shù)脂是聚氯乙烯的改性產(chǎn)品，具有聚氯乙烯產(chǎn)品的優(yōu)良性質(zhì)，由于氯化聚氯乙烯樹(shù)脂是以聚氯乙烯為原材料進(jìn)行氯化得到的產(chǎn)物，因此，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂中的氯含量要比聚氯乙烯的氯含量高。氯化聚氯乙烯樹(shù)脂是一種白色或淺黃色的粉末狀物質(zhì)，具有良好的粘接性，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的樹(shù)脂分子相互作用力比較強(qiáng)，分子鏈的極性比較強(qiáng)，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂具有很好的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐高溫、耐老化等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1.2 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的應(yīng)用

氯化聚氯乙烯樹(shù)脂具有良好的性能，并且氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的價(jià)格比較便宜，在建筑、造船、電器、化工等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。

（1）用于復(fù)合材料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂同一些纖維合成的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂復(fù)合材料，有良好的抗張強(qiáng)度、耐熱性和抗沖擊性，可以制成管材及板材等材料；

（2）用于發(fā)泡材料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂合成的發(fā)泡材料，可以當(dāng)做電氣零件、化工設(shè)備、建筑材料的原料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂發(fā)泡材料具有耐高溫、絕緣性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；

（3）用于結(jié)構(gòu)材料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂可以用于化工管道輸送中，如化工廠(chǎng)熱污管、耐化學(xué)腐蝕輸送管、濕氯氣管道輸送等，還可以用于電解槽、電鍍?nèi)芤汗艿垒斔椭校?/p>

（4）用于涂料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂能溶于多種有機(jī)溶劑中，可以用來(lái)制造多種涂料，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂涂料是主要的防腐涂料之一；

（5）用于塑料改進(jìn)劑，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂與具有熱塑性、熱固性的塑料混合在一起，能有效的改善這些塑料材料的性能；

（6）改進(jìn)氯纖維的性能，將氯化聚氯乙烯樹(shù)脂加入紡織過(guò)程的氯綸中，能有效的增強(qiáng)產(chǎn)品的耐熱性。

（7）用于醫(yī)用管材，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂制作的冷熱水管，管內(nèi)細(xì)菌不易繁殖，符合世界衛(wèi)生組織的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的衛(wèi)生性能，能用于醫(yī)療系統(tǒng)管材選材。

2 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國(guó)的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)工業(yè)起步比國(guó)外要晚，隨著科技的不斷發(fā)展，我國(guó)在氯化聚氯乙烯樹(shù)脂工藝研發(fā)的投入逐漸增大，目前我國(guó)生產(chǎn)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的主要方法是水相法，由于水相法生產(chǎn)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂對(duì)生產(chǎn)條件控制嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)的技術(shù)無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)要求，因此，我國(guó)的生產(chǎn)技術(shù)同國(guó)外的技術(shù)有很大的差距。我國(guó)生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)量比較少，導(dǎo)致我國(guó)的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂市場(chǎng)仍需大量的從國(guó)外進(jìn)口。創(chuàng)新氯化聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)，改革氯化聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)工藝對(duì)我國(guó)的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂發(fā)展有十分重要的意義。

3 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝

目前，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)方法主要有溶劑法、水相懸浮法、氣固相法。

3.1 溶劑法

溶劑法是最早生產(chǎn)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的方法，溶劑法是將聚氯乙烯加入含氯溶劑中，在特定的溫度下，在引發(fā)劑下加入氯氣，控制好反應(yīng)時(shí)間、氯氣的流量，就可以得到氯化聚氯乙烯，將得到的氯化聚氯乙烯經(jīng)過(guò)水析法從溶液中沉淀出來(lái)，經(jīng)過(guò)濾后，用稀堿溶液中和至中性，干燥后就可以得到氯化聚氯乙烯粉末。

溶劑法的氯化過(guò)程比較均勻，制備的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂有良好的溶解性，但生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性及耐熱性比較差，溶劑法在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量的有機(jī)溶劑，溶劑的回收流程比較長(zhǎng)，回收成本比較高，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)物廢液，這些廢液會(huì)造成要嚴(yán)重的環(huán)境污染。

3.2 水相懸浮法

水相懸浮法剛開(kāi)始是將聚氯乙烯分散在水溶液中，向水溶液中加入過(guò)量的氯氣，在低溫下加入氯化烴溶脹劑，用紫外光照射反應(yīng)溶劑，得到氯化聚氯乙烯樹(shù)脂。隨著氯化聚氯乙烯樹(shù)脂制備技術(shù)的完善，逐漸用分散劑代替氯化烴溶脹劑，分散劑能增大物料在水溶液的分散力，增強(qiáng)聚氯乙烯的氯化。水相懸浮法的分散劑可以使用聚乙烯醇、纖維素衍生物、表面活性劑等，助氯化劑可以使用四氯化鈦、五氯化磷、五氯化銻等，引發(fā)劑可以使用過(guò)氧化物、變價(jià)金屬氯化物、紫外光、可見(jiàn)光等。

水相懸浮法生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)流程短暫，生產(chǎn)成本比較低，制備的氯化聚氯乙烯樹(shù)脂有良好的耐熱性、機(jī)械性性能強(qiáng)，但水相懸浮法的生產(chǎn)條件比較復(fù)雜，難以控制，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高，在氯化反應(yīng)時(shí)會(huì)有大量的酸性廢水產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境有很大的威脅。

3.3 氣固相法

氣固相法是將聚氯乙烯樹(shù)脂在紫外光、熱等條件下進(jìn)行氯化，氯化反應(yīng)常在多室流化創(chuàng)內(nèi)進(jìn)行，聚氯乙烯直接氯化后得到氯化聚氯乙烯樹(shù)脂。氣固相法生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，不需要分散介質(zhì)，可以直接將聚氯乙烯氯化，氣固相法生產(chǎn)流程比較短，氯化產(chǎn)物的幾乎沒(méi)有廢氣、廢液等污染物，對(duì)環(huán)境污染程度小，能有效的保護(hù)環(huán)境，但由于氣固相法的氯化過(guò)程難以控制，產(chǎn)品均勻性比較差，目前沒(méi)有廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

3.4 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂三種生產(chǎn)工藝的比較

氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝中溶劑法生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，反應(yīng)需要有毒溶劑做反應(yīng)介質(zhì)，三廢污染嚴(yán)重，反應(yīng)尾氣處理困難，生產(chǎn) 1t 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂需要 0.81t聚氯乙烯、0.7t 氯氣、3t 液堿、650t 水、1100（kw·h）電；水相懸浮法的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本比較低，反應(yīng)需要水或者氯化氫做反應(yīng)介質(zhì)，三廢污染比較嚴(yán)重，尾氣處理比較困難，生產(chǎn) 1t 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂需要 0.9t 聚氯乙烯、0.65t 氯氣、0.87t 液堿、30t 水、600（kw·h）電；氣固相法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本比較低，不需要反應(yīng)介質(zhì)，三廢污染很小，尾氣處理容易，生產(chǎn) 1t 氯化聚氯乙烯樹(shù)脂需要 0.9t 聚氯乙烯、0.5t 氯氣、反應(yīng)不需要液堿和水，所需的電不足 600（kw·h）。綜合可知，氣固相法具有很高的研發(fā)價(jià)值，對(duì)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)有很重要的意義。

4 氣固相法生產(chǎn)工藝

氣固相法是將聚氯乙烯粉末在干燥條件下直接與氯氣進(jìn)行氯化反應(yīng)，因此，氣固相法生產(chǎn)工藝最重要的是引發(fā)氯化方式，常見(jiàn)的氯化方式有熱引發(fā)氯化、等離子體引發(fā)氯化、光引發(fā)氯化等。

4.1 熱引發(fā)氯化

熱引發(fā)氯化方法是指通過(guò)加熱的方法引發(fā)聚氯乙烯的氯化，反應(yīng)溫度對(duì)聚氯乙烯的氯化程度有一定的影響，適當(dāng)?shù)奶岣邷囟饶苡行У募訌?qiáng)聚氯乙烯的氯化反應(yīng)，當(dāng)溫度過(guò)達(dá)到一定極限時(shí)，聚氯乙烯的氯化反應(yīng)程度不再發(fā)生變化，溫度過(guò)低，聚氯乙烯的氯化反應(yīng)慢，所需的反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)。因此，要合理的控制反應(yīng)溫度，溫度不能過(guò)高，也不宜過(guò)低，要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整反應(yīng)溫度。

4.2 等離子體引發(fā)氯化

等離子體引發(fā)氯化是指在放電狀態(tài)下，激發(fā)不穩(wěn)定氣體形成活性等離子體，引發(fā)聚氯乙烯發(fā)生氯化反應(yīng)。等離子體引發(fā)氯化的反應(yīng)過(guò)程中，高能電子、氯正離子、氯負(fù)離子及激發(fā)態(tài)的氯原子能有效的加快聚氯乙烯的氯化反應(yīng)，等離子體氯化反應(yīng)，能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.3 光引發(fā)氯化

光引發(fā)氯化是指使用紫外光引激活氯的自由基，對(duì)聚氯乙烯進(jìn)行氯化反應(yīng)。氣固相流化床采用紫外燈和引發(fā)劑催化聚氯乙烯的氯化反應(yīng)，這種流化床反應(yīng)的溫度比較低，氯化聚氯乙烯樹(shù)脂可以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，但反應(yīng)的時(shí)間比較長(zhǎng)，反應(yīng)不均勻。

4.4 氣固相法三種生產(chǎn)工藝的比較

熱引發(fā)氯化方式的工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量均勻性差、性能差，氯化速度慢，反應(yīng)裝置規(guī)模比較小，光引發(fā)氯化方式的工藝流程比較復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量均勻性比較差、性能一般，氯化速度比較慢，反應(yīng)裝置比較小，等離子體引發(fā)氯化方式的工藝流程復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量均勻性好、性能良好，氯化速度快，裝置規(guī)模比較小。熱引發(fā)氯化的綜合效率一般，目前在我國(guó)已經(jīng)用于氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的成產(chǎn)中，光引發(fā)氯化的綜合效率比較好，在國(guó)外有的公司已經(jīng)將光引發(fā)氯化用于實(shí)際生產(chǎn)中，雖然等離子體引發(fā)氯化的綜合效率高，但目前沒(méi)有成熟的成產(chǎn)技術(shù)，因此，等離子體引發(fā)氯化技術(shù)仍在研發(fā)中。

5 總 結(jié)

氯化聚氯乙烯樹(shù)脂是一種新型的樹(shù)脂，能廣泛的應(yīng)用于建筑、造船、電器、化工、冶金等行業(yè)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中有極其重要的意義，因此，要不斷的加強(qiáng)和改進(jìn)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝。氣固相法生產(chǎn)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂，其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本比較低，污染物排放少，生產(chǎn)能源消耗低，有極高的應(yīng)用價(jià)值。加大氣固相法技術(shù)的研發(fā)，能有效的推動(dòng)氯化聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)，縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距。

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