聚氯乙烯(PVC)是用途最广泛的通用塑料之一。PVC具有很好的隔水性,所以被广泛用于制造水管、浴帘。此外PVC具有阻燃性能,在燃烧时PVC会开释出抑制燃烧的氯原子。在日常生活中,PVC可以应用于供水管道、家用管道、房屋墙板、商用机器壳体、电子产品包装、医疗器械、食品包装、仿木材料及代钢建材等。
PVC的发明过程是十分有意思的,这要从100多年前的德国说起,当时电的价格很贵,照明用灯一般是用乙炔为燃料的,所以一些德国企业就投资制造了大量的乙炔。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,再没有人用乙炔气灯了。这样一来,大量的乙炔就没有用了。
为了利用这些乙炔,在1912年,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。然而就在一年之后,即1926年,美国化学家Waldo Semon又一次独立地发现了聚氯乙烯,并且发现这种材料具有优良隔水性能,非常适合做浴帘。于是Waldo Semon和他所在的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。PVC发展到现在已经不仅仅用于制作浴帘,特别是在PVC基础上的改性PVC更具有着广阔的应用领域。
聚氯乙烯的聚合方法从乳液聚合、溶液聚合发展到悬浮聚合、本体聚合、微悬浮聚合等。目前国外以悬浮聚合(占80%~85%)和二段本体聚合为主;国内则以悬浮聚合为主,少量采取乳液聚合法。
单体以小液珠悬浮在水中的聚合反应叫悬浮聚合,也叫珠状聚合。悬浮聚合体系的主要组分有四个,即单体、引发剂、水和悬浮剂。引发剂溶解于单体中,单体在搅拌和悬浮剂的作用下,分散成小液珠悬浮于水中。随着聚合反应的进行,单体小液珠逐渐变成了聚合物固体小粒子。如果形成的聚合物溶于单体,在小液珠中进行的是均相聚合,得到的产物是珠状小粒子,如聚苯乙烯。若聚合物不溶于单体,则是沉淀聚合,得到的产物是粉状固体,如聚氯乙烯。悬浮聚合结束后,聚合物经分离、洗涤、干燥,即得到珠状或粉状产品。
氯乙烯悬浮聚合反应,属于自由基链锁加聚反应,反应式如下:
nCH2=CHCl→—[—CH2—CHCl—]n—
它的反应一般由链引发剂,链增长,链终止,链转移几种元素反应组成。
氯乙烯悬浮聚合过程大致如下:将水、分散剂、其他助剂、引发剂先后加入聚合釜中,在搅拌的作用下充分均匀分散,抽真空和充氮排氧,然后加单体,升温至预定温度聚合反应开始,不断地向聚合釜的夹套和挡板通入冷却水,达到移出反应热的目的。在聚合过程中温度和压力保持恒定。后期压力下降0.1~0.2MPa,相当于80%~85%转化率,结束聚合。如降压过多,将使树脂致密。聚合结束后出料,浆料经汽提脱析出内含氯乙烯(VC)单体回收,后送到干燥工序脱水干燥,即得到聚氯乙烯树脂成品。
2.生产PVC的辅助原料
氯乙烯悬浮聚合的基本配方由氯乙烯单体、水、油溶性引发剂、分散剂组成,但实际上还添加pH调节剂、分子量调节剂(主要用于低聚合度品种)、防黏釜剂、消泡剂等。
(1)脱盐水。
水在氯乙烯悬浮聚合的作用,是使VCM液滴中的反应热传到釜壁合冷却挡板面移出,降低PVC浆料的黏度,使搅拌和聚合后的产品输送变得更加容易,也是作为一种分散剂影响着PVC颗粒形态。(www.xing528.com)
(2)分散剂。
稳定由搅拌形成的单体油滴,并阻止油滴相互聚集或合并。
(3)消泡剂。
消泡剂是一种非离子表面活性剂,在配制分散剂溶液时加入,可保证分散剂溶液配制过程中以及以后的加料、反应过程中,不至于产生泡沫,影响传热及造成管路堵塞。
(4)引发剂。
引发剂的选择对PVC的生产来说是至关重要的,主要考虑因素有:活性、水溶性、水解性、黏釜性、毒性、储存条件和价格等。
(5)缓冲剂。
主要中和聚合体系中的H+,保证聚合反应在中性体系中进行,并提供Ca2+,增加分散剂的保胶和分散能力,使PVC树脂具有较高的孔隙率。
(6)终止剂。
在聚合反应达到理想的转化率,或因其他设备原因等需要立即终止聚合反应时,都可以加入终止剂使反应减慢或完全终止。
(7)涂壁剂。
可以减轻氯乙烯单体在聚合过程中的黏釜现象。
(8)链转移剂。
用来调节聚氯乙烯分子量和降低聚合反应温度。
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