根据聚合方法,聚氯乙烯可分为四大类:悬浮法聚氯乙烯,乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。悬浮法聚氯乙烯是目前产量最大的一个品种,约占PVC总产量的80%左右。下面图表列出这四种聚氯乙烯的基本特性。 图表1:聚氯乙烯树脂 品种 悬浮法 乳液法 本体法 溶液法
颗粒较细,含含杂质极少含杂质极少
不含金属离
杂质较多,电纯度高。热稳纯度高,成本
子,有良好的
特性 绝缘性及热定性和电绝高,价格高。
电绝缘性及
稳定性不及缘性优于悬聚合物的分
热稳定性
悬浮法 浮法 子量不高
2、聚氯乙稀的命名
悬浮法聚氯乙烯按绝对黏度分六个型号:XS-1、XS-2??XS-6;XJ-1、XJ-2??、XJ-6。型号中各字母的意思:X-悬浮法;S-疏松型;J-紧密型;下面图表为国产悬浮法聚氯乙烯的特性。
图表1:悬浮法聚氯乙烯树脂
绝对黏度, 绝对黏度, 平均聚合平均聚合
树脂型号 树脂型号
mPa·s 度 mPa·s 度
XS-1 XS-4 1.70~
>2.10 ≥1340 850~980
1.80 XJ-1 XJ-4
XS-2 1.90~1110~XS-5 1.60~
720~850
XJ-2 2.10 1340 XJ-5 1.70 XS-3 1.80~XS-6 1.50~
980~1110 590~720
XJ-3 1.90 XJ-6 1.60
乳液聚合生产所得的聚氯乙烯称乳液法聚氯乙烯(Emulsion poly-merixation)。它是糊状树脂,分子量较高,颗粒较细。乳液法聚氯乙烯的型号为RH-x-y,其中R-乳液法;H-糊状树脂;x-树脂烯溶液的绝对黏度;y-糊黏度。x分1、2、3型,1型绝对黏度为2.01-2.4mPa·s,2型绝对黏度为1.81~2.00mPa·s,3型绝对黏度为1.60~1.80mPa·s。y分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号,Ⅰ号糊黏度不大于3,000mPa·s,Ⅱ号糊黏度为 3000~7000mPa·s,Ⅲ号糊黏度为7,000~10,000mPa·s。 本体法聚氯乙烯[palyvinyl chloride(bulk polymerization)]中国已有生产,四川宜宾天原、内蒙古海吉两家企业,该方法产品透明度和绝缘性高于其它方法。溶液聚合聚氯乙烯树脂多用于表面涂层方面。在度温20~30℃或0℃以下的低温下进行悬浮法、乳液法或本体法聚合均称低温聚合。低温聚合的聚氯乙烯分子量高、结晶度高、结构规整性好,玻璃化温度高,耐热性、耐溶剂性好。但比普通聚氯乙烯难加工,冲击强度稍低,用作纤维及特殊塑料制品。 鉴别方法
PVC常规鉴别方法一般归纳为如下三类,即: (1) 燃烧法鉴别:
软化或熔融温度范围:75~90°C; 燃烧情况:难软化;
燃烧火焰状态:上黄下绿有烟;离火后情况:离火熄灭;气味:刺激性酸味。 这种方法是最简便和直接的,一般作为首选。
(2) 溶剂处理鉴别:
溶剂:四氢呋喃,环己酮,甲酮,二甲基甲酰胺; 非溶剂:甲醇,丙酮,庚烷。
通过将疑似PVC塑料加入以上溶剂中,观察塑料的溶解情况来判断是否为PVC。溶剂加热后,溶解效果会更明显。 (3) 比重法:
PVC的比重为1.35~1.45,一般是1.38左右。
可以通过比重差别或测定比重的方法,区分聚氯乙烯和其它塑料。 但是由于PVC可以通过添加增塑剂、改性剂以及填料,使PVC变得比重差异很大,软硬差异很大,同时也会由于一些成分的加入,使PVC塑料的很多性能发生改变,致使我们常用的鉴别方法效果不明显,甚至现象发生改变,无法作出准确判断。比如:密度方面,增塑聚氯乙烯(大约含有40%增塑剂)时为1.19~1.35;而PVC硬制品却提高到1.38~1.50。如果是高填充PVC制品,密度有时会超过2。 另外,还可通过测定材料中是否含有氯来判定,但因为氯乙烯共聚物、氯丁橡胶、聚偏氯乙烯、氯化聚氯乙烯等都含有较高比例的氯,还要通过吡啶显色反应来鉴别。注意,试验前,试料必须经乙醚萃取,以除去增塑剂,试验方法:将经乙醚苯取过的试样溶于四氢呋喃,滤去不溶成分,加入甲醇使之沉淀,萃取后在前75度以下干燥。将干燥过的少量试样用不着1ml吡啶与之反应,过几分钟后,加入2到场滴5%氢氧化钠的甲醇溶液(1g氢氧化钠溶解于是20ml甲醇中),立即观察一下颜色,5min和1h后再分别观察一次。根据颜色即可鉴别不同的含氯塑料。
日常生活中,接触较多的需要分辨的是PVC和PE塑料膜(袋),简易方法: ⑴触摸法
用手摸起来有润滑感,表面像涂了一层蜡(化学称为蜡感),这是无毒的聚乙烯膜袋,而聚氯乙烯薄膜则摸起来有些发粘。
⑵抖动法 用手抖动,声音发脆,质轻易漂浮的是聚乙烯薄膜袋。而用手抖动声音低沉的则为聚氯乙烯薄膜袋。 ⑶燃烧法
遇火易燃,火焰呈黄色,燃烧时有石蜡状油滴落,并有蜡烛燃烧时的气体,是无毒的聚乙烯薄膜袋。若不易燃烧,离火即熄灭,火焰呈绿色,为聚氯乙烯薄膜袋。 ⑷浸水法
将塑料袋浸入水中,用手按压入水后,能浮出水面的为聚乙烯,沉入水底的为聚氯乙烯(聚乙烯的密度小于水,聚氯乙烯的密度大于水;常温时分别约为0.92g/cm3和1.4g/cm3)。
也可取铜丝一根,在火中烧成红色,然后,将铜丝与试验用塑料薄膜接触,产生化学变化,再把蘸有该塑料成分的铜丝重新放回火焰中。这时需仔细观察,如果出现色彩斑斓、耀眼的绿色火焰,则说明这种塑料材料中含有氯元素,属于聚氯乙烯类材料 发展历史 发现
1912年,德国人Fritz Klatte合成了PVC,并在德国申请了专利,但是在专利过期前没有能够开发出合适的产品。
1926年,美国B.F. Goodrich公司的Waldo Semon合成了PVC并在美国申请了专利。
PVC在19世纪被发现过两次,一次是Henri Victor Regnault在1835年,另一次是Eugen Baumann在1872年发现的。两次机会中,这种聚合物都出现在被放置在太阳光底下的氯乙烯的烧杯中,成为白色固体。20世纪初,俄国化学家Ivan Ostromislensky和德国Griesheim-Elektron公司的化学家Fritz Klatte同时尝试将PVC用于商业用途,但困难的是如何加工这种坚硬的,有时脆性的的聚合物。Waldo Semon和B.F. Goodrich Company在1926年开发了利用加入各种助剂塑化PVC的方法,使它成为更柔韧更易加工的材料并很快得到广泛的商业应用 历史沿革
聚氯乙烯
氯乙烯早在 1835年就为法国V.勒尼奥发现,用日光照射氯乙烯时生成一种白色固体,即聚氯乙烯。1914年发现用有机过氧化物可加速氯乙烯的聚合,1931年德国法该公司采用乳液聚合法实现聚氯乙烯的工业化生产。1933年W.L.西蒙提出用高沸点溶剂和磷酸三甲酚酯与PVC加热混合,可加工成软聚氯乙烯制品,这才使PVC的实用化有真正的突破。英国卜内门化学工业公司、美国联合碳化物公司及固特里奇化学公司几乎同时在1936年开发了氯乙烯的悬浮聚合及 PVC的加工应用。为了简化生产工艺,降低能耗,1956年法国圣戈邦公司开发了本体聚合法。1983年,世界总消费量约11.1Mt,总生产能力约17.6Mt;是仅次于聚乙烯产量的第二大塑料品种,约占塑料总产量的15%。中国自行设计的 PVC生产装置于1956年在辽宁锦西化工厂进行试生产,1958年3kt装置正式工业化生产,1984年产量530.9kt。 生产方法
聚氯乙烯 有悬浮聚合法(图1)、乳液聚合法和本体聚合法,以悬浮聚合法为主,约占PVC总产量的80%左右。此外,还有用微悬浮法生产PVC糊用树脂,产品性能和成糊性均好。 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。氯乙烯单体应尽可能从树脂中抽除。作食品包装用的 PVC,游离单体含量应控制在1ppm以下。聚合时为保证获得规定的分子量和分子量分布范围的树脂并防止爆聚,必须控制好聚合过程的温度和压力。树脂的粒度和粒度分布则由搅拌速度和悬浮稳定剂的选择与用量控制。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。聚合反 聚氯乙烯(简称PVC)防水卷材 应釜是主要设备,由钢制釜体内衬不锈钢或搪瓷制成,装有搅拌器和控制温度的传热夹套,或内冷排管、回流冷凝器等。为了降低生产成本,反应釜的容积已由几立方米、十几立方米逐渐向大型化发展,最大已达到200m(见釜式反应器)。聚合釜经多次使用后要除垢。以聚乙烯醇和纤维素醚类等为悬浮稳定剂制得的 PVC一般较疏松,孔隙多,表面积大,容易吸收增塑剂和塑化。 ②乳液聚合法 最早的工业生产 PVC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0.05~2μm,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,聚合度较均匀,适用于作聚氯乙烯糊,制人造革或浸渍制品。乳液法聚合的配方复杂,产品杂质含量较高。
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(图2)。聚合分两段进行(图3)。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。 改性品种
PVC性 脆,热稳定性差,不易加工。不能直接使用,必须经过改性混配,添加相关助剂,PVC一般先要改性造粒,制备成粒子后,塑化更充分,加工也更容易,尤其是工艺是注塑的产品。严格来说,有着特殊要求的PVC制品,PVC改性配方,是根据客户要求量身定做的。目前,国内PVC改性材料的配方设计、制造已经达到国际先进水平,有不少产品已出口国外,出现了以徐州汉永塑料新材料有限公司为代表的具有自主知识产权的企业;还有就是在PVC生产过程中共聚衍生,,此类改性的品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。 1、氯乙烯共聚物
聚氯乙烯
氯乙烯可以和乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯类等单体共聚,共聚物的产量占聚氯乙烯总产量的25%以下。
①氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 采用悬浮共聚法,一般生产醋酸乙烯酯含量3%~5%和13%~15%的两个品级,可用于制造塑料地板、涂料、薄膜、压塑制品、唱片及短纤维等。
②氯乙烯- 偏二氯乙烯共聚物 美国陶氏化学公司在30年代就研制成功了偏二氯乙烯含量在50%以上的氯乙烯共聚物,商品名莎纶B(Saran B)这种共聚物耐老化,耐臭氧,机械性能好,能溶于四氢呋喃、环己酮及氯苯等有机溶剂,溶液具有较好的粘合性与成膜性。用这种共聚物制得的薄膜无毒、透明,具有极低的透气性与透湿性,是极好的食品包装材料。这种共聚物也是一种优良的防腐蚀材料。由其制造的纤维称偏氯纶,可做渔网、座垫编织物和化工滤布等。