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聚氯乙烯 PVC的结构 性能 生产 用途及回收利用 1 聚氯乙烯 定义 Polyvinylchloridepolymer 简称PVC 由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂 是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料 注 特指氯乙烯的均聚物 而氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物统称为氯乙烯树脂 2 聚氯乙烯 1835年法国V 勒尼奥发现氯乙烯用日光照射氯乙烯时生成一种白色固体 即聚氯乙烯 1912年德国FritzKlatte合成了PVC并在德国申请了专利 1926年WaldoSemon和B F GoodrichCompany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迅速得到广泛的商业应用 1931年德国法本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 3 聚氯乙烯的结构 PVC为无定形结构 支化度较小 工业生产的PVC分子量一般在5万 12万范围内 具有较大的多分散性 分子量随聚合温度的降低而增加 无固定熔点 80 85 开始软化 130 变为粘弹态 160 180 开始转变为粘流态 4 聚氯乙烯的性能 一般性能本色为微黄色半透明状 有光泽 透明度胜于聚乙烯 聚丙烯 差于聚苯乙烯 密度 1380kg m3 随助剂用量不同 分为软 硬聚氯乙烯 软制品柔而韧 手感粘 硬制品的硬度高于低密度聚乙烯 而低于聚丙烯 在屈折处会出现白化现象 5 聚氯乙烯的性能 具有稳定的物理化学性质 不溶于水 酒精 汽油 气体 水汽渗漏性低 在常温下可耐任何浓度的盐酸 90 以下的硫酸 50 60 的硝酸和20 以下的烧碱溶液 具有一定的抗化学腐蚀性 对盐类相当稳定 但能够溶解于醚 酮 氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂 6 聚氯乙烯的性能 工业聚氯乙烯重均相对分子质量大约4 8万 相应的数均相对分子质量为2 1 95万 而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在10 20万 数均相对分子质量在4 55 6 4万 硬质聚氯乙烯 未加增塑剂 具有良好的机械强度 耐候性和耐燃性 可以单独用做结构材料 应用于化工上制造管道 板材及注塑制品 硬质聚氯乙烯可以用增强材料 7 聚氯乙烯的性能 聚氯乙烯对光 热的稳定性较差 软化点为80 于130 开始分解 在不加热稳定剂的情况下 聚氯乙烯100 时即开始分解 130 以上分解更快 受热分解出放出氯化氢气体 氯化氢气体是有毒气体 使其变色 由白色 浅黄色 红色 褐色 黑色 阳光中的紫外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解 因而使聚氯乙烯的柔性下降 最后发脆 从这里不难理解 为什么一些PVC塑料时间久了就会变黄 变脆的原因 8 聚氯乙烯的性能 聚氯乙稀具有很好的阻燃性 阻燃值为40以上 在耐燃方面之特性主要表现为不自燃也不助燃 当接触火焰时会燃烧 但当火焰移开时会立即熄灭 因此PVC管可适用于室内灭火系统及建筑室内消防给水系统 注 聚氯乙烯的最大特点是阻燃 因此被广泛用于防火应用 但是聚氯乙烯在燃烧过程中会释放出氯化氢和其 他有毒气体 例如二噁英 聚氯乙烯的燃烧分为两步 先在240 340 燃烧分解出氯化氢气体和含有双键的二烯烃 然后在400 470 发生碳的燃烧 9 聚氯乙烯的生产 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 10 聚氯乙烯的生产 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 11 聚氯乙烯的生产 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 聚合分两段进行 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 12 聚氯乙烯的用途 1 聚氯乙烯异型材型材 异型材是我国PVC消费量最大的领域 约占PVC总消费量的25 左右 主要用于制作门窗和节能材料 其应用量在全国范围内仍有较大幅度增长 在发达国家 塑料门窗的市场占有率也是高居首位 如德国为50 法国为56 美国为45 13 聚氯乙烯的用途 2 聚氯乙烯管材在众多的聚氯乙烯制品中 聚氯乙烯管道是其第二大消费领域 约占其消费量的20 在我国 聚氯乙烯管较PE管和PP管开发早 品种多 性能优良 使用范围广 在市场上占有重要位置 3 PVC一般软质品利用挤出机可以挤成软管 电缆 电线等 利用注射成型机配合各种模具 可制成塑料凉鞋 鞋底 拖鞋 玩具 汽车配件等 14 聚氯乙烯的用途 4 聚氯乙烯膜PVC膜领域对PVC的消费位居第三 约占10 左右 PVC与添加剂混合 塑化后 利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜 用这种方法加工薄膜 成为压延薄膜 也可以通过剪裁 热合加工包装袋 雨衣 桌布 窗帘 充气玩具等 宽幅的透明薄膜可以供温室 塑料大棚及地膜之用 经双向拉伸的薄膜 所受热收缩的特性 可用于收缩包装 5 聚氯乙烯护墙板和地板聚氯乙烯护墙板主要用于取代铝制护墙板 聚氯乙烯地板砖中除一部分聚氯乙烯树脂外 其余组分是回收料 粘合剂 填料及其它组分 主要应用在机场候机楼地面和其它场所的坚硬地面 15 聚氯乙烯的用途 6 PVC涂层制品有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上 然后在100 以上塑化而成 也可以先将PVC与助剂压延成薄膜 再与衬底压合而成 无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片 再压上花纹即可 人造革可以用来制作皮箱 皮包 书的封面 沙发及汽车的坐垫等 还有地板革 用作建筑物的铺地材料 7 PVC泡沫制品软质PVC混炼时 加入适量的发泡剂做成片材 经发泡成型为泡沫塑料 可作泡沫拖鞋 凉鞋 鞋垫 及防震缓冲包装材料 也可用挤出机基础成低发泡硬PVC板材和异型材 可替代木材使用 是一种新型的建筑材料 16 聚氯乙烯的用途 8 聚氯乙烯日用消费品行李包是聚氯乙烯加工制作而成的传统产品 聚氯乙烯被用来制作各种仿皮革 用于行李包 运动制品 如篮球 足球和橄榄球等 还可用于制作制服和专用保护设备的皮带 服装用聚氯乙烯织物一般是吸附性织物 不需涂布 如雨披 婴儿裤 仿皮夹克和各种雨靴 聚氯乙烯用于许多体育娱乐品 如玩具 唱片和体育运动用品 聚氯乙烯玩具和体育用品增长幅度大 由于其生产成本低 易于成型而占有优势 17 聚氯乙烯的危害 聚氯乙稀的危害是广泛和长期的 从聚氯乙稀塑料的原料 生产 使用 焚化等 在它的整个生命周期中都存在着潜在的环境污染 在所有的塑料中 PVC塑料是最具环境破坏性的 在它的寿命中 在生产中它需要危险的化学药品 释放有害的添加剂并且产生有毒的废料 令人担心的消息是PVC的生产在全世界都在增加 18 聚氯乙烯的危害 1 生产过程PVC粉末的生产包括运输危险的爆炸性原料 如聚氯乙稀单体 VCM 和有毒废物的产生 特别是二氯乙烯 EDC 焦油 焦油废料包含大量的二噁英 然后其被烧弃 倾倒 会将二噁英散布到空气中 2 使用过程主要的危害是影响荷尔蒙 导致内分泌系统紊乱 主要的现象就是一些雌性激素分泌会增加 雄性激素分泌会减少 增塑剂的危害 19 聚氯乙烯的危害 3 处理过程PVC的处理产生了更多的环境问题 如果焚烧 无论在火中还是焚烧炉 PVC由于其含氯将会释放含有二噁英的酸性气体 PVC是全球性二噁英的主要来源 如果采用垃圾掩埋 其最终将会释放添加剂 从而威胁地下水的供应 垃圾掩埋的PVC燃烧也是二噁英的进一步来源 20 聚氯乙烯的回收 1 机械回收 指的是塑料的直接回收 将被丢弃的物质转变为塑料小球 然后将这些被回收的小球投入塑料的生产过程以形成新的产品 2 给料回收 特别用于那些不适合机械性回收的废料 聚氯乙烯在高温下被分解 它的化学成分得到了还原 21 聚氯乙烯的回收 对于日常生活和工农业应用中报废的PVC制品 一般先分拣去除混杂的非PVC制品 然后按PVC制品硬质与软质分类 最后采用直接回收法 添加适量的添加剂 通过造粒 再生挤出等方法 生产再生制品 在此循环过程中 也可以将那些分拣出的PVC废塑料烘干 然后研磨成再生粒 再生PVC塑料与原生PVC塑料的性质非常接近 而价格却低20 30 22 聚氯乙烯的回收 改性再生废旧塑料的改性再生是指将再生料通过物理和化学方法改性后再加工成型 其中 填充 纤维复合 共混增韧是PVC物理改性的主要手段 a 填充改性 填充改性指的是在聚合物中均匀掺混模量比聚合物高得多的微粒状填充改性剂的改性方法 PVC填充材料主要是采用无机物 金属 气体等为填充物来改性PVC b 纤维复合增强改性 纤维复合增强改性是指在聚合物中掺人高模量 高强度的天然或人造纤维 从而使制品的力学性能大大提高的改性方法 23 聚氯乙烯的发展现状 目前 我国聚氯乙烯树脂消费主要集中在华南和华东两个地区 广东 浙江 福建 山东和江苏等省份的消费合计约占全国