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PVC(聚氯乙烯(PVC)是過氧化物、偶氮化合物等中氯乙烯單體(VCM)的引發劑。或根據自由基聚合機理在光和熱的作用下聚合的聚合物。氯乙烯均聚物和氯乙烯聚合物統稱為氯乙烯樹脂。
PVC為白色粉末，為無定形結構，支化度較小，相對密度約為1.4。當玻璃化轉變溫度為77~90℃和65，438+070℃時，開始分解[65，438+0]，對光和熱的穩定性較差。在100℃以上或長時間暴露在陽光下，會分解產生氯化氫。
工業PVC的分子量壹般在50000 ~ 110000範圍內，具有很大的多分散性，分子量隨著聚合溫度的降低而增大。沒有固定熔點，80 ~ 85℃開始軟化，130℃變成粘彈性，160 ~ 180℃變成粘性。具有良好的力學性能，拉伸強度約為60MPa，沖擊強度為5 ~ 10 kJ/m2。具有優異的介電性能。
PVC曾經是世界上最大的通用塑料，用途非常廣泛。廣泛應用於建材、工業品、日用品、地板革、地磚、人造革、管材、電線電纜、包裝膜、瓶子、發泡材料、密封材料、纖維等。
中文名
聚氯乙烯
外國名字
聚氯乙烯
顏色
淺黃色
其他屬性
半透明有光澤
結構
(CH2-CHCl)n-
縮寫
聚氯乙烯
目錄
1組成結構
2歷史演變
3個主要類別
4準備方法
聚合方法
聚氯乙烯的改性方法
聚氯乙烯改性的性能指標
可著色性
流動性
天氣能力
穩定性
電性質
聚氯乙烯的發展現狀
5發展前景
6聚氯乙烯的理化性能
7成型條件
硬質聚氯乙烯
軟聚氯乙烯
8材料加工
9種主要用途
10新材料的研究
1.聚氯乙烯用塑料代替鋼。
2.聚氯乙烯用塑料代替木材。
11識別方法
12主要危險
組成結構
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聚氯乙烯(PVC)是壹種用壹個氯原子代替聚乙烯中的壹個氫原子的高分子材料，是壹種具有少量晶體結構的無定形聚合物。這種材料的結構如下:[―CH2―chcl ―] n . PVC是壹種線型聚合物，其中VCM單體大多以頭尾結構連接。碳原子以之字形排列，所有原子通過σ鍵連接。所有的碳原子都是sp3雜化的。
聚氯乙烯結構
PVC分子鏈中存在短的間規規整結構。隨著聚合溫度的降低，間規規整度增加。在PVC的大分子結構中，存在著頭結構、支鏈、雙鍵、烯丙基氯、叔氯等不穩定的結構，難以抵抗熱變形和老化。假裝交聯後，這種缺點就可以消除了。
聚氯乙烯的立構規整結構
交聯分為輻射交聯和化學交聯。
1.輻射交聯。主要使用高能射線，壹般是鈷60輻射源產生的射線或電子加速產生的電子射線。然後加入交聯助劑(具有兩個或多個碳碳雙鍵的單體)進行交聯。但操作難度大，對設備要求高。
2.化學交聯。三氮唑二硫代氨基甲酸酯(FSH)用於交聯，交聯機理是胺和巰基結合攻擊碳-氯極性鍵發生取代反應。交聯後，產品的耐紫外性、耐溶劑性、耐溫性、沖擊韌性等性能將得到全面提升。
歷史的發展
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聚氯乙烯
早在1835年，美國的V. Regnaud就發現了PVC，當它被太陽光照射時，會產生壹種白色固體，即PVC。
PVC在19世紀被發現了兩次，壹次是亨利·維克多·雷尼奧在1835，另壹次是歐根·鮑曼在1872。在這兩種情況下，聚合物出現在置於陽光下的氯乙烯燒杯中，並成為白色固體。20世紀初，俄羅斯化學家伊萬·奧斯特羅斯林斯基(Ivan Ostromislensky)和德國化學家弗裏茨·克拉特(Fritz Klatte)同時嘗試將PVC用於商業用途，但難點在於如何加工這種堅硬且有時易碎的聚合物。
1912年，德國人Fritz Klatte合成了PVC，並在德國申請了專利，但在專利到期前無法開發出合適的產品。
1926，美國B.F. Goodrich公司的Waldo Semon合成了PVC，在美國申請了專利。Waldo Semon和B.F. Goodrich公司在1926中開發了壹種通過添加各種添加劑來塑化PVC的方法，使其成為壹種更靈活、更容易加工的材料，並很快得到了廣泛的商業應用。
在1914中發現有機過氧化物可以加速氯乙烯的聚合。1931年，公司采用乳液聚合實現聚氯乙烯工業化生產。在1933中，W.L. Simon提出將高沸點溶劑、磷酸三甲苯酯與PVC加熱混合可以加工軟質PVC制品，在PVC的實際應用上取得了真正的突破。氯乙烯的懸浮聚合和PVC的加工應用幾乎是在1936由英國不來梅化學工業公司、美國聯合碳化物公司和古特裏奇化學公司同時開發的。為了簡化生產工藝，降低能耗，法國聖戈班公司1956開發了本體聚合。1983年，世界總消費量約為11.1Mt，總產能約為17.6 mt；；是僅次於聚乙烯產量的第二大塑料品種，約占塑料總產量的15%。中國設計的PVC生產裝置於1956年在遼寧錦西化工廠投產試生產，1958年3kt裝置正式工業化，1984年產量530.9kt。
聚氯乙烯是在20世紀30年代早期工業化的。自20世紀30年代以來，很長壹段時間，PVC的產量壹直居世界塑料消費量的首位。20世紀60年代末，聚乙烯取代了聚氯乙烯。雖然PVC塑料現在退居第二位，但產量仍占塑料總產量的四分之壹以上。
20世紀60年代以前，氯乙烯單體的生產主要以電石和乙炔為基礎，消耗大量的電和焦炭，成本高。20世紀60年代初乙烯氧氯化生產氯乙烯工業化後，各國轉而使用更廉價的石油作為原料。此外，由於PVC的很大壹部分原料(約57%重量)是制堿工業不可避免的副產品氯氣，因此它不僅原料豐富，而且是發展氯堿工業和平衡氯氣的非常重要的產品之壹。因此，PVC在塑料中的比重雖然有所下降，但仍保持較高的增長速度。
PVC塑料制品應用廣泛，但在20世紀70年代中期，人們意識到PVC樹脂及制品中殘留的單體氯乙烯(VCM)是壹種嚴重的致癌物，這無疑會在壹定程度上影響PVC的發展。但人們通過汽車等手段成功降低了殘留的VCM，使PVC樹脂中的VCM含量小於10ppm，滿足了衛生樹脂的要求，擴大了PVC的應用範圍。甚至樹脂中的VCM含量可以小於5ppm，加工後剩下的VCM非常少。對人體基本無害，可用作食品藥品包裝和兒童玩具。
主要分類
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根據應用範圍的不同，聚氯乙烯可分為:通用型聚氯乙烯樹脂、高聚合度聚氯乙烯樹脂和交聯型聚氯乙烯樹脂。通用PVC樹脂是氯乙烯單體在引發劑作用下聚合而成；高聚合度PVC樹脂是指在氯乙烯單體聚合體系中加入擴鏈劑聚合而成的樹脂；交聯聚氯乙烯樹脂是在氯乙烯單體的聚合體系中加入含二烯和多烯的交聯劑聚合而成的樹脂。
按獲得氯乙烯單體的方法可分為電石法、乙烯法和進口(EDC、VCM)單體法(乙烯法和進口單體法統稱乙烯法)。
根據聚合方法，聚氯乙烯可分為四大類:懸浮聚氯乙烯，乳液聚氯乙烯，本體聚氯乙烯和溶液聚氯乙烯。懸浮法PVC是最大的品種，約占PVC總產量的80%。懸浮聚氯乙烯按絕對粘度分為六種:XS-1，XS-2...XS-6；XJ-1，XJ-2，XJ-6 .模型中每個字母的含義:X-懸浮法；S-松散型；J-緊湊型。
根據增塑劑的含量，PVC塑料常分為:增塑劑含量為0的未增塑PVC；增塑劑含量小於10%的硬質聚氯乙烯；增塑劑含量為10-30%的半硬質PVC增塑劑含量為30-70%的軟質PVCPVC糊塑料，增塑劑含量在80%以上。
制備方法
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聚氯乙烯
聚氯乙烯可以由乙烯、氯氣和催化劑通過取代反應制得。PVC因其耐火耐熱的特性，被廣泛應用於各行各業的各類產品中:電線護套、光纖護套、鞋子、手袋、箱包、飾品、招牌和廣告牌、建築裝飾制品、家具、飾品、滾輪、管材、玩具(如意大利著名的“羅迪”跳馬)、門簾、卷簾門、輔助醫療用品、手套、某些食品的保鮮等。
聚合方法
聚氯乙烯是通過自由基加成聚合制備的。聚合方法主要分為懸浮聚合、乳液聚合和本體聚合，以懸浮聚合為主，約占PVC總產量的80%。向反應釜中加入純水、液化VCM單體和分散劑，然後加入引發劑和其他添加劑。加熱到壹定溫度後，VCM單體發生自由基聚合，生成PVC顆粒。連續攪拌使顆粒大小均勻，並使生成的顆粒懸浮在水中。此外，還有壹種微懸浮法生產的PVC糊用樹脂，產品性能和成糊性能良好。
①懸浮聚合將單體以液滴的形式懸浮分散在水相中，選用的油溶性引發劑溶解在單體中。聚合反應在這些液滴中進行，聚合反應的熱量及時被水吸收。為了確保這些液滴以珠子的形式分散在水中，需要加入懸浮穩定劑，如明膠、聚乙烯醇、甲基纖維素和羥乙基纖維素。引發劑主要是有機過氧化物和偶氮化合物，如過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環己基酯、過氧化二碳酸二乙基己基酯、偶氮二異庚腈和偶氮二異丁腈。聚合在帶有攪拌器的聚合釜中進行。聚合後，物料流入單體回收罐或汽提塔回收單體。然後流入混合釜，水洗，離心，脫水，幹燥，得到樹脂成品。氯乙烯單體應盡可能從樹脂中去除。食品包裝用PVC中遊離單體含量應控制在65438±0 ppm以下。為了獲得具有特定分子量和分子量分布範圍的樹脂，防止爆炸聚合，必須控制聚合過程中的溫度和壓力。樹脂的粒徑和粒徑分布由攪拌速度和懸浮穩定劑的選擇和用量控制。樹脂的質量由粒度和粒度分布、分子量和分子量分布、表觀密度、孔隙率、魚眼、熱穩定性、顏色、雜質含量和無粉流動性來表征。聚合反應
聚氯乙烯(PVC)防水膜
反應釜是主要設備，在鋼釜體內用不銹鋼或搪瓷襯裏，配有攪拌器和控制溫度的傳熱夾套，或內冷排氣管和回流冷凝器。為了降低生產成本，反應釜的容積從幾立方米逐漸發展到十幾立方米，最大的達到了200立方米(釜式反應器)。聚合釜重復使用後應除垢。通過使用聚乙烯醇和纖維素醚作為懸浮穩定劑制備的PVC通常是疏松的、多孔的且具有大的表面積，並且易於吸收增塑劑和增塑劑。
(2)乳液聚合是最早工業化生產PVC的方法。乳液聚合時，除水和氯乙烯單體外，還應加入烷基磺酸鈉等表面活性劑作為乳化劑，使單體分散在水相中形成乳液，可使用水溶性過硫酸鉀或過硫酸銨作為引發劑，也可使用“氧化-還原”引發體系。聚合過程不同於懸浮法。還有聚乙烯醇作為乳化穩定劑，十二烷基硫醇作為調節劑，碳酸氫鈉作為緩沖劑。聚合方法有三種:間歇法、半連續法和連續法。聚合產物為乳液，乳液粒徑為0.05 ~ 2微米，可直接應用或噴霧幹燥成粉末樹脂。該乳液聚合方法具有聚合周期短、易於控制、分子量高、聚合度均勻的優點，適用於制造PVC糊、人造革或浸漬制品。乳液聚合配方復雜，產品雜質含量高。
③本體聚合聚合裝置比較特殊，主要由立式預聚合釜和帶框架攪拌器的臥式聚合釜組成。聚合分兩步進行。單體和引發劑在預聚合釜中預聚合1h生成種子粒子，此時轉化率達到8% ~ 10%，然後流入第二段聚合釜，加入與預聚物等量的單體繼續聚合。當轉化率達到85% ~ 90%時，排出殘留單體，然後粉碎過篩，得到成品。樹脂的粒徑和形狀由攪拌速度控制，反應熱由單體回流冷凝帶出。該方法生產工藝簡單，產品質量好，生產成本低。
聚氯乙烯的改性方法
PVC樹脂是壹種極性無定形聚合物，密度為1.380 g/cm3，玻璃化轉變溫度為87℃，因此熱穩定性差，加工困難。不能直接使用，必須改性混合，加入相關添加劑和填料後才能使用。然而，由於添加劑和填料的類型和分數不同，PVC材料的性能和要求也不同。我們通常稱之為PVC配方，嚴格來說是PVC改性配方，PVC只有改性後才能使用。這種材料通常被歸類為聚合物改性材料。高分子材料的改性主要集中在通用塑料的高性能化、單組分材料向多組分材料(合金、共混、復合)的轉變、材料的功能化、性能和價格的優化。改性方法主要有化學改性、填充改性、增強改性、* *混合改性和納米復合改性。改性的基本原理是通過添加劑賦予材料功能或改善某些性能。[2]所以PVC配方的技術決定了壹個工廠的技術和生產能力。
壹般PVC要先改性造粒。經螺桿擠出機制備成顆粒後，塑化更充分，更易加工，尤其是采用註塑技術的產品。螺桿擠出機是塑料成型最重要的設備之壹。它通過外部的動力傳遞和外部加熱元件的傳熱，進行塑料固體的輸送、壓實、熔融、剪切、混合和擠出成型。螺桿擠出機在塑化造粒機械和成型加工機械中都起著重要的作用。嚴格來說，有特殊要求的PVC產品和PVC改性配方都是根據客戶要求量身定做的。PVC生產中也有* * *聚衍生。這類改性品種包括氯乙烯* * *聚合物、聚氯乙烯* *混合物和氯化聚氯乙烯[3]。
聚氯乙烯改性的性能指標
可著色性
PVC熱穩定性差，耐光性差。氯化氫在150℃開始分解，與增塑劑含量發生不良反應。此外，顏料對PVC的影響還體現在顏料是否與PVC及構成PVC產品的其他成分發生反應，以及顏料本身的耐遷移性和耐熱性。著色劑中的壹些成分可能會促進樹脂的降解。例如，鐵離子和鋅離子是PVC樹脂降解的催化劑。因此，使用氧化鐵(紅、黃、棕、黑)顏料或氧化鋅、硫化鋅、立德粉等白色顏料會降低PVC樹脂的熱穩定性。壹些著色劑可能會與PVC樹脂的降解產物發生反應。比如群青顏料耐酸性差，所以在PVC著色過程中，會與PVC分解產生的氯化氫相互作用，失去應有的顏色。所以在PVC著色方面，考慮到所用樹脂和相關添加劑的特性，結合顏料的特性。選擇著色劑時應註意以下問題。[4]
1，顏料中的壹些金屬離子會促進PVC樹脂的熱氧化分解如圖1所示。
測量方法是帶顏料的聚乙烯加熱到180℃時的色相變化。因為顏料中含有金屬離子，加速了PVC的分解，導致色相變化。同時也要註意，同樣加入湖紅可以使PVC的色差不同，如含鈣，色差小；含錳時色差很大，這是由於錳等金屬對PVC脫氯化氫的促進作用。
硫化物著色劑(如鎘紅、黃等。)用於PVC著色，由於著色劑分解可能會釋放硫化氫。這種著色劑不應與鉛穩定劑混合，以免產生黑色硫化鉛。
2.顏料對聚氯乙烯電絕緣性的影響
PVC作為電纜料，和聚乙烯壹樣，要考慮著色後的電氣性能。特別是PVC的絕緣性比聚乙烯差，所以顏料的影響更大。表明用無機顏料著色的PVC的電絕緣性優於有機顏料(爐黑和銳鈦礦型鈦白粉除外)。
流動性
遷移僅發生在增塑的PVC產品中，並且當使用染料或有機顏料時。所謂遷移，就是周圍溶劑中的壹些可溶性染料或有機顏料通過增塑劑滲透到PVC制品表面，那些溶解的染料(顏料)顆粒也被帶到制品表面，導致滲色、溶劑滲色或蒙砂。[5]
另壹個問題是“縮放”。是指著色劑在著色加工過程中，由於與被著色物體相容性差或不相容而從體系中釋放出來，沈積在加工設備表面(如擠出機機筒內壁、模孔內壁)。
天氣能力
指顏料承受各種氣候的能力。這些因素包括可見光和紫外線、濕度、溫度、大氣氯化和產品使用過程中遇到的化學物質。最重要的耐候性包括堅牢度、抗粉化性和物理性能的耐久性。但是有機顏料因為結構不同而有好有壞。另外，在含有白色顏料的配方中，顏料的耐候性會受到嚴重影響。
色素的褪色、變暗或變色壹般是由色素的反應基因引起的。這些活性基因可以與大氣中的水分或化學試劑(酸和堿)相互作用。比如鎘黃在水和陽光的作用下會褪色，麗素紅耐光性好，適合大部分室內使用，但在有酸堿成分的室外使用會褪色嚴重。
脫氯化氫的測定方法參照JIS-K-6723，測定溫度為180℃。基於未著色PVC復合材料的脫氯時間，延長或延遲時間為5%和10%區間，負值表示加速分解。
穩定性
PVC樹脂的軟化點較低，約為75-80℃，脆性溫度低於-50~-60℃。大部分產品長期使用溫度不超過55℃，特殊配方可達90℃。如果PVC樹脂是頭對頭界面的純線性結構，內部沒有支鏈和不飽和鍵，那麽即使C-Cl鍵能比較小，PVC樹脂的穩定性也應該比較高。而高純度的PVC樹脂即使在100℃以上或長時間暴露在紫外線下，氯化氫氣體也會開始逸出。說明其分子結構中存在尖銳基團或不穩定結構。時間越長，降解越多，溫度越高，降解速度越快，在氧氣或空氣存在下降解速度越快。[6]
電性質
聚氯乙烯是壹種極性聚合物，對水等導電物質的親和力很大，因此其電阻小於非極性聚烯烴，但仍具有較高的體積陰極和擊穿電壓。PVC的極性基團直接連接到主鏈上。在玻璃化轉變溫度以下，偶極段受到凍結結構主鏈原子的限制而不能移動，因此不產生偶極極化，可在室溫下用作高頻絕緣材料。當用於電線絕緣時，懸浮樹脂的電絕緣比