生活中的塑料：聚氯乙烯

于二雷 魏忠

摘 要：本文介紹了聚氯乙烯制備方法及應用，概述了PVC制品在生活中的應用及面臨的問題，指出了聚氯乙烯在工藝優化和環境保護方面需要改進的方向。

關鍵詞：聚氯乙烯；氯乙烯；制備；發展；應用

聚氯乙烯（PVC）樹脂是國內外高速發展的主要合成材料之一，產量僅次于聚乙烯，位居全球合成樹脂的第二位，也是國內用途廣泛、產量和消費量較大的三大通用合成樹脂之一。[ 1 ]在PVC發明后的很多年里，由于這種具有豐富多彩功用的聚合物對人類社會的巨大利好而使PVC得生產及應用以極快的速度在增長。[ 2 ]可以講，從挽救生命用的醫療設備，到全世界很多地方使用的輸送清潔安全的飲用水管以及為了防火安全使用的電線外殼，PVC產品的影響越來越大。

1 聚氯乙烯生產工藝

氯乙烯在常溫下是氣體。沸點為-13℃。氯乙烯單體只有在液態無氧的情況下聚合的，文獻中也有報道“氣相聚合”。[ 3 ]然而，經查證這些聚合實際上也是在一定壓縮狀態下發生。另外，氯乙烯聚合的另一個非常重要的特征是它的聚合反應會釋放大量的熱大約106 kJ/mol。必須從聚合反應中將大量的聚合反應熱出去。在很大程度上來說，我們生產PVC的能力直接與反應器的除熱能力相關。如果反應失控，壓力會隨著溫度迅速升高，同時聚合速率也升高，從而加大了問題難度。如果溫度失控，所有這些條件會導致危險狀況的發生，單體可能會緊急排放到大氣中。對氯乙烯聚合而言，除熱是設計需要主要考慮的問題。[ 4 ]

目前，PVC的主要有以下四種生產方法，即本體聚合法、溶液聚合法、乳液聚合法和懸浮聚合法。本體法聚合生產工藝的主要特點是聚合過程中不用加入水和分散劑。溶液法聚合是以甲醇、甲苯、苯、丙酮等作溶劑，氯乙烯在此溶劑中聚合，聚合得到的PVC樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。而懸浮聚合則是通過與氯乙烯不溶的溶劑如水等使氯乙烯分散到水中進行的聚合，因為懸浮聚合法生產容易控制，過程簡單，操作簡便，有利于大規模生產，產品的適應性突出，是目前PVC的主要生產方式，用此方法生產的PVC占總產量的約90%，在PVC生產中占非常重要的地位。[ 5-8 ]懸浮聚合一般是在帶攪拌的、圓柱形的容器中進行，容器的尺寸大小為20～200 m3。現代化的工廠都是高度自動化和通過計算機控制的。聚合過程會釋放少量氯化氫，pH值能低到3.1。因此聚合器的內表面或是不銹鋼的，或者在老式的反應器中使用玻璃襯里。玻璃的缺點是它可能很容易就被毀壞。正如前面描述的，除熱對于生產率來說是非常重要的。不銹鋼與鋼相比，熱導率要差，所以更多的熱是通過壁器除去的，在非常大的反應器中除熱就需要回流冷凝器或特殊冷卻隔板，因為僅有少量的熱能從反應器壁除去。

2 PVC的應用領域

PVC自1920年發明以來，已經發展到數千個產品，應用在許許多多的市場上。與木村、鋼鐵相比，PVC具有高彈性、耐寒強度高、耐磨、光潔度好等優點。由于化學穩定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、輸油管、離心泵和鼓風機等。PVC的硬板廣泛應用于化學工業上制作各種貯槽的襯里，建筑物的瓦楞板，門窗結構，墻壁裝飾物等建筑用材。[ 9-11 ]在我們的生活當中，已經越來越離不開PVC了。在PVC日常生活應用中，人們最關注的莫過于包裝材料，玩具和醫療產品方面了。那么，這些PVC材料的健康和安全方面到底如何呢？PVC材料面臨的環境問題主要來自于兩個方面：

1）氯乙烯單體的遷移。PVC是由氯乙烯單體聚合而成的，在20世紀70年代早期，認為氯乙烯單體是一種致癌物質，當人體接觸到高含量的該物質時會引發癌癥，所以在那個時候食品和包裝行業使用這個還是有顧慮的。隨著工業的發展和對于氯乙烯單體排放的限制，使得人們在材料的制備技術上做出了很大的改變，從而使得如今PVC樹脂中的氯乙烯單體的殘留量不到百萬分之一，而且PVC中氯乙烯單體的遷移量也少于十億分之五，保證了日常生活中的薄膜制品的氯乙烯單體的遷移可以忽略不計，解決了氯乙烯的遷移問題。

2）增塑劑的遷移。PVC制品尤其是軟質PVC需要加入部分添加劑如增塑劑等來提高它的性能。增塑劑能夠從軟質PVC產品中以非常小的速率遷移出來，那是因為它與PVC基體不是通過化學鍵結合的。[ 12 ]據說暴露于PVC醫療產品的鄰苯二甲酸酯類增塑劑下，尤其是DEHP（鄰苯二甲酸二辛酯）會危害到病人的身體健康。然而在2000年2月經過長期全面的研究，世界衛生組織（WHO）下屬的國際癌癥研究機構全部降低DEHP對人類健康的威脅等級。但后來有人提出一個新的問題就是鄰苯二甲酸酯會引起內分泌紊亂。然而，關于鄰苯二甲酸酯的重要研究已經完成，美國的國家毒理學規劃處、食品與藥品管理局和歐洲委員會也正在研究實驗的結論。雖然對老鼠的研究表明高含量的鄰苯二甲酸酯有助于繁殖，但目前還沒有證據說明對人體也有同樣的效果。即便如此，增塑劑的遷移問題仍然會影響產品的質量，因此，關于新型環保型增塑劑的研究越來越多。[ 13-14 ]

3 存在問題，未來趨勢

PVC已經影響到我們人類生活的方方面面。然而，PVC的制備和應用仍然面臨著許許多多的問題，比如散熱困難，反應時間過長以及樹脂質量難以控制等。[ 15 ]還有就是“壽命終止”問題，即任何材料在不具備使用價值以后該如何處理的問題。有很多途徑來處理壽命終止的制品：減量化、再利用和再循環，焚燒（對恢復能量來說更可取），還有最后一個手段，即垃圾掩埋法。這個問題看似簡單但實際上很復雜，因為其中涉及到位置的選擇和經濟與否的問題。處理回收材料如紙張、玻璃、鋼鐵和鋁等體系幾十年前已經完成，同時收集、分類、加工和處理等基礎設施也建立起來了。而塑料（包括PVC）的基礎設施還在建設當中。因此，PVC的制備加工和處理還需要我們進一步的研究為提高人們生活質量以及環境的保護作出貢獻！

參考文獻：

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作者簡介：于二雷（1988-），男，河南省上蔡縣人，博士，講師，主要從事功能高分子研究工作；魏忠，通訊作者。