探究PVC生產工藝及改性方法研究

張卓龍

摘????? 要： 聚氯乙烯（PVC）具有良好的耐酸堿性、耐腐蝕性、阻燃性以及電絕緣性，同時PVC加工性能好且生產成本低，因此被廣泛應用于電線電纜、醫療器械、玩具、食品包裝以及建筑材料等方面。PVC制品在加工過程中通常需要添加大量增塑劑來改善其使用性能。由于制品的增塑劑在長期使用過程中可能會存在揮發等一系列問題，不僅會造成制品性能下降，而且對環境和人體有一定毒害作用。近年來，通過化學改性方法將增塑劑共價連接到PVC分子鏈上以避免增塑劑遷移的策略已經成為研究熱點。綜述了PVC的性質及應用領域，重點介紹了近年來PVC改性方法的研究進展。

關? 鍵? 詞：聚氯乙烯；生產工藝；改性方法

中圖分類號：TQ325.3????? 文獻標識碼： A???? 文章編號： 1004-0935（2024）06-0955-04

PVC是目前應用最為廣泛的一類普通合成樹脂，它位居世界普通合成樹脂的第二大用量，并占據了世界普通合成樹脂用量的1/3。PVC是一種在塑料成形加工行業中相對常用的一種原料，在我國的 PVC制品有著非常廣闊的應用前景，其總的生產量已經達到了一百萬噸以上，大約占了我國聚合物材料制品全部生產總量的20%。隨著塑料使用領域的不斷擴大、新技術的不斷發展，對其性能的要求也不斷提高。采用一種新的單體聚合方法，以獲得高品質的塑膠產品，這種方法受價格、技術、原材料等因素的影響。由于受廢棄處置等多種因素的限制，加之其運行過程較為繁瑣，在實踐中很難實現。若能解決有關技術難題，對已有的塑膠產品加以改良，改進其缺點，提高其性能，則可擴大其用途。在減少改造費用的同時，可以得到更加實用的工程材料。

PVC的優勢在于其優異的物理性能，它還擁有很好的耐腐蝕性、化學穩定性、耐燃性等，而且它的成本很低，在某些領域中，它可以取代傳統的金屬和木材，起到很大的作用。盡管 PVC的綜合性能相對較好，但也存在著一些缺陷和缺點：其產品的缺口沖擊強度較低，性脆易碎；耐熱性較低，容易發黃；加工流變性能較差；具有很好的分散性和很低的成形溫度范圍。上述缺陷制約了聚氯乙烯的使用范圍，給聚氯乙烯產品的制造和加工帶來了不良的影響。提高聚氯乙烯基樹脂的強度，是聚氯乙烯改性研究的一個重要課題。

1? 聚氯乙烯概述

1.1? 聚氯乙烯簡介

聚氯乙烯（PVC）是一種熱塑性的高分子材料，其為無毒、無特殊氣味的白色粉末。PVC及其制品具有良好的物理性能，且PVC及其制品化學穩定性好，是一種加工性能良好的熱塑性材料。

PVC是目前全球最大的5種常用塑料中的一種。在21世紀初期， PVC的全球生產能力已經突破了3 100萬t，現在已經在全世界發展成為一個成熟的行業，雖然會受到很多因素的影響，例如環境保護，但是它的普適性很高，其物性優良，且成本低，已被廣泛用于建筑材料，如門窗板材、管道線路、電纜等。

鮑曼在1878年用光引發了氯乙烯單體的聚合反應，并獲得了一種白色的粉末狀產物；早在1915年，克拉特就在進行氯乙烯聚合試驗時，就發現了過氧化氫可以用作引發自由基聚合。由于 PVC在其單體中不能溶解，因此，采用多相聚合法對 PVC進行多相聚合法也起到了推動作用。在20世紀20年代后期， PVC的工業化生產就開始了，當時 PVC的制備方法是采用了 PVC和醋酸乙烯酯、乙烯基醚和丙烯酸酯的共聚物。20世紀末期，由于中國、印度等東盟各國對 PVC產業的需求與經濟同步，亞洲的 PVC需求也隨之迅速上升，達到了每年4.5%增長。在促進國外聚氯乙烯工業發展的同時，也大大提高了我國聚氯乙烯的產能。目前，全球 PVC工業的產量和需求量都在不斷增長。

1.2? 聚氯乙烯原料生產方法

從現階段的氯乙工藝來看，其主要有電石法和乙烯法2種，工藝流程如圖1、圖2所示。

由于受區域能源結構影響，對于天然氣石油儲量豐富的地區如美國、中東等，乙烯原料成本低，主要以乙烯法制備為主，而我國煤炭資源較為豐富，2種制備方法兼并，依據煤炭資源優勢，在大力發展電石法生產氯乙烯的基礎上，適當發展乙烯法。我國大規模生產聚氯乙烯是在1958年，當時一年產能為3 000 t，但隨著國際原油價格上漲，國內經濟穩定增長及國家在聚氯乙烯進口方面實行反傾銷政策，使得聚氯乙烯市場需求擴大，產能相對不足，從而促使聚氯乙烯工業高速發展，不斷穩定提升生產能力。通過優化提升電石法的工藝技術、強化供給側改革和調整產業結構、制定實施環保政策、淘汰和升級高污染高能耗生產裝置以及積極開發和引進新生產工藝來提升產品質量，增強國際競爭力是我國聚氯乙烯行業未來的發展趨勢。

1.3? 聚氯乙烯生產工藝

聚氯乙烯主要是通過氯乙烯發生本體聚合得到，主要包括4個步驟：引發劑引發、鏈增長、鏈轉移、鏈終止。氯乙烯單體其反應活性不高，但是氯乙烯單體發生自由基反應的活性卻很高。因聚氯乙烯鏈的鏈轉移常數較大，在聚合反應鏈增長過程中，自由基能夠向體系中存在的單體、引發劑、溶劑和生成的聚合物靠近而引起鏈轉移反應。這不但會限制聚合物分子量增長，結構上也形成各種異常單元如鏈轉移形成長支鏈結構、鏈增長自由基異構化形成短支鏈結構、頭一頭結構、叔氯以及端基烯丙基氯等缺陷結構。這些缺陷結構存在不僅對聚氯乙烯的熱穩定性和主鏈的控制是非常不利的，而且會影響產品材料的顏色、結晶度、加工和機械性能，尤其會嚴重影響聚氯乙烯的熱穩定性。

聚氯乙烯本體聚合體系是工藝最為簡單的一種，在本體聚合體系中，僅有氯乙烯單體以及用于引發聚合反應的催化劑構成，得到的產品也不需要復雜的分離和提純，易于連續化，生產成本較低，是生產PVC的最簡單聚合方法。但是在本體聚合體系中，隨著聚合反應的不斷進行，體系黏度增大，不利于體系混合與加熱相對困難，自動加速效應出現會引起爆聚現象，若工業生產中溫度控制不當容易有爆炸危險。

2? 聚氯乙烯改性

2.1? 聚氯乙烯改性目的

雖然聚氯乙烯（PVC）具有良好的耐酸堿性、耐腐蝕性、阻燃性以及電絕緣性，但是其性能上也存在欠缺和不足之處。

1）PVC熱穩定性、耐熱性較差。盡管PVC的熔融溫度大約是210 ℃，然而當它加熱到100 ℃時，它會發生分解反應，并釋放出氯化氫，而氯化氫將會成為一種催化劑，從而對 PVC的分解起到更好的促進作用。當它達到150 ℃以后，它的分解將會更加劇烈，從而會讓 PVC產品的顏色變得更深，造成產品的物理性能急劇降低。因此，在 PVC的生產中，一定要添加穩定劑。

2）硬質PVC制品呈脆性。常溫條件下，PVC制品的缺口沖擊強度差，在沖擊力作用下極易發生斷裂，因此不能用作結構和功能材料。此外，PVC的脆性受溫度影響很大，溫度越高綜合性能越差，呈負增長趨勢；低溫下制品更是無法使用，極易脆斷，一般PVC硬質品最低使用溫度為-15 ℃。

3）硬質PVC加工性能差。硬質PVC熔體的黏度很高，其熔體流動性差，工藝難以控制，只能用于生產結構簡單且質量要求不高的產品。加入增塑劑和其他助劑可顯著改善其加工性能。

4）PVC是極性聚合物，其分子鏈中含有強極性鍵—C—Cl—，易溶于極性溶液，當PVC應用于醫療制品時，容易發生藥品反應，且相容性和親水性不好，應用范圍比較窄。

2.2? 聚氯乙烯改性方法

2.2.1? 化學改性

化學改性是一種直接有效的改性方法，其原理是從分子鏈結構的角度改善PVC性能。化學改性有2種方法，第一種是共聚改性，氯乙烯單體與其他物質的單體發生共聚反應，可降低物料的塑化成型溫度，提高PVC的加工性，使之具有更優異的性能和更多的作用。第二種化學改性是在聚氯乙烯側鏈上加入其他具有高韌性的單體基團或聚合物，這種改性稱為接枝反應。化學改性對PVC復合材料的沖擊性能、低溫脆性、高溫穩定性等均有效提高。改性PVC采用化學改性的方法，其突出的優點在于有效提高了沖擊性能，材料的韌性也得到了提高；不利的是對加工設備要求較高，對制作工藝要求較高，對加工工藝要求也較高，而且費時費力。因此，工業上對PVC產品進行化學修飾有一定限制，無法普及。

2.2.2? 物理改性

PVC改性還有一條更為方便有效的途徑——物理改性，其改性原理是在不改變PVC分子結構的前提下，通過共混、填充、增強等方式，在PVC基體中添加各種助劑或改性劑，使其綜合性能得到提高。物理改性工藝簡單、易于操作，在生產應用中其優點十分突出，是目前比較通用的改性方法。

PVC共混改性是將一種或多種高聚物（塑料、橡膠、彈性體等）與PVC共同混合，通過共混改性制得的塑料復合材料可以有效改善PVC流動性，增強制品韌性。共混有2個目的，最主要的作用就是實現PVC改性，改善PVC的脆性、加工性、穩定性等，另一目的是將廢棄材料與新材料混合，以適應大規模工業化的需要，目前采用最多的方式是通過加入其他低成本材料來降低生產原料的成本。

3? 結束語

PVC的原料價格低廉、廣泛易得，其具有優異的耐化學腐蝕性、阻燃、可加工等性能，可應用于電子器械、化工建材、醫療設施等領域和日常生活中。但是由于PVC自身性能限制，導致其應用范圍受限制。本文從聚氯乙烯的鏈結構及生產流程入手，深入剖析了現有的聚乙烯原料生產、聚乙烯生產工藝情況，同時基于PVC的性質，剖析了其改性的目的，同時簡要地概述了化學改性及物理改性? 2種現階段的主要PVC改性方法，并對于現階段主流的PVC制品用途進行了歸納總結。

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Research on PVC Production Process and Modification Methods

ZHANG Zhuolong

（Shenyang Chemical Co.， Ltd.， Shenyang Liaoning 110024， China）

Abstract：Polyvinyl chloride （PVC） has very good acid and alkali resistance， corrosion resistance， flame retardant and electrical insulation， and PVC processing performance is good and production cost is low， so it is widely used in wire and cable， medical equipment， toys， food packaging and building materials. PVC products in the process of processing usually need to add a lot of plasticizer to improve its performance. A series of problems such as volatilization may occur in the long term use of plasticizer， which will not only cause degradation of product performance， but also cause certain toxicity to the environment and human body. In recent years， the strategy of covalently connecting plasticizer to PVC molecular chain by chemical modification to avoid plasticizer migration has become a research hotspot. In this paper， the properties and application fields of PVC were reviewed， and the research progress of PVC modification methods in recent years was highlighted.

Key words： PVC; Production process; Modification method