聚氯乙烯粉体静电控制与消除

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

在悬浮法生产聚氯乙烯树脂装置中，聚合浆料经过汽提工序回收部分未反应的氯乙烯单体后，普遍采用离心干燥和气流干燥两个工艺环节脱除母液水分，以获得含水量低于0.3%的聚氯乙烯粉体，然后经过筛分、风送至成品料仓[1]。聚氯乙烯等高聚物粉体电阻率较大，在气流干燥和粉体风送时产生大量静电，往往会影响PVC树脂粉的干流性能和生产安全。在这里，我们简单分析化工生产过程中PVC树脂粉体静电产生的原因，并采用合理的措施控制和消除静电。

1 聚氯乙烯粉体静电起电原因

悬浮法PVC树脂颗粒是粒径大小为100～180μm的高官能度大分子团，大分子链段由C、H和Cl原子组合而成，正常状况下，其内部质子与电子数量相同，正负电荷平衡，对外表现电中性。在生产加工过程中，由于热气流干燥和粉体输送的作用，使得PVC颗粒相互间、颗粒与空气之间以及颗粒与金属设备管道之间发生着复杂的摩擦和冲撞[2]。静电学认为：当两个不同的物体相互接触时，就会使得一个物体的一些电子转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。物料颗粒与空气分子、金属设备内壁间接触时间极短，分离时因接触造成的不平衡电荷难以迅速中和，一部分电荷被空气分子“捕获”带走或者经金属设备导出生产系统，而PVC粉体则会因为积累等量的反极性电荷，对外表现为带静电。聚氯乙烯属有机高分子聚合物，其接触起电机理在经典静电学基础上与金属材料带电概念和理论有一定差别。

1.1 PVC粉体摩擦起电

PVC粉体与空气、金属间发生摩擦和冲撞实质上就是“接触—分离”的起电过程。一般高聚物、空气等具有良好电介性的绝缘材料摩擦带电情况与两种电介质的摩电序或介电常数有关。通常排在摩电序前面、介电常数大的高聚物表面产生正电；排在序列后面且介电常数小的材料得到电子，带负电；在序列中差距愈远，摩擦起电量愈多。通用型PVC树脂、干燥空气的相对介电常数分别是3～4和1。高聚物材料与金属间摩擦起电情况与两者的表面电子逸出功或功函数有关，对逸出功大的金属，高聚物材料失电子带正电，相反则带负电。

1.2 PVC粉体破坏起电

在实际生产过程中，急剧的摩擦和冲撞还可能导致“破裂”或“拉丝”形式的破坏起电。为保证成品物料含水量合格，湿态PVC树脂颗粒在干燥器中停留时间较长，常用的气流/旋风干燥装置，PVC树脂停留时间大约为20min，而在沸腾床式干燥装置中，PVC树脂的停留时间可达1.5～2h。由于空气流长时间的推动作用，树脂相互间、与设备管道间发生的激烈碰撞，大大提高了PVC粒子破裂机率。破裂起电时，带正电荷的粒子与带负电荷的粒子双方同时产生，受到多相流动速度差的影响，可能会造成电荷分布不均并累积。电量大小与碎块的数量、碎块的大小、破裂的速度、破裂前电荷分布程度等因素有关。物料与转动设备间的研磨以及风送管道内部突起间的摩擦极易引起高温“塑化”或“拉丝”起电，塑化片和粉体静电对成品后期加工塑化有巨大影响。

2 PVC粉体带电形式和特点

金属材料产生静电，电荷一般分布在金属的表面；PVC树脂粉体摩擦起电时，产生的电荷不仅分布在颗粒表面，还会进入疏松颗粒的内部形成“体电荷”的分布，具有电荷不易泄漏的特点。

聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等高聚合物粉体具有优良的电绝缘性，其表面电阻率和体积电阻率很高，在加工生产过程中带上的静电荷衰减速度很慢，可以保数月甚至数年无法消除。

PVC树脂属疏水性聚合物，不易吸收环境水分，若周围空气湿度低于40%时，在它的表面难以形成水分子导电层，静电不易逸散，表现高电位。

3 聚氯乙烯树脂粉体静电的影响和危害

3.1 静电危害与安全防范

聚氯乙烯粉体在干燥脱水、管道风送、成品筛分、存储和包装过程中会产生大量静电，静电危害起因于静电力和静电火花，严重的静电放电会引起可燃物的起火或爆炸。最简单又最可靠的办法是用导线将设备接地，这样可以把电荷引入大地，避免静电积累。管道连接处必须加静电跨接，每隔20m左右要架设静电接地线。为消除料仓内的接地金属尖端放电现象,可采用防静电型料位报警器，如果有袋式除尘器要选用防静电滤材。

3.2 粉体静电对输送的影响

粉体干流性指标用以表证物料颗粒规整度和输送流动性，PVC树脂颗粒粒径小，表面能大，静电荷积累会进一步影响粉体干流性，降低输送效率，表现为对成品筛网的吸附或者出现旋风分离器、料仓下料“架桥”等现象。在树脂成形加工混料时，粉体静电会导致掺混助剂分散不均，造成辅料“起球”和“结块”。

3.3 粉体静电对包装的影响

带电粉尘的吸附性亦对PVC生产和后加工有较大的影响，当带有静电的树脂粉末靠近包装物、生产设备等不带静电的物体时，由于静电感应，没有静电的物体内部靠近带静电树脂的一边会生产相反极性的电荷，异性电荷互相吸引造成“静电吸附”。若含水量过低（小于0.1%），在PVC粉体包装过程中，物料与包装物之间产生摩擦易引起粉尘悬浮和飞散；加工倒袋时，PVC粉末会吸附在包装物内膜、袋口等部位，直接造成生产浪费。

4 静电控制与消除[3]

4.1 生产过程中控制静电产生

静电是电荷产生和泄漏两个过程的动态平衡，所以消除静电的方法就是控制电荷产生或使产生的电荷尽快逸散。提高粉体输送管道弯头倍数，抛光设备及管道内壁粗糙毛刺，减少树脂与设备、管道间的碰撞机率，消除粉体附着层等措施对减少静电产生有积极作用。在成套的PVC干燥装置中，由于受到工艺设计参数的限制，单纯从生产操作方面控制粉体静电产生是比较困难的。

作业风速越快，PVC粉体物料摩擦静电量就会越大，为此生产时应尽量降低干燥器内热气流速度，减少风送管路弯曲和收缩，抑制输送风量和物料量发生急剧波动，保持均匀的输送速度，但应保证风速不低于树脂颗粒的自由沉降速度。

气流温度越低，其相对湿度越高，生产作业时树脂粉体越不容易产生静电，然而在降低气流温度的同时，却会加大成品含水量偏高的风险。

4.2 静电消除和防治方法

静电消除和防治普遍采用的方法主要包括：接地导出电荷、加入抗静电剂、调节环境空气湿度、使用静电消除设备。目前，在PVC树脂成形加工过程中广泛采用抗静电剂，将其与树脂掺混或喷涂于塑料材料表面，既可以很好地消除绝缘体内部的静电，又能提高高聚物表面电导率，使电荷尽快泄漏。用于控制和消减高聚物静电的表面活性剂可分为阳离子型、阴离子型和非离子型，但都无法应用于聚氯乙烯树脂粉体生产。为消除静电对PVC树脂质量分析过程的影响，可以采用酒精喷雾、掺混氧化铝或湿法筛分等方法克服静电力，以减小分析误差。

图1 空气加湿器工艺图

4.3 加湿法除静电工艺

空气加湿器在PVC实际生产中应用最广泛，具有投资小、设计制造简单、操作方便等特点。水是良好的导体，在有水的情况下是不会发生电荷重新分布的，也就不会产生静电。一般将空气加湿器安装在成品筛进料口的位置（如图1），通过与湿空气接触，降低PVC树脂颗粒表面电阻，提高导电率，消除电荷分布不均。

生产操作过程中，湿空气流量需要根据成品筛进料量进行实时调节，当湿空气相对流量过高或过低时，都会影响粉体静电消除和筛分效果。

4.4 粉体静电消除器

目前，粉体静电消除器在石化生产装置中应用较多。国内用于消除风送粉体静电的消电器种类很多，按高压电源可分为直流型、交流型和脉冲型，主要通过高压电场或放射性射线的作用使空气局部电离，生成大量单极性或双极性离子，其中与带电粉体极性相反的离子（或电子）向带电粉体趋近并与之发生中和作用，可以达到消除静电的目的。根据生产装置情况，将粉体静电消除器设在料仓进口或包装机下料口处，能够有效地控制高聚物粉体生产过程中人体电击和着火爆炸等静电事故的发生。

5 结束语

在聚氯乙烯树脂生产、输送和加工过程中，粉体静电的产生机理比较复杂，诱发因素众多，想通过某种手段控制静电的产生或永久性消除的难度较大，但我们可以采用合理的操作方法和精确的生产工艺条件来解决诸如粉体风送速度与颗粒沉降速度间的矛盾、树脂含水量与树脂带电之间的矛盾等问题，也可以选用防静电剂、空气加湿器、静电消除器等技术或设备来处理某节段的静电干扰，充分提高树脂质量和生产效率，促进企业的安全生产。

[1]刘尚合,刘直承,等.静电理论与防护[J].北京：兵器工业出版社,1999.

[2]赵择卿，陈小立.高分子材料导电和抗静电技术及应用[M].北京：中国纺织出版社,2006.

[3]刘尚合.静电放电及危害防护[M].北京：北京邮电大学出版社,2004.