浅谈PVB树脂粘度的影响因素与控制

刘帮柱（安徽皖维集团有限责任公司，安徽巢湖238002）

浅谈PVB树脂粘度的影响因素与控制

刘帮柱
（安徽皖维集团有限责任公司，安徽巢湖238002）

摘要：简要介绍了PVB树脂粘度的影响因素，主要包括原料PVA的聚合度、醇解度、PVA原液的浓度、综合反应的温度、醛化度等，并简要阐述了控制PVB树脂粘度的几种有效措施。

关键词：PVB；聚乙烯醇缩丁醛；粘度；聚乙烯醇

1　前言

PVB树脂学名聚乙烯醇缩丁醛树脂，上世纪30年代在美国成功工业化生产[1]，至今已有70多年历史。我国自上世纪60年代开始进行工业化尝试，但由于受原材料、工艺参数的影响敏感，产品质量的波动性很大，为数不多的成品只能满足军事方面的用途，直至上世纪90年代才有少量PVB产品进入民用市场。目前PVB市场仍被美国的首诺、杜邦、日本的积水、可乐丽等少数几家跨国公司垄断，我国在世界PVB市场的份额不足20%，且大多是低端产品[2]。

2　PVB树脂的用途

PVB树脂的用途主要包括以下三方面：油漆油墨、粘合剂、安全玻璃中间膜[3，4]。由于PVB树脂是由聚乙烯醇（PVA）与丁醛部分缩合的产物，因此PVB的分子结构较为特别，其中含有15%～30%的羟基，2%左右的乙酰基，70%～85%左右的缩丁醛基，这些基团共同作用，赋予了PVB优良的特性：能溶于醇类、醚类、酯类等大多数有机溶剂，不溶于水；对金属、非金属、有机材料等几乎所有固体材料均有很强的附着力；有较好的成膜性；有较强的抗紫外线老化性；与玻璃的折射率可以做成一致或相当接近。但是无论是油漆油墨、粘合剂级PVB，还是安全玻璃中间膜（胶片级）PVB，树脂的粘度都是重要的技术指标，对PVB的适用性起着决定性作用。

3　影响PVB树脂粘度的因素

2011年6月皖维集团年产2000吨/年油漆油墨、粘合剂级PVB实验生产线建成投产，2013年10月皖维集团年产10000吨/年胶片级PVB生产线建成投产。通过几年的生产摸索，我们认为影响PVB树脂粘度的因素主要有以下几个方面：

3.1原料PVA

高分子的分子量与粘度通常有较强的正相关性，PVB树脂也不例外，分子量越大，粘度越高，而PVB的分子量与原料PVA的分子量的大小密不可分。通过多年实际生产的数据统计，在几乎相同的工艺条件下，排除不正常因素的干扰，PVA的分子量与PVB粘度的对应关系如表1。

PVB粘度与PVA分子量的对应关系如图1。

图1　PVB粘度与PVA分子量的对应关系

同时，PVB的粘度与PVA的醇解度也存在着明显的正相关性。以聚合度2000的PVA为例，不同的醇解度对应的PVB粘度如表2。

表2　PVA醇解度与PVB粘度的对应关系

PVB粘度与PVA醇解度的对应关系如图2。

图2　PVB粘度与PVA醇解度的对应关系

从图2可以看出，PVA醇解度越高，PVB树脂的粘度越高，换言之，PVA的残存醋酸根越高，PVB树脂的粘度越低。了解到这一点，对于生产高强低粘PVB树脂很有帮助。

3.2缩醛化度

缩醛化度是指PVA分子中羟基与丁醛缩合的程度。产品经过检验表明，在同一批原料生产的情况下，缩醛化度较高，PVB树脂的粘度较低，呈现出负相关性。表3是以聚合度2000的PVA为例，在不同缩醛化度区间，所对应的PVB粘度的平均值。

表3　不同缩醛化度区间对应的PVB粘度

PVB粘度与缩醛化度的对应关系如图3。

图3　PVB粘度与缩醛化度的对应关系

由于缩醛化度对PVB化学性能及其它物理性能均有一定影响，不同的用途决定了缩醛化度大致区间，因此不能通过缩醛化度的高低来调整PVB的粘度，但是生产实际中应将缩醛化度对其粘度的影响考虑在内。

3.3反应初始温度

反应的初始温度对PVB的粘度影响很大，在一定的温度范围内，其粘度可控，但超出这一范围，PVB的粘度会大幅度增加，缩醛化度大幅度降低，树脂粉颗粒加粗，往往会造成大量废品产生。以聚合度2000、醇解度99%的PVA为例，反应的初始温度与PVB的粘度对应关系如表4。

表4　反应的初始温度与PVB的粘度对应关系

PVB的粘度与反应初始温度的对应关系如图4。

图4　PVB的粘度与反应的初始温度对应关系

3.4PVA原液浓度

PVA原液浓度在较稀的情况下对PVB的粘度影响不大，但超过一定范围，影响也显而易见。表5反映了PVA原液浓度与PVB粘度的对应关系。

表5　PVA原液浓度与PVB粘度的对应关系

PVB粘度与PVA原液浓度的对应关系如图5。

图5　PVB粘度与PVA原液浓度的对应关系

此外，PVB粘度还与打料时间长短、反应时的搅拌速度、升温速度、保温时间的长短均有一定关系。

4　控制措施

由于PVB使用厂家的工艺不同，对PVB质量指标要求也不同，不仅对粘度区间有一定的限制，且对缩醛化度、抗拉伸强度、成膜性等多项指标也有明确的要求，因此，制取PVB树脂非常容易。但制得用户满意的产品却相当困难。为了生产出用户需求的PVB树脂，提高产品的合格率，应采取以下应对措施：

4.1精心挑选原料PVA

PVA有多种型号，不仅有聚合度大小之分，且有醇解度高低之分。在确定缩醛化度的前提下，选择能够满足粘度要求的PVA，尽量不要通过改变工艺条件来满足产品质量要求，这样可以起到事半功倍的效果。

4.2工艺控制程序化

目前国内PVB树脂的生产均采用两步沉淀法、釜式操作、间歇式生产，生产控制以人工控制为主，随意性相当大，尤其是PVB粘度，工艺稍加改变，粘度变化很大。因此PVB树脂的生产最好采用DCS控制系统，采取程序化操作，且每一客户对应的工艺程序保持相对固定。

4.3严格产成品管理

最好采取定单式生产，生产完成后及时交付客户使用，未交付客户的产品需分开摆放，不得混包。对于在仓库中停放超过一个月以上的产品，在出厂时需重新取样分析检验，以防止PVB树脂粉的降解。

4.4不合要求产品的处置

有些产品对某一用户可能有个别指标不符合要求，但该批产品质量本身并不存在问题，通常的做法是，寻找与该批产品质量相同或相近的用户，视符合程度进行适当处理，相同可直接发往该用户，往近可采取返包搭加等措施处理，对于品质上有问题的产品只能当废品出售或销毁。

5　PVB粘度难以控制的根源

5.1多种基团的影响

PVA原料中含有羟基和未醇解的羧基，再加上与丁醛缩合，引入了丁醛基，几种基团均对PVB的粘度造成影响，使得PVB的粘度难以控制。

5.2氢键的影响

由于PVB是由PVA水溶液与丁醛在低温下缩合而成，而PVA水溶液在低温下容易形成氢键，使得缩合不均匀，即使表观缩醛化度一样，但表现出的溶解性、流动性也是不一样的。

5.3缩合方式的影响

一个丁醛分子可以和两个羟基缩合，在PVA分子链中，有多个羟基，丁醛分子可以与一个分子中的两个羟基缩合（分子内缩合），也可以与相邻两个PVA分子中的羟基缩合（分子间缩合），使得PVB分子量成倍增长，若反应条件控制不当，可以得到体形结构的高聚物，这是PVB树脂粘度出现较大波动的主要原因。

5.4分子重整和降解

任何好的工艺都不能有效阻止PVA分子间的缩合。生产低粘度的PVB树脂，分子间缩合较少，高粘度的PVB由于使用了高聚合度的PVA，分子间的缩合较多，特别是在初始反应温度较高，搅拌转速较低时更是如此。稍不注意即造成PVB粘度突然上升，甚至结球。为了减少损失，我们通常采用低温长时间搅拌，使其粘度下降（但很难下降至正常值），我们认为这是PVB分子重整的体现。有时产品入库后几个月，粘度下降30%左右，而缩醛化度只下降了2%左右，说明分子重整使粘度降低远远大于降解所带来的粘度增加。

6　结束语

随着汽车行业、高层建筑、光伏产业的发展，PVB树脂做为新材料尤其是胶片级PVB，正受到人们的热捧，但是该产品实在是娇气，在一般的控制条件下，重复性极差，真可谓是差之毫厘，谬以千里。只有不断摸索、不断总结，才能真正把握其中的内涵。

参考文献

[1]马时渝.Butvar -孟山都生产的PVB树脂[J].维纶通讯，1998,18 （2）:54- 57.

[2]李忠森，罗顺贻.聚乙烯醇缩丁醛发展现状[J].维纶通讯，1992 （1）:1- 15.

[3]罗贵英.聚乙烯醇缩丁醛树脂的生产与应用[J].贵州化工，2002 （6）:27- 29.

[4]李玉珍．PVB及其缩醛物的生产[M].天津：天津科技出版社，1988：29- 55.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.01.020

中图分类号：TQ328.4

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）01- 0073- 03

收稿日期：2014- 07- 25

作者简介：刘帮柱（1969-），男，毕业于安徽机电学院，工程师，从事高分子材料研究工作，13965684218，liubz88@163.com。