探究PVC生产工艺及改性方法研究

张卓龙

摘      要： 聚氯乙烯（PVC）具有良好的耐酸碱性、耐腐蚀性、阻燃性以及电绝缘性，同时PVC加工性能好且生产成本低，因此被广泛应用于电线电缆、医疗器械、玩具、食品包装以及建筑材料等方面。PVC制品在加工过程中通常需要添加大量增塑剂来改善其使用性能。由于制品的增塑剂在长期使用过程中可能会存在挥发等一系列问题，不仅会造成制品性能下降，而且对环境和人体有一定毒害作用。近年来，通过化学改性方法将增塑剂共价连接到PVC分子链上以避免增塑剂迁移的策略已经成为研究热点。综述了PVC的性质及应用领域，重点介绍了近年来PVC改性方法的研究进展。

关  键  词：聚氯乙烯；生产工艺；改性方法

中图分类号：TQ325.3      文献标识码： A     文章编号： 1004-0935（2024）06-0955-04

PVC是目前应用最为广泛的一类普通合成树脂，它位居世界普通合成树脂的第二大用量，并占据了世界普通合成树脂用量的1/3。PVC是一种在塑料成形加工行业中相对常用的一种原料，在我国的 PVC制品有着非常广阔的应用前景，其总的生产量已经达到了一百万吨以上，大约占了我国聚合物材料制品全部生产总量的20%。随着塑料使用领域的不断扩大、新技术的不断发展，对其性能的要求也不断提高。采用一种新的单体聚合方法，以获得高品质的塑胶产品，这种方法受价格、技术、原材料等因素的影响。由于受废弃处置等多种因素的限制，加之其运行过程较为繁琐，在实践中很难实现。若能解决有关技术难题，对已有的塑胶产品加以改良，改进其缺点，提高其性能，则可扩大其用途。在减少改造费用的同时，可以得到更加实用的工程材料。

PVC的优势在于其优异的物理性能，它还拥有很好的耐腐蚀性、化学稳定性、耐燃性等，而且它的成本很低，在某些领域中，它可以取代传统的金属和木材，起到很大的作用。尽管 PVC的综合性能相对较好，但也存在着一些缺陷和缺点：其产品的缺口冲击强度较低，性脆易碎；耐热性较低，容易发黄；加工流变性能较差；具有很好的分散性和很低的成形温度范围。上述缺陷制约了聚氯乙烯的使用范围，给聚氯乙烯产品的制造和加工带来了不良的影响。提高聚氯乙烯基树脂的强度，是聚氯乙烯改性研究的一个重要课题。

1  聚氯乙烯概述

1.1  聚氯乙烯简介

聚氯乙烯（PVC）是一种热塑性的高分子材料，其为无毒、无特殊气味的白色粉末。PVC及其制品具有良好的物理性能，且PVC及其制品化学稳定性好，是一种加工性能良好的热塑性材料。

PVC是目前全球最大的5种常用塑料中的一种。在21世纪初期， PVC的全球生产能力已经突破了3 100万t，现在已经在全世界发展成为一个成熟的行业，虽然会受到很多因素的影响，例如环境保护，但是它的普适性很高，其物性优良，且成本低，已被广泛用于建筑材料，如门窗板材、管道线路、电缆等。

鲍曼在1878年用光引发了氯乙烯单体的聚合反应，并获得了一种白色的粉末状产物；早在1915年，克拉特就在进行氯乙烯聚合试验时，就发现了过氧化氢可以用作引发自由基聚合。由于 PVC在其单体中不能溶解，因此，采用多相聚合法对 PVC进行多相聚合法也起到了推动作用。在20世纪20年代后期， PVC的工业化生产就开始了，当时 PVC的制备方法是采用了 PVC和醋酸乙烯酯、乙烯基醚和丙烯酸酯的共聚物。20世纪末期，由于中国、印度等东盟各国对 PVC产业的需求与经济同步，亚洲的 PVC需求也随之迅速上升，达到了每年4.5%增长。在促进国外聚氯乙烯工业发展的同时，也大大提高了我国聚氯乙烯的产能。目前，全球 PVC工业的产量和需求量都在不断增长。

1.2  聚氯乙烯原料生产方法

从现阶段的氯乙工艺来看，其主要有电石法和乙烯法2种，工艺流程如图1、图2所示。

由于受区域能源结构影响，对于天然气石油储量丰富的地区如美国、中东等，乙烯原料成本低，主要以乙烯法制备为主，而我国煤炭资源较为丰富，2种制备方法兼并，依据煤炭资源优势，在大力发展电石法生产氯乙烯的基础上，适当发展乙烯法。我国大规模生产聚氯乙烯是在1958年，当时一年产能为3 000 t，但随着国际原油价格上涨，国内经济稳定增长及国家在聚氯乙烯进口方面实行反倾销政策，使得聚氯乙烯市场需求扩大，产能相对不足，从而促使聚氯乙烯工业高速发展，不断稳定提升生产能力。通过优化提升电石法的工艺技术、强化供给侧改革和调整产业结构、制定实施环保政策、淘汰和升级高污染高能耗生产装置以及积极开发和引进新生产工艺来提升产品质量，增强国际竞争力是我国聚氯乙烯行业未来的发展趋势。

1.3  聚氯乙烯生产工艺

聚氯乙烯主要是通过氯乙烯发生本体聚合得到，主要包括4个步骤：引发剂引发、链增长、链转移、链终止。氯乙烯单体其反应活性不高，但是氯乙烯单体发生自由基反应的活性却很高。因聚氯乙烯链的链转移常数较大，在聚合反应链增长过程中，自由基能够向体系中存在的单体、引发剂、溶剂和生成的聚合物靠近而引起链转移反应。这不但会限制聚合物分子量增长，结构上也形成各种异常单元如链转移形成长支链结构、链增长自由基异构化形成短支链结构、头一头结构、叔氯以及端基烯丙基氯等缺陷结构。这些缺陷结构存在不仅对聚氯乙烯的热稳定性和主链的控制是非常不利的，而且会影响产品材料的颜色、结晶度、加工和机械性能，尤其会严重影响聚氯乙烯的热稳定性。

聚氯乙烯本体聚合体系是工艺最为简单的一种，在本体聚合体系中，仅有氯乙烯单体以及用于引发聚合反应的催化剂构成，得到的产品也不需要复杂的分离和提纯，易于连续化，生产成本较低，是生产PVC的最简单聚合方法。但是在本体聚合体系中，随着聚合反应的不断进行，体系黏度增大，不利于体系混合与加热相对困难，自动加速效应出现会引起爆聚现象，若工业生产中温度控制不当容易有爆炸危险。

2  聚氯乙烯改性

2.1  聚氯乙烯改性目的

虽然聚氯乙烯（PVC）具有良好的耐酸碱性、耐腐蚀性、阻燃性以及电绝缘性，但是其性能上也存在欠缺和不足之处。

1）PVC热稳定性、耐热性较差。尽管PVC的熔融温度大约是210 ℃，然而当它加热到100 ℃时，它会发生分解反应，并释放出氯化氢，而氯化氢将会成为一种催化剂，从而对 PVC的分解起到更好的促进作用。当它达到150 ℃以后，它的分解将会更加剧烈，从而会让 PVC产品的颜色变得更深，造成产品的物理性能急剧降低。因此，在 PVC的生产中，一定要添加稳定剂。

2）硬质PVC制品呈脆性。常温条件下，PVC制品的缺口冲击强度差，在冲击力作用下极易发生断裂，因此不能用作结构和功能材料。此外，PVC的脆性受温度影响很大，温度越高综合性能越差，呈负增长趋势；低温下制品更是无法使用，极易脆断，一般PVC硬质品最低使用温度为-15 ℃。

3）硬质PVC加工性能差。硬质PVC熔体的黏度很高，其熔体流动性差，工艺难以控制，只能用于生产结构简单且质量要求不高的产品。加入增塑剂和其他助剂可显著改善其加工性能。

4）PVC是极性聚合物，其分子链中含有强极性键—C—Cl—，易溶于极性溶液，当PVC应用于医疗制品时，容易发生药品反应，且相容性和亲水性不好，应用范围比较窄。

2.2  聚氯乙烯改性方法

2.2.1  化学改性

化学改性是一种直接有效的改性方法，其原理是从分子链结构的角度改善PVC性能。化学改性有2种方法，第一种是共聚改性，氯乙烯单体与其他物质的单体发生共聚反应，可降低物料的塑化成型温度，提高PVC的加工性，使之具有更优异的性能和更多的作用。第二种化学改性是在聚氯乙烯侧链上加入其他具有高韧性的单体基团或聚合物，这种改性称为接枝反应。化学改性对PVC复合材料的冲击性能、低温脆性、高温稳定性等均有效提高。改性PVC采用化学改性的方法，其突出的优点在于有效提高了冲击性能，材料的韧性也得到了提高；不利的是对加工设备要求较高，对制作工艺要求较高，对加工工艺要求也较高，而且费时费力。因此，工业上对PVC产品进行化学修饰有一定限制，无法普及。

2.2.2  物理改性

PVC改性还有一条更为方便有效的途径——物理改性，其改性原理是在不改变PVC分子结构的前提下，通过共混、填充、增强等方式，在PVC基体中添加各种助剂或改性剂，使其综合性能得到提高。物理改性工艺简单、易于操作，在生产应用中其优点十分突出，是目前比较通用的改性方法。

PVC共混改性是将一种或多种高聚物（塑料、橡胶、弹性体等）与PVC共同混合，通过共混改性制得的塑料复合材料可以有效改善PVC流动性，增强制品韧性。共混有2个目的，最主要的作用就是实现PVC改性，改善PVC的脆性、加工性、稳定性等，另一目的是将废弃材料与新材料混合，以适应大规模工业化的需要，目前采用最多的方式是通过加入其他低成本材料来降低生产原料的成本。

3  结束语

PVC的原料价格低廉、广泛易得，其具有优异的耐化学腐蚀性、阻燃、可加工等性能，可应用于电子器械、化工建材、医疗设施等领域和日常生活中。但是由于PVC自身性能限制，导致其应用范围受限制。本文从聚氯乙烯的链结构及生产流程入手，深入剖析了现有的聚乙烯原料生产、聚乙烯生产工艺情况，同时基于PVC的性质，剖析了其改性的目的，同时简要地概述了化学改性及物理改性  2种现阶段的主要PVC改性方法，并对于现阶段主流的PVC制品用途进行了归纳总结。

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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