聚乙烯醇

聚乙烯醇

摘要：聚乙烯醇是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，其性能介于塑料和橡胶之间，是重要的化工原料，其潜在市场也相当大。本文主要介绍了聚乙烯醇的基本性质以及合成和应用，从不同方面说明聚乙烯醇的制备方法，同时介绍聚乙烯醇在工业以及生活上的应用和发展前景。

关键词：聚乙烯醇性质合成应用发展前景

一、聚乙烯醇的性质

1．物理性质

聚乙烯醇是一种高分子聚合物，无臭、无毒，外观为白色或微黄色絮状、片状或粉末状固体。分子式为（C2H4O）n，部分醇解PVA分子式为－(C2H4O)n－(C4H6O2)m －。絮状PVA的假比重为（0.21 ～0.30）g/cm3，片状PVA的假比重为（0.47±0.06）g/cm3。其充填密度约0.20～0.48g/cm3，折射率为1.51～1.53。聚乙烯醇的熔点难于直接测定，因为它在空气中的分解温度低于熔融温度。用间接法测得其熔点在230℃左右。不同立规程度的聚乙烯醇具有不同的熔点，其中S—PVA(间规)熔点最高，A—PVA(无规)次之，I—PVA(等规)最低。聚乙烯醇的玻璃化温度约80℃。

2．化学性质

聚乙烯醇主链大分子上有大量仲羟基，在化学性质方面有许多与纤维素相似之处。聚乙烯醇可与多种酸、酸酐、酰氯等作用，生成相应的聚乙烯醇的酯。但其反应能力低于一般低分子醇类。聚乙烯醇的醚化反应较酯化反应容易进行。醚化反应后，聚乙烯醇分子间作用力有所减弱，制品的强度、软化点和亲水性等都有所降低。在聚乙烯醇水溶液中加入少量硼酸，其粘度将明显增大，这种变化与介质的pH值关系密切。当介质的pH值偏于碱性时，硼酸与聚乙烯醇发生分子间反应，使溶液粘度剧增，以致形成凝胶。聚乙烯醇水溶液与氢氧化钠反应，其粘度增加的速度较之添加硼酸更快。因此，可以利用氢氧化钠水溶液作为聚乙烯醇纺丝的凝固剂。在酸性催化剂作用下，聚乙烯醇可与醛发生缩醛化反应。缩醛化反应既可在均相中进行，也可在非均相中进行。不过均相反应所得产物的缩醛化基团分布均匀，其缩醛化物的强度、弹性模量以及耐热性等都有所降低。当进行非均相反应时，在控制适当的条件下，由于缩醛化基团分布不均匀，并主要发生在非晶区，故对生成物的力学性能影响不大，而耐热性还有所提高。

3.其他性质

（1）具有很好的机械性能，其强度高、模量高、伸度低。

（2）耐酸碱性、抗化学药品性强。

（3）耐光性：在长时间的日照下，纤维强度损失率低。

（4）耐腐蚀性：纤维埋入地下长时间不发霉、不腐烂、不虫蛀。

（5）纤维具有良好的分散性：纤维不粘连、水中分散性好。

（6）纤维与水泥、塑料等的亲和性好，粘合强度高。

（7）对人体和环境无毒无害。

三、聚乙烯醇的合成方法

1.乙烯直接合成法

石油裂解乙烯直接合成法。目前，国际上生产聚乙烯醇的工艺路线以乙烯法占主导地位，其数量约占总生产能力的72％。美国已完成了乙炔法向乙烯法的转变，日本的乙烯法也占70％以上，而中国的生产企业只有两家为乙烯法。其工艺流程

包括：乙烯的获取及醋酸乙烯(VAc)合成、精馏、聚合、聚醋酸乙烯(PVAc)醇解、醋酸和甲醇回收五个工序。石油乙烯法的工艺特点：生产规模较乙炔法大，产品质量好，设备易于维护、管理和清洗、热利用率高，能量节约明显，生产成本较乙炔法低 30％以上。

2.电石乙炔合成法

此法最早实现工业化生产，其工艺特点是操作比较简单、产率高、副产物易于分离，因而国内至今仍有1O家工厂沿用此法生产，且大部分应用高碱法生产聚乙烯醇。但由于乙炔高碱法工艺路线产品能耗高、质量差、成本高，生产过程产生的杂质污染环境亦较为严重，缺乏市场竞争力，属逐渐淘汰工艺。国外先进国家早于20世纪7O年代已全部用低碱法生产工艺。

3.天然气乙炔合成法

天然气乙炔为原料的 Borden 法，不但技术成熟，而且生产的乙炔有利于综合利用，VAc的生产成本较电石乙炔法低 50％～70％，但天然气乙炔法投资和技术难度都较大。在天然气、煤和电力丰富的地区，天然气乙炔法仍具有生命力。欧洲及朝鲜等国家以天然气乙炔为主，我国也有套生产装置采用该方法。

4.醇解法制备聚乙烯醇

聚乙烯醇是不能直接通过单体聚合得到的，而是由其酯类——聚乙酸乙烯酯醇解或水解来制备。由于醇解法所生成的PVA精制容易，纯度较高，主产物性能较好，因而工业上多采用醇解法。聚乙酸乙烯酯的醇解可以在酸性或者碱性条件下进行。酸性条件下的醇解反应由于痕酸量很难从PVA中除去，而残留的酸可以加速PVA的脱水作用，使产物变黄或不溶于水，因此目前多采用碱性醇解法制备PVA。碱性条件下的醇解反应有湿法和干法两种，也就是人们常说的高碱法和低碱法。湿法醇解工艺就是在原料聚醋酸乙烯甲醇溶液中含有1％～2％的水，催化剂碱也配制成水溶液，碱摩尔比大。高碱法的优点是醇解速度较快，设备生产能力高，缺点是副反应多，生成的醋酸钠多，需要回收设备，聚乙烯醇产品中醋酸钠含量较多，造成聚乙烯醇纯度偏低，灰分偏高，影响产品的内在质量。法醇解，就是聚醋酸乙烯甲醇溶液含水率小于l％，几乎是在无水的情况下进行醇解，碱摩尔比小。低碱法的突出优点是，采用低碱摩尔比，氢氧化钠耗量仅为高碱法的十分之一，副反应少，副产醋酸钠也相应较少，缺点是醇解速度慢，聚乙烯醇产品中的醋酸钠因结构致密而不易洗去。由于低碱醇解法有许多优点，目前已经成为生产聚乙烯醇的主要方法。

四、聚乙烯醇的应用

1.纸及纸加工

聚乙烯醇对纤维素的粘着力较干酪素优越，成膜性强，成膜强度好。因此，聚乙烯醇作为纸加工剂的需求量迅速扩大。随着纸的高级化，造纸设备大型化、高速化，包装方法的合理化等，对于聚乙烯醇的需求越来越大。主要用在：（1）纸品粘合剂；（2）再湿粘合剂；（3）纸品表面上胶；（4）纸品颜料涂层；（5）造纸（纸品内部上胶）。

2.胶合板，人造板，木材加工业

PVA可作热硬化树脂的变性剂，而主要用于胶合板、人造板、木材的粘合剂，如：尿素、甲醛树脂、密胺-甲醛树脂等。PVA与甲醛树脂或密胺-甲醛树脂混合使用增加浆液粘度，可使硬化时间缩短，并且有固化快，初期粘着力增大，缩短冷却时间等优点。

3.乳化稳定剂