聚乙烯醇

聚乙烯醇的合成与应用

08206020222 08高分子<2>班吴家彬

【摘要】本文介绍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。【关键字】聚乙烯醇制备前景

聚乙烯醇，英文名称： polyvinyl alcohol，vinylalcohol polymer，poval，简称PVA 有机化合物，白色片状、絮状或粉末状固体，无味。溶于水，不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等。微溶于二甲基亚砜。聚乙烯醇是重要的化工原料，用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等。

聚乙烯醇的制备方法

聚乙烯醇的制备方法原料路线聚乙烯醇是由醋酸乙烯(VAc)经聚合醇解而制成，生产 PVA 通常有两种原料路线，一种是以乙烯为原料制备醋酸乙烯，再制得聚乙烯醇；另外一种是以乙炔 (分为电石乙炔和天然气乙炔)为原料制备醋酸乙烯，再制得聚乙烯醇。

（ 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）电石乙炔合成法，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。

不同种类聚乙烯醇的制备

聚乙烯醇水溶液的制备

将聚乙烯醇慢慢地分散投入计量好的常温水中，浸泡 1h 左右，并适当搅拌使其充分溶胀、分散。然后逐步提高温度，并不停地搅拌，搅拌速度为 60～100r/min。为了避免剧烈地发泡，应限制升温速度，一般不应超过 150℃/h。聚乙烯醇的醇解度不同，其溶解的温度和保温时间也不同。一般说来，完全醇解的聚乙烯醇的溶解温度为 95～100℃，保温时间为 2～2.5h；醇解度为 87%～89% 的聚乙烯醇溶解温度为 65～85℃，保温时间为 0.5～1.0h，过高的溶解温度可能会产生不良影响。聚乙烯醇是否已完全溶解，仅用肉眼观察是无法判断的，必须进行检验。检验方法是：取少量溶液，加入 1～2 滴碘液，并适当摇动，然后进行观察。对完全醇解聚乙烯醇而言，若出现兰紫色团粒状透明体，对部分醇解聚乙烯醇而言，若出现红紫色团粒状透明体，则说明尚未完全溶解。若色泽能均匀扩散，说明已完全溶解。聚乙烯醇完全溶解后，边搅拌边冷却，直至常温，并补加水至计算量并搅拌均匀为止。再过 60 目筛，贮存备用。聚乙烯醇水溶液长期存放，溶液中的水会腐败，若加入 0.01%～0.05%（以 PVA 为基准）的甲醛、水杨酸，则可以防腐。完全醇解聚乙烯醇水溶液的粘度随存放时间的延长而上升，若存放时间过长或贮存温度过低，甚至会产生凝胶化。为了使其粘度稳定，除保持其温度在常温外，还可向溶液中加入 5%～10%（以 PVA 为基准）的硫氰酸胺或苯酚丁醇。

低聚合度聚乙烯醇的制备

采用甲醇作溶剂，偶氮二异丁腈作引发剂，选用不同链转移剂，用溶液聚合法制备出低聚合度聚乙酸乙烯酯（PVAc）和聚乙烯醇（PVA）。研究了不同的单体与溶剂配比、链转移剂种类、用量及加入方式等因素对产物聚合度和单体转化率的影响。结果表明：以巯基醇为链转移剂，采用均匀滴加的方式，可制得平均聚合度分别为 66～296，50-275 的 PVAc 和 PVA，单体转化率达 70％～80％。高聚合度聚乙烯醇的制备

交联聚乙烯醇球的制备将一定量的 PVA 溶于 1000ml 蒸馏水中， 100℃水在浴中搅拌 3h，使PVA 完全溶解。取 200ml PVA 溶液，与一定量的 50% 戊二醛混合均匀，再加入 14ml 0.1mol/L 的盐酸，混均后倒入 600ml 的 span 80 浓度0.7g/100ml 的 200 汽油中，调节搅拌速度使之在室温下反应 4h，而后慢慢升温到 70℃反应 3h，使反应完全。珠体经过滤、洗涤、提取和干燥处理后备用。采用醋酸乙烯酯为单体,以 OP-10 和十二烷基硫酸钠为复配乳化剂,偶氮二脒

基丙烷盐酸盐为引发剂,通过正交实验研究了乳液聚合法制备高聚合度聚醋酸乙烯酯的最佳工艺条件.通过单因素实验验证了最佳工艺条件的可靠性,并分析了乳化剂用量、引发剂用量和反应温度对醋酸乙烯酯平均聚合度的影响规律.在最佳工艺条件下制得了聚合度为 5 100 的聚醋酸乙烯酯,经醇解得到了聚合度为4800 的聚乙烯醇。

高相对分子质量聚乙烯醇的制备

采用醋酸乙烯酯为单体，以二甲基亚砜为溶剂，偶氮二异庚腈为引发剂，通过正交实验研究了溶液聚合法制备高相对分子质量聚醋酸乙烯酯的最佳工艺条

件。通过单因素实验验证了最佳工艺条件的可靠性并分析了溶剂用量、引发剂用量、反应温度对醋酸乙烯酯相对分子质量的影响规律。在最佳工艺条件下制得了粘均相对分子质量为 9．0×10^5 的聚醋酸乙烯酯，经醇解得到了聚合度为 4000的聚乙烯醇。

聚乙烯醇水凝胶的制备

以硼砂为交联剂,采用化学交联的制备了聚乙烯醇（PVA）水凝胶。通过测试PVA 水凝胶的溶胀性能,讨论了聚乙烯醇与交联剂的最佳配比,以及盐浓度、温度、交联剂对其溶胀率的影响。结果表明,随着交联剂用量的增加,PVA 水凝胶的溶胀率逐渐增大,当达到最大值时,又随着交联剂的增加而降低。随着盐浓度的增加,PVA 水凝胶的溶胀率逐降低。PVA 水凝胶没有温度敏感性。

聚乙烯醇的应用

用于制造聚乙烯醇缩醛、耐汽油管道和维尼纶合成纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等。聚乙烯醇是一种用途很广泛的水溶性高分子聚合物。由于其性能介于塑料和橡胶之间，具有独特的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，且无毒无害，因此除了作纤维原料外，还被大量用于生产涂料、粘合剂、纸品加工剂、乳化剂、分散剂、薄膜等产品，应用范围遍及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、钢铁、高分子化工等行业。

在化纤工业中的应用

聚乙烯纤维在化纤行业中又称为维纶，维纶纤维是一种很有价值的功能性差别化纤维，水溶性维纶纤维有长丝和短纤两大类。水溶性维纶长丝是理想的水溶性纤维，是维纶的特色品种，可有 O～100℃水溶温度，供各种用途使用。它具有理想的水溶温度和强伸度，良好的耐酸、耐碱、耐干热性能，溶予水后无味、无毒，水溶液呈无色透明状，在较短时间内能自然生物降解。其主要应用有以下几种： (1) 无捻毛巾(2) 织袜(3) 渔网

在造纸工业中的应用

造纸 PVA 水溶纤维在造纸中具有应用极为方便、利用率高、增强效果好、对环境无污染等特点。除在特种纸中可应用外，在普通印刷纸、水泥包装袋纸上也有广阔的前景。目前，美国、韩国等已在医疗器械包装纸、嘴棒成型纸上大量应用，国内在电池隔膜纸、空气过滤纸、汽车用纸板、扬声器专用纸、包装纸板、液体过滤纸板、水溶纸、果袋纸、培草纸、地膜纸上的应用也取得了较大的进展。总体面言，PVA 的易水溶性和环保性是其最大的优势。在越来越注重环保的今天，其用途将会得到进一步的扩展。

在建筑业中的应用

高强度PVA 纤维在建材中的应用已日益广泛，已被用于建筑物中混凝土的加强，如水泥板，下水道，正面观台的地面，停车场等；也可用于水泥和玻璃纤维的理想替代物，室内装潢的纤维的补张等中，而且在内墙涂料及胶黏剂上，PVA 也开始得到越来越广泛的应用。

在食品中的应用

由改性 PVA 与变性淀粉共混构成的互穿网络结构高分子塑料合金，可生物降解。常制得适用于包装食品的薄膜、农用水溶性薄膜、容器及一次性消费用品等，其废弃物在潮湿的土壤中即可被微生物吞噬，降解为二氧化碳和水，对环境无污染，有利于环保和实现绿色消费，因此制得的产品属于环境友好产品，