聚氯乙烯

聚氯乙烯

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摘要：随着国家经济不断向前发展，高分子材料已在我们身边随处可见。它不仅遍及各个工业领域，而且已进入所有的家庭，其产量已有超过金属材料的趋势，将会是最活跃的材料支柱。PVC材料即聚氯乙烯，是由氯乙烯聚合而得的塑料，是高分子材料之一，同时也是世界上产量最大的塑料产品之一。就目前中国已成为世界上PVC使用最多的国家。

关键词：聚氯乙烯；高分子材料；聚合

一、PVC材料的背景分析

聚氯乙烯(PVC) 是重要的有机合成材料之一。1912年，由德国人Fritz Klatte合成了PVC，并在德国申请了专利，但是在专利过期前没有能够开发出合适的产品。直到1926年，美国B.F.Goodrich公司的Waldo Semon合成了PVC 并在美国申请了专利。其英文名称为Polyvinyl Chloride，化学结构式为（CH2-CHCL）n，主要成份为聚氯乙烯，色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展性等，故其产品一般不存放食品和药品。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料，广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。使用量在全球各种合成材料中高居第二。

随着我国国民经济稳定、快速的发展，聚氯乙烯树脂行业装置能力、产量、消费水平有较大增长，特别是受国家大力推广化学建材，加大基础建设投资，扩大市场内需，加强对进口货物的监管、打击走私等政策影响，聚氯乙烯树脂需求量一直呈上升态势。目前，我国聚氯乙烯树脂产量位居世界第三位，有着很好的发展前景。进“十一五”期间，中国聚氯乙烯工业保持了相当快的发展速度，其中2005年中国聚氯乙烯产能增长率高达46.4%，这很大程度上是受2004年聚氯乙烯行业的高额利润吸引。2008年的全球经济危机爆发后，国内聚氯乙烯行业的扩能步伐明显放缓，而且随着中国聚氯乙烯产能的扩大，行业盈利能力也出现明显下降。最近几年，中国聚氯乙烯生产能力不断提高，其产量已经完全可以满足自身需求，改变了以往需要大量依赖进口的局面。但需要业内注意的是，由于中国聚氯乙烯产能的过快扩张、加上投资者对能源、资源性物资的占有程度的差别较大，国内聚氯乙烯行业正经历和未来必然要经历着产业结构调整和生产布局的改变，中国聚氯乙烯行业则由高速发展向平稳整合过渡。

二、聚氯乙烯（PVC）合成方法及性能分析

（一）聚氯乙烯的合成方法

聚氯乙烯用自由基加成聚合制备，方法有悬浮、本体、乳液和溶液等，其中以悬浮法为主，以过氧化物、偶氮异腈类引发，加分散剂后可得到疏松树脂颗粒，加工性能好[1]。

国内采用电石乙炔法生成聚氯乙烯，其原理就是电石水解，制成乙炔，然后与等物质的量的HCl加成，得到氯乙烯，然后再加聚反应即可得到成品聚氯乙烯。方程式（图）如下：

1、电石与水反应得乙炔 CaC2+2H2O=C2H2+Ca(OH)2

2、乙炔和氯化氢反应得氯乙稀 C2H2+HCL=C2H3Cl

3、氯乙稀加成变成聚氯乙烯 nC2HCL=[CHCHCl]n

（二）PVC材料的性质

1、稳定性

聚氯乙烯树脂的软化点低，约75-80℃，脆化温度低于-50~ -60℃，大多数制品长期使用温度不宜超过55℃，特殊配方的可达90℃。若聚氯乙烯树脂纯属头-性相接面怕线型结构，内部无支链和不饱和键，尽管C-Cl键能相对较小，聚氯乙烯树脂的稳定性也应当是比较高的[2]。但即使纯度很高的聚氯乙烯树脂，长期在100℃以上或受紫外线辐射就开始有氯化氢气体逸出。说明其分子结构中存在尖性基团或不稳定结构。时间越长、降解越多、温度越高，降解速度越快，在氧或空气存在下降解速度更快。

2、溶解性

聚氯乙烯耐水、浓碱、非氧化性酸、链烃、油和臭氧。氧化性酸（如硫酸、硝酸、铬酸）能腐蚀聚氯乙烯。聚氯乙烯为极性高聚物，其溶解度参数δp约为9.5。聚氯乙烯能溶于某些酌酮、酯氯化烃等，如四氢呋喃、环已酮、甲乙酮或丙酮与二硫化碳的混合物，以及四氢糠醇、二恶烷、二氯乙烷、邻二氯苯、甲苯等。聚氯乙烯的溶解性与分子量有很大关系，分子量越大，溶解性越差[3]。

3、电性能

属于极性高聚物，对水等导电物质亲和力较大，故电阻较非极性的聚烯烃要小，但仍有较高的体积电阴和击穿电压。聚氯乙烯的极性基团直接附着在主链上，在玻璃化温度以下，偶极链段受到冻结构的主链原子的限制，不能移动，因而并不产生偶极化作用，可作室温的高频绝缘材料。

三、PVC材料的主要应用

PVC可加工成各种塑料制品，按其用途可分为软质和硬质产品二大类，主要用于生产透明片、管件、金卡、输血器材、软、硬管、板材、门窗、异型材、薄膜、电绝缘材料、电缆护套、输血料等。

（一）PVC薄膜

PVC与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜[4]。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜之用。经双向拉伸的薄膜，所受热收缩的特性，可用于收缩包装。（二）PVC涂层制品

有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上，然后在100℃以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。

（三）PVC硬材和板材

PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手[5]。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。（四）聚氯乙烯日用消费品

行李包是聚氯乙烯加工制作而成的传统产品，聚氯乙烯被用来制作各种仿皮革，用于行李包，运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。还可用于制作制服和专用保护设备的皮带。服装用聚氯乙烯织物一般是吸附性织物(不需涂布)，如雨披、婴儿裤、仿皮夹克和各种雨靴。聚氯乙烯用于许多体育娱乐品，如玩具、唱片和体育运动用品，目前聚氯乙烯玩具增长幅度大，由于聚氯乙烯玩具和体育用品生产成本低，易于成型而占有优势。

四、PVC材料的优缺点

（一）PVC材料的优点

PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。有优异的介电性能。但对光和热的稳定性差。PVC很坚硬，溶解性也很差，只能溶于环己酮、二氯乙烷和四氢呋喃等少数溶剂中，对有机和无机酸、碱、盐均稳定，化学稳定性随使用温度的升高而降低[6]。PVC溶解在丙酮-二硫化碳或丙酮－苯混合溶剂中，用于干法纺丝或湿法纺丝而成纤维，称氯纶。具有难燃、耐酸碱、抗微生物、耐磨并具有较好的保暖性和弹性。

PVC化学稳定性高、介电性好，耐用、抗老化，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材[7]。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等！

（二）PVC材料的缺点

在生产中它需要危险的化学药品，释放有害的添加剂并且产生有毒的废料。当PVC生产、回收和在焚烧炉中毁弃，或者PVC的产品在意外燃烧时如垃圾掩埋时，就会产生二恶英。二恶英在环境和食物链中产生；所有人都会在食物中遭遇到它，特别是含脂肪的食物如牛奶、肉、鱼和蛋。二恶英（TCDD），二氧(杂)芑家族中最致命的物质是一种众所周知的致癌物质和荷尔蒙分解者及一种有毒的化合物。所有的人和动物都承担着二恶英和其它二氧(杂)芑的负担。

PVC可以分为硬PVC和软PVC，软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低。而且由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在—15到55度之间[8]。另外，PVC材料在室外空气中，耐老化的问题也很严重。PVC在生产时会加入稳定剂，但稳定剂有无毒和有毒之分，只有加入了铅盐之类有毒的稳定剂，才会产生隐患。但PVC产品鱼龙混杂，一些小企业使用铅盐做稳定剂，很难达到相关卫生标准。

五、PVC材料的展望和建议

（一）PVC材料的展望

从我国应用现状来看，我国聚氯乙烯糊状树脂主要用于制造人造革、浸渍手套、纱窗、水田靴、工具把手、壁纸、地板卷材、蓄电池隔板和玩具等。随着我国经济的稳步发展和人民生活水平的不断提高，加之聚氯乙烯糊状树脂应用开发的不断深入，国内市场对聚氯乙烯糊状树脂的需求仍具有较大的发展空间，特别是在汽车、建筑、电子和涂料等方面，对于拓宽聚氯乙烯糊状树脂的消费、开发大宗专用树脂，促进聚氯乙烯糊状树脂的生产具有积极而现实的意义。

普通型的聚氯乙烯糊状树脂外，其他相关改性产品如掺混树脂、氯醋酸树脂等，由于其具有的独特的性能而在汽车塑溶胶、PVC方快地毯、印花油墨、人造革底糊和边糊、壁纸、人造革、浸渍制品中，其用量将随着应用开发力度的不断加大而增加，大量取代进口。

从消费结构来看，目前PVC产品中65%的消费领域在硬制品（包括管材15%、管件5%、门窗及型材30%、硬片及板材8%，等等），35%用于软制品生产。以后PVC硬制品的比例还将逐步扩大，硬制品发展将以复合材料、掺混材料及其他适应建材市场要求的原料和制品为主。软制品则仍以电线电缆、包装材料和壁纸为主。制品整体向无毒、低增塑剂方向发展。

PVC异型材是PVC的一个重要应用领域。PVC塑料门窗节能、节材、耐气候性、防腐性好，符合环保要求，降低能量损耗。由于PVC异型材本身热导率小和异型材门窗的多腔室结构，它的保温保冷性能优异，如在建筑采暖的场合，采用塑料门窗比采用普通钢门窗能耗可节省17 %左右。为此，PVC异型材门窗在建筑节能和减少二氧化碳排放方面获得了越来越多的认可。

聚氯乙烯窗框不仅能对防止气候变暖做出贡献，而且对于消费者可以节约冷暖气费用，而且因改善了住宅的温热环境，家中的温度差减小而使居住者能获得更快适、健康、安全的居住环境。另外，采用聚氯乙烯窗框还有如下优点：减少窗户结露，从而可防止因结露带来的发霉或螨虫引起的过敏对人体健康产生的影响；家中没有或减小了温差，可减小人体承担的负荷。

所以，在当前全球防止气候变暖的环境问题日益引起各国政要关注之时，PVC材料，异型材门窗的应用将有新的应用潜力。

（二）加强对PVC废料的监管和新型材料的研发

PVC在生产时会加入稳定剂，但稳定剂有无毒和有毒之分，只有加入了铅盐之类有毒的稳定剂，才会产生隐患。但PVC产品鱼龙混杂，一些小企业使用铅盐做稳定剂，很难达到相关卫生标准。这时对PVC生产企业的整管必不可少。淘汰那些老、小、旧的PVC 生产企业, 或者被兼并重组。并且严格监管对有毒稳定剂的使用。

六、结论

现在随着经济的飞速发展，社会环境问题显得愈来愈重要。防止气候变暖的环境问题越来越受到重视。PVC材料以它众多的优点为全球气候变暖作出了很大贡献。例如PVC异型材门窗，PVC异型材在欧洲，尤其是德国，应用较早，也较为普遍。西欧各国PVC消费量的30 %～60 %用于门窗异型材。日本为了削减二氧化碳排放量，正提倡使用绝热效果好的聚氯乙烯窗框；对现有旧房也提倡用聚氯乙烯窗框改建，从而异型材窗的应用也在增长。2006年10月，环境部的建筑采用了聚氯乙烯窗框等，并正建立全国支援体制。

目前PVC产业在全世界发展迅速，前景广阔，各国都看好PVC的潜力以及其对生态环境的好处，PVC正以其优越、独特的性能向世人证明其作用和地位是目前任何其它产品都无法取代的，社会发展需要它，环境保护需要它，它是我们人类社会文明进步的必然趋势

参考文献

[1]《分析化学》（ FENXI HVAXUE ）研究简报。1996年第四期

[2]马全民，陈观铨《分析化学》，1992，20（09）：10-14

[3]《分析化学》2002 年3 月30 卷3 期

[4]《安全科学技术百科全书》（中国劳动社会保障出版社，2003年6月出版）

[5] 王小莲.氯化聚氯乙烯的特性、制备及应用[J].中国氯碱,2006(1):16-17.

[6] 张家杰.氯化聚氯乙烯产需现状及发展趋势[J].聚氯乙烯,2005(10):13-16.

[7]张家杰.氯化聚氯乙烯的生产及市场分析[J].化工技术经济,2004,22(6):22-24.

[8]沈清,陈剑平.水相悬浮法氯化聚氯乙烯生产技术[J].中国氯碱,2002(8):23-26.