塑料管材的耐氯氧化性能研究进展

犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｃｈｌｏｒｉｎｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｌａｓｔｉｃｐｉｐｅｓ ａｎｄａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈｌｏｒｉｎｅｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒ ｄｒｉｎｋｉｎｇ ｗａｔｅｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｃｈｌｏｒｉｎｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｌａｓｔｉｃｐｉｐｅｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｉｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｅｒｅｄｉｓ ｃｕｓｓｅｄ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｌａｓｔｉｃ；ｐｉｐｅ；ｃｈｌｏｒｉｎｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ
· ２ ·
塑料管材的耐氯氧化性能研究进展
最大残余含 量 作 了 明 确 规 定［１８１９］，具 体 指 标 如 表 １ 所 示，两者相差不大。实际应用中，消毒剂在自来水的残 余含量会比限量值低的多。
表１ 饮用水中消毒剂含量的要求 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｄｉｓｉｎｆｅｃｔａｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｄｒｉｎｋｉｎｇｗａｔｅｒ
４
４ ０．８
４
３ ０．８
世界各国的 饮 用 水 来 自 不 同 种 类 的 水 源，而 各 种 水体是微生物广泛分布的天然环境。因此生活饮用水 在使用之前 必 须 经 过 严 格 的 消 毒 处 理，目 前 广 泛 使 用 的含氯消毒方式主要有：氯、氯胺、二氧化氯等［１５１６］。
氯（Ｃｌ２）消毒剂包括液氯、漂白粉、次氯酸钠、漂白 粉 精 和 有 机 含 氯 消 毒 剂，均 能 在 水 中 产 生 次 氯 酸 （ＨＯＣｌ）。由于液氯可以大量生产和来源方便，国内外 大多数水厂 都 采 用 其 作 为 消 毒 剂，氯 消 毒 工 艺 也 越 发 成熟。然而近几十年来氯消毒的负作用逐渐被发现。 二氧化氯（ＣｌＯ２）具有较强选择性氧化能力和广谱高效 杀菌能力，由于其高选择性，使与有机污染物发生的主 要是氧化反 应 而 不 是 取 代 反 应，所 以 在 净 水 过 程 中 几 乎不产生氯消毒有机副产物。ＣｌＯ２ 在水中不与氨氮反 应，杀菌效果 优 于 氯，且 用 量 少，作 用 快。 由 于 这 些 优 势，ＣｌＯ２ 作为饮用水消毒剂已在欧洲和美国的众多水 厂中得到了广泛应用。氯胺的氧化还原电位比自由性 余氯低，消毒能力较弱，但其产生的消毒副产物却少得 多。因此常作为第二消毒剂与其他工艺联用。
犚犲狊犲犪狉犮犺犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犆犺犾狅狉犻狀犲狅狓犻犱犪狋犻狅狀犚犲狊犻狊狋犪狀犮犲狅犳犘犾犪狊狋犻犮犘犻狆犲狊
ＳＵＮＪｉｎ，ＬＩＹｕｅ，ＷＵ Ｚｈｉｊｕｎ，ＺＨＥ Ｄｏｎｇｍｅｉ，ＨＵ Ｆａ，ＷＥＩＲｕｏｑｉ
（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）
檼殥
檼檼檼檼檼殥
第３２卷 第７期 ２０１８年７月
檼檼檼檼檼殥 综 述
檼殥
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
塑料管材的耐氯氧化性能研究进展
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ，２０１８

孙 晋，李玉娥，武志军，者东梅，胡 法，魏若奇
（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京 １０００１３）
摘 要：综述了塑料管材耐氯氧化性能的研究现状，分析了饮用水氯消毒不同方式的优缺点，重点介绍了塑料管材耐 氯性能的几种评价方法，并阐述了塑料管材耐氯氧化机理的一些研究结果。 关 键 词：塑料；管材；耐氯性能；氧化机理 中图分类号：ＴＱ３２０．７２＋４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１９２７８（２０１８）０７０００１０９ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１８．０７．００１
收稿日期：２０１８０１１１ 联系人，ｓｕｎｊｉｎ．ｂｊｈｙ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ
在未达到预期寿命情况下就发生破坏［９１１］。 塑料管材在内压下破坏的模式有３种：韧性破坏、
脆性破坏和氧化破坏［１２１４］，如图 １ 所示。材料蠕变曲 线的第Ⅰ阶 段 为 韧 性 破 坏，主 要 由 于 压 力 或 载 荷 过 大 引起，破坏形 式 呈 鱼 嘴 型 的 宏 观 应 变。 在 第 Ⅰ 阶 段 也 有可能出现 脆 性 破 坏 的 情 况，这 一 般 是 由 于 管 材 中 的 杂质和缺陷 所 引 发 的。 第 Ⅱ 阶 段 为 脆 性 破 坏，由 慢 速 裂纹增长导 致 的 破 坏，其 特 征 是 在 较 低 的 压 力 作 用 下 经历较长的 时 间 而 发 生 破 坏，破 坏 应 变 很 小。 第 Ⅲ 阶 段为氧化破 坏，塑 料 的 耐 氧 化 性 能 来 源 于 助 剂 中 的 抗 氧体系，一旦抗氧体系耗尽，材料在氧气的作用下发生 氧化反应并迅速发生破坏。此阶段的破坏时间与管材 所承受压力之间的关系影响不大。在通常的静液压试 验中，塑料管材 一 般 只 能 观 察 到 第 Ⅰ 和 第 Ⅱ 阶 段 的 破 坏形式。但是所有的材料在测试足够长时间或浸泡在 氧化介质（如氯）溶液的情况下都会出现第Ⅲ阶段的氧 化破坏形式。
０ 前言
近些年来，随着建筑、市政、水利、农业和工业等领域 应用需求的不断扩大，塑料管道行业呈现出了高速发展 态势，塑料管道产品的种类和性能要求也与日俱增［１２］。 为保证产 品 质 量 的 稳 定，工 业 界 在 制 定 标 准 中 提 出 了 ５０年长期寿命的理念，也推动了塑料管道得到市场的迅 速认可［３］１８［４］。但是在上世纪９０年代，欧美的水务公司 发现一些输送含氯消毒剂饮用水的塑料管道出现了过早 破坏的现象，其中包括各种聚烯烃材料的输水管道。因 此塑料管道耐氯性能的研究得到了国外工业界和学术界 的极大关注［５８］。研究发现饮用水中含氯消毒剂都带有 较强的氧化性，当管材长期输送饮用水时，塑料管材中的 抗氧化剂会与次氯酸等反应，导致抗氧剂提前耗损，管材
消毒剂种类
与水接触时间 美国 ＥＰＡ 限量 国标 ＧＢ５７４９限量
／ｍｉｎ
／ｍｇ·Ｌ－１
／ｍｇ·Ｌ－１
图１ 塑料管材的３种破坏模式 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｒｅｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｐｉｐｅｓ
１ 国内外饮用水消毒技术现状
氯气及游离 氯制剂（游离氯）
一氯胺（总氯） ＣｌＯ２
≥３０
≥１２０ ≥３０