应用化工技术毕业论文.docx

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应用化工技术毕业论文

河北化工医药职业技术学院

毕业论文

氯化聚氯乙烯树脂的工艺研究以及其供需现状

姓   名    程            

学   号       1201130428  

专业     应用化工技术 

班级            1304 

指导教师       娜       

完成时间        2016-1-2 

容摘要:

介绍了氯化聚氯乙烯的生产情况、工艺技术、产品应用以及市场供求情况，分析了该产品的价格趋势及竞争能力，对开展我国氯化聚氯乙烯工业提出了建议。

介绍氯化聚氯乙烯树脂的性质特点、生产及加工方法和应用情况，指出了其开展前景。

关键词:

氯化聚氯乙烯聚氯乙烯市场前景

前言：

氯化聚氯乙烯〔CPVC〕是以氯气和聚氯乙烯〔PVC〕为原料的耗氯产品,具有抗腐蚀、耐老化、难燃、电性能良好等特点。

〔PVC〕硬制品平安使用温度一般不超过60而℃，而氯化聚氯乙烯硬制品可在接近100℃的温度下长期使用，氯化聚氯乙烯是能在较高温度和较高压力下长期使用的为数不多的聚合物之一。

氯化聚氯乙烯不仅在常温下耐化学腐蚀性能优异，而且在较高温度下仍具有很好的耐酸、耐碱、耐化学药品性，性能优于PVC和其它树脂。

另外，氯化聚氯乙烯的机械强度是PVC的1.5倍，pp和ABS的2倍，特别是在100℃的温度下，氯化聚氯乙烯仍能保持很高的刚性，可充分满足在化工生产中对设备及管道等的要求。

并且，氯化聚氯乙烯不受自来水中余氯影响，不会出现裂痕和崩漏。

因此，氯化聚氯乙烯管道非常适用于民用冷热水管系统。

氯化聚氯乙烯产品在国外主要采用先进的水相悬浮法生产。

并已开场在一定围取代一些传统的热塑性工程塑料，广泛应用于化工、建材、电器和粘合剂等领域，尤其是冷水和热水管线分布系统和配件，以及控制液体化学品的阀体等的生产。

世界主要兴旺国家和地区已建立起完整的氯化聚氯乙烯应用体系。

氯化聚氯乙烯产品在国外主要采用先进的水相悬浮法生产。

并已开场在一定围取代一些传统的热塑性工程塑料，广泛应用于化工、建材、电器和粘合剂等领域，尤其是冷水和热水管线分布系统和配件，以及控制液体化学品的阀体等的生产。

世界主要兴旺国家和地区已建立起完整的氯化聚氯乙烯应用体系。

目前，我国的氯化聚氯乙烯生产规模小，产品质量差，局部企业仍采用污染严重的溶剂法生产。

由于不能满足国工业和民用管材的要求，我国每年需从美、日等国大量进口高质量的氯化聚氯乙烯树脂用于硬制品生产或直接进口管材、阀门等硬制品。

另外，受国际环境公约的约束，四氯化碳溶剂法生产装置将逐渐被淘汰。

因此，国氯化聚氯乙烯工业亟待采用先进生产工艺，加快开展速度，以适应国民经济快速开展和民用产品日益增长的需求。

[1-2]

1聚氯乙烯的制备方法

氯化聚氯乙烯的生产方法主要有溶剂法、水相悬浮法和气固相氯化法。

1.1气固相氯化法

气固相氯化法是将聚氯乙烯〔PVC〕树脂在干态下放入反响釜或流化床，通氯气进展氯化。

气固相法工艺流程简单，三废量少，生产本钱较低。

该方法操作复杂，反响过程难以控制，产品均匀度差，产品性能不佳，不能适用于大规模工业化生产，因此该法已根本被淘汰。

1.2溶剂法

溶剂法工艺比拟成熟，其主要工艺过程是将PVC树脂溶解于有机溶剂四氯化碳后再进展氯化。

该法生产的氯化聚氯乙烯也被称为过氯乙烯树脂。

由于溶剂法氯化比拟均匀，产品具有良好的溶解性能，非常适合用作涂料、粘合剂等。

但是，该方法生产的产品热稳定性和机械性能较差，不能用于制作包括管材在的硬质制品。

同时，有机溶剂四氯化碳毒性较大，回收困难，造成较为严重的环境污染和较高的生产本钱。

四氯化碳已被蒙特利尔条约列为受控淘汰物质，因此在国外已根本淘汰了此工艺。

国仍有几家氯化聚氯乙烯企业尚在使用此法维持生产，开工率很低，今后几年将逐步被淘汰。

1.3水相悬浮法

水相悬浮法是将PVC悬浮于水中或盐酸水溶液介质中，在引发剂和其他氯化助剂存在下通氯氯化，得到非均质CPVC。

包括聚氯乙烯氯化，CPVC的洗涤、稳定和CPVC枯燥3道工序。

该法生产工艺简单，生产流程短，产品中氯的质量分数可以到达67%，具有良好的耐热性和机械性能，生产本钱也较低，缺点是生产过程产生的酸性废气需要处理。

在水相悬浮氯化法中，预先采用有机溶剂使PVC树脂先溶胀，对氯化反响有促进作用。

这是因为PVC预先溶胀后，增加了氯气与PVC的接触面积，提高了氯化反响的速率，并使PVC氯化均匀。

用氯苯制得的CPVC的特点是耐老化性和热稳定性最正确。

水相悬浮氯化法反响时，引发剂可选用过氧化物、腈类、变价金属氯化物、可见光和紫外光辐射；分散剂可选用聚乙烯醇、聚丙烯酸、纤维素衍生物、细分散的无机物和外表活性剂；助氯化剂可选择TiCl4、SbCl5、PCl5等。

在上述助氯化剂存在下，用氯气或氯气与少量氧的混合物对PVC进展氯化时，可制得氯质量分数为66.6%，密度为1.57g/Cm3，耐热性高达175℃的CPVC树脂。

在悬浮液中参加少量聚丙烯酸胺或者聚苯乙烯磺酸钠，可提高CPVC耐热性和透明度。

水相悬浮氯化法生产CPVC时，反响温度、压力、引发剂添加量及后处理条件等对PVC的氯化均有较大的影响。

另外，原料PVC质量的好坏也会影响CPVC的性能，尤其是其加工稳定性。

因此，原料一般选用由悬浮聚合而制得的PVC，其空隙率为0.28-0.35mL/g，外表积为1.0-3.0m2/g，特性黏度为95-120mL/g，即具有较高的分子量。

PVC在悬浮液中的质量分数一般控制在15%~35%。

[3-5]

2CPVC的性能特征与应用

2.1CPVC的性能特征

CPVC是PVC氯化改性产物，因此CPVC除保存了PVC的特性外还具有以下优良的性能。

使用温度围宽。

PVC树脂经氯化，氯的质量分数由56.7%提高到61.0%–68.0%时，玻璃化温度、软化温度和热变形温度上升。

CPVC维卡软化点可比PVC树脂提高20–40℃。

PVC硬管制品平安使用温度不能超过60℃，而CPVC硬管制品可在接近100℃温度下长期使用。

因此，CPVC是能在较高温度和较高压下长期使用的为数不多的聚合物之一。

机械强度：

CPVC的抗拉强度比PVC提高50%左右，比ABS、PP树脂的抗拉强度高约一倍。

特别是在100℃温度下，CPVC仍能保持其较高的刚性。

可充分满足在此温度下对设备及管道等的要求。

耐化学性：

CPVC不仅在常温下耐化学腐蚀性能优异，而且在较高温度下，CPVC仍具有很好的耐酸、耐碱、耐化学药品性。

CPVC在许多应用方面可以代替传统材质处理侵蚀性物质，如质量较差的水、酸性物质、碱性物质及其他水溶液。

提供较长的使用寿命、低维修，并拥有优良的环境适应力。

耐燃性：

CPVC具有优异的阻燃自熄性，其氧指数为60，因而在空气中不会燃烧。

具有无火焰滴露、不增加火载，限制火焰扩散及低烟雾生成等特性。

导热性：

CPVC具有较低的热传导率，用CPVC制成的耐热管道可免除隔热护层。

CPVC的热传导系数仅为1.05W/（cm·K），用CPVC加工的耐热管道，热量不容易从管道散发，热损失少，可免除隔热护层。

不受水中氯的影响：

聚烯烃材料如〔PP、PE等〕遇到水中余氯时可能会分解，而CPVC那么不会受水中余氯的影响，不会出现裂痕和渗漏。

道壁光滑，细菌不易滋生。

2.2CPVC的应用

（1）由于CPVC具有较高的强度和维卡软化点、抗腐蚀和阻燃等性能，被广泛用于制造各种不同的工业管道、冷热水管和防火管道，另外还可以制造各种阀门、管件等配套系统。

特别是热水管道、耐腐蚀流体管道及超高压电力电缆埋管的应用中发挥越来越重要的作用。

（2）CPVC易溶于多种有机溶剂，可以用于制造涂料，由于其具有优异的化学稳定性、耐酸碱性、耐水性和阻燃性等，特别适合潮湿、寒冷、高温下使用，是我国目前重要的防腐涂料品种之一。

（3）CPVC树脂还能制造工业用的耐热、抗腐蚀塑料平板、压延片和各种塑料构造件。

与其他塑料一起改性可加工成工程塑料合金。

（4）作为树脂改性剂，掺入PVC中，可明显提高PVC耐热性；掺入丙烯腈中，可以提高合成纤维的膨胀系数、韧性和伸长率等。

（5）可做人造纤维，CPVC抽丝后可做渔网、工作服、工业滤布、防治关节炎等多种疾病的衣材料、不燃烧降落伞及海底电缆外套等。

（6）将CPVC或PVC混合物，参加适当的匀泡剂、调整剂、发泡剂可制得用途广泛的泡沫材料；CPVC还可作为阻燃材料和绝缘材料等。

（7）分子量较低的CPVC树脂较PVC树脂具有较好的溶解性能。

可以用来制作过氯乙烯树脂漆和涂料。

CPVC黏合剂可以用来黏合各种CPVC、PVC的管配件，在这方面的应用开发前景也很乐观。

（8）CPVC在成型加工时，与PVC加工类似，但由于CPVC的氯含量比PVC更多，分子之间的极性大，使其成型加工困难，配方设计中更要参加很多助剂。

（9）填充剂和增塑剂：

CPVC常用的填充剂主要为无机填料，如二氧化钛〔钛白粉〕、碳酸钙、二氧化硅、氧化铝、煅烧土、玻璃纤维等。

由于CPVC自身冲击强度差，无机填料用量不宜过大，应在20份以下，同时填料外表应进展处理，以提高填料与CPVC的相容性。

美国专利中介绍的CPVC配方大多使用了5份二氧化钛，这和PVC塑料异型材的配方设计一样，主要是考虑防止光氧化的作用。

CPVC硬制品突出的特点是热变形温度明显高于PVC，故CPVC硬制品配方中很少采用增塑剂。

[6]

3氯化聚氯乙烯的加工

CPVC树脂与其他塑料的成型加工类似,主要的成型加工方法有挤出，注塑，吸（吹）塑及压延等,其中挤出与注塑在塑料加工中具有代表性。

目前,CPVC塑料制品一般为硬质制品,且以挤出和注塑成型加工较为普遍。

3.1枯燥

由于CPVC树脂中氯质量分数较高（61%-68%）,熔体的非牛顿性和薪弹性明显,流动性下降,所需加工温度应随之提高。

此外,CPVC稍有吸水性,故在加工前宜先进展枯燥叫。

枯燥条件为:

粒料,80-90℃，2-3h；粉料,80℃，2h。

采用水相悬浮法制得的CPVC树脂,其构造，性质与悬浮法PVC树脂相似,一般可采用PVC通用设备进展加工,如单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,注射成型机和压延机等。

3.2混料

由于CPVC热变形温度，软化温度等均高于PVC树脂,并且随着氯含量的增加,CPVC的熔体勃度急剧增加。

因此,CPVC在加工过程中比PVC更易发生脱HCI反响,所以CPVC树脂加工配方常需要加人热稳定剂、润滑剂、冲击改性剂和填充剂等助剂,与硬质PVC加工一样需采用高速混合机预先进展混合。

混料方式有高速热混合与低速冷混合两种。

（1）高速热混合，通常是先将CPVC树脂，热稳定剂，润滑剂（硬脂酸）等加人高速混合机中进展混合,当物料温度升至95-10℃时,加人外润滑剂（石蜡、聚乙烯蜡等）、冲击改性剂、填料、颜料等,进一步混合至物料温度12℃-130时,排料至低速冷混机中。

假设采用PVC与CPVC树脂并用时,可预先将两者预混2-3min,使PVC与CPVC充分混合均匀后,再按上述方法进展混合。

（2）低速冷混合。

低速冷混合的目的是防止处在较高温度下（12℃-13℃）的混合料在使用，储存过程中发生降解，低速冷混合机的转速明显低于高速混合机的转速,同时在设备的夹套人冷却水进展冷却,使物料温度到达40-45℃时方可出料。

混合好的物料,使用双螺杆挤出机可直料进展挤出成型,而使用注射成型或使用单螺杆挤出机成型时,那么应用粒料。

3.3成型

3.3.1挤出成型

CPVC挤出时熔融豁度大,出口膨胀效应大于PVC,同时加工时更容易热分解放出HCI,因此挤出成型时加工温度较窄,难度较硬质PVC大。

CPVC挤出加工时使用的挤出机必须装有冷却设备,以防过热。

此外,由于加工过程中物料容易粘壁,接触物料的模头、螺杆等设备的外表应具有较高的光洁度,并进展外表