气固相法合成氯化聚氯乙烯树脂的工艺研究

赵子佳

摘要：氯化聚氯乙烯树脂的合成主要依靠流化床反应器来完成，整个合成过程反应类型复杂，控制难度较高，需要综合考虑多方面因素对产品产生的影响。本文首先介绍了氯化聚氯乙烯树脂的特征、设备以及制备的流程，其次对氯化聚氯乙烯树脂的反应机理、综合性能进行了分析，希望可以有效提升氯化聚氯乙烯树脂的生产工艺水平，为促进行业的可持续健康发展创造良好的条件。

关键词：气固相；氯化聚氯乙烯树脂；工业合成

引言

氯化聚氯乙烯树脂在合成过程中会受到各种因素的影响，氯化过程中通过氯化改性技术，能够有效提升产物的整体性质，将PVC中氯含量进行调整，我国的管材、型材当中氯化聚氯乙烯树脂都具有广泛的应用。为了进一步探讨氯化聚氯乙烯树脂的生产反应机理，现就氯化聚氯乙烯树脂的生产工艺流程分析如下。

一、氯化聚氯乙烯生产工艺概述

氯化聚氯乙烯树脂在工业生产中具有广泛的应用，其定义与特征包括如下内容。

1.基本特征

氯化聚氯乙烯树脂通过聚氯乙烯改性的模式获得的产物，相比于改性前而言，氯化聚氯乙烯树脂具有许多性能优势，包括优良的物理机械性能、阻燃性能，同时还具有很强的耐腐蚀性能。现阶段，我国的材料大部分应用于型材、管材等领域，一些副产品当中氯化聚氯乙烯树脂也具有广泛的应用。根据生产工艺特征的差别，氯化聚氯乙烯树脂的生产可以划分为溶剂生产技术、水相悬浮生产技术以及气固相生产技术。整体来说，水相生产模式的优势明显，不但产品性能突出，同时还具有稳定性好、生产操作流程简单等。但是，生产过程中存在流程长、废水与废料较多的情况。国内一些企业采取气固相搅拌生产模式替代该技术，取得了良好的效果，实现了污染物的合理控制，不过在热传导性能方面存在一些风险，没有得到大规模的推广使用。

2.生产设备

氯化聚氯乙烯树脂的生产过程中需要可靠的设备与生产原材料，设备主要包括气固流化床、电位滴定仪。原材料包括硝酸银、硫酸铁铵、硫氰酸铵等。

3.制备流程

称取PVC粉末后，将其置入流化床反应器进行反应。整个反应过程采用金属镀膜加热模式，通入氮气后可以有效降低PVC氧化的可能性。在温度提升到一定水平后，出现物料流化反应，此时需要进一步保持稳定性。等待氯化温度发生变化，打开紫外线灯，继续通入氯气，此时进行氮气的开闭调整，重复操作后获得中性颗粒，此时真空干燥处理后等待重量不在发生变化即可得到产品。为了进一步确保活化水平，避免紫外线能量影响，需要选择能量相对合适的紫外线光来进行持续照射，一般波长300nm即可满足要求。

二、气固相法合成氯化聚氯乙烯树脂的反应机理与综合性能

采取气固相法获取氯化聚氯乙烯树脂，需要了解其发生反应的基本机理才能够满足生产优化的要求，现归纳总结如下。

1.反应机理

生产过程中借助于气固相光催化技术来实现氯化反应，该反应主要包括自由基反应，引发、传递与终止是其核心环节。反应过程汇总，引发反应的类型包括热引发、紫外线引发等模式，本次研究采取了联合引发技术。在低温条件下，等离子体内引发的PVC绿化能够得到一定的均匀度，此时虽然绿化均匀度较高，同时引发制备过程中工业化缺难以保障。在采用紫外线引发技术后，整体成本较低，获得的氯化效果均匀、稳定，具有工业化的发展前景，不但解决了基本的生产稳定性问题，同时也具有很好的工艺安全性以及污染控制可靠性特征。对产品进行红外光谱分析，分析后发现，经过氯化处理，碳氢振动的区间内，振动幅度明显降低，此时碳氢键的数量得到了很好的控制，同时振动得到增强，这也说明聚合物当中出现了大量的新键。根据上述分析结果来看，本次实验效果突出。

2.影响因素

根据反应过程的数据，可以探讨出各种反应条件对于氯化聚氯乙烯树脂制备过程的影响。首先是反应时间的影响。根据反应的技术原理，整个反应过程中氯含量随着时间的延长而不断增加，达到1.5小时候开始降低，随后趋于平稳。根据这个特征不难发现，1.5小时前的阶段属于自由基取代反应的前期阶段，此时基团碰撞的概率较高，所以效率也较高。随着碰撞的数量越来越多，分子链当中的碰撞难度会增加，此时增加率就会趋于平衡；其次，反应温度的影响。根据反应过程的记录结果，在120℃时，反应的程度越高，此时反应阻力达到最大值，随着温度继续增加，反应的效率下降，达到平稳状态；最后，原料气的影响。根据高分子化学反应的活性特征，基团的碰撞概率决定了反应的概率，所以原料气的流量对于系统反应的速率也会产生较高的影响。根据反应流程特征来看，在原料气流量调整时，会存在稳步上升的关系，但是浓度达到30%以后，差异变小。

3.综合性能

氯化聚氯乙烯树脂的综合性能决定了其在生产实践中的应用价值。对制备后的氯化聚氯乙烯树脂进行物理性能考量，采取常规PVC标准化检验，获得最佳物理性能的参数，包括筛孔数小于2，挥发物比例低于0.4%，全部达到国家技术标准要求；力学性能方面，本实验对比了原材料PVC以及制备后的氯化聚氯乙烯树脂力学性能，发现无论是在拉伸强度、弯曲强度还是冲击韧性方面，氯化聚氯乙烯树脂均具有明显的优势，另外，洛氏硬度两者基本相同，氯化聚氯乙烯树脂也不存在短板问题。另外，相比于其他生产技术获得的氯化聚氯乙烯树脂而言，该生产模式下的产品质量更稳定。

总结

综上所述，在氯化聚氯乙烯树脂生产过程中，可以通过气固相流化床来实现紫外光的合成，在整个反应体系当中，采取最佳的反应工艺后，此时原料气当中的氯含量仅为30%，紫外光波长度为300nm，紫外光强度得到科学控制。在最佳的工艺条件下，对CPVC进行控制，性能基本达到要求。本次研究考虑到气固相法合成反应机理与综合性能讨论，希望可以为氯化聚氯乙烯树脂制备生产工作提供思路与借鉴。

参考文献：

[1]陈有忠.气固相法合成氯化聚氯乙烯树脂的工艺探究[J].化工管理,2020(01):168-169. [2].天业氯碱中心氯化聚氯乙烯树脂产品荣获“绿色产品”认定证书[J].聚氯乙烯,2019,47(12):47-48. [3]祖其胜.氯化聚氯乙烯树脂的工艺研究及其供需现状[J].西部皮革,2017,39(02):14. [4]蒋琨,熊新阳.气固相法合成氯化聚氯乙烯研究进展[J].聚氯乙烯,2015,43(11):8-10+32.