聚氯乙烯(PVC)材料概述

1、聚氯乙烯 材料概述一、綜述： 1.定義：聚氯乙烯，簡(jiǎn)稱(chēng)PVC（Polyvinyl chloride polymer），是由氯乙烯單體在引發(fā)劑作用下聚合而成的熱塑性樹(shù)脂。 分子式：（CH2-CHCl）n 2.結(jié)構(gòu)：聚氯乙烯分子鏈結(jié)構(gòu)如下： CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH 聚氯乙烯分子結(jié)構(gòu)ClClCl1.氯乙烯單體氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法有乙炔電石法、聯(lián)合法、氧氯化法等。（1）乙炔電石法： CHCH+HCl CH2=CHCl（2）聯(lián)合法： CH2=CH2+Cl2CH2Cl-CH2Cl CH2=CHCl+HCl CHCH+HCl CH2=CHCl（3）氧氯化法： 2CH2=CH2+Cl2+1/

2、2O2 2CH2=CHCl+H2O氧氯化法是隨著石油工業(yè)的發(fā)展于20世紀(jì)60年代問(wèn)世的，由于原料豐富，節(jié)省電能，成本較低，是當(dāng)前生產(chǎn)氯乙烯的主要方法二、合成方法2.氯乙烯單體的聚合 nCH2=CHCl （CH2-CHCl）n 聚合過(guò)程中聚合度由聚合溫度來(lái)控制，聚合速率由引發(fā)劑用量來(lái)調(diào)節(jié)。工業(yè)上采用的聚合方法有四種：懸浮聚合、乳液聚合、本體聚合和溶液聚合。聚合方法溫度調(diào)節(jié)聚合度聚合物形態(tài)工藝及產(chǎn)物特點(diǎn)懸浮聚合容易低粉狀小粒子工藝成熟后，后處理簡(jiǎn)單，質(zhì)量好，成本低，占PVC總產(chǎn)量90%左右，用途廣泛。乳液聚合容易高糊狀生產(chǎn)易連續(xù)化，產(chǎn)品粒細(xì)，但后處理復(fù)雜，含雜質(zhì)較多，電絕緣性、熱穩(wěn)定性及色澤較差，

3、一般用于糊塑料。本體聚合難低粉狀小顆粒工藝簡(jiǎn)單，樹(shù)脂純度高，性能優(yōu)異，適宜制造高度透明制品，但反應(yīng)熱不易排除溶液聚合容易低糊狀成本高，樹(shù)脂與溶劑分離及溶劑回收工藝復(fù)雜，僅限于制造特殊涂料三、聚氯乙烯性能PVC塑料的綜合性能性能硬質(zhì)PVC軟質(zhì)PVC性能硬質(zhì)PVC軟質(zhì)PVC相對(duì)密度1.351.461.161.35最高工作溫度/7050100吸水率（浸24h）/%0.070.50.150.8熱導(dǎo)率/W/(mK)0.1260.2930.1260.167拉伸強(qiáng)度/MPa35521024線膨脹系數(shù)/（x10-5K-1） 518725伸長(zhǎng)率/%40100500體積電阻率/（cm）10121016101110

4、14彎曲強(qiáng)度/Mpa70112介電損耗角正切（106Hz）0.05790.0579壓縮強(qiáng)度/MPa5585約8.8相對(duì)介電常數(shù)（60106Hz）23.649懸臂梁沖擊強(qiáng)度/（J/m）21.5105.8介電強(qiáng)度/（kV/mm）1814邵氏硬度7585（D） 5095（A）1.力學(xué)性能：由于PVC是極性聚合物，分子間作用力較大，固體表現(xiàn)良好的力學(xué)性能。力學(xué)性能的數(shù)值不僅取決于相對(duì)分子量的大小，而且與所添加助劑的種類(lèi)和數(shù)量也有關(guān)。2.熱性能：Tg是PVC的理論使用溫度的上限，超過(guò)此溫度PVC開(kāi)始軟化。PVC的Tg在8085。PVC熱穩(wěn)定差，無(wú)論受熱或日光都能引起變色，逐漸變?yōu)辄S色、橙色、棕色直到黑色

5、，伴隨著力學(xué)性能和化學(xué)性能的降低。3.化學(xué)性能： PVC具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。耐大多數(shù)油類(lèi)、醇類(lèi)和脂肪族的侵蝕，但不耐芳烴、氯代烴、酯類(lèi)等有機(jī)溶劑，環(huán)己酮、四氫呋喃、二氯乙烷等是PVC良好溶劑。硬質(zhì)PVC（UPVC）的化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)介質(zhì)濃度/%質(zhì)量變化/%拉伸強(qiáng)度保持率/%外觀變化硫酸300.00790.0無(wú)氫氧化鈉30-0.04294.2無(wú)甲醛370.02094.5發(fā)白，失去光澤乙醇950.02090.8無(wú)汽油120-0.02691.4無(wú)苯一天后，分層失光丙酮2h即發(fā)白，分層氯磺酸0.5h后全部碳化PVC是體積電阻率和介電強(qiáng)度較高、介電損耗較小的電絕緣材料之一。 PVC塑料的電性能還取決有配

6、方設(shè)計(jì)，不同配方制得的PVC絕緣材料適用于不同應(yīng)用場(chǎng)合。4.電性能：5.衛(wèi)生性： 工業(yè)生產(chǎn)的PVC 樹(shù)脂本身是無(wú)毒的，他的衛(wèi)生性主要有兩個(gè)方面：（1）樹(shù)脂中殘留的氯乙烯單體，經(jīng)試驗(yàn)證明是對(duì)人體有害的；（2）在加工過(guò)程中使用的許多工業(yè)助劑，尤其是熱穩(wěn)定劑具有不同程度的毒性。 近年來(lái)，隨著PVC合成技術(shù)的提高，PVC樹(shù)脂中氯乙烯單體的含量成功降低到5x10-6以下，可生產(chǎn)出食品級(jí)PVC樹(shù)脂。 除毒性外，PVC的衛(wèi)生性還應(yīng)考慮助劑的析出和在溶劑中的析出問(wèn)題。四、成型加工1.聚氯乙烯加工特性：（1）成型加工中的熱穩(wěn)定性： PVC的黏流溫度在136以上，在140即產(chǎn)生大量分解，給PVC成型加工帶來(lái)很大困

7、難。因此，成型加工中必須加入熱穩(wěn)定劑來(lái)提高分解溫度，對(duì)于軟制品還可以加入增塑劑來(lái)降低黏流溫度。加入熱穩(wěn)定劑后分解溫度可達(dá)到200。（2）熔體的流變特性：PVC熔體的流變性屬于非牛頓流體，黏度的變化不但與溫度有關(guān)，而且與剪切速率有關(guān)。（3）熔體塑化特性： 在成型加工中，PVC的熔化速度慢，熔體強(qiáng)度低，易引起熔體流動(dòng)缺陷，需加入加工改性劑來(lái)克服這些缺點(diǎn)，加快樹(shù)脂的塑化過(guò)程中的凝膠化速度，提高熔體的流動(dòng)性，達(dá)到改善制品質(zhì)量的目的。 ACR是一類(lèi)丙烯酸酯類(lèi)共聚物，是PVC最常用的加工改性劑。（4）加工設(shè)備適應(yīng)性PVC是熱敏性樹(shù)脂，成型加工中極易熱分解。因此，除了加入穩(wěn)定劑外，成型加工設(shè)備應(yīng)具有避免物料

8、長(zhǎng)期受熱、便于熔體流動(dòng)的特性。a.選用深螺槽螺桿；b.采用快速塑化和高速注射工藝；c.制品設(shè)計(jì)避免尖角，規(guī)避應(yīng)力集中；d.設(shè)備、模具與PVC接觸的部分應(yīng)注意防腐處理。（5）其他PVC是無(wú)定形聚合物，當(dāng)熔融物冷卻時(shí)，收縮率不大，一般UPVC為0.1%0.6%，SPVC為1.0%2.5%；PVC的極性使其具有易著色和易印刷的優(yōu)點(diǎn)。2.成型加工與制品：（1）擠出成型與制品： PVC擠出成型制品有兩大類(lèi)：一類(lèi)是軟質(zhì)制品，一般用相對(duì)分子質(zhì)量較高的PVC樹(shù)脂（SG-1SG-4），用單螺桿擠出機(jī)可順利成型，制品主要有薄膜、軟管、電線電纜等；另一類(lèi)是硬質(zhì)制品，一般選用相對(duì)分子質(zhì)量較低的PVC樹(shù)脂（SG-4SG

9、-7），用單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)均能成型。硬質(zhì)制品有硬管、硬板、異型材。（2）注射成型與制品： 注射成型對(duì)物料流動(dòng)性要求較高，增加加工難度。為降低成型加工溫度，一般UPVC選用相對(duì)分子質(zhì)量較低的PVC樹(shù)脂。注塑制品主要有兩類(lèi)：a.管件b.鞋類(lèi)。（3）壓延成型與制品： SPVC壓延薄膜是壓延成型的主要產(chǎn)品。選用PVC樹(shù)脂和無(wú)毒助劑生產(chǎn)的壓延薄膜用于制造輸血袋、輸液袋等醫(yī)用制品已得到廣泛應(yīng)用。五、PVC加工助劑1.增塑劑： 良好的相容性增速效率高耐久性好無(wú)毒優(yōu)良的加工性?xún)r(jià)廉易得增塑劑應(yīng)滿足要求2.潤(rùn)滑劑： 能改進(jìn)聚合物熔體的流動(dòng)性、減少熔體對(duì)設(shè)備的黏附現(xiàn)象、提高塑件脫模作用的物質(zhì)。3.阻燃劑： 能阻

10、止燃燒，降低燃燒速度或提高著火點(diǎn)的物質(zhì)。4.發(fā)泡劑： 是一類(lèi)能使處于一定黏度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的塑料、橡膠形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。發(fā)泡劑物理發(fā)泡劑化學(xué)發(fā)泡劑利用其在一定溫度范圍內(nèi)物理狀態(tài)的變化而產(chǎn)生氣體，在使用過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化指在發(fā)泡過(guò)程中通過(guò)化學(xué)變化產(chǎn)生氣體而達(dá)到發(fā)泡目的的物質(zhì)六、醫(yī)用PVC聚氯乙烯（PVC）類(lèi)材料制造的方便性、以及這類(lèi)材料與靜脈（intravenous，IV）注射液和血液之間良好的相容性，使其在醫(yī)療領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。 PVC在各種各樣的醫(yī)療產(chǎn)品中有著悠久的使用歷史。PVC在醫(yī)療產(chǎn)品中的應(yīng)用包括輸液袋、輸血袋、輸注設(shè)備等等。這些醫(yī)療設(shè)備經(jīng)過(guò)了世界范圍內(nèi)包括FDA在內(nèi)的無(wú)數(shù)政府機(jī)構(gòu)和獨(dú)立健康機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格的監(jiān)管審查。在過(guò)去40多年的使用過(guò)程當(dāng)中，這些材料的安全性已經(jīng)經(jīng)過(guò)了50億到70億急性接觸住院天數(shù)以及10億到20億慢性接觸住院天數(shù)的證明，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)PVC類(lèi)材料具有任何反作用。 PVC需要加入一系列助劑才具有優(yōu)異的性能。主要就是增塑劑。 在PVC中加入增塑劑是為了改進(jìn)PVC的柔軟性、耐寒性、增進(jìn)光穩(wěn)定性。不同用途的PVC制品，增塑劑的添加量不同。研究表明，含有鄰苯二甲酸酯類(lèi)的PVC遇上油脂或在100以上高溫環(huán)境下，很容易釋放。 醫(yī)療