聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一，價(jià)格低廉，改性后綜合性能優(yōu)良，其總產(chǎn)量僅次于聚乙烯，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、電子電氣、交通運(yùn)輸、電力、電訊、包裝等各個(gè)領(lǐng)域。PVC呈微黃色半透明狀，有光澤，透明度高于聚乙烯、聚丙烯，低于聚苯乙烯。PVC不易燃燒、強(qiáng)度高，耐候性及尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良。PVC對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力，但能夠被濃硫酸、濃硝酸等所腐蝕。PVC的收縮率較低，一般為0.2%~0.6%。PVC在光、熱作用下的穩(wěn)定性較差，在高溫作用下或經(jīng)長時(shí)間陽光曝曬，會(huì)分解產(chǎn)生氯化氫，并進(jìn)一步自動(dòng)催化分解而變色，物理力學(xué)性能也會(huì)迅速下降，在實(shí)際應(yīng)用中必須加入穩(wěn)定劑以提高對(duì)熱和光的穩(wěn)定性。PVC難以加工，因其熔融溫度接近分解溫度，且流動(dòng)性較差，加工工藝范圍很窄，因此通常需要加入增塑劑、潤滑劑、加工助劑等其他助劑。根據(jù)增塑劑用量的不同，PVC制品可分為軟質(zhì)和硬質(zhì)兩種。硬質(zhì)PVC機(jī)械強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用，用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件、殼體、玩具、板材、管材等；軟質(zhì)PVC質(zhì)地柔軟，用于生產(chǎn)薄膜、人造革、壁紙等[1-4]。
1· PVC樹脂的合成
PVC樹脂是由氯乙烯單體經(jīng)懸浮、乳液、本體或溶液法聚合而成。其中，懸浮聚合法生產(chǎn)工藝成熟、操作簡單、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品種類多、應(yīng)用范圍廣，一直是生產(chǎn)PVC樹脂的主要方法，在世界PVC生產(chǎn)裝置中大約占90%的比例。其次是乳液聚合法，用于生產(chǎn)PVC糊樹脂，通常采用水溶性引發(fā)劑，把氯乙烯單體、水溶性物質(zhì)、水、乳化劑及非離子型表面活性劑加入聚合釜中進(jìn)行聚合，其聚合反應(yīng)由自由基引發(fā)，反應(yīng)溫度和引發(fā)劑的濃度對(duì)聚合反應(yīng)速率和PVC樹脂的分子量分布影響很大。
懸浮聚合通過不斷進(jìn)行攪拌使單體液滴在水中保持懸浮狀態(tài)，聚合反應(yīng)在單體小液滴中進(jìn)行，通常懸浮聚合反應(yīng)為間歇聚合。近年來，很多PVC樹脂生產(chǎn)廠對(duì)間歇懸浮聚合工藝的配方、聚合釜、產(chǎn)品品種和質(zhì)量不斷研究和改進(jìn)，開發(fā)出各具特色的工藝技術(shù)，目前應(yīng)用較多的是Geon公司(原B FGoodrich公司)、日本信越公司和歐洲EVC公司的技術(shù)。這三大公司的技術(shù)在1990年以來全球新增的PVC樹脂生產(chǎn)能力中各占大約21%的比例。
本體聚合法生產(chǎn)工藝在無水、無分散劑、只加入引發(fā)劑的條件下進(jìn)行聚合，不需要后處理設(shè)備，投資少，節(jié)能，成本低。用本體聚合法生產(chǎn)的PVC樹脂制品透明度高、電絕緣性好、易加工，懸浮法樹脂的生產(chǎn)設(shè)備均可用于加工本體法樹脂。PVC本體聚合工藝在上世紀(jì)80年代得到較大發(fā)展。盡管從理論上來說，懸浮和本體聚合工藝生產(chǎn)的樹脂可以用于相同的領(lǐng)域，但實(shí)際生產(chǎn)中一般只使用其中的一種，因?yàn)閼腋渲捅倔w樹脂不能混合，即使少量混合也會(huì)因靜電效應(yīng)導(dǎo)致聚合物粉末的流動(dòng)性降低。由于懸浮聚合樹脂更易得到，因此大多數(shù)加工廠放棄了本體樹脂，導(dǎo)致本體聚合工藝呈止步不前甚至衰退狀態(tài)。
在溶液聚合工藝中，氯乙烯單體溶解在一種有機(jī)溶劑(如乙酸丁酯、丙酮等)中引發(fā)聚合，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，聚合物沉淀下來。溶液聚合反應(yīng)主要用于生產(chǎn)氯乙烯與乙酸乙烯共聚物(通常乙酸乙烯含量在10%~25%)。溶液聚合工藝生產(chǎn)的共聚物純凈、均勻，具有獨(dú)特的溶解性和成膜性。但該工藝存在溶劑回收有殘留、單體易受污染等缺陷，且生產(chǎn)成本較高。
2 ·PVC塑料的性能
2.1 物理性能
PVC系熱塑性樹脂。在紫外光下，硬PVC產(chǎn)生淺藍(lán)或紫白色熒光，軟PVC則發(fā)出藍(lán)色或藍(lán)白色熒光。PVC塑料的物理力學(xué)性能取決于樹脂的分子量、增塑劑及填料用量。樹脂的分子量愈大，其力學(xué)性能、耐寒性、熱穩(wěn)定性愈高，但加工溫度也需較高，成型比較困難；分子量低則與上述相反。PVC配方中，隨著填料用量增多，則其拉伸強(qiáng)度降低。
PVC樹脂的軟化點(diǎn)接近于分解溫度。它在140℃時(shí)已開始分解，而在170℃時(shí)分解更加迅速。在PVC樹脂成型加工過程中，有兩項(xiàng)最重要的工藝指標(biāo)，即分解溫度和熱穩(wěn)定度。所謂分解溫度就是大量放出氯化氫時(shí)的溫度，所謂熱穩(wěn)定度就是在一定溫度條件下（通常是190℃）不大量放出氯化氫的時(shí)間。PVC塑料長期暴露于100℃下，除非添加堿性穩(wěn)定劑，否則也會(huì)分解，若超過180℃則快速分解。
2.3 穩(wěn)定性
PVC樹脂是一種較不穩(wěn)定的聚合物，在光和熱的作用下都會(huì)降解，其過程是放出氯化氫，發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，但程度比較輕。同時(shí)在機(jī)械力、氧、臭氧、氯化氫以及某些活性金屬離子存在時(shí)會(huì)加速分解。PVC樹脂脫去氯化氫后，在主鏈上產(chǎn)生了共軛雙鍵，顏色也會(huì)改變。而隨著氯化氫分解的數(shù)量增加，PVC樹脂則由原來的白色變?yōu)辄S色、玫瑰色、紅色、棕色以至黑色[5-6]。
2.4 電性能
PVC塑料的電性能取決于聚合物中殘留物的數(shù)量、配方中各種添加物的類型和數(shù)量。PVC的電性能還與受熱情況有關(guān)：當(dāng)加熱使PVC分解時(shí)，由于氯離子的存在而降低其電絕緣性，如果所產(chǎn)生的大量氯離子不能為堿性穩(wěn)定劑(如鉛鹽)所中和，則會(huì)導(dǎo)致其電絕緣性能明顯下降。PVC的電性能隨頻率和溫度的變化而改變，如PVC的介電常數(shù)隨頻率升高而降低。
2.5 化學(xué)性能
PVC具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，用其作為防腐材料極有價(jià)值。PVC對(duì)大多數(shù)無機(jī)酸和堿是穩(wěn)定的，不易受熱溶解而分解釋放出氯化氫。PVC的溶解性與其分子量大小及聚合方法有關(guān)。一般來說溶解度隨著聚合物分子量的增大而減小，乳液法樹脂比懸浮法樹脂的溶解性差。PVC可以溶解于酮類(如甲己酮、環(huán)己酮)，芳香族溶劑(如甲苯、二甲苯)，二甲基甲酰胺、四氫呋喃中。常溫下PVC樹脂幾乎不溶于增塑劑，高溫下顯著溶脹，甚至溶解。
2.6 加工性能
PVC是無定型高聚物，沒有明顯的熔點(diǎn)，加熱到120~150℃時(shí)具有可塑性。由于其熱穩(wěn)定性較差，在該溫度下會(huì)釋放出少量氯化氫，促使其進(jìn)一步分解，故必須加入堿性的穩(wěn)定劑和氯化氫反應(yīng)來抑制其催化裂解反應(yīng)。純PVC是硬質(zhì)制品，需加入適量的增塑劑才能使其柔軟。對(duì)于不同的制品還需加入諸如紫外線吸收劑、填充劑、潤滑劑、顏料、防霉劑等助劑以改善PVC制品的使用性能。與其他塑料一樣，PVC樹脂的性能決定了制品的質(zhì)量。對(duì)PVC而言，與加工有關(guān)的樹脂性能主要有顆粒粒徑、熱穩(wěn)定性、分子量、魚眼、松密度、純度、孔隙率等；對(duì)于PVC糊樹脂，還有糊料的黏度和膠化性能等[7]。
3· PVC塑料的應(yīng)用
PVC樹脂可以采用多種方法加工成制品。懸浮聚合的PVC樹脂可以擠出成型、壓延成型、注塑成型、吹塑成型、粉末成型或壓塑成型。分散型樹脂或糊樹脂通常只采用糊料涂布成型，用于織物的涂布和生產(chǎn)地板革；糊樹脂也可以用于搪塑成型、滾塑成型、蘸塑成型和熱噴成型等。
3.1 一般軟制品
利用擠出機(jī)可以將PVC制成軟管、塑料線、電纜和電線的外皮，還可以流延或壓延成各種厚度的地板墊。利用注塑成型的方法可以將PVC制成塑料涼鞋、鞋底、拖鞋等。
3.2 薄膜
利用壓延機(jī)可將PVC壓延成各種厚度的透明或著色薄膜，也可以利用吹塑成型機(jī)將PVC吹制成薄膜。還可以采用流延工藝，將PVC膜與聚酯編織布復(fù)合，制備廣告燈箱布、篷布及防水卷材等。PVC薄膜上可以印制各種花紋圖案(如商標(biāo)、LOGO、宣傳廣告等)，還可以加工成包裝袋、購物袋、雨衣、桌布、窗簾等，而寬幅的透明薄膜可以建造溫室大棚[8]。
3.3 硬管和板材
在PVC中加入穩(wěn)定劑、潤滑劑和填料，經(jīng)混煉后，可以擠出成型各種口徑的硬管、異型管、波紋管，用作下水管、飲水管、電線套管等。PVC管道憑借其自重輕、耐腐蝕、耐壓強(qiáng)度高、安全方便等特點(diǎn)受到了工程界的一致好評(píng)[9]。尤其近年來，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的拉動(dòng)下，我國PVC管道發(fā)展十分迅速。將壓延好的薄片重疊熱壓，可制成各種厚度的硬質(zhì)板材。板材可以切割成所需的形狀，焊接成各種耐化學(xué)腐蝕的容器、通風(fēng)管道等。
3.4 涂層制品
將PVC糊樹脂配制成一定黏度涂覆在布或紙上，然后在100℃以上將其塑化，可制成有襯底的人造革。如果將PVC軟片用壓延機(jī)直接壓延成一定厚度時(shí)，可制成無襯底的人造革，并可壓出各種花紋。人造革用于制造皮包、皮箱、沙發(fā)和汽車座墊、地板革以及書的封面等。將PVC涂覆在由滌綸長絲編織的基布上，可以制成帆布。PVC帆布拉伸強(qiáng)度高，防水防腐，可以用作汽車篷布、苫布、防火門簾等。
3.5 泡沫塑料
軟質(zhì)PVC在混煉時(shí)加入適量的發(fā)泡劑，經(jīng)發(fā)泡成型可制成泡沫塑料。PVC發(fā)泡塑料具有耐候性和阻燃性優(yōu)良、絕熱、降噪、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用作隔板、廣告牌、展示面板等，還可用作泡沫拖鞋、涼鞋、鞋墊和各種緩沖包裝材料。也可以擠出制成低發(fā)泡硬質(zhì)板材，代替木材作為建筑材料。將木粉與PVC塑料混合，可以制備綠色環(huán)保的木塑發(fā)泡材料[10-11]。將PVC糊樹脂涂覆在滌綸編織基布上，經(jīng)加熱發(fā)泡后可制備防滑墊、瑜伽墊等各類地墊、坐墊。
3.6 日用品
PVC常被用來制作各種仿真皮革，如行李包、運(yùn)動(dòng)制品、服裝和專用保護(hù)設(shè)備的皮帶。服裝用PVC織物一般是吸附性織物(不需涂布)，如雨披、嬰兒褲、仿皮夾克和各種雨靴。PVC還可用于許多娛樂用品，如玩具、唱片等。目前PVC玩具產(chǎn)量增幅迅猛，主要原因就是PVC生產(chǎn)成本低，且易于成型。
3.7 糊狀制品
將PVC糊樹脂分散在液體增塑劑中，使其溶脹、塑化成增塑溶膠，再加入乳液、穩(wěn)定劑、填料、著色劑，經(jīng)過充分?jǐn)嚢?，脫氣泡后，可配制成PVC糊，用浸漬法、澆鑄法、搪塑法將PVC糊涂覆在各種制品表面，起防腐蝕、美化作用。
3.8 異型材
利用各種截面為非圓形的模具、由擠出成型法制得的PVC異型材具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：如耐腐蝕，使用壽命長，色彩保持性好；價(jià)格低廉，遠(yuǎn)低于具有同等強(qiáng)度和壽命的金屬材質(zhì)；色彩豐富、裝飾性好，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)；材質(zhì)輕，安裝方便，易于運(yùn)輸。在我國，PVC異型材約占PVC總消費(fèi)量的25％左右，主要用于建筑、家裝等行業(yè)。
4 ·結(jié)語
近年來，我國的PVC工業(yè)已經(jīng)從高速發(fā)展期過渡到了結(jié)構(gòu)調(diào)整期，正在逐步由PVC生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)強(qiáng)國。加強(qiáng)對(duì)PVC基礎(chǔ)性能的研究，利用各種助劑來改善PVC原料的綜合性能，開發(fā)無毒助劑，制備PVC與其他聚合物的合金材料，是PVC行業(yè)發(fā)展的重要方向。
