聚氯乙烯

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聚氯乙烯
IUPAC名
poly(1-chloroethene)[1]
别名 Polychloroethylene
识别
缩写 PVC
CAS号 9002-86-2
ChemSpider none
ChEBI 53243
KEGG C19508
MeSH Polyvinyl+Chloride
性质
化学式 (C2H3Cl)n[2]
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。
机械性能 (Mechanical properties)
密度 1380 kg/m3
杨氏模量(E) 2900-3400 MPa
拉伸强度t) 50-80 MPa
Elongation @ break 20-40%
Notch test 2-5 kJ/m2
玻璃转变温度 87 °C
熔点 212 °C
Vicat B1 85 °C
热导率 (λ) 0.16 W/m.K
热膨胀系数 (α) 8 10-5 /K
热容 (c) 0.9 kJ/(kg·K)
吸水率 (ASTM) 0.04-0.4
Price 0.5-1.25 €/kg
1 Deformation temperature at 10 kN needle load
source: [3]<smal

聚氯乙烯(英文为PolyVinyl Chloride缩写PVC)是氯乙烯加成聚合反应得到的的高分子材料。是聚乙烯聚丙烯之后,第三种最广泛生产的合成塑胶聚合物。

聚氯乙烯有两种基本形式:硬性和柔性。硬性形式聚氯乙烯材料可用于管道、门和窗上,它也可用于瓶子,其它非食品的包装,以及银行卡或会员卡等。它也可以制成柔软的成品,通过加入塑化剂(最常用的是邻苯二甲酸酯),使之更加灵活。在这种形式中,它可用于软管道,电缆绝缘体,仿皮革,软标牌,充气产品,并在许多应用中取代橡胶。

纯聚氯乙烯是一种白色,脆性固体。它不溶于醇但微溶于四氢呋喃。

结构[编辑]

这种材料的结构如下

性质[编辑]

阻燃[编辑]

聚氯乙烯的最大特点是阻燃,因此被广泛用于防火应用。但是聚氯乙烯在高温下的燃烧过程中会释放出氯化氢氯气和其他有毒气体[4]

聚氯乙烯的燃烧分为两步。先在240℃-340℃燃烧分解出氯化氢气体和含有双键二烯烃,然后在400-470℃发生的燃烧[5]

物理和化学性质[编辑]

稳定;不易被腐蚀;比聚乙烯耐热但比不上聚丙烯。PVC是七大塑料中唯一必须使用增塑剂的材料,这使得它的状态可以从软而弹到硬而脆之间变化。而增塑剂就是媒体报道中的“塑化剂”。PVC既然可以呈现软而有弹性的一面,也就可以模拟橡胶或皮革的一些用途,比如小汽车内饰大量使用的人造革、一次性检查手套、地板、桌布、塑胶鞋,因为PVC价格比天然胶和聚氨酯人造革低得多。不过PVC工业通常要用到乙炔

历史[编辑]

1912年,德国人Fritz Klatte合成了PVC,并在德国申请了专利,但是在专利过期前没有能够开发出合适的产品。1926年美国百路驰(B.F. Goodrich)的沃尔多·塞蒙(Waldo Semon)合成了PVC,并在美国申请了专利。

PVC在19世纪被发现过两次,一次是Henri Victor Regnault在1835年,另一次是Eugen Baumann在1872年发现的。两次机会中,这种聚合物都出现在被放置在太阳光底下的氯乙烯的烧杯中,成为白色固体。20世纪初,俄国化学家Ivan Ostromislensky 和德国Griesheim-Elektron公司的化学家Fritz Klatte同时尝试将PVC用于商业用途,但困难的是如何加工这种坚硬的,有时脆性的的聚合物。沃尔多·塞蒙和百路驰在1926年开发了利用加入各种助剂塑化PVC的方法,使它成为更柔韧更易加工的材料并很快得到广泛的商业应用。

生产与应用[编辑]

聚氯乙烯可由乙烯、氯和催化剂经取代反应制成。由于其防火耐热作用,聚氯乙烯被广泛用于各行各业各式各样产品: 电线外皮、光纤外皮、鞋、手袋、袋、饰物、招牌与广告牌、建筑装潢用品、家俱、挂饰、滚轮、喉管、玩具(如有名的意大利“Rody日语ロディ”跳跳马)、动漫公仔、门帘、卷门、辅助医疗用品、手套、某些食物的保鲜纸、某些时装等。

聚氯乙烯是由氯乙烯单体(VCM)聚合而成。因为其分子中57%的质量是氯元素。所以它与其它的塑料相比,相同的质量中所耗用的石油较少,然而,因为这种塑料的相对密度较大,而且在生成氯的过程中也要耗用其它能量,使得它在很多应用领域失去了优势。

氯乙烯的聚合

目前使用较多的PVC生产工艺是悬浮聚合生产工艺。将纯水、液化的VCM单体、分散剂加入到反应釜中,然后加入引发剂和其它助剂,升温到一定温度后VCM单体发生自由基聚合反应生成PVC颗粒。持续的搅拌使得颗粒的粒度均匀,并且使生成的颗粒悬浮在水中。因反应是放热反应,必须配备有效的除热换热装置:如夹套冷却水、釜顶冷凝器。而且,因为PVC的密度比VCM的密度大。反应过程中随着PVC的不断生成,反应釜内液相的体积会不断收缩,必须不断加入纯水以维持适当的压力。在不同的聚合温度下,VCM聚合生成PVC的聚合度不同。控制不同的聚合温度可以生成不同牌号(聚合度不同牌号不同)的PVC树脂。

生成的PVC料浆经过汽提塔脱除残余的VCM气体(经回收系统回收后与新鲜VCM按一定比例循环使用),然后经过离心脱水,干燥床干燥、筛分后包装成产品。一般经后处理后PVC粉中的VCM含量小于1PPM。

其余的聚合工艺,如微悬浮、乳液聚合工艺可以生成粒径较小的PVC粉(10微米,而一般悬浮聚合生成的PVC粉粒径是120-150微米。其特性和应用也略有不同)聚合生成的PVC是未改性的PVC。在做成最终制品之前,一般要加入各种助剂,如热稳定剂、紫外线稳定剂,润滑剂、增塑剂、加工助剂、抗冲改性剂、热改性剂、填料、阻燃剂、杀虫剂、发泡剂、烟雾抑制剂和各种颜料。

回收及循环再用[编辑]

资源回收再利用塑胶分类标志中,PVC代码是3(3字在三个循环再用箭号中心)U+2675 DejaVu Sans.svg

塑料本体底部或包装上须列明,以便消费者及回收商能分类妥当。

安全与危害[编辑]

美国自1970年代开始,注意到聚氯乙烯工厂的工人有某种恶性肝癌[6] 欧洲澳洲也开始注意到聚氯乙烯工厂的工人有数种癌症。

其主要问题在于:

  • PVC一定要有添加剂或塑化剂才可用,这些大多有害,可能渗出或气化
  • 部分添加剂会干扰生物内分泌、影响生殖机能。
  • 部分添加剂可增加致风险。
  • 焚化含有PVC的垃圾,会产生致癌空气污染物戴奥辛(Dioxin),为乙烯基氯的副产物。戴奥辛是种高度毒性物质,可能导致癌症和其它病症,也会成为全球性的威胁,因为戴奥辛会在环境中能大范围散布,并无法消散。即使是接触少量,戴奥辛仍极有可能与免疫系统受压、生育问题、各种癌症与和内分泌疾病有关系。据一个由英国企业ICI化学和高分子制品有限公司1994年提供的报告,根据1989年发表的一篇文献,这些氧氯化反应(使用做乙烯基氯和一些氯化的溶剂),会产生多氯二苯并二噁英英语Polychlorinated dibenzodioxins(PCDDs)和二苯并呋喃英语Polychlorinated dibenzofurans(PCDFs)类化合物。

PVC常使用邻苯二甲酸二辛酯DEHP)为增塑剂,因DEHP易气雾化,其他乙烯基产品包括汽车内部、淋浴胶帘或铺地板物料等,也会释放化学气体入空气,且DEHP也易溶入油性液体中。另外,人们也开始关注到,儿童若咀嚼这些软塑玩具,会有添加剂渗出的安全问题。

新生儿加护病房使用的乙烯基点滴袋也曾发现有释放DEHP的情形。

聚氯乙烯玩具对幼儿的健康有很大的威胁。因为处于口腔期的幼儿,会透过舔、或把玩具放入口中而将聚氯乙烯塑料中的DEHP的等塑化剂直接食入。

2008年美国加拿大共同研究指出,在测试五种塑胶浴帘时,其在28日之内释放了百余种有毒物质。[7][8]

2006年1月,欧洲共同体搬出“2005/84/EC指引”禁令:禁止在玩具里使用六种类型邻苯二甲酸酯软化剂。在美国,越来越多为这年龄层制造PVC玩具的公司,自愿停用PVC或停用邻苯二甲酸酯美国食品药物管理局建议制造者考虑在敏感患者(譬如出生不满一月的婴儿)的设备里,禁用DEHP,但替代用的增塑剂之安全性则未经检测。

一些研究[谁?]指出,这添加剂也许令健康问题复杂化,但需要进一步研究。根据一些医疗研究显示,PVC 增塑剂也许会导致慢性病:譬如硬皮病胆管癌血管肉瘤英语angiosarcoma脑癌肢端骨溶症英语Acroosteolysis

2004年,一个联合了瑞典与丹麦学者的研究小组发现,常用在PVC的邻苯二甲酸酯DEHP邻苯二甲酸丁基苯酯英语Benzyl butyl phthalate(BBzP),和儿童过敏有相当强烈的关连性。

环境保护者小组绿色和平主张全球性逐步淘汰PVC。

至2008年,欧盟、美国华盛顿与美国加州已禁止使用DEHP

参考文献[编辑]

  1. ^ poly(vinyl chloride) (CHEBI:53243). CHEBI. [12 July 2012]. 
  2. ^ Substance Details CAS Registry Number: 9002-86-2. Commonchemistry. CAS. [12 July 2012]. 
  3. ^ A.K. vam der Vegt & L.E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5
  4. ^ 黄鑫; 刘江虹; 张永丰; 秦俊. 用锥形量热仪研究细水雾抑制熄灭PVC火. 中国工程科学. 2006, 8 (12): 102–106. 
  5. ^ yang J, Miranda R; Roy C. Vacuum pyrolysis of PVC I. Kinetic study. Polymer Degradation and Stability. 1999, 64 (1): 127–144. 
  6. ^ Angiosarcoma of liver in the manufacture of polyvinyl chloride. - PubMed - NCBI
  7. ^ media centre | - Environmental Defence 互联网档案馆存档,存档日期2009-03-01.
  8. ^ What’s that new shower curtain smell? – Center for Health, Environment & Justice

外部链接[编辑]

相关条目[编辑]