淺析氯化聚乙烯的生產工藝及其應用
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摘 要：氯化聚乙烯以其優異的綜合物理性能與極佳的應用價值，成為科技和工業界關注的重點之一。本文簡要介紹了氯化聚乙烯幾種生產工藝，分析了氯化聚乙烯這種新型高分子彈性體、塑料改性樹脂在各領域的實際應用情況。
關鍵詞：氯化聚乙烯；生產工藝；氯化；裝置；應用
中國氯化聚乙烯（CPE）產品自上世紀50年代開始，發展歷史久遠，規模逐步擴大，據美國《化學周刊》介紹陶氏化學從2016年起退出氯化聚乙烯業務之后，目前中國公司是全球最主要的氯化聚乙烯生產國。氯化聚乙烯以其獨有耐化學品腐蝕，抗老化、高韌性、阻燃性等，這些優良的產品屬性，使其廣泛應用于人們日常生活與生產的各領域，如：橡膠加工、電線電纜、硬質塑料建材、高分子阻燃改性、防水和防腐涂料，粘合劑等。
1 氯化聚乙烯生產工藝
目前氯化聚乙烯生產制備技術已日臻成熟，氯化聚乙烯的合成方法：溶劑法、固相法和懸浮法。其中溶劑法和固相法因生產成本，技術缺陷多，不易大規模生產等原因，使用相對較少。懸浮法又分水相法和鹽酸相懸浮法，水相法氯氣利用率高，產品含氯量穩定，缺點在于設備腐蝕較嚴重，廢水廢氣廢渣排放量大等；為此產品質量相對穩定，流程短的鹽酸相法是現今世界上最先進的一種生產方法。
1.1 鹽酸相懸浮氯化法
鹽酸相懸浮氯化法是由德國Hearst公司在水相懸浮氯化法基礎上研發一種改進工藝。將聚乙烯制備成鹽酸相懸浮體，此時其質量分數約為鹽酸的20%左右。在一定的溫度下加入液態氯進行氯化。經過氯化、脫酸、洗滌后，將質量分數為25%左右的鹽酸回收利用，其余可作為商品出售。產品經脫酸后，離心分離干燥而成。期間省了水洗和堿洗這兩個工序，工藝明顯簡化，節約能源。制成品外觀白，Cl含量均勻。采用特殊的氯通道，避免氯氣對搪瓷反應釜的空蝕腐蝕，提高了反應釜使用壽命。副產物鹽酸可回收利用，廢水排放量少。缺點是對后處理設備的耐蝕性較高，對后期處理設備要求高，投入資金很大。
1.2 水相懸浮氯化法
水相懸浮液法是對懸浮在水中的聚乙烯粉末進行氯化處理的一種方法。Dupont公司一項專利介紹一種使用懸浮液生產氯化聚乙烯的方法，是將氯轉化為乙烯基聚合物漿液，并使整個體系變得活躍，輻照溫度從10℃上升到100℃。該懸浮液由9部分水和l部分聚合物組成，可制備完成氯含量>45%氯化聚乙烯，屆時需添加25到30份水。該工藝反應穩定易受控制，所得產品一般為一種便于儲存運輸和使用的白色粉末。該工藝被國內外大多數廠家采用，但其主要缺點是大量稀鹽酸不能作為產品銷售，只能添加堿或石灰中和后排放，既浪費資源，又增加了生產成本；反應堆的嚴重腐蝕影響了正常生產，增加了設備損耗。
1.3 固相氯化法
固相氯化是粉末聚乙烯和各種助劑在常壓下與氯氣在反應器中直接反應生成CPE。該方法一般要在流化床上進行。高密度聚乙烯無需固相處理即可氯化，而低密度聚乙烯膨脹后才能氯化。由于反應過程處于干燥狀態，設備腐蝕小，生產的產品相對純凈，是目前仍使用的一種重要方法。然而，固相氯化產物結晶區和非晶區氯化程度不同及高溫等原因，產生一系列問題。
1.4 溶劑氯化法
溶液法這個聚乙烯樹脂轉換解決方案有一定的特征，這種高密度聚乙烯粉末加熱溶于CCl4，C6H5Cl在極性溶劑中，自由基引發劑（如C8H12N4），在80-110℃，厭氧條件作用下，大氣壓力0.686MPa壓力下氯化反應。產品氯含量合格后，經水萃取、回收、脫水、干燥，可得到無結晶、彈性佳的產品。該方法易于控制，可生產穩定的純氯化聚乙烯，但是其溶劑易造成污染，回收過程復雜，能耗大，添加劑對人體有害，目前工業上已經很少使用。
2 工藝技術方面的實際應用
氯化聚乙烯可作為PVC、ABS等聚烯烴的改性劑，提高PVC的韌性，提高乙烯的印刷性能和阻燃性，可制成不燃、耐化學腐蝕的地板材料、人造革、板材等。可用于提高膠粘劑的韌性和阻燃性。它還可用于制造泡沫塑料、薄膜、層壓板材、電纜和電線涂料。在熱塑性樹脂工業中，CPE可獨立使用或混合使用，主要與聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、ABS等樹脂或聚氨酯（PUR）混用。在橡膠工業中，CM可作為一種高性能、高品質的特種橡膠使用。還可與乙丙橡膠（EPR）、丁基橡膠（IIR）、丁腈橡膠（NBR）、氯磺化聚乙烯（CSM）等混合使用，制備出適用于汽車，建材，醫療，電力，農業等行業的一系列產品。
例如，以大慶石化和蘭州石化為代表的兩家新型高壓聚乙烯裝置，均采用利安德巴塞爾工業公司高壓管螺紋聚乙烯LD技術。本設備具有自動清洗和除蠟功能，產品加工精良，透明度高，氣味低，魚眼極少，符合FDA法規要求，可直接與食品接觸，適用于敏感產品包裝，作為高檔包裝薄膜基材；可生產出九種薄膜，一種高熔體指數注塑材料，四種EVA，約十六余個品牌。再如，遼陽石化股份有限公司是利用特種氯化聚乙烯的主要特點，以乙氧基鎂及齊格勒—納塔高效催化劑為載體，采用漿料生產工藝的高密度聚乙烯裝置。設備擁有多個進口品牌，被廣泛使用，包括12個注塑、吹塑、擠塑品牌。氯化聚乙烯專用材料L0555P和L2053P是其拳頭產品。衍生品被各行業用于生產制造與加工，應用范圍十分廣泛。
今后應針對氯化聚乙烯在實際生產中如何縮短氯化反應時間、以及設備利用率低等問題，總結成熟經驗，不斷采用新的改進措施，優化工藝控制與可操作性，進一步降低生產成本，提升經濟效益，使其以優良的品質在市場中處于領先地位，讓氯化聚乙烯的工藝與產品更適應和滿足社會發展的需求。
參考文獻：
[1]鄒正康，胡昕.合成橡膠綜述[D].常熟：常熟理工學院，2013（12）.
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