浅析氯化聚乙烯的生产工艺及其应用

作者:未知

  摘 要:氯化聚乙烯以其优异的综合物理性能与极佳的应用价值,成为科技和工业界关注的重点之一。本文简要介绍了氯化聚乙烯几种生产工艺,分析了氯化聚乙烯这种新型高分子弹性体、塑料改性树脂在各领域的实际应用情况。
  关键词:氯化聚乙烯;生产工艺;氯化;装置;应用
  中国氯化聚乙烯(CPE)产品自上世纪50年代开始,发展历史久远,规模逐步扩大,据美国《化学周刊》介绍陶氏化学从2016年起退出氯化聚乙烯业务之后,目前中国公司是全球最主要的氯化聚乙烯生产国。氯化聚乙烯以其独有耐化学品腐蚀,抗老化、高韧性、阻燃性等,这些优良的产品属性,使其广泛应用于人们日常生活与生产的各领域,如:橡胶加工、电线电缆、硬质塑料建材、高分子阻燃改性、防水和防腐涂料,粘合剂等。
  1 氯化聚乙烯生产工艺
  目前氯化聚乙烯生产制备技术已日臻成熟,氯化聚乙烯的合成方法:溶剂法、固相法和悬浮法。其中溶剂法和固相法因生产成本,技术缺陷多,不易大规模生产等原因,使用相对较少。悬浮法又分水相法和盐酸相悬浮法,水相法氯气利用率高,产品含氯量稳定,缺点在于设备腐蚀较严重,废水废气废渣排放量大等;为此产品质量相对稳定,流程短的盐酸相法是现今世界上最先进的一种生产方法。
  1.1 盐酸相悬浮氯化法
  盐酸相悬浮氯化法是由德国Hearst公司在水相悬浮氯化法基础上研发一种改进工艺。将聚乙烯制备成盐酸相悬浮体,此时其质量分数约为盐酸的20%左右。在一定的温度下加入液态氯进行氯化。经过氯化、脱酸、洗涤后,将质量分数为25%左右的盐酸回收利用,其余可作为商品出售。产品经脱酸后,离心分离干燥而成。期间省了水洗和碱洗这两个工序,工艺明显简化,节约能源。制成品外观白,Cl含量均匀。采用特殊的氯通道,避免氯气对搪瓷反应釜的空蚀腐蚀,提高了反应釜使用寿命。副产物盐酸可回收利用,废水排放量少。缺点是对后处理设备的耐蚀性较高,对后期处理设备要求高,投入资金很大。
  1.2 水相悬浮氯化法
  水相悬浮液法是对悬浮在水中的聚乙烯粉末进行氯化处理的一种方法。Dupont公司一项专利介绍一种使用悬浮液生产氯化聚乙烯的方法,是将氯转化为乙烯基聚合物浆液,并使整个体系变得活跃,辐照温度从10℃上升到100℃。该悬浮液由9部分水和l部分聚合物组成,可制备完成氯含量>45%氯化聚乙烯,届时需添加25到30份水。该工艺反应稳定易受控制,所得产品一般为一种便于储存运输和使用的白色粉末。该工艺被国内外大多数厂家采用,但其主要缺点是大量稀盐酸不能作为产品销售,只能添加碱或石灰中和后排放,既浪费资源,又增加了生产成本;反应堆的严重腐蚀影响了正常生产,增加了设备损耗。
  1.3 固相氯化法
  固相氯化是粉末聚乙烯和各種助剂在常压下与氯气在反应器中直接反应生成CPE。该方法一般要在流化床上进行。高密度聚乙烯无需固相处理即可氯化,而低密度聚乙烯膨胀后才能氯化。由于反应过程处于干燥状态,设备腐蚀小,生产的产品相对纯净,是目前仍使用的一种重要方法。然而,固相氯化产物结晶区和非晶区氯化程度不同及高温等原因,产生一系列问题。
  1.4 溶剂氯化法
  溶液法这个聚乙烯树脂转换解决方案有一定的特征,这种高密度聚乙烯粉末加热溶于CCl4,C6H5Cl在极性溶剂中,自由基引发剂(如C8H12N4),在80-110℃,厌氧条件作用下,大气压力0.686MPa压力下氯化反应。产品氯含量合格后,经水萃取、回收、脱水、干燥,可得到无结晶、弹性佳的产品。该方法易于控制,可生产稳定的纯氯化聚乙烯,但是其溶剂易造成污染,回收过程复杂,能耗大,添加剂对人体有害,目前工业上已经很少使用。
  2 工艺技术方面的实际应用
  氯化聚乙烯可作为PVC、ABS等聚烯烃的改性剂,提高PVC的韧性,提高乙烯的印刷性能和阻燃性,可制成不燃、耐化学腐蚀的地板材料、人造革、板材等。可用于提高胶粘剂的韧性和阻燃性。它还可用于制造泡沫塑料、薄膜、层压板材、电缆和电线涂料。在热塑性树脂工业中,CPE可独立使用或混合使用,主要与聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS等树脂或聚氨酯(PUR)混用。在橡胶工业中,CM可作为一种高性能、高品质的特种橡胶使用。还可与乙丙橡胶(EPR)、丁基橡胶(IIR)、丁腈橡胶(NBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)等混合使用,制备出适用于汽车,建材,医疗,电力,农业等行业的一系列产品。
  例如,以大庆石化和兰州石化为代表的两家新型高压聚乙烯装置,均采用利安德巴塞尔工业公司高压管螺纹聚乙烯LD技术。本设备具有自动清洗和除蜡功能,产品加工精良,透明度高,气味低,鱼眼极少,符合FDA法规要求,可直接与食品接触,适用于敏感产品包装,作为高档包装薄膜基材;可生产出九种薄膜,一种高熔体指数注塑材料,四种EVA,约十六余个品牌。再如,辽阳石化股份有限公司是利用特种氯化聚乙烯的主要特点,以乙氧基镁及齐格勒—纳塔高效催化剂为载体,采用浆料生产工艺的高密度聚乙烯装置。设备拥有多个进口品牌,被广泛使用,包括12个注塑、吹塑、挤塑品牌。氯化聚乙烯专用材料L0555P和L2053P是其拳头产品。衍生品被各行业用于生产制造与加工,应用范围十分广泛。
  今后应针对氯化聚乙烯在实际生产中如何缩短氯化反应时间、以及设备利用率低等问题,总结成熟经验,不断采用新的改进措施,优化工艺控制与可操作性,进一步降低生产成本,提升经济效益,使其以优良的品质在市场中处于领先地位,让氯化聚乙烯的工艺与产品更适应和满足社会发展的需求。
  参考文献:
  [1]邹正康,胡昕.合成橡胶综述[D].常熟:常熟理工学院,2013(12).
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