應(yīng)用化工技術(shù)畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)論文氯化聚氯乙烯的工藝研究以及其供需現(xiàn)狀中北大學成人教育學院2017屆畢業(yè)論文氯化聚氯乙烯的工藝研究以及其供需現(xiàn)狀內(nèi)容摘要：介紹了氯化聚氯乙烯的生產(chǎn)情況、工藝技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用以及市場供求情況，分析了該產(chǎn)品的價格趨勢及競爭能力，對發(fā)展我國氯化聚氯乙烯工業(yè)提出了建議。介紹氯化聚氯乙烯樹脂的性質(zhì)特點、生產(chǎn)及加工方法和應(yīng)用情況，指出了其發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:氯化聚氯乙烯，聚氯乙烯，市場前景目 錄前言11聚氯乙烯的制備方法21.1氣固相氯化法21.2溶劑法21.3水相懸浮法22 CPVC的性能特征與應(yīng)用32.1 CPVC的性能特征32.2 CPVC的應(yīng)用43氯化聚氯乙烯的加工53.1干燥53.2混料53

2、.3成型63.3.1擠出成型63.3.2注射成型64氯化聚氯乙烯的市場與前景74.1國內(nèi)生產(chǎn)能力與產(chǎn)量74.2國內(nèi)需求74.3國外狀況74.4競爭能力分析84.5發(fā)展建議85結(jié)束語9參考文獻10致謝11中北大學成人教育學院2017屆畢業(yè)論文前言氯化聚氯乙烯（CPVC）是以氯氣和聚氯乙烯（PVC）為原料的耗氯產(chǎn)品,具有抗腐蝕、耐老化、難燃、電性能良好等特點。（PVC）硬制品安全使用溫度一般不超過60而，而氯化聚氯乙烯硬制品可在接近100的溫度下長期使用，氯化聚氯乙烯是能在較高溫度和較高壓力下長期使用的為數(shù)不多的聚合物之一。氯化聚氯乙烯不僅在常溫下耐化學腐蝕性能優(yōu)異，而且在較高溫度下仍具有很好的耐

3、酸、耐堿、耐化學藥品性，性能優(yōu)于PVC和其它樹脂。另外，氯化聚氯乙烯的機械強度是PVC的1.5倍， pp 和ABS 的2倍，特別是在100的溫度下，氯化聚氯乙烯仍能保持很高的剛性， 可充分滿足在化工生產(chǎn)中對設(shè)備及管道等的要求。并且，氯化聚氯乙烯不受自來水中余氯影響，不會出現(xiàn)裂痕和崩漏。因此，氯化聚氯乙烯管道非常適用于民用冷熱水管系統(tǒng)。氯化聚氯乙烯產(chǎn)品在國外主要采用先進的水相懸浮法生產(chǎn)。并已開始在一定范圍內(nèi)取代一些傳統(tǒng)的熱塑性工程塑料，廣泛應(yīng)用于化工、建材、電器和粘合劑等領(lǐng)域，尤其是冷水和熱水管線分布系統(tǒng)和配件，以及控制液體化學品的閥體等的生產(chǎn)。 世界主要發(fā)達國家和地區(qū)已建立起完整的氯化聚氯乙烯

4、應(yīng)用體系。目前，我國的氯化聚氯乙烯生產(chǎn)規(guī)模小，產(chǎn)品質(zhì)量差， 部分企業(yè)仍采用污染嚴重的溶劑法生產(chǎn)。 由于不能滿足國內(nèi)工業(yè)和民用管材的要求，我國每年需從美、日等國大量進口高質(zhì)量的氯化聚氯乙烯樹脂用于硬制品生產(chǎn)或直接進口管材、閥門等硬制品。另外，受國際環(huán)境公約的約束，四氯化碳溶劑法生產(chǎn)裝置將逐漸被淘汰。 因此，國內(nèi)氯化聚氯乙烯工業(yè)亟待采用先進生產(chǎn)工藝，加快發(fā)展速度，以適應(yīng)國民經(jīng)濟快速發(fā)展和民用產(chǎn)品日益增長的需求。1聚氯乙烯的制備方法氯化聚氯乙烯的生產(chǎn)方法主要有溶劑法、 水相懸浮法和氣固相氯化法。1.1氣固相氯化法氣固相氯化法是將聚氯乙烯（PVC）樹脂在干態(tài)下放入反應(yīng)釜內(nèi)或流化床內(nèi)，通氯氣進行氯化。氣

5、固相法工藝流程簡單，三廢量少，生產(chǎn)成本較低。該方法操作復雜，反應(yīng)過程難以控制，產(chǎn)品均勻度差，產(chǎn)品性能不佳，不能適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，因此該法已基本被淘汰。1.2溶劑法溶劑法工藝比較成熟，其主要工藝過程是將PVC樹脂溶解于有機溶劑四氯化碳后再進行氯化。該法生產(chǎn)的氯化聚氯乙烯也被稱為過氯乙烯樹脂。由于溶劑法氯化比較均勻，產(chǎn)品具有良好的溶解性能，非常適合用作涂料、粘合劑等。但是，該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品熱穩(wěn)定性和機械性能較差，不能用于制作包括管材在內(nèi)的硬質(zhì)制品。同時，有機溶劑四氯化碳毒性較大，回收困難，造成較為嚴重的環(huán)境污染和較高的生產(chǎn)成本。四氯化碳已被蒙特利爾條約列為受控淘汰物質(zhì)，因此在國外已基本淘汰了

6、此工藝。國內(nèi)仍有幾家氯化聚氯乙烯企業(yè)尚在使用此法維持生產(chǎn)， 開工率很低， 今后幾年將逐步被淘汰。1.3水相懸浮法水相懸浮法是將PVC懸浮于水中或鹽酸水溶液介質(zhì)中，在引發(fā)劑和其他氯化助劑存在下通氯氯化，得到非均質(zhì)CPVC。包括聚氯乙烯氯化，CPVC的洗滌、穩(wěn)定和CPVC 干燥3道工序。該法生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)流程短，產(chǎn)品中氯的質(zhì)量分數(shù)可以達到67%，具有良好的耐熱性和機械性能，生產(chǎn)成本也較低，缺點是生產(chǎn)過程產(chǎn)生的酸性廢氣需要處理。在水相懸浮氯化法中， 預先采用有機溶劑使PVC樹脂先溶脹，對氯化反應(yīng)有促進作用。這是因為PVC預先溶脹后，增加了氯氣與PVC的接觸面積，提高了氯化反應(yīng)的速率，并使PVC

7、氯化均勻。用氯苯制得的CPVC的特點是耐老化性和熱穩(wěn)定性最佳。水相懸浮氯化法反應(yīng)時，引發(fā)劑可選用過氧化物、腈類、變價金屬氯化物、可見光和紫外光輻射；分散劑可選用聚乙烯醇、聚丙烯酸、纖維素衍生物、細分散的無機物和表面活性劑；助氯化劑可選擇TiCl4、SbCl5、PCl5等。在上述助氯化劑存在下，用氯氣或氯氣與少量氧的混合物對PVC 進行氯化時，可制得氯質(zhì)量分數(shù)為66.6%，密度為1.57 g/Cm3，耐熱性高達175 的CPVC 樹脂。在懸浮液中加入少量聚丙烯酸胺或者聚苯乙烯磺酸鈉，可提高CPVC 耐熱性和透明度。水相懸浮氯化法生產(chǎn)CPVC 時， 反應(yīng)溫度、壓力、引發(fā)劑添加量及后處理條件等對PV

8、C的氯化均有較大的影響。另外，原料PVC 質(zhì)量的好壞也會影響CPVC 的性能，尤其是其加工穩(wěn)定性。因此，原料一般選用由懸浮聚合而制得的PVC，其空隙率為0.28-0.35 mL/g，表面積為1.0-3.0 m2/g，特性黏度為95-120 mL/g，即具有較高的分子量。PVC在懸浮液中的質(zhì)量分數(shù)一般控制在15%35%。3-5 2 CPVC的性能特征與應(yīng)用2.1 CPVC的性能特征 CPVC是PVC氯化改性產(chǎn)物，因此CPVC除保留了PVC的特性外還具有以下優(yōu)良的性能。使用溫度范圍寬。PVC 樹脂經(jīng)氯化，氯的質(zhì)量分數(shù)由56.7%提高到61.0%68.0%時，玻璃化溫度、軟化溫度和熱變形溫度上升。C

9、PVC維 卡軟化點可比PVC 樹脂提高2040 。PVC 硬管制品安全使用溫度不能超過60 ，而CPVC 硬管制品可在接近100溫度下長期使用。因此，CPVC 是能在較高溫度和較高內(nèi)壓下長期使用的為數(shù)不多的聚合物之一。機械強度：CPVC的抗拉強度比PVC提高50%左右，比ABS、PP樹脂的抗拉強度高約一倍。特別是在100溫度下，CPVC仍能保持其較高的剛性?？沙浞譂M足在此溫度下對設(shè)備及管道等的要求。耐化學性：CPVC不僅在常溫下耐化學腐蝕性能優(yōu)異，而且在較高溫度下，CPVC仍具有很好的耐酸、耐堿、耐化學藥品性。CPVC在許多應(yīng)用方面可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)材質(zhì)處理侵蝕性物質(zhì)，如質(zhì)量較差的水、酸性物質(zhì)、堿性

10、物質(zhì)及其他水溶液。提供較長的使用壽命、低維修，并擁有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)力。耐燃性：CPVC具有優(yōu)異的阻燃自熄性，其氧指數(shù)為60，因而在空氣中不會燃燒。具有無火焰滴露、不增加火載，限制火焰擴散及低煙霧生成等特性。導熱性：CPVC具有較低的熱傳導率，用CPVC制成的耐熱管道可免除隔熱護層。CPVC的熱傳導系數(shù)僅為1.05W/(cm·K )，用CPVC加工的耐熱管道，熱量不容易從管道散發(fā)，熱損失少，可免除隔熱護層。不受水中氯的影響：聚烯烴材料如（PP、PE等）遇到水中余氯時可能會分解，而CPVC則不會受水中余氯的影響，不會出現(xiàn)裂痕和滲漏。道內(nèi)壁光滑，細菌不易滋生。2.2 CPVC的應(yīng)用(1)由

11、于CPVC具有較高的強度和維 卡軟化點、抗腐蝕和阻燃等性能，被廣泛用于制造各種不同的工業(yè)管道、冷熱水管和防火管道，另外還可以制造各種閥門、管件等配套系統(tǒng)。特別是熱水管道、耐腐蝕流體管道及超高壓電力電纜埋管的應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。(2)CPVC易溶于多種有機溶劑，可以用于制造涂料，由于其具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、耐酸堿性、耐水性和阻燃性等，特別適合潮濕、寒冷、高溫下使用，是我國目前重要的防腐涂料品種之一。(3)CPVC樹脂還能制造工業(yè)用的耐熱、抗腐蝕塑料平板、壓延片和各種塑料結(jié)構(gòu)件。與其他塑料一起改性可加工成工程塑料合金。(4)作為樹脂改性劑，摻入PVC中，可明顯提高PVC耐熱性；摻入丙烯腈中

12、，可以提高合成纖維的膨脹系數(shù)、韌性和伸長率等。(5)可做人造纖維，CPVC抽絲后可做漁網(wǎng)、工作服、工業(yè)濾布、防治關(guān)節(jié)炎等多種疾病的內(nèi)衣材料、不燃燒降落傘及海底電纜外套等。(6)將CPVC或PVC混合物，加入適當?shù)膭蚺輨?、調(diào)整劑、發(fā)泡劑可制得用途廣泛的泡沫材料；CPVC還可作為阻燃材料和絕緣材料等。(7)分子量較低的CPVC樹脂較PVC樹脂具有較好的溶解性能?？梢杂脕碇谱鬟^氯乙烯樹脂漆和涂料。CPVC黏合劑可以用來黏合各種CPVC、PVC的管配件，在這方面的應(yīng)用開發(fā)前景也很樂觀。(8)CPVC在成型加工時，與PVC加工類似，但由于CPVC的氯含量比PVC更多，分子之間的極性大，使其成型加工困難，

13、配方設(shè)計中更要加入很多助劑。(9)填充劑和增塑劑：CPVC常用的填充劑主要為無機填料，如二氧化鈦（鈦白粉）、碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、煅燒陶土、玻璃纖維等。由于CPVC自身沖擊強度差，無機填料用量不宜過大，應(yīng)在20份以下，同時填料表面應(yīng)進行處理，以提高填料與CPVC的相容性。美國專利中介紹的CPVC配方大多使用了5份二氧化鈦，這和PVC塑料異型材的配方設(shè)計一樣，主要是考慮防止光氧化的作用。CPVC硬制品突出的特點是熱變形溫度明顯高于PVC，故CPVC硬制品配方中很少采用增塑劑。6 3氯化聚氯乙烯的加工CPVC樹脂與其他塑料的成型加工類似, 主要的成型加工方法有擠出，注塑，吸(吹)塑及壓延等,其

14、中擠出與注塑在塑料加工中具有代表性。目前,CPVC塑料制品一般為硬質(zhì)制品, 且以擠出和注塑成型加工較為普遍。3.1干燥由于CPVC樹脂中氯質(zhì)量分數(shù)較高(61 %-68 %) ,熔體的非牛頓性和薪彈性明顯, 流動性下降,所需加工溫度應(yīng)隨之提高。此外, CPVC稍有吸水性, 故在加工前宜先進行干燥叫。干燥條件為: 粒料, 80-90，2-3 h ；粉料, 80 ，2h。采用水相懸浮法制得的CPVC樹脂,其結(jié)構(gòu)，性質(zhì)與懸浮法PVC 樹脂相似,一般可采用PVC 通用設(shè)備進行加工, 如單螺桿擠出機,雙螺桿擠出機,注射成型機和壓延機等。3.2混料由于CPVC熱變形溫度，軟化溫度等均高于PVC樹脂,并且隨著

15、氯含量的增加, CPVC的熔體勃度急劇增加。因此, CPVC在加工過程中比PVC更易發(fā)生脫HCI反應(yīng), 所以CPVC樹脂加工配方中通常需要加人熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、沖擊改性劑和填充劑等助劑, 與硬質(zhì)PVC加工一樣需采用高速混合機預先進行混合?；炝戏绞接懈咚贌峄旌吓c低速冷混合兩種。(1) 高速熱混合，通常是先將CPVC樹脂，熱穩(wěn)定劑，內(nèi)潤滑劑(硬脂酸)等加人高速混合機中進行混合, 當物料溫度升至95-10時, 加人外潤滑劑(石蠟、聚乙烯蠟等)、沖擊改性劑、填料、顏料等,進一步混合至物料溫度12-130時,排料至低速冷混機中。若采用PVC與CPVC樹脂并用時, 可預先將兩者預混2-3m in ,使PV

16、C 與CPVC 充分混合均勻后, 再按上述方法進行混合。(2)低速冷混合。低速冷混合的目的是防止處在較高溫度下(12-13 )的混合料在使用，儲存過程中發(fā)生降解， 低速冷混合機的轉(zhuǎn)速明顯低于高速混合機的轉(zhuǎn)速, 同時在設(shè)備的夾套中通人冷卻水進行冷卻,使物料溫度達到40-45 時方可出料。混合好的物料,使用雙螺桿擠出機可直料進行擠出成型,而使用注射成型或使用單螺桿擠出機成型時,則應(yīng)用粒料。3.3成型3.3.1擠出成型CPVC擠出時熔融豁度大,出口膨脹效應(yīng)大于PVC,同時加工時更容易熱分解放出HCI , 因此擠出成型時加工溫度較窄,難度較硬質(zhì)PVC大。CPVC擠出加工時使用的擠出機必須裝有冷卻設(shè)備,

17、以防過熱。此外,由于加工過程中物料容易粘壁,接觸物料的模頭、螺桿等設(shè)備的表面應(yīng)具有較高的光潔度,并進行表面防腐處理, 即仔細拋光和鍍鉻，擠出成型的CPVC 制品與硬質(zhì)PVC制品一樣,表面(尤其內(nèi)表面)經(jīng)常不夠光滑, 通常通過調(diào)整工藝溫度，螺桿轉(zhuǎn)速，和配方(內(nèi)、外潤滑劑,加工助劑)來解決。3.3.2注射成型考慮到CPVC加工時熔融薪度較高,易降解釋放出Hcl,CPVC注射成型時應(yīng)注意以下3個問題。 注射時螺桿轉(zhuǎn)速和注射速度應(yīng)相對較低,以減少由于剪切力過大而引起的過熱。設(shè)計注射模具時, 澆口應(yīng)比相應(yīng)的硬質(zhì)PVC制品稍大或采用多澆口體系。模具溫度應(yīng)控制在70一10 為宜。典型的CPVC注射成型條件為

18、: a、料筒溫度一段165-175 、二段175-185, b、噴嘴175-185, c、模溫70-80 , d、螺桿壓縮比2 .5 ,e、注塑壓力15MPa,f、注塑時間6s。74氯化聚氯乙烯的市場與前景4.1國內(nèi)生產(chǎn)能力與產(chǎn)量在全球主要產(chǎn)地，中國的CPVC產(chǎn)量居于世界第一位，它包括中國大陸，不包括臺灣省。2008年我國氯化聚氯乙烯產(chǎn)量為12374噸，2009年氯化聚氯乙烯的產(chǎn)量為13798噸，2010年我國氯化聚氯乙烯的產(chǎn)量為15252噸，而到了2011年我國氯化聚氯乙烯達到了19317噸，2012年我國氯化聚氯乙烯的產(chǎn)量得到了進一步的發(fā)展，產(chǎn)量達到了24514噸。4.2國內(nèi)需求 目前，國

19、內(nèi)CPVC（氯化聚氯乙烯）管材的市場需求在3萬噸/年以上，隨著相關(guān)行業(yè)對其特性認識的進一步深入，CPVC管材的市場需求還將快速增長4.3國外狀況目前，世界約有20多家公司生產(chǎn)CPVC樹脂，主要集中在美、日、德、法等國。 近年來，世界CPVC的開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展迅速，對CPVC樹脂的需求急劇增加。1985年世界CPVC產(chǎn)能只有3萬t/a，20世紀90年代初為5萬/a 目前世界總生產(chǎn)能力已超過10萬t/a，均采用水相懸浮法。下表為世界主要氯化聚氯乙烯生產(chǎn)公司情況。公司名稱產(chǎn)能t/a美國譽諾化工公司70000日本德山積水20000日本鐘淵化學約3000礦化業(yè)工業(yè)公司約3000德國BASF法國 Alf A

20、tChem合計96000在歐美日本等發(fā)達國家和地區(qū)，氯化聚氯乙烯冷熱水管已廣泛用于民用建筑、辦公大樓、酒店、醫(yī)院、學校，甚至用作太陽能供水管和溫泉管道等。在美國諾譽化工公司使用氯化聚氯乙烯熱水和冷水管道系統(tǒng)的建筑已超過1000多萬個單元，并且還在不斷迅速增加，美國衛(wèi)生基金會(NSF )已核準，可以將氯化聚氯乙烯樹脂用于飲用水輸送工程、食品及飲料處理和飲用水調(diào)配管道系統(tǒng)等方面。4.4競爭能力分析從對氯化聚氯乙烯國際、國內(nèi)市場的分析可以看出，氯化聚氯乙烯優(yōu)異的性能正不斷得到人們廣泛的認可，其市場的發(fā)展正處于快速成長期!有很大的市場容量和發(fā)展?jié)摿?。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)和民用對材料性能要求的提高，包括

21、管材在內(nèi)的硬質(zhì)制品在國內(nèi)外已成為氯化聚氯乙烯最主要的消費領(lǐng)域。目前國內(nèi)氯化聚氯乙烯樹脂及其硬制品市場有較大缺口，每年需要大量進口。高品質(zhì)氯化聚氯乙烯樹脂具有廣闊的市場前景。因此，采用先進的水相懸浮法生產(chǎn)工藝建設(shè)氯化聚氯乙烯樹脂生產(chǎn)裝置將具有以下競爭優(yōu)勢。4.5發(fā)展建議氯化聚氯乙烯為一種性能優(yōu)越的新型高分子材料，其推廣應(yīng)用勢在必行。 隨著國民經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展，今后幾年我國氯化聚氯乙烯將進入一個快速發(fā)展階段。針對目前國內(nèi)氯化聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、牌號少、自動化水平低、產(chǎn)品質(zhì)量差等生產(chǎn)現(xiàn)狀，對發(fā)展我國氯化聚氯乙烯工業(yè)提出如下建議。采用先進生產(chǎn)技術(shù)，擴大生產(chǎn)規(guī)模:由綜合實力較強的氯堿企業(yè)整合自身在氯堿產(chǎn)

22、品生產(chǎn)、原輔材料配套、環(huán)境治理、 技術(shù)創(chuàng)新及后續(xù)開發(fā)能力強等多方面優(yōu)勢資源，高起點投資建設(shè)水相法氯化聚氯乙烯生產(chǎn)項目，建設(shè)萬噸級生產(chǎn)裝置，采用DCS系統(tǒng)控制，大幅提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，同時注重環(huán)保，加強三廢綜合治理， 實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。依靠市場競爭盡快淘汰一些污染重、水平低、規(guī)模小的企業(yè)。 加快下游產(chǎn)品的開發(fā)，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域:由于國內(nèi)CPVC應(yīng)用開發(fā)體系不健全， 硬制品加工應(yīng)用技術(shù)開發(fā)遲緩， 制約了水相法CPVC在我國的發(fā)展。 因此，CPVC生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)與下游硬制品加工企業(yè)密切合作，加強后續(xù)開發(fā)，加大應(yīng)用研究力度，提升硬制品加工技術(shù)水平，豐富硬制品配方品種，提高產(chǎn)品的附加值，開創(chuàng)更為廣闊的應(yīng)用市場。 積極開拓國內(nèi)國際兩個市場:隨著生活水平的不斷提高， 國內(nèi)CPVC硬制品的大規(guī)模推廣應(yīng)用前景看好，特別是民用建筑領(lǐng)域上下水管系統(tǒng)市場容量龐大。 高品質(zhì)CPVC的生產(chǎn)，一方面可替代進口產(chǎn)品，滿足國內(nèi)需求；另一方面可拓展國際市場， 積極參與國際市場競爭"推動行業(yè)發(fā)展水平邁上新臺階，為我國CPVC行業(yè)的發(fā)展作出貢獻7-9。5結(jié)束語CPVC 作為一種新型的高分子材