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摘要：氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂是聚氯乙烯的重要改性产品，在我国经济中发挥着重要作用。本文介绍了氯化聚氯乙烯树脂的应用情况和我国的生产现状，研究了国内氯化聚氯乙烯树脂的主要生产工艺，分析了各工艺的优缺点，展望了氯化聚氯乙烯树脂的未来趋势。
关键词：氯化聚氯乙烯；制备；性能；
前言
氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂是一种介于橡胶和塑料之间的新型弹性体聚合物材料。理论上，CPVC树脂的氯含量可以达到73.2%，但实际生产中CPVC树脂的氯含量一般只有61 ～ 68%。部分厂家如美国诺誉公司的CPVC氯含量能够达到70%以上。相对于PVC树脂来说，CPVC的耐热性、耐腐蚀性、阻燃自熄性、力学性能等都有了很大提升，在建材、电气、化工、冶金、医学、涂料等领域有着广泛的应用。
一、氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂概述
1.CPVC树脂的性能特点
耐热性好，CPVC树脂的vica软化温度、玻璃化温度和热变形温度随氯含量的增加而升高。耐化学性优良，可以在高温、高浓度和高腐蚀性介质中保持良好的力学性能。CPVC树脂的极性高，且具有拉伸强度大幅增加，在100℃下仍然可以达到50MPa。阻燃自熄性强，CPVC树脂极限氧指数随氯含量升高而升高，可达到70以上，其燃烧性能较差，火焰扩散缓慢。强介电性质，CPVC树脂由于其绝缘和低介电损耗性能，可广泛应用于电气工业。导热系数低，CPVC树脂产品输送热水时无需另加隔热层。
2.CPVC树脂的应用
作为管材，由于CPVC树脂力学强度好，耐热性高，热膨胀系数低，具有良好的抗化学药品性及抗腐蚀能力，无毒，安装成本低且方便，因此CPVC树脂可用于管材代替金属材料及其他高分子材料。作为涂料和黏合剂，CPVC树脂易溶于丙酮、氯化烃、四氢呋喃、呋喃等溶剂，可用于涂料生产，是涂料的主要防腐产品。作为泡沫物质，CPVC树脂与PVC树脂的混合物可以通过添加适当的发泡剂、调节剂制成轻质、不易燃的泡沫材料。作为防火材料，CPVC树脂是一种阻燃剂，因为它含有大量的氯，而且与传统的阻燃聚合物相比，它的价格特别低。作为改性剂，CPVC树脂也可作为塑料改性剂，与热塑性塑料或热固性塑料结合使用，提高材料的性能。
二、中国氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂生产现状
1.20世纪60年代，锦州化工（集团）有限公司和上海氯碱化工有限公司开始用溶剂法生产CPVC树脂。20世纪60年代中期，小规模工业生产开始。20世纪70年代中期，安徽省化学研究所开始开发一种成功的水悬浮液生产工艺，在60吨/年的试点规模上，实现了500吨/年的设计。1985年，无锡化工集团有限公司开始研究液相氯悬浮液法生产CPVC树脂，1987年完成了100吨/年 CPVC树脂生产。20世纪80年代，西安化工厂引进了日本的水相工艺和基本设备，建成1万吨/年CPVC树脂生产线。2000年，CPVC树脂的主要生产商是无锡电化学厂和东台化工厂，但生产能力非常有限。在过去的十多年里，山东和江苏的一些工厂进行了小规模的工业生产。优于CPVC产品的开发非常缓慢，限制了市场的发展。近年来，由于随着国内应用的发展，CPVC树脂的产量有所增加。
2.目前我国CPVC树脂产品的质量不高，部分企业采用高污染的溶剂法生产CPVC树脂。由于其无法满足国内钢管工业和民用领域，因此每年需从美、日等国大量进口高质量的CPVC树脂用于硬制品生产或直接进口管材阀门等硬制品。另外，受国际蒙特尔公约的限制，溶剂法将逐渐被淘汰。因此，迫切需要国内PVC树脂产业采用先进的生产技术加快发展，以适应国民经济的快速发展和民用产品需求的增长。
三、CPVC树脂及其制备方法
1.聚氯乙烯（PVC）树脂和气态氯在一定条件下进行氯化处理，形成了与PVC有许多相似之处的氯化聚氯乙烯（CPVC）树脂。CPVC树脂的氯含量从56.5%提高到60%～74%。氯质量的提高使PVC更耐热、更耐腐蚀、更耐燃，从而改善了PVC的应用范围。CPVC树脂广泛应用于石油、轻工业、化工、镀锌、印刷、染料、建筑材料、航空、食品、造纸、农业灌溉等行业。
2.CPVC树脂的制备方法
（1）溶剂法
溶剂法是第一个用于CPVC制备的工艺。该工艺相对完善，主要工艺是对溶解在氯仿或四氯化碳溶剂中的PVC树脂进行氯化处理。在这种方法中，PVC的浓度非常重要。溶剂氯化相对均匀，产品溶解度好，非常适合用于油漆、粘合剂等。然而，这种方法得到的产品具有较差的热稳定性和机械性能，不能用于制造管道等硬产品。与此同时，使用氯仿或四氯化碳等有机溶剂是有毒的，难以回收，造成环境污染。这种方法正在逐步弃用。
（2）水相悬浮法
该工艺是把PVC树脂悬浮在氯化氢溶液中，在存在辅助氯化反应的情况下，通过自由基反应机制进行氯化反应，并通过扩散控制氯化反应的转化率。为了促进氯在聚合物相中的扩散，提高氯化的均匀性，初步工艺要求在水相中加入氯仿、CCI4等膨胀剂，以增加氯与PVC的接触面积。水相悬浮法生产工艺简单、寿命短、耐热、机械性能好、生产成本低，在国内外得到了广泛的应用。缺点是生产过程中产生的酸性废气需要处理，产品处理更加复杂。
（3）气-固相法
气-固相氯化法是将PVC树脂在干燥状态下放入反应釜或流化床内，直接进行氯化反应。疏松型PVC树脂颗粒在55℃沸腾床中用稀释氧气处理可实现氯化。气流可由含氯50％（体积分数）、含氟0．75（体积分数）和氮49．25（体积分数）的混合气体构成，反应100min后能获得含氯64（体积分数）、含氟0．6（体积分数）的CPVC。光能催化氯化，但无光照时微量氧也有催化作用。该工艺生产流程短，具有易于连续化，投资少且生产过程没有废酸、废水产生，基本无设备腐蚀，后处理大大简化和对环境污染轻的优点。
（4）液氯法
PVC树脂悬浮在氯液中膨胀或冻结。在一定的温度和压力下，氯被注入（液体形式）。当测量的氯含量超过65%时，加入亚卤烷烃。氯化反应完成，之后从混合物中回收CPVC树脂，经过滤、洗涤、干燥得到CPVC树脂产品。该方法生产均质高氯CPVC树脂，可连续生产。
四、CPVC树脂性能影响因素
1.影响其性能的主要因素
在生产过程中，影响CPVC树脂性能的主要因素可分为氯化树脂和氯化PVC树脂工艺。这种特殊的氯化树脂具有颗粒相对柔软、孔隙分布均匀、孔隙率高、比表面积大、粒度适中、粒度均匀、无皮膜等特点，适用于CPVC树脂的生产。由于PVC树脂起始结构不同或PVC树脂的氯化工艺不同，生产相同氯含量的CPVC树脂具有不同的理化性质。在PVC树脂的制备过程中，氯化反应分为三个主要阶段，以完成氯分子在PVC树脂颗粒中的扩散。在引入阶段，氯分子从PVC树脂颗粒的破裂或薄膜的薄层进入内部空隙。在扩散阶段，进入颗粒的氯分子沿着自由的内部空隙持续扩散到颗粒的深度，与初级颗粒和孔隙周围的聚合物表面接触。在后期，氯以初级颗粒和聚合物的形式扩散。
2.影响氯化反应的因素
在氯化反应过程中，反应的进行受很多因素的影响，所以对因素的控制和调节，是反应的基本要求。近几年来，对氯化反应的研究以及应用主要为水相法和气固相法，从而得知影响水相法和气固相法过程中氯化反应的影响因素。
结束语
综上所述，我们必须继续加强PVC树脂技术和氯化PVC树脂制备领域的研发，以提高产品质量，降低成本和效率。同时不断改进产品的工艺以符合国家标准，CPVC树脂生产和使用将会得到进一步的发展，从而带来一定的社会和经济效益。
参考文献：
[1]白海丹.中国氯化聚氯乙烯生产应用现状及前景展望[J].精细与专用化学品，2013（5）：3.
[2]邴涓林，黄志明.聚氯乙烯工艺技术[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3]刘岭梅.水相法CPVC市场应用及生产技术要点[J].聚氯乙烯，2010，38（3）：45-46.
[4]许桂连.氯化聚氯乙烯（CPVC）结构与性能的关系研究[D].北京∶北京化工大学，2006.
[5]张家杰.氯化聚氯乙烯的生产及市场分析[J].化工技术经济，2004，22（6）：21-24.