生活中的塑料：聚氯乙烯

于二雷 魏忠

摘 要：本文介紹了聚氯乙烯制備方法及應(yīng)用，概述了PVC制品在生活中的應(yīng)用及面臨的問題，指出了聚氯乙烯在工藝優(yōu)化和環(huán)境保護(hù)方面需要改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；氯乙烯；制備；發(fā)展；應(yīng)用

聚氯乙烯（PVC）樹脂是國內(nèi)外高速發(fā)展的主要合成材料之一，產(chǎn)量僅次于聚乙烯，位居全球合成樹脂的第二位，也是國內(nèi)用途廣泛、產(chǎn)量和消費(fèi)量較大的三大通用合成樹脂之一。[ 1 ]在PVC發(fā)明后的很多年里，由于這種具有豐富多彩功用的聚合物對人類社會的巨大利好而使PVC得生產(chǎn)及應(yīng)用以極快的速度在增長。[ 2 ]可以講，從挽救生命用的醫(yī)療設(shè)備，到全世界很多地方使用的輸送清潔安全的飲用水管以及為了防火安全使用的電線外殼，PVC產(chǎn)品的影響越來越大。

1 聚氯乙烯生產(chǎn)工藝

氯乙烯在常溫下是氣體。沸點(diǎn)為-13℃。氯乙烯單體只有在液態(tài)無氧的情況下聚合的，文獻(xiàn)中也有報(bào)道“氣相聚合”。[ 3 ]然而，經(jīng)查證這些聚合實(shí)際上也是在一定壓縮狀態(tài)下發(fā)生。另外，氯乙烯聚合的另一個非常重要的特征是它的聚合反應(yīng)會釋放大量的熱大約106 kJ/mol。必須從聚合反應(yīng)中將大量的聚合反應(yīng)熱出去。在很大程度上來說，我們生產(chǎn)PVC的能力直接與反應(yīng)器的除熱能力相關(guān)。如果反應(yīng)失控，壓力會隨著溫度迅速升高，同時(shí)聚合速率也升高，從而加大了問題難度。如果溫度失控，所有這些條件會導(dǎo)致危險(xiǎn)狀況的發(fā)生，單體可能會緊急排放到大氣中。對氯乙烯聚合而言，除熱是設(shè)計(jì)需要主要考慮的問題。[ 4 ]

目前，PVC的主要有以下四種生產(chǎn)方法，即本體聚合法、溶液聚合法、乳液聚合法和懸浮聚合法。本體法聚合生產(chǎn)工藝的主要特點(diǎn)是聚合過程中不用加入水和分散劑。溶液法聚合是以甲醇、甲苯、苯、丙酮等作溶劑，氯乙烯在此溶劑中聚合，聚合得到的PVC樹脂因不溶于溶劑而不斷析出。而懸浮聚合則是通過與氯乙烯不溶的溶劑如水等使氯乙烯分散到水中進(jìn)行的聚合，因?yàn)閼腋【酆戏ㄉa(chǎn)容易控制，過程簡單，操作簡便，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品的適應(yīng)性突出，是目前PVC的主要生產(chǎn)方式，用此方法生產(chǎn)的PVC占總產(chǎn)量的約90%，在PVC生產(chǎn)中占非常重要的地位。[ 5-8 ]懸浮聚合一般是在帶攪拌的、圓柱形的容器中進(jìn)行，容器的尺寸大小為20～200 m3?，F(xiàn)代化的工廠都是高度自動化和通過計(jì)算機(jī)控制的。聚合過程會釋放少量氯化氫，pH值能低到3.1。因此聚合器的內(nèi)表面或是不銹鋼的，或者在老式的反應(yīng)器中使用玻璃襯里。玻璃的缺點(diǎn)是它可能很容易就被毀壞。正如前面描述的，除熱對于生產(chǎn)率來說是非常重要的。不銹鋼與鋼相比，熱導(dǎo)率要差，所以更多的熱是通過壁器除去的，在非常大的反應(yīng)器中除熱就需要回流冷凝器或特殊冷卻隔板，因?yàn)閮H有少量的熱能從反應(yīng)器壁除去。

2 PVC的應(yīng)用領(lǐng)域

PVC自1920年發(fā)明以來，已經(jīng)發(fā)展到數(shù)千個產(chǎn)品，應(yīng)用在許許多多的市場上。與木村、鋼鐵相比，PVC具有高彈性、耐寒強(qiáng)度高、耐磨、光潔度好等優(yōu)點(diǎn)。由于化學(xué)穩(wěn)定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、輸油管、離心泵和鼓風(fēng)機(jī)等。PVC的硬板廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)上制作各種貯槽的襯里，建筑物的瓦楞板，門窗結(jié)構(gòu)，墻壁裝飾物等建筑用材。[ 9-11 ]在我們的生活當(dāng)中，已經(jīng)越來越離不開PVC了。在PVC日常生活應(yīng)用中，人們最關(guān)注的莫過于包裝材料，玩具和醫(yī)療產(chǎn)品方面了。那么，這些PVC材料的健康和安全方面到底如何呢？PVC材料面臨的環(huán)境問題主要來自于兩個方面：

1）氯乙烯單體的遷移。PVC是由氯乙烯單體聚合而成的，在20世紀(jì)70年代早期，認(rèn)為氯乙烯單體是一種致癌物質(zhì)，當(dāng)人體接觸到高含量的該物質(zhì)時(shí)會引發(fā)癌癥，所以在那個時(shí)候食品和包裝行業(yè)使用這個還是有顧慮的。隨著工業(yè)的發(fā)展和對于氯乙烯單體排放的限制，使得人們在材料的制備技術(shù)上做出了很大的改變，從而使得如今PVC樹脂中的氯乙烯單體的殘留量不到百萬分之一，而且PVC中氯乙烯單體的遷移量也少于十億分之五，保證了日常生活中的薄膜制品的氯乙烯單體的遷移可以忽略不計(jì)，解決了氯乙烯的遷移問題。

2）增塑劑的遷移。PVC制品尤其是軟質(zhì)PVC需要加入部分添加劑如增塑劑等來提高它的性能。增塑劑能夠從軟質(zhì)PVC產(chǎn)品中以非常小的速率遷移出來，那是因?yàn)樗cPVC基體不是通過化學(xué)鍵結(jié)合的。[ 12 ]據(jù)說暴露于PVC醫(yī)療產(chǎn)品的鄰苯二甲酸酯類增塑劑下，尤其是DEHP（鄰苯二甲酸二辛酯）會危害到病人的身體健康。然而在2000年2月經(jīng)過長期全面的研究，世界衛(wèi)生組織（WHO）下屬的國際癌癥研究機(jī)構(gòu)全部降低DEHP對人類健康的威脅等級。但后來有人提出一個新的問題就是鄰苯二甲酸酯會引起內(nèi)分泌紊亂。然而，關(guān)于鄰苯二甲酸酯的重要研究已經(jīng)完成，美國的國家毒理學(xué)規(guī)劃處、食品與藥品管理局和歐洲委員會也正在研究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。雖然對老鼠的研究表明高含量的鄰苯二甲酸酯有助于繁殖，但目前還沒有證據(jù)說明對人體也有同樣的效果。即便如此，增塑劑的遷移問題仍然會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，關(guān)于新型環(huán)保型增塑劑的研究越來越多。[ 13-14 ]

3 存在問題，未來趨勢

PVC已經(jīng)影響到我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷?。然而，PVC的制備和應(yīng)用仍然面臨著許許多多的問題，比如散熱困難，反應(yīng)時(shí)間過長以及樹脂質(zhì)量難以控制等。[ 15 ]還有就是“壽命終止”問題，即任何材料在不具備使用價(jià)值以后該如何處理的問題。有很多途徑來處理壽命終止的制品：減量化、再利用和再循環(huán)，焚燒（對恢復(fù)能量來說更可?。?，還有最后一個手段，即垃圾掩埋法。這個問題看似簡單但實(shí)際上很復(fù)雜，因?yàn)槠渲猩婕暗轿恢玫倪x擇和經(jīng)濟(jì)與否的問題。處理回收材料如紙張、玻璃、鋼鐵和鋁等體系幾十年前已經(jīng)完成，同時(shí)收集、分類、加工和處理等基礎(chǔ)設(shè)施也建立起來了。而塑料（包括PVC）的基礎(chǔ)設(shè)施還在建設(shè)當(dāng)中。因此，PVC的制備加工和處理還需要我們進(jìn)一步的研究為提高人們生活質(zhì)量以及環(huán)境的保護(hù)作出貢獻(xiàn)！

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作者簡介：于二雷（1988-），男，河南省上蔡縣人，博士，講師，主要從事功能高分子研究工作；魏忠，通訊作者。