氯化聚丙烯生產(chǎn)工藝研究論文
摘要：在當(dāng)今社會飛速前進(jìn)的背景下，隨著我國人民群眾生產(chǎn)、生活水平的不斷提升，人們對化工產(chǎn)品的需求越來越大，要求越來越高，伴隨著我國化工產(chǎn)業(yè)研究的不斷擴(kuò)展、創(chuàng)新，各種新型的化工材料出現(xiàn)在人們的視野中，并且由于新材料自身附帶的與社會發(fā)展應(yīng)用更加貼合的實(shí)用性功能，逐漸受到社會各界人士的關(guān)注。近年來，氯化聚丙烯（PropyleneResin，CPP）作為一種較為優(yōu)秀的新型化工產(chǎn)品十分受到人們的喜愛，隨著我國研究人員在氯化聚丙烯生產(chǎn)及產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域的相關(guān)研究不斷的深入，對氯化聚丙烯的品種分支也越來專業(yè)、細(xì)致。本文通過對現(xiàn)階段下我國氯化聚丙烯的生產(chǎn)工藝、研究開發(fā)等進(jìn)行概述、分析，并針對其發(fā)展現(xiàn)狀等提出優(yōu)化策略，以求為我國氯化聚丙烯的發(fā)展做出一份貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞：氯化聚丙烯；生產(chǎn)工藝；改性開發(fā)
“氯化聚丙烯”英文名稱PropyleneResin，簡稱CPP，化工產(chǎn)品CAS編號為68442-33-1，是一種樹脂類化工產(chǎn)品，其由聚丙烯（PP）改性而來。對于物理性質(zhì)來說，其物理性質(zhì)相比其他類似物質(zhì)較為穩(wěn)定，常態(tài)下，氯化聚丙烯其物質(zhì)成品為白色或者淡黃色，對水、酸、堿等物質(zhì)可耐性強(qiáng)，同時具有較高的透性且無毒無味、不易燃具有較為優(yōu)異的安全性。理論狀況下氯化聚丙烯的物理熔點(diǎn)在100-120攝氏度，150攝氏度以下仍舊可以保持較為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，但是在180-190攝氏度時其化學(xué)結(jié)構(gòu)便會開始崩塌，逐漸分解。針對化學(xué)性質(zhì)來說，氯化聚丙烯不易融于醇類和脂肪烴熔劑，但是可以較好的融于芳烴以及酯類熔劑，所以在市面上很多領(lǐng)域?qū)τ诼然郾┒加兄鴺O為廣泛的應(yīng)用。
1氯化聚丙烯的生產(chǎn)工藝概述
有相關(guān)研究表明，氯化聚乙烯是經(jīng)由聚丙烯產(chǎn)生的氯化反應(yīng)生成的，其反應(yīng)原理是通過聚丙烯（CnH2n）與氯化物（XCl2）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而由反應(yīng)生成氯化聚丙烯（CnH2n-xClx）以及氯化氫溶液（XHCl），其反應(yīng)方程式如下：CnH2n+XCl2——CnH2n-xClx+XHCl根據(jù)上述原理，通過氯化反應(yīng)的方式、方法的差異性，我們可以將氯化聚乙烯的生產(chǎn)工藝分為以下三種方法：溶劑氯化制造方法、固相氯化制造方法、水相懸浮氯化制造方法。
1.1溶劑氯化制造方法
在我國生產(chǎn)制造氯化聚乙烯的發(fā)展過程中，溶液法曾經(jīng)是人們生產(chǎn)中最為常見也是應(yīng)用最為頻繁的制造氯化聚乙烯的方法之一。傳統(tǒng)的溶劑法中，人普遍使用將聚丙烯樹脂（PP）和四氯化碳（CCl4）或加以氯苯（C6H5Cl）、四氯乙烷（C2H3Cl4）等溶劑，按照一比十一到十六的用量加入反應(yīng)用反應(yīng)釜中，振蕩均勻，并予以加熱，使其在平均溫度大于100攝氏度的恒溫加熱下溶解，溶解后再將一定量的“引發(fā)劑”BPO加入反應(yīng)釜中促進(jìn)反應(yīng)發(fā)展，之后將反應(yīng)釜置于恒溫（最高溫度在99攝氏度與129攝氏度之間）、恒壓下連通氯氣，使氯氣均勻進(jìn)入反應(yīng)裝置從而進(jìn)行氯化反應(yīng)。與此同時，操作人員可以通過控制反應(yīng)副產(chǎn)物氯化氫（HCl）的量來控制反應(yīng)的進(jìn)程，等到反應(yīng)所產(chǎn)生的氯化氫（HCl）達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時，將剩余的氯氣及氯化氫等物質(zhì)排除干凈。反應(yīng)終了后，脫除反應(yīng)溶劑中的四氯化碳等廢物，再將反應(yīng)溶液經(jīng)由烘干、粉碎、重塑等過程得到人們所需要的物質(zhì)——氯化聚丙烯。其具體反應(yīng)流程如下圖1：上述方法由于其操作較為簡單，反應(yīng)易于調(diào)控，氯化程度保持在較為穩(wěn)定的百分之五十到百分之六十之間，曾是我國最為常見的氯化聚乙烯制造方法，但是其生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的資源浪費(fèi)及環(huán)境污染問題也不容小視，所以在一九九五年，隨著《蒙特利爾議定書》的簽署，這種方法已逐漸被時代所拋棄。
1.2固相氯化制造方法
固相法氯化制造方法一般是將原材料聚丙烯干粉放置在附帶“粉末收集器”的固定床內(nèi)，在輔助紫外線光或單質(zhì)氟元素的誘發(fā)狀態(tài)下將固定床內(nèi)通入氯氣從而使反應(yīng)床內(nèi)產(chǎn)生氯化反應(yīng)，進(jìn)而得到所需的氯化聚乙烯產(chǎn)品的.過程、方法。這種方法的操作工藝十分的簡單，但是由于反應(yīng)屬于的是非均相反應(yīng)，十分容易造成操作過程中的氯化不充分，造成大量的未進(jìn)行充分氯化反應(yīng)的部分，極易導(dǎo)致一定的浪費(fèi)，同時這種方法的反應(yīng)熱散發(fā)較為困難，任何的不小心都容易造成反應(yīng)的焦土化、使得反應(yīng)產(chǎn)品變色，所以這種方法在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中極少使用。
1.3水相懸浮氯化制造方法
有關(guān)氯化聚丙烯的水相懸浮法一般使用將作為原材料的聚丙烯(PP）先使用有機(jī)溶劑等物質(zhì)進(jìn)行一定程度上的膨脹或粉碎后，將已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫郾╊w粒的顆粒粉末融入已經(jīng)加入乳化、分散、引發(fā)等物質(zhì)的反應(yīng)釜中，使之完全混合直至聚丙烯顆粒陳懸浮狀融于整個反應(yīng)釜中，予以加熱后，將反應(yīng)釜中通入氯氣，進(jìn)行氯化反應(yīng)，帶氯化反應(yīng)進(jìn)行結(jié)束后，移除反應(yīng)用氯氣及其反應(yīng)剩余物質(zhì)，最后將反應(yīng)生成物進(jìn)行水洗脫酸、中和脫水、干燥等步驟后制得人們需要的氯化聚丙烯產(chǎn)品（CPP）。該方法流程圖如下圖2：正常情況下，上述反應(yīng)所生成的產(chǎn)品氯含量普遍在52%到63%左右，同時由于這種方法的操作并不十分困難，對客觀環(huán)境的要求程度不高，低成本優(yōu)勢較為客觀，制造出的產(chǎn)成品含氯量優(yōu)勢較為明顯，所以這種水相懸浮的氯化方法已逐漸被世界范圍內(nèi)的化工企業(yè)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)者所接受。
2氯化聚丙烯其相關(guān)改性產(chǎn)品的開發(fā)
2.1氯化聚丙烯合成改性產(chǎn)品研發(fā)的進(jìn)展
至今為止，國外對于CPP的合成改性研究傾向于對于進(jìn)行“氯化接枝或共聚型聚丙烯（CCPP）”的研究，針對其的改進(jìn)方法有兩種:一種是由聚丙烯氯化后再進(jìn)行改性反應(yīng)，比如，針對CPP進(jìn)行的二元氨改性或制造含固定生化酶的氯化聚丙烯（CPP）薄膜的反應(yīng)等，另一種是將聚丙烯改性后再針對人們需要進(jìn)行氯化，比如將聚丙烯（PP）在原位上接枝甲基丙烯酸2-羥乙酯（2-HEMA）等接枝合成技術(shù)。在我國，對于聚丙烯合成改性產(chǎn)品的研究已經(jīng)持續(xù)多年，國內(nèi)各大研究機(jī)構(gòu)針對水相懸浮的效率研究已獲得明顯提升，近年來有報道稱，我國已開始使用馬來酸酐來操作對氯化聚丙烯的改性工作，但對與其相關(guān)領(lǐng)域仍舊需要未來科研人員的持續(xù)、深入研究。
2.2氯化聚丙烯改性產(chǎn)品的開發(fā)
由于氯化聚丙烯在被人們作為涂料、油墨等物質(zhì)時需要加入苯溶劑或二甲苯溶劑等有機(jī)溶劑進(jìn)行溶解后才可使用，但是有機(jī)苯具有易揮發(fā)的性質(zhì)，使用中揮發(fā)的苯等物質(zhì)會對人體、環(huán)境均造成一定量的傷害。所以研究者們致力于對需使用氯化聚丙烯進(jìn)行改性研究，以期其能在保持原有特性的情況下，改善對人身、環(huán)境的危害。目前，最為突出的研究是針對馬來酸酐與丙烯酸的接枝改性。
2.2.1氯化聚丙烯和馬來酸酐基團(tuán)間的接枝反應(yīng)
該接枝反應(yīng)作為目前最為常見的接枝反應(yīng)其應(yīng)用的原理是將CPP分子的分子鏈上鏈接酸酐基團(tuán)（MAH），這種做法最基本的改善就是當(dāng)將氯化聚丙烯作為底漆使用時，由于接枝過程中極性馬來酸酐基團(tuán)的加入使其的附著力的得到了十分顯著的提升。例如在美國一家公司開發(fā)的CP系列底漆中就是用了含氯量為百分之二十的CPP，后用馬來酸酐改性的方法進(jìn)行改性的同時加入了屬于活性基團(tuán)的酸酐基團(tuán)，將制作后的成品進(jìn)一步的改性，逐漸擴(kuò)大該CPP其改性產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。
2.2.2氯化聚丙烯與丙烯酸基團(tuán)的接枝改性
一般情況下，CPP通常作為促進(jìn)PP附著力的促進(jìn)劑使用，因?yàn)镃PP與現(xiàn)階段人們較常使用的丙烯酸涂料兼容性較差，所以CPP在我國一般只能作為底料，然后再輔以其他涂料覆蓋，通過化學(xué)接枝方法的改性，在氯化聚丙烯顏料中加入丙烯酸基團(tuán)，用以提高其產(chǎn)成品與丙烯酸涂料的兼容性，從而提高裝凃工程的工作效率，簡化工作程序。據(jù)我國現(xiàn)階段的研究表明，合成“CPP、MMA、ST”三元接枝膠黏劑富裕聚丙烯涂料具有較為優(yōu)異的粘合性。其實(shí)驗(yàn)表明，在其接枝工藝過程中最為合適的反應(yīng)條件為91攝氏度左右，反應(yīng)時間應(yīng)控制在2小時內(nèi)，CPP、MMA、St、BPO各物質(zhì)間的重量比為100:1:1.2:0.3。最近幾年各國均大力開展了有關(guān)氯化聚丙烯的合成改性研究，并將研究后的成品，用作樹脂涂料、膠粘劑、油墨等材料，改性后的氯化聚丙烯不但具備了之前所沒有的優(yōu)良的覆蓋性，同時還能與聚烯烴、聚酯等材料近乎完美的結(jié)合在一起，在省略了材料，簡化了涂裝的步驟的同時又不會影響使用后產(chǎn)品的質(zhì)量、以及外觀的光澤度等指標(biāo)。
3結(jié)語
綜上所述，在我國化工研究領(lǐng)域，氯化聚丙烯具有生產(chǎn)程序簡單、易操作、生產(chǎn)產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定、可使用的范圍較廣泛的優(yōu)點(diǎn)，所以在我國未來的生產(chǎn)生活中經(jīng)改性后的氯化聚丙烯在改善了其對環(huán)境、人體的影響的的前提下，同時具有傳統(tǒng)氯化聚丙烯的優(yōu)異性能的CPP改性產(chǎn)品將被廣泛的使用。對氯化聚丙烯的研究仍處于摸索階段，現(xiàn)如今存在的方法大多在滿足的人們要求的同時存在一定的問題，對此建議我國的CPP生產(chǎn)廠家積極引進(jìn)國外較為先進(jìn)的技術(shù)、加大對CPP改性研究的重視程度，以促進(jìn)我國氯化聚丙烯的相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展將更快、更好、更強(qiáng)。
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