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聚乙烯醇

/poly(vinyl alcohol); PVA/
条目作者杨维榕

杨维榕

最后更新 2023-08-15
浏览 353
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水溶性高分子聚合物。白色片状、絮状或粉末状固体,无味。

英文名称
poly(vinyl alcohol); PVA
所属学科
化工

聚乙烯醇不是由乙烯醇单体聚合而成,因为游离态的乙烯醇难以稳定存在,而是由聚醋酸乙烯酯醇解制得的,分子主链含—CH2—CH(OH)—基团,可根据聚合度和醇解度的不同分为多类。工业产品按聚合度分为超高聚合度(分子量25万~30万)、高聚合度(分子量17万~22万)、中聚合度(分子量12万~15万)和低聚合度(2.5万~3.5万);按醇解度又可分为完全醇解(醇解度≥98%)、中间醇解(醇解度92%~98%)、部分醇解(醇解度84%~92%)和低醇解度(≤84%),随着醇解度加大,其在水中溶解度则明显下降。聚乙烯醇还具有耐矿物油、油脂、润滑剂和大多数有机溶剂的特性,微溶于二甲基亚砜,120~150℃可溶于甘油。

1924年德国化学家W.O.赫尔曼[注]W.黑内尔[注]在实验室通过苛性钾(KOH)使聚醋酸乙烯酯在醇中水解而首次制得聚乙烯醇,1926年成功实现了工业化生产,20世纪30年代初期制得维尼纶纤维。1951年中国开始了PVA方面的研究和开发工作,1965年北京有机化工厂从日本仓敖人造丝公司引进了一套年产1.0万吨的PVA生产线,20世纪70年代市场上出现了PVA相关产品。经过不断发展,中国已成为世界上最大的PVA生产国家,年生产能力近200万吨,其应用领域也由最初的维尼纶纤维逐渐拓展到了造纸、纺织、涂料、陶瓷和薄膜等产业中。工业生产上有石油乙烯、天然气乙炔及电石乙炔三种原料工艺路线。国外石油乙烯路线达到70%以上,而在中国国内仍以电石乙炔路线为主导。工业上,醋酸乙烯的聚合反应多采用偶氮二异丁氰为引发剂,甲醇为溶剂,以溶液聚合的方式进行制备。聚醋酸乙烯酯既可以通过酸法醇解也可以通过碱法醇解,工业上常采用碱法醇解中的干法醇解进行处理。

由于聚乙烯醇分子主链上含有大量的侧羟基,使其分子间及分子内形成很强的氢键,结晶度高,导致熔融温度和分解温度相接近,因此纯的PVA难以热塑加工,工业上聚乙烯醇应用主要基于溶液法。为了改善其制品性能、丰富品种、扩展应用领域,需要对聚乙烯醇进行改性,通过减弱其分子间作用力,降低结晶度和熔融温度,同时提高其分解温度,扩大热塑加工窗口,实现热塑加工。实现聚乙烯醇热塑改性的方法主要有:①共聚改性;②共混改性;③后反应改性;④增塑改性。

选择可共聚单体与醋酸乙烯进行溶液共聚,制得醋酸乙烯酯共聚物后再经过醇解,从而获得可热塑加工的共聚改性PVA。该方法主要是通过在PVA主链或侧基上引入作用力较弱的单体结构单元,减弱其分子间和分子内作用力,达到降低熔点的效果。乙烯基单体和醋酸乙烯的共聚反应活性相近,最有可能生成典型的无规共聚体,是PVA共聚改性的首选单体。常用的阻隔材料EVOH就是采用乙烯与醋酸乙烯酯共聚后醇解制备,主链上乙烯单元的加入,使材料获得了良好的加工性能。

通过加入能与PVA中羟基生成氢键的大量聚合物,破坏PVA分子间作用力,降低熔点或提高热分解温度达到热塑改性的目的,如糖类衍生物、胶原水解物等。

后反应改性技术是指在聚乙烯醇侧羟基上进行部分接枝反应,引入其他基团或支链,降低PVA的链段规整性和结晶度,从而达到热塑改性聚乙烯醇的效果。

增塑改性是实现聚乙烯醇热塑加工最为常用的方法。通过加入增塑剂使其与聚乙烯醇中的羟基形成氢键,从而取代聚乙烯醇部分自身氢键作用,降低聚乙烯醇的熔点;同时多余的增塑剂还可以起到润滑剂的作用,改善聚乙烯醇熔体的流动性。聚乙烯醇的增塑剂主要是能与聚乙烯醇进行氢键复合的多元醇类、醇胺类、酰胺类以及部分低聚物和碱金属化合物等。

聚乙烯醇具有独特的强力黏结性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、保护胶体性、气体阻绝性、耐磨性及生物相容性和生物降解性,除了用于维尼纶纤维的原料,还大量用于制备聚乙烯醇缩醛、黏合剂、涂料、纺织浆料和织物整理剂、乳化剂、稳定剂、薄膜、注射制品、挤出片材和管材等,涉及纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业、高分子化工、包装等许多行业。

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