基于响应面分析的聚氯乙烯制备研究

张世贤，毛丽萍

（甘肃省白银市聚银公司PVC厂，甘肃白银 730900）

基于响应面分析的聚氯乙烯制备研究

张世贤，毛丽萍

（甘肃省白银市聚银公司PVC厂，甘肃白银 730900）

把超声波技术应用到聚氯乙烯制备，在单因素实验的基础上，用响应面分析法对实验条件进行优化，得出比单因素实验更优的条件，为在超声波辅助下合成聚氯乙烯的选择提供参考依据。

聚氯乙烯；响应面；聚合

作为工程塑料之一，PVC占塑料总消费量比例较大，其消费量仅次于聚乙烯。目前，聚氯乙烯的消费量已达万吨级。随着建筑行业的发展，其对于改性PVC的需求逐渐增大，管材、板材、型材等需求也在增加。确定PAC材质的最优组合，提高聚氯乙烯的制备效率，对提高聚氯乙烯产率极为重要。鉴于此，用响应面分析法对实验条件进行优化，得出比单因素实验更优的条件，为在超声波辅助下合成聚氯乙烯的选择提供参考依据。

表1 响应面分析试验因素及水平

1 聚氯乙烯制备实验概况

液态氯乙烯单体以水为分散介质，增加分散剂和不溶于水而溶于单体的引发剂，设定实验温度，用超声波技术[1]，搅拌，使其呈珠粒状悬浮于水相中进行聚合。聚合完成后，经碱洗、汽提、离心、干燥得到白色粉末状的聚氯乙烯树脂。按单因素实验结果，选取辐照时间、辐照温度、超声功率和固液比，对PVC产量/g（对应10.00g反应物的产出量）作响应面分析，以确定最佳配方，响应面因素见表1。

图1 辐照时间和辐照温度对产量的响应面图

图2 辐照时间和辐照温度对产量的等高线图

2 基于响应面分析的聚氯乙烯实验的研究

2.1 实验结果的响应面分析

由实验结果可知，当超声功率为140.00W，液固比为2.5时，辐照时间在3.0～4.0h时，产量随体系温度的增加呈现出先上升后下降的趋势；当辐照温度在50.00～60.00℃时，产量随反应时间的增加呈现出先升后降的趋势。对应的辐照时间和辐照温度对产量的响应面图及等高线见图1和图2。

当辐照温度为55.00℃，液固比为2.5时，辐照时间在3.0～4.0h时，产量随超声功率[2]的提高呈现出先升后降的趋势；当超声功率在120.00～160.00W时，产量随辐照时间的增加而呈现出先上升后下降的趋势，且当超声功率接近140.00W时，对产量的影响最为显著。

当辐照温度为55.00℃，超声功率为140.00W，辐照时间在3.0～4.0h时，产量随液固比的减少呈现出上升趋势。当辐照时间为3.5h，超声功率140.00W，辐照温度在50.00～60.00℃时，产量随液固比的减少而上升；当液固比在2.0～3.0时，产量随辐照温度的增加呈现出先上升后下降的趋势。当辐照时间为3.5h，辐照温度为55.00℃，超声功率在120.00～160.00W时，产量随液固比的减少而上升；当液固比在2.0～3.0时，随超声功率的增加，其呈现出先上升后下降的趋势。

2.2 配方的优化组合及验证

设定取值范围：辐照时间3.0～4.0h，辐照温度50.00～60.00℃，超声功率120.00～160.00W，液固比2.0～3.0，将产量设定为最大值；最优配方为：辐照时间4.0h，辐照温度55.65℃，超声功率141.11W，固液比为1∶2，其理论产量为5.16g，考虑到配方设计，将其修正为：辐照时间4.0h，辐照温度55.00℃，超声功率140.00W，固液比为1∶2，根据修正后的最优配方进行验证，其产量为5.15%，说明该模型与实验值拟合好。

2.3 空白实验结果

按最优配比组合，得出空白实验结果，对应实验号1、2、3、4，产量分别为2.52、2.89、2.60、2.67g。

2.4 有超声波作用和无超声波作用的产量比较

在超声波作用下，聚合乙烯合成产量大于无超声波作用下的产量[3]，且在超声波作用下的产量是无超声波作用下产量的1.9倍。对比无超声波作用，有超声波作用高于无超声波作用的产量2.48g。之所以超声波作用下聚合乙烯合成产量较高，原因可能在于超声波独特的能量导入加快了聚合反应的速度，提高了化学反应的效率和产率。

3 结论

通过平行3次空白实验，得出无超声波作用的聚氯乙烯产量为2.67g，实验结果表明，在超声波作用下的聚氯乙烯产量为5.15g。它必然优于无超声波作用的2.69g，且有为无超声波作用下的产量的1.9倍，可判断为超声波在特定条件下增强反应效率，增加产量。

[1]冯若,李化茂.声化学及其应用[M].安徽:安徽科学技术出版社,1992:1-3.

[2]李记太,臧洪俊.超声波应用于有机合成方面的新进展[J].河北大学学报(自然科学版),2000,20(1):96-102.

[3]张涛,常琳,吴霄,等.超声声化学的发展与应用[J].技术与创新管理,2008,29(5):523-525.

Preparation of PVC-based Response Surface Analysis

Zhang Shi-xian, Mao Li-ping
(Silver City, Gansu Province Poly Silver Company PVC Plant, Gansu Baiyin 730900)

The application of ultrasonic technology to polyvinyl chloride, on the basis of single factor experiments, response surface analysis with the experimental conditions were optimized experimentally obtained better conditions than a single factor for the ultrasound-assisted synthesis PVC choose to provide a basis for reference.

PVC; Response surface; Polymerization

TQ013.1

A

2096-0387（2016）01-0030-02

张世贤（1984-），男，甘肃人，硕士，高级工程师，研究方向：聚氯乙烯制备研究。