微波加热条件对树脂膨化改性影响的研究

史万敬，张文学，刘元戎，陈晓雪

（金川集团化工有限责任公司，甘肃 金昌737100）

金川集团化工有限责任公司为中国最大镍钴生产加工企业—金川集团股份有限公司所属。 该公司有 50 万t/aPVC、40 万t/a 烧碱、10 万t/a 硫酸钾的生产能力， 配套可生产 18 万t/a 盐酸、8 万t/a 液氯、20 万t/a 片碱。 作为 40 万t/a 烧碱装置的配套装置，公司50 万t/a PVC 系统采用工艺成熟、 可靠的水相法生产工艺生产树脂， 且树脂产品已获国内主流市场认可，产品质量稳定。

PVC 树脂因其分子结构的物性限制，无法在高温环境下单独加工使用，需要配合一定量的稳定剂、增塑剂、 改性剂等助剂， 以满足不同用途的加工需求。这就需要PVC 树脂颗粒表面具有足够大的比表面积和足够多的孔洞，可以吸附更多的油性分子，增强与各类助剂的混合均匀度， 发挥分子加工中的连续作用力。 而PVC 树脂吸油率的高低，将决定树脂颗粒对油性分子的承载力大小， 目前， 公司生产的PVC 树脂吸油率在19.0%～20.0%。

微波加热是一种利用极性分子和非极性分子间的磁场作用加热的方法， 当有极分子电介质和无极分子电介质置于微波电磁场中， 介质材料终会形成偶极子或已有的偶极子重新排列， 随着高频交变电磁场以每秒数亿次的速度摆动， 分子要随着不断变化的高频电场方向重新排列， 就必须克服分子原有热运动和分子相互间作用的干扰和阻碍， 产生类似于摩擦的作用。 整个过程就会使得电磁场能量逐渐转化为新的热能，使介质温度出现大幅度的提升，以达到干燥的目的。 正是因其改变分子间的电磁场作用方向，对分子结构本身不易产生损伤，在树脂干燥的研究方向上，微波加热的方法比较理想。

本研究内容使用的同批次PVC 树脂原始吸油率为19.61%，树脂含水率0.2%。

考虑微波对PVC 树脂颗粒的破坏性损伤（颗粒碳化），采用膨化纸袋配合完成实验。

1 树脂微波受热温度的研究

将PVC 树脂平铺盛放至容器中，放入微波反应设备（8 kW、间歇式），拟定作用时长为 90 s、120 s、180 s， 观察树脂碳化情况并使用测温枪测定温度。微波对树脂碳化温度的影响见表1。

表1 微波对树脂碳化温度的影响

从表1 可以看出，随着时间的增加，在相同功率的微波作用下，PVC 树脂颗粒直接作用， 颗粒表温达到最高，并受时间的增加陆续出现碳化点，使用测温枪测得碳化点温度在75 ℃即发生质变。 因此，PVC 树脂的干燥温度不宜超过75 ℃。

2 微波对树脂吸油的改性影响

使用小型微波设备（700 W），分别对成品PVC树脂（含水率0.2%）和不同含水率的树脂，进行微波作用后，检测吸油率的变化。微波加热对树脂吸油的影响（第一批）见表2。

从表2 中可以看出，树脂中含有一定的水分，可以起到对树脂一定的保护作用， 给予树脂温和的受热环境， 避免高温对树脂分子团的直热带来的不可恢复的损伤，影响吸油率。另外，树脂含水率越高，会对微波的做功加热产生衰减， 导致树脂分子团发生改变不大。过高的微波功率和时间，都会加剧树脂分子团发生碳化和降解速度。 微波加热对树脂吸油的影响（第二批）见表3。

表2 微波加热对树脂吸油的影响（第一批）

表3 微波加热对树脂吸油的影响（第二批）

从表3 中所得的数据同样可以得出功率、 时长的增加与吸油率成反比。

取关键分析数据，做比对性分析图见图1。

从图1 中可以看出，随着PVC 树脂中原始水分的增加，吸油率是下降的。而相比成品树脂原始吸油率19.61%， 经微波处理后的树脂， 吸油率上升至20.66%，涨幅达5.4%。

图1 不同含水树脂微波作用后，树脂吸油改性情况

随着时间的延长， 成品树脂的吸油率下降至18.59%，主要原因为当微波将树脂颗粒间的水分以电磁场作用受热挥发后，对PVC 颗粒表面的分子结构造成了破坏，致使树脂分子表面发生塌陷，从而影响其吸油率。

膨化包装在一定程度上缩减了微波对PVC 树脂颗粒的直接作用力， 并给水分的蒸发提供了一个稳定、缓和的环境，避免了微波直射对树脂颗粒的结构影响。

3 大功率下微波对树脂吸油的影响

将潮湿的 PVC 树脂 （含水 20.1%、 吸油率21.1%）平铺盛放至微波反应设备（8 kW、间歇式）中，拟定作用时长为 90 s、120 s、180 s，经微波反应后，检测树脂吸油率，其结果见表4。

表4 大功率微波对树脂吸油率的影响

从表4 中数据可以看出，在较大功率的作用下，树脂的吸油率大幅下降。

4 实验结论

（1）通过微波作用，在合理的范围内，对PVC 树脂颗粒的改性，如吸油率具有一定的促进作用。 但作用功率、时长，以及树脂中还有的原始水分与作用后的树脂吸油率呈反比，微波改性PVC 树脂颗粒的吸油率需要的是一个缓和的水分释放过程。

（2）在较低的功率微波下，有限的时长内，通过微波作用，可以有效提高树脂吸油率的指标，但需要注意控制水分、作用时长，避免微波对树脂颗粒的直接作用导致的树脂分子结构的破坏、损伤。

（3）通过微波实验，发现已成型的PVC 树脂颗粒，在其分子外表面依然存在较高的水分，因此，在下游加工的过程中，必要的热混过程对于减小树脂水分对加工的影响是有利的。同时可防止树脂中的水分蒸发在加工过程中给产品带来的起泡影响。

（4）当树脂颗粒在80 ℃以上的高温，或长时间高温环境下， 极易发生PVC 颗粒分子表面的改变、坍塌，影响其分子力学性能。

（5）针对PVC 树脂颗粒基本的物性条件，所开展的最佳微波改性条件， 还需要在以上研究结果的基础上，做进一步方向性研究。

5 结语

通过微波处理PVC 树脂实验验证了利用微波法来增强改性PVC 树脂的可行性， 并确定了PVC树脂的微波改性影响因素和条件， 对于微波改性的选择具有指导性意义。