Zusammenfassung: Die Anwendung von inländischenHydroxypropylmethylcelluloseAnstelle von importierter Hydroxypropylmethylcellulose wurde für die Herstellung von PVC mit hohem Polymerisationsgrad eine eigene Alternative eingeführt. Die Auswirkungen zweier Arten von Hydroxypropylmethylcellulose auf die Eigenschaften von PVC mit hohem Polymerisationsgrad wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist, importierte Hydroxypropylmethylcellulose durch heimische zu ersetzen.
Hochpolymerisierte PVC-Harze weisen einen durchschnittlichen Polymerisationsgrad von über 1700 oder eine leicht vernetzte Molekülstruktur auf. Am häufigsten werden PVC-Harze mit einem durchschnittlichen Polymerisationsgrad von 2500 verwendet [1]. Im Vergleich zu herkömmlichem PVC zeichnen sich hochpolymerisierte PVC-Harze durch hohe Elastizität, geringen Druckverformungsrest, gute Wärmebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit aus. Sie sind ein idealer Ersatz für Gummi und finden Anwendung in Dichtungsbändern für Automobile, Kabeln und Leitungen, medizinischen Kathetern usw. [2].
Die Herstellung von PVC mit hohem Polymerisationsgrad erfolgt hauptsächlich durch Suspensionspolymerisation [3-4]. Bei diesem Verfahren ist das Dispergiermittel ein wichtiges Hilfsmittel, dessen Art und Menge die Partikelform, die Partikelgrößenverteilung und die Weichmacheraufnahme des fertigen PVC-Harzes direkt beeinflussen. Gängige Dispersionssysteme sind Polyvinylalkohol-Systeme und Hydroxypropylmethylcellulose-Polyvinylalkohol-Kompositdispersionssysteme, wobei inländische Hersteller überwiegend letztere verwenden [5].
1. Wichtigste Rohstoffe und Spezifikationen
Die wichtigsten Rohstoffe und Spezifikationen, die im Test verwendet wurden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die in dieser Arbeit ausgewählte inländische Hydroxypropylmethylcellulose mit der importierten Hydroxypropylmethylcellulose übereinstimmt, was eine Voraussetzung für den Substitutionstest in dieser Arbeit darstellt.
2 Testinhalte
2.1 Herstellung einer Hydroxypropylmethylcellulose-Lösung
Man nehme eine bestimmte Menge deionisiertes Wasser, gebe es in ein Gefäß und erhitze es auf 70 °C. Unter ständigem Rühren füge man dann nach und nach Hydroxypropylmethylcellulose hinzu. Die Cellulose schwimmt zunächst auf dem Wasser und dispergiert sich dann allmählich, bis sie gleichmäßig verteilt ist. Anschließend lasse ich die Lösung auf das gewünschte Volumen abkühlen.
Tabelle 1: Wichtigste Rohstoffe und ihre Spezifikationen
| Rohstoffname | Spezifikation |
| Vinylchlorid-Monomer | Qualitätsbewertung ≥ 99,98 % |
| Entsalztes Wasser | Leitfähigkeit ≤ 10,0 μS/cm, pH-Wert 5,00 bis 9,00 |
| Polyvinylalkohol A | Alkoholysegrad 78,5 % bis 81,5 %, Aschegehalt ≤ 0,5 %, flüchtige Bestandteile ≤ 5,0 % |
| Polyvinylalkohol B | Alkoholysegrad 71,0 % bis 73,5 %, Viskosität 4,5 bis 6,5 mPa·s, Gehalt an flüchtigen Bestandteilen ≤ 5,0 % |
| Polyvinylalkohol C | Alkoholysegrad 54,0 % bis 57,0 %, Viskosität 800 bis 1400 mPa·s, Feststoffgehalt 39,5 % bis 40,5 % |
| Importierte Hydroxypropylmethylcellulose A | Viskosität 40–60 mPa·s, Methoxyl-Massenanteil 28–30 %, Hydroxypropyl-Massenanteil 7–12 %, Feuchtigkeit ≤ 5,0 % |
| Inländische Hydroxypropylmethylcellulose B | Viskosität 40–60 mPa·s, Methoxyl-Massenanteil 28–30 %, Hydroxypropyl-Massenanteil 7–12 %, Feuchtigkeit ≤ 5,0 % |
| Bis (2-ethylhexylperoxydicarbonat) | Massenanteil [ (45 ~ 50) ± 1] % |
2.2 Prüfverfahren
In einer 10-Liter-Kleinversuchsanlage wurden mit importierter Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) Vergleichsversuche durchgeführt, um die Grundrezeptur für den Kleinversuch zu ermitteln. Anschließend wurde die importierte HPMC durch inländische HPMC ersetzt. Die mit unterschiedlicher HPMC hergestellten PVC-Harzprodukte wurden verglichen, um die Eignung der inländischen HPMC als Ersatz zu untersuchen. Basierend auf den Ergebnissen des Kleinversuchs wurde der Produktionsversuch durchgeführt.
2.3 Testschritte
Vor der Reaktion wird der Polymerisationskessel gereinigt, das Bodenventil geschlossen, eine bestimmte Menge entsalztes Wasser hinzugegeben und anschließend das Dispergiermittel. Der Kessel wird verschlossen, nach bestandener Stickstoffdruckprüfung evakuiert und anschließend Vinylchloridmonomer hinzugegeben. Nach kurzem Kaltrühren wird der Initiator hinzugefügt. Die Temperatur im Kessel wird mittels Umwälzwasser auf die Reaktionstemperatur erhöht. Währenddessen wird zur pH-Wert-Einstellung des Reaktionssystems zeitnah Ammoniumhydrogencarbonatlösung hinzugegeben. Sobald der Reaktionsdruck den in der Formel angegebenen Wert erreicht hat, werden ein Abbruchmittel und ein Entschäumer hinzugegeben. Das fertige PVC-Harz wird durch Zentrifugation und Trocknung gewonnen und für die Analyse beprobt.
2.4 Analysemethoden
Gemäß den einschlägigen Prüfmethoden der Unternehmensnorm Q31/0116000823C002-2018 wurden die Viskositätszahl, die Schüttdichte, der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (einschließlich Wasser) und die Weichmacheraufnahme von 100 g fertigem PVC-Harz geprüft und analysiert; die durchschnittliche Partikelgröße des PVC-Harzes wurde bestimmt; die Morphologie der PVC-Harzpartikel wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht.
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Vergleichende Analyse der Qualität verschiedener PVC-Harzchargen bei der Polymerisation im kleinen Maßstab.
2. Gemäß der in Punkt 4 beschriebenen Testmethode wurde jede Charge des fertigen PVC-Harzes im kleinen Maßstab getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2 Ergebnisse verschiedener Chargen kleiner Tests
| Charge | Hydroxypropylmethylcellulose | Scheinbare Dichte (g/mL) | Durchschnittliche Partikelgröße/μm | Viskosität/(ml/g) | Weichmacheraufnahme von 100 g PVC-Harz/g | Flüchtige Bestandteile/% |
| 1# | Import | 0,36 | 180 | 196 | 42 | 0,16 |
| 2# | Import | 0,36 | 175 | 196 | 42 | 0,20 |
| 3# | Import | 0,36 | 182 | 195 | 43 | 0,20 |
| 4# | Inländisch | 0,37 | 165 | 194 | 41 | 0,08 |
| 5# | Inländisch | 0,38 | 164 | 194 | 41 | 0,24 |
| 6# | Inländisch | 0,36 | 167 | 194 | 43 | 0,22 |
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich: Die scheinbare Dichte, die Viskositätszahl und die Weichmacheraufnahme des erhaltenen PVC-Harzes sind bei Verwendung verschiedener Cellulose für kleine Versuche relativ ähnlich; das mit der heimischen Hydroxypropylmethylcellulose-Formel hergestellte Harzprodukt weist eine etwas kleinere durchschnittliche Partikelgröße auf.
Abbildung 1 zeigt die REM-Bilder von PVC-Harzprodukten, die unter Verwendung verschiedener Hydroxypropylmethylcellulose hergestellt wurden.
(1)—Eingeführte Hydroxypropylmethylcellulose
(2)—Inländische Hydroxypropylmethylcellulose
Abb. 1: REM-Aufnahme von Harzen, die in einem 10-L-Polymerisator in Gegenwart verschiedener Hydroxypropylmethylcellulose-Konzentrationen hergestellt wurden.
Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass die Oberflächenstrukturen der PVC-Harzpartikel, die durch verschiedene Cellulose-Dispergiermittel erzeugt wurden, relativ ähnlich sind.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in dieser Arbeit getestete heimische Hydroxypropylmethylcellulose das Potenzial besitzt, importierte Hydroxypropylmethylcellulose zu ersetzen.
3.2 Vergleichende Analyse der Qualität von PVC-Harz mit hohem Polymerisationsgrad im Produktionsversuch
Aufgrund der hohen Kosten und des Risikos von Produktionsversuchen kann das vollständige Ersatzverfahren für Kleinversuche nicht direkt angewendet werden. Daher wird ein Verfahren zur schrittweisen Erhöhung des Anteils an heimischer Hydroxypropylmethylcellulose in der Rezeptur angewendet. Die Testergebnisse der einzelnen Chargen sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3 Testergebnisse verschiedener Produktionschargen
| Charge | M (inländische Hydroxypropylmethylcellulose):M (importierte Hydroxypropylmethylcellulose) | Scheinbare Dichte (g/mL) | Viskositätszahl/(ml/g) | Weichmacheraufnahme von 100 g PVC-Harz/g | Flüchtige Bestandteile/% |
| 0# | 0:100 | 0,45 | 196 | 36 | 0,12 |
| 1# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,11 |
| 2# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,13 |
| 3# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,10 |
| 4# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,12 |
| 5# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,14 |
| 6# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,18 |
| 7# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,11 |
| 8# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,17 |
| 9# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,14 |
Aus Tabelle 3 geht hervor, dass der Einsatz von heimischer Hydroxypropylmethylcellulose schrittweise erhöht wurde, bis alle Chargen heimischer Hydroxypropylmethylcellulose die importierte Hydroxypropylmethylcellulose vollständig ersetzt hatten. Die Hauptindikatoren wie Weichmacheraufnahme und Rohdichte schwankten nicht signifikant, was darauf hindeutet, dass die in dieser Studie ausgewählte heimische Hydroxypropylmethylcellulose die importierte Hydroxypropylmethylcellulose in der Produktion ersetzen kann.
4. Schlussfolgerung
Der Test für häuslicheHydroxypropylmethylcelluloseTests mit einer kleinen 10-Liter-Testanlage zeigten, dass Hydroxypropylmethylcellulose importierte Cellulose ersetzen kann. Die Ergebnisse von Produktionssubstitutionstests ergaben, dass bei Verwendung von heimischer Cellulose für die PVC-Harzherstellung die wichtigsten Qualitätsmerkmale des fertigen PVC-Harzes und des mit importierter Cellulose hergestellten Harzes keine signifikanten Unterschiede aufweisen. Derzeit ist heimische Cellulose auf dem Markt günstiger als importierte. Daher können die Kosten für Produktionshilfsmittel deutlich gesenkt werden, wenn heimische Cellulose in der Produktion eingesetzt wird.
Veröffentlichungsdatum: 25. April 2024