氯乙烯聚合时,向单体转移是主要的链终止方式,以致聚氯乙烯的聚合度(600~1600)与引发剂浓度无关,仅由温度(45~65 oC来控制,温度波动需控制在0.2~ 0.5 oC之内。聚合速率主要由引发剂用量来调节。目前聚合釜的传热性能较好,多选用过氧化碳酸酯一类高活性引发剂,用量为0.02%~0.05%。如果采用高活性和低活性引发剂复合使用,且复合得当,如半衰期为2h,则可望接近匀速反应。匀速反应有利于传热和温度的控制。聚氯乙烯-氯乙烯是部分互溶体系,形成两相: 一相是溶胀有氯乙烯(约30%)的聚氯乙烯富相,成为聚合的主要场所,另一相是溶解有微量聚氯乙烯(<0.1%)的单体相,接近纯单体。转化率>70%时,单体相消失,体系压力开始低于纯氯乙烯的饱和燕气压,聚氯烯富相中氯乙烯继续聚合。聚合至85%转化率,结束反应,以免影响树脂颗粒的疏松结构。分散剂的性质对聚氯乙烯颗粒形态的影响至关重要。选用明胶时,其水溶液表面张力较大(25°C为68 mN·m-1),将形成紧密型树脂。制备疏松型聚氯乙烯时,要求个质表面张力在50 mN·m-1以下则可将部分水解聚乙烯醇(水溶液表面张力为50~55 mN·m-1)和轻丙基甲基纤维素(水溶液表面张力为45~50 mN·m-1)复合使用,有时还添加第三组分。复合分散剂的配合虽然可以表面张力作部分参考,但多少还带有经验技艺的成分。
聚合反应釜是主要设备,由钢制釜体内衬不锈钢或搪瓷制成,装有搅拌器和控制温度的传热夹套,或内冷排管、回流冷凝器等。为了降低生产成本,反应釜的容积已由几立方米、十几立方米逐渐向大型化发展,大已达到200立方米(釜式反应器)。聚合釜的高传热能力对聚合温度恒定起着作用,而搅拌除对混匀物料和传热有帮助外,对液液分散和树脂颗粒特性也有显著影响。传热和搅拌是氯乙烯聚合的两大工程问题。聚合釜经多次使用后要除垢。以聚乙烯醇和纤维素醚类等为悬浮稳定剂制得的PVC一般较疏松,孔隙多,表面积大,容易吸收增塑剂和塑化。
在玻璃化温度(Tg,80 ℃)以下,聚氯乙烯为玻璃态;在Tg→粘流温度(Tf,约160℃)呈高弹性橡胶状,有可塑性;在 Tf→热分解温度(Td)为粘流态,温度越高,流动越容易。当温度超过Td,PVC分解出大量的氯化氢(HCl),材料丧失了化学稳定性和物理性能,因此Td是加工成型的上限温度。由于聚乙烯分子间作用力大,Tf很高,甚至接近分解温度,因此需要加入增塑剂以降低Tf。另一方面也需要加入稳定剂,从而提高PVC的Td,才能进行加工成型。
玻璃化温度(Tg)只与分子链链段结构有关,与分子量关系不大,而粘流温度(Tf)是大分子开始运动的温度,与分子量大小有关,分子量越大,Tf越高。因此对某些加工成型(如注射成型)来说,有必要适当降低树脂的分子量。根据分子量的大小不同,国产悬浮聚氯乙烯树脂分为1-7级,序号越大,分子量越小。XJ-4(XS-4)至XJ-7(XS-7)型树脂常用于制造硬管、硬板等,其它型号较低,分子量较大的树脂,因Tf较高,需加入大量增塑剂使Tf降低,故常用于制造软制品。平均聚合度在1000以下的聚氯乙烯称作低聚合度聚氯乙烯,具有较好的加工性能,在加工过程中可少加增塑剂,这样不会由于增塑剂的迁移而使制品加速老化。低聚合度聚氯乙烯制品具有较好的透明度,广泛地应用于建筑材料、食品及药物包装材料以及代替有机玻璃制品。