PVB安全玻璃膜的生产工艺 - 图文

PVB安全玻璃膜的生产工艺

目录

1. PVB简介 ................................................................................................................................. 2

1.1结构式 ................................................................................................................................ 3 1.2性质应用 ............................................................................................................................ 3 1.3PVB制备原理 ...................................................................................................................... 4 2. PVB生产工艺 ......................................................................................................................... 4

2.1一步法 ................................................................................................................................ 5

2.1.1一步溶解法 ............................................................................................................ 5 2.1.2一步沉淀法 ............................................................................................................ 5 2.2两步法 ................................................................................................................................ 5

2.2.1两步溶解法 ............................................................................................................ 5 2.2.2两步沉淀法 ............................................................................................................ 5 2.3实地考察生产工艺 ............................................................................................................ 7 3. PVB生产设备 ......................................................................................................................... 7

3.1锥混机 ................................................................................................................................ 7 3.2单螺杆挤出机 .................................................................................................................... 7 3.3换网器 ................................................................................................................................ 8 3.4熔体泵 ................................................................................................................................ 9 3.5各部分关系 ...................................................................................................................... 10 4. PVB中间膜助剂介绍 ........................................................................................................... 10

4.1增塑剂 .............................................................................................................................. 10 4.2其它助剂 .......................................................................................................................... 11 5. 产品性能测试与质量要求 ..................................................................................................... 12

5.1性能测试 .......................................................................................................................... 12

5.1.1拉伸强度 .............................................................................................................. 12 5.1.2熔融指数 .............................................................................................................. 12 5.1.3透光率 .................................................................................................................. 12 5.2质量要求 .......................................................................................................................... 12 6. 环境处理 ................................................................................................................................. 13

6.1废水处理 .......................................................................................................................... 13 6.2边角废料处理 .................................................................................................................. 14 参考文献......................................................................................................................................... 14

1. PVB简介

1.1结构式

图1.1 PVB的结构图

1.2性质应用

PVB中间膜是半透明的薄膜，由聚乙烯醇缩丁醛树脂经增塑剂塑化挤压成型的一种高分子材料。外观为半透明薄膜，无杂质，表面平整，有一定的粗糙度和良好的柔软性，对无机玻璃有很好的粘结力、具有透明、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特性，是当前世界上制造夹层、安全玻璃用的最佳粘合材料，同时在建筑幕墙、招罩棚、橱窗、银行柜台、监狱探视窗、炼钢炉屏幕及各种防弹玻璃等建筑领域也有广泛的应用。

PVB树脂具有优良的光学清晰度和耐候性,能在较大的温度范围内保持不变形;具有与柔顺性相结合的坚挺性和优异的抗冲击性;与各种玻璃的表面有极好的粘合效率。因而,将高粘度PVB树脂加入30-40%增塑剂,挤压成薄膜,作为安全玻璃的夹层材料,这是高粘度PVB树脂的主要用途。目前,PVB夹层安全玻璃在欧美等发达国家用于建筑比例为50-60 %、汽车为20-30 %、其他方

图1.2PVB中间膜

面约为20%,我国主要应用于汽车夹层安全玻璃,占总量的60-70%,用于建筑的比例为20-25 %,其他方而约为20 %。

PVB夹层玻璃具有以下五大特点:

A 安全性:在受到外来撞击时.由于弹性中间层有吸收冲击的作用,可阻止冲击物穿透,即使玻璃破损,也只产生类似蜘蛛网状的细碎裂纹,其碎片牢固地粘附在中间层上,不会脱落四散伤人,并可继续使用直到更换。

B 防盗性:PVB夹层玻璃非常坚韧,即使盗贼将玻璃敲裂,由于中间层同玻璃牢牢地粘附在一起,仍保持整体性,使盗贼无法进入室内。安装夹层玻璃后可省去护栏,既省钱

[1]

又美观，还可摆脱牢笼之感。

C 隔音性:由于PVB薄膜具有对声波的阻尼功能,PVB夹层玻璃能有效地抑制噪音的传播,特别是位于机场、车站、闹市及道路两侧的建筑物在安装夹层玻璃后,其隔音效果十分明显。

D 防紫外线性能：PVB薄膜能吸收掉99%以上的紫外线,从而保护了室内家具、塑料制品、纺织品、地毯、艺术品、古代文物或商品免受紫外线辐射而发生的褪色和老化。

E 节能:PVB薄膜制成的建筑夹层玻璃能有效地减少太阳光透过。同样厚度,采用深色低透光率PVB薄膜制成的夹层玻璃阻隔热量的能力更强。目前,国内生产的夹层玻璃具有多种颜色。

1.3PVB制备原理

PVA在酸性催化剂(如盐酸)的催化下,其分子中的羟基与正丁醛的醛基进行缩合反应,生成半缩醛;半缩醛因稳定性较差,一般很少以游离态形式存在,而是与相邻的羟基发生反应,脱去一个分子水进而生成稳定的缩醛结构。反应式如下：

图1.2 PVB反应式

PVA缩醛反应的反应机理为:在催化剂[H]的存在下, [H]首先进攻正丁醛中羰基上的碳原子,生成带正电的活性基团,并由该基团的活性中心即带正电的碳再去进攻PVA中的醇羟基,生成物由于稳定性差进一步脱去一分子水,并导致正电荷转移到丁醛的碳原子上,最终该带有正电荷的碳再去进攻相邻的另一个羟基,生成带有环状基团的聚乙烯醇缩丁醛,并再次释放出[H]。

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2. PVB生产工艺

PVB的生产工艺有两种，一步法与两步法。

2.1一步法

一步法又分为一步溶解法和一步沉淀法。 2.1.1一步溶解法

首先将醋酸乙烯酯聚合制得聚醋酸乙烯酯(PVAc),将PVAc的甲醇溶液在酸中进行醇解得到PVA,将丁醛和酸催化剂加入到醇解液PVA中进行缩醛化反应,反应结束后形成均一的PVB甲醇溶液,调节溶液的pH至中性,然后向溶液中加入水,使PVB析出生成的沉淀即得产物PVB树脂。该方法以孟山公司的生产工艺为代表。 2.1.2一步沉淀法

向PVAc的溶液中加入盐酸进行水解,当水解进行到一定程度时,加入丁醛进行反应,此时进行剧烈的缩醛化反应,生成的产物具有一定硬度,加水并调节pH,然后静置一段时间,使产物PVB完全析出。

2.2两步法

两步法也分为两步溶解法和两步沉淀法。 2.2.1两步溶解法

两步溶解法是以PVA作为反应物,以低级醇类等作为反应溶剂,向PVA的甲醇悬浮液中加入丁醛和酸催化剂进行缩醛化反应,随着反应一步步进行,产物PVA链上的羟基逐渐减少,生成物逐渐溶解,最终得到均匀的溶液,聚乙烯醇缩丁醛的合成及其废水处理反应结束后调节pH至中性,并向体系中加入甲醇和水的混合溶液,使PVB沉淀析出。 2.2.2两步沉淀法

先制得PVA的水溶液,降低温度加入酸催化剂和丁醛进行缩醛化反应,在开始缩醛化反应初期进行均相缩合反应,当反应到一定程度即一定量的PVA分子链上的羟基参与反应后,溶液发生相变,生成物粒子从溶液中析出形成沉淀,悬浮于母液之中继续进行反应,但此时变为非均相缩合反应;缩合反应结束后,水洗,并加碱调节pH进行稳定处理即得粉状PVB树脂。

树脂的可塑性。PVB的玻璃化温度为60-78 ℃，室温下较硬,增塑后的PVB制成的薄膜,就具有高度的柔韧性和耐寒性(-60℃以下)。所选用的增塑剂必须符合一定的要求,重要的性能有:与PVB要有很好的相容性、高度透明(无色、无雾)、高沸点、低水含量以及高水平的憎水性等。

常用增塑剂，如邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)等,虽也可用于对PVB树脂的增塑,但是它与PVB树脂的相容性不太好,容易发生渗析等现象。在通常的PVB薄膜中作为增塑剂的主要是应用市售的三甘醇或者四甘醇的脂肪族二酯。其他还可应用于PVB树脂的已知增塑剂有:己二酸二烯基酯[36]、癸二酸二院基酯、 酸三有机酷、亚 酸三有机醋等。 酸醋类的增塑剂一般用于高乙烯醇含量的聚乙烯醇缩丁酵树脂的增塑。

下面简单介绍一下增塑剂三甘醇二异辛酸酯：

产品广泛应用于PVB安全膜、合成橡胶、乙烯基树脂、PVC、PS、硝醛纤维素、乙基纤维素、聚乙烯乳胶漆、工业涂布涂层、密封材料，也用于丁二烯-丙烯腈类耐油合成橡胶等。（PVB中的PVOH含量有要求，一般低于19.5%，效果更佳）。该产品为目前聚乙烯醇缩丁醛（PVB安全膜）和合成橡胶的最佳特效增塑剂，能使之产生极佳的低温性能和低挥发性。用作含蓖麻油的聚乙烯醇的缩丁醛布基涂料时，能显著改善严寒条件下的柔顺性。用于合成橡胶，用量一般都比其他增塑剂低。

4.2其它助剂

单一的增塑剂是不能满足PVB膜的多种使用要求的,为此在PVB膜的制备时,还需要加入多种其它助剂来改善膜片的性能。常用的助剂有:

1)光稳定剂,包括:紫外线吸收剂、光屏蔽剂、粹灭剂、游离基捕捉剂等,比如 UV-9、UV-21、UV-P、光稳定剂 2002、GW508、TMP、PMP 等。

2)热稳定性剂,包括:铅化合物、金属皂、有机锡、复合液体、有机稳定剂、环氧化合物、亚磷酸酯和多元醇等。

3)抗氧剂,包括:受阻酚类、受阻氨类、膦类和酯类等,在使用时需要考虑抗氧剂在PVB中的溶解性。

4)粘合调节剂：为调节PVB薄膜与玻璃之间的粘合力,一般有以下一些途径:通过加入各种不同的例如以氢氧化物、盐、络合物形式存在的碱金属或碱土金属化合物可以降低薄膜对玻璃的粘结力,但是该方法本身也有很多问题,如由于它们可以同PVB薄膜本身发生化学反

应,使得玻璃变色、出现浑浊现象、甚至薄膜脱落等。有文献报道使用少量的无定形二氧化硅可以提高PVB薄膜与硅酸盐玻璃之间的粘合力,其它的还可以通过加入一定量的有机硅烷来调节薄膜与玻璃之间的粘合力。

5. 产品性能测试与质量要求

5.1性能测试

5.1.1拉伸强度

用拉伸仪测量PVB膜片的拉伸强度。将PVB膜片裁成如图所示形状，放入拉伸仪。

图5.1 哑铃型PVB膜片

5.1.2熔融指数

同熔融指数仪测定PVB熔融指数，确定其分子量，看是否符合标准。 5.1.3透光率 透光率要求大于88%。 5.2质量要求

表5.1PVB质量标准

表5.2 PVB质量要求 项目 厚度（mm） 密度 拉伸强度（N） 断裂伸长率（%） 透射比（%） 含水率（%） 表面粗糙度（um） 收缩率（%） 透光率（%） 雾度（%）

指标 0.38 1.07 >200 >200 >85 0.25~0.55 >25 （22±2）℃<3.0 >85 <0.5 <1.0(汽车雾度<0.6) 0.76 6. 环境处理

6.1废水处理

PVB生产废水中含有正丁醛和缩合反应生成的副产物等小分子有机物,同时也可能含有聚乙烯醇(PVA)与聚乙烯醇缩丁酸(PVB)等聚合大分子有机物,此外还有盐酸等无机物,水质成份较为复杂,单纯釆用生物法或物理、化学法均很难处理达标,国内外对该废水处理工艺的研究也较少。主要釆用物理、化学方法进行处理,处理成本高且不易推广。

废水的处理有物理化学法和生物处理法，也可以二者结合使用。

物理化学法有混凝处理技术、吸附处理技术、离子交换树脂处理技术、膜分离技术、新物化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法。

生物处理技术主要是利用微生物(细菌)的代谢作用净化水体,通过氧化分解、吸附等手段处理水中可溶性的有机物以及部分不溶性有机物,使其最终转化为稳定的无害物质。生物处理技术可分为以下几种方法:好氧活性污泥法、厌氧法、生物膜法、酶生物处理技术以及发酵工程。但是,生物处理技术的一些弊端,也限制了其广泛应用。生物处理技术在进行生化处理前必须先进行脱酚、蒸氨等预处理,这是因为有机废水中的油、酚、氨、醛对微生物的生长有抑制作用,不利于最终的废水处理;同时生物处理技术对废水的浓度要求很高,一般来说有机物的浓度不宜过高,其CODcr范围控制在1000~10000mg/L之间,因此对于一些有机浓度很高的废水,在进入生化处理设备前必须要稀释至合理浓度范围,已达到更好的处理效果。

二者结合处理的方法有，吹脱法、离子交换树脂法、铁碳微电解H2O2法、BAF工艺。吹脱法以空气为推动力,将废水中的氨氮、低溶解度的挥发性有机物从水相中解吸,使其扩散进入气相,是一种常见的水处理方法。离子交换树脂法是在树脂的交联聚合物结构中引进各种离子交换基团,形成了多细孔、大比表面积、多窄孔、溶胀性好以及过流条件好的离子树脂。以离子交换树脂来处理废水技术,其原理就是利用离子树脂的这些优点,从而去除水中的色度、臭味和各种微量污染物。铁碳微电解H2O2法利用了Fe/C的原电池反应原理,铁碳微电解法集合了催化氧化、氧化还原、絮凝吸附、共沉淀、电沉积和络合等作用。常常被用作生化处理的预处理技术,能够大大降低有机物的浓度,且能够打断大分子有机物的长链或环链,提高了废水的可生化性,降低其毒性。BAF是悬浮物过滤和接触氧化两种工艺的结合体。BAF池的工作原理是附着在反应器内填料上的微生物将有机物氧化分解,填料和生物膜的吸附阻流,不同滤料层高间所形成的食物链分级捕食,生物膜内部微环境以及缺氧段的厌氧降解。

6.2边角废料处理

边角废料可以收集包装出售，目前市场价格在6000/t左右。

参考文献

[1]许骏，汽车聚乙烯醇缩丁醛夹层风挡玻璃冲击响应研究综述，机械工程学报，2011.9 [2]Nandlal5.Reejhsinghani.FormingPolyVinylButyral.US5238994, 1993.8

[3]毛邵春，高浓度有机废水处理技术的研究进展，云南化工，2004.3 [4]李国东，聚乙烯醇缩丁醛树脂的研究与应用，中国胶黏剂，2006.6

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