劉 驗(yàn)

(惠生公司 (中國(guó))有限公司河南化工設(shè)計(jì)院分公司 ,河南鄭州 450000)

1 引言

氯化聚丙烯是一種黏接劑,所以被李子?xùn)|等[1]收入《實(shí)用膠黏劑原材料手冊(cè)》中。黏接劑的水性化已成為一種大趨勢(shì)[2],出于環(huán)境友好,最好用水作溶劑。那么,氯化聚丙烯溶解在水中嗎?通常用溶度參數(shù)δ相近來(lái)考察溶解情況。溶度參數(shù)的概念由 Hildebrand提出,本來(lái)用于非極性化合物,經(jīng)過(guò)Burrell和 Hansen的改進(jìn),也可用于極性化合物[4]。為了比較,需要對(duì)δ多少算相近,多少算不相近作一明確的定量答復(fù)。以常用的塑料聚苯乙烯為例,計(jì)算δ的差值,如果δ相差 5(J/cm3)1/2時(shí),就是不可溶的[4],這就是一個(gè)量化指標(biāo)。水的溶度參數(shù)是δ=48.09(J/cm3)1/2[5],唐四葉等[6]測(cè)定了氯化聚丙烯的溶度參數(shù)其δ=18.87(J/cm3)1/2。由于溶度參數(shù)相差近 40(J/cm3)1/2,不用作試驗(yàn)也說(shuō)明是不溶于水的。但因?yàn)槿芏葏?shù)非常接近的緣故,氯化聚丙烯溶于溶度參數(shù)是 18.00(J/cm3)1/2的二甲苯。因此溶解氯化聚丙烯的溶劑是使用的是二甲苯,它是有機(jī)溶劑。這就需要考慮怎樣才能變?yōu)樗缘摹?/p>

改為水性的有兩種方法,一種是變?yōu)樗苄缘?一種是變?yōu)槿榛?(用于不溶于水的),這兩種方法揮發(fā)的都是水。顯然,由于溶度參數(shù)相差太大,變?yōu)樗苄缘谋容^困難,作為乳化法,本來(lái)就是解決那些不溶于水而揮發(fā)的卻是水的物料。因此,董雪茹[7]研究了氯化聚丙烯改性而進(jìn)行的乳化法。董雪茹的方法是先用丙烯酸酯類混合單體 (甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯)采用二甲苯溶液法聚合法接枝到 CPP上,未接枝上共聚物或均聚物加胺成鹽可以作為自乳化劑。因此,接枝反應(yīng)后的產(chǎn)物不用分離,就可以直接制備穩(wěn)乳液。該方法不但簡(jiǎn)化了工藝流程,避免了外加乳化劑帶來(lái)的問(wèn)題,而且制備的乳液可以加水稀釋,因此施工過(guò)程中也大大減少了有機(jī)溶劑的污染。

氯化聚丙烯本不溶于水,但是如果加入乳化劑將它乳化,即以聚合物的微粒 (粒徑在 0.1～10μm)分散在水中成為穩(wěn)定的聚合物乳液,也可以用水代替有機(jī)溶劑至少代替大部分的有機(jī)溶劑,當(dāng)然,如果接枝上帶有極性的基團(tuán)可能更容易乳化一些。我們把溶液聚合后再行乳化的方法叫做后乳化法,用后乳化法合成的化合物稱為后乳化物。那么,采用后乳化法生產(chǎn)氯化聚丙烯黏接劑,會(huì)對(duì)生產(chǎn)黏接劑的工廠建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)什么影響呢?

2 化工企業(yè)建筑設(shè)計(jì)的目的

化工企業(yè)的生產(chǎn)目的是生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,生產(chǎn)廠房建筑設(shè)計(jì)的目的是為生產(chǎn)工藝服務(wù)。即在滿足工藝流程的前題下,保證工人安全生產(chǎn),使廠房符合國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理、適度注意美觀。為了達(dá)到上述目的,就需要建筑設(shè)計(jì)人員首先了解產(chǎn)品的工藝流程及部分操作指標(biāo);第二,要知曉整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中從原料到成品的化學(xué)、物理性質(zhì);第三,要明確反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力設(shè)備的特性,知道它們的閃點(diǎn)、爆炸極限及火災(zāi)危險(xiǎn)性分類。

2.1 閃點(diǎn)

理論上講,當(dāng)可燃液體能揮發(fā)變成蒸氣,跑入空氣中時(shí),隨著溫度升高,其揮發(fā)速度加快。當(dāng)揮發(fā)的蒸氣和空氣的混合物與火源接觸能夠閃出火花時(shí),把這種短暫的燃燒過(guò)程叫做閃燃,把發(fā)生閃燃的最低溫度叫做閃點(diǎn)。即:在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,液體揮發(fā)的蒸氣與空氣形成的混合物,遇火源能夠閃燃的液體最低溫度 (采用閉杯法測(cè)定)就是閃點(diǎn)。不論是液態(tài)、氣態(tài)還是固態(tài)的物質(zhì),閃點(diǎn)就是可能引起火災(zāi)的最低溫度。閃點(diǎn)越低,引起火災(zāi)的危險(xiǎn)性越大。

閃點(diǎn)低于 28℃的液體稱為甲類液體;閃點(diǎn)在28～60℃的液體,稱為乙類液體。甲、乙類液體都屬于易燃液體。苯、甲苯和二甲苯都是易燃液體。甲基丙烯酸甲酯閃點(diǎn)為 10℃,丙烯酸丁酯閃點(diǎn)是38℃(密閉)、43℃(開(kāi)口),苯乙烯的閃點(diǎn)是 31～34℃,它們都屬于甲、乙類液體,是易燃物。

單體形成聚合物聚合物后,閃點(diǎn)溫度也大大提高。一般認(rèn)為,閃點(diǎn)大于 60℃,而又能燃燒的物質(zhì),稱為可燃物或丙類液體 (或固體)。乙烯、丙烯的閃點(diǎn)通常都在 0℃以下,屬于易燃物,但聚合以后聚乙烯卻在 350℃,聚丙烯為 330℃(固體)。氯化聚丙烯來(lái)自聚丙烯的氯化,也是聚合物,只屬于可燃物,按火災(zāi)危險(xiǎn)性分類,它們屬于丙級(jí)。

2.2 爆炸下限

可燃?xì)怏w、蒸氣、粉塵與空氣或氧組成混合物(爆炸性混合物)后,如果其濃度不在混合物遇火源即發(fā)生爆炸的上、下限范圍內(nèi),則供給再大的能量也不會(huì)爆炸著火。此范圍稱為爆炸限度。可燃的蒸氣、氣體或粉塵與空氣組成的混合物,遇火源即能發(fā)生爆炸的最低濃度 (可燃蒸氣、氣體的濃度,按體積比計(jì)算)稱為:爆炸下限 。苯的爆炸范圍是 1.40%～7.10%(體積比)甲苯是 1.27%～6.75%(體積比),鄰二甲苯是 1.00%～6.00%(體積比),苯乙烯的爆炸限度是:1.1%～6.1%(體積比)。從建筑設(shè)計(jì)角度看,更為重視的是爆炸下限。粗略地說(shuō),如果任意的增加溶劑含量,比如儲(chǔ)罐泄漏,二甲苯達(dá)到1%左右是比較容易做到的,因此,二甲苯是易爆的物質(zhì)。

2.3 火災(zāi)危險(xiǎn)性的分類

生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性的分類有多種指標(biāo),但對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)講通用的是按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016-2006)來(lái)執(zhí)行的。即:生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)性質(zhì)及其數(shù)量等因素,分為甲、乙、丙、丁、戊類,并按閃點(diǎn)及爆炸下限來(lái)劃分[8]。閃點(diǎn) ＜28℃的液體,爆炸下限小于 10%的氣體稱為甲類。閃點(diǎn)≥28℃但 ＜60℃,爆炸下限大于等于 10%的稱為乙類。閃點(diǎn)≥60℃,又是可燃的稱為丙類。至于丁類和戊類,因與主題無(wú)關(guān),就不再介紹了。我們通常把甲類液體或氣體稱為易燃易爆物質(zhì)。按照火災(zāi)危險(xiǎn)性分類的規(guī)定,目前生產(chǎn)氯化聚丙烯黏接劑所用的溶劑原料如:苯、甲苯、二甲苯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯、丙烯等,基本都屬于甲、乙類液體或固體。

3 對(duì)建筑設(shè)計(jì)的影響

從建筑設(shè)計(jì)的角度看,由于原料組成是由工藝決定的,是溶液聚合還是其它的聚合方法也是由工藝決定的。所以,當(dāng)工藝明確了工藝流程,給下游專業(yè)提出設(shè)計(jì)條件后,才輪到建筑做設(shè)計(jì)。工藝流程決定了不論是生產(chǎn)黏接劑的反應(yīng)物,如:甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等,還是作為溶劑的二甲苯。其閃點(diǎn)和可燃性并沒(méi)有變化,仍然為甲乙類的易燃易爆物。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),工廠的生產(chǎn)車間按照防火規(guī)范的要求,由于生產(chǎn)原料火災(zāi)危險(xiǎn)性分類沒(méi)有變化,所以生產(chǎn)車間的建筑耐火等級(jí)、防火分區(qū)、消防疏散及防爆構(gòu)造等建筑設(shè)計(jì)因素并沒(méi)有因?yàn)樯a(chǎn)出來(lái)的成品溶于水,而減少一點(diǎn)設(shè)計(jì)難度。反而,因工藝的變化、反應(yīng)步驟的延長(zhǎng),帶來(lái)了生產(chǎn)設(shè)備的增加與管道、預(yù)埋件、支架、電纜等輔助設(shè)施的投資增長(zhǎng)。如:生產(chǎn)用水并不是普通水而是蒸餾水,生產(chǎn)車間需增加蒸餾裝置或加鋪管道;由于使用超聲波乳化,還需要增加超聲波裝置等等。如此看來(lái),無(wú)論是從生產(chǎn)車間的功能分區(qū)、物流、人流導(dǎo)向,還是到工藝配管、自動(dòng)控制點(diǎn)的增加、供配電設(shè)備的聯(lián)鎖與防爆等方面,生產(chǎn)廠房的綜合設(shè)計(jì)難度是大幅增加了。這一點(diǎn)大大出乎原來(lái)的預(yù)料。原來(lái)認(rèn)為,由于產(chǎn)品的乳化,必將引起生產(chǎn)車間建筑設(shè)計(jì)的難度降低或者不變,看來(lái)這樣的設(shè)想要落空了。但從成品方面來(lái)看,由于黏接劑的溶劑從原易燃物改為現(xiàn)在的水,因此就大大的減少了燃燒的危險(xiǎn)性。其工廠的成品倉(cāng)庫(kù)等建構(gòu)筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類,從甲類降到丁類。使這些廠房由防火防爆廠房變?yōu)榱似胀üI(yè)廠房,從而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單了。

總之,從黏接劑工廠的整體設(shè)計(jì)來(lái)看,采用“氯化聚丙烯用溶劑被水乳化后”的新工藝并沒(méi)有給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)簡(jiǎn)化,或者說(shuō)這個(gè)結(jié)論是否定的 (因?yàn)槌善穫}(cāng)庫(kù)等原設(shè)計(jì)就不復(fù)雜)。

4 結(jié)論

實(shí)際上,不論是乳化還是后乳化,只要原料不變,對(duì)于廠房設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),后果都是一樣的。例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯都可用乳化法來(lái)制備。但對(duì)其原料的閃點(diǎn)或爆炸限度來(lái)說(shuō),都具有同樣的問(wèn)題。它們的閃點(diǎn)都很低,并且都屬于易燃易爆的物種。因此,用氯化聚丙烯/MMA/BA/MAA接枝共聚物的合成丙烯作后乳化不過(guò)是一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)的例子罷了。這樣,如果不改變?cè)?乳化法在廠房設(shè)計(jì)上的難度是難以改變的。只有徹底的改變?cè)?才可以改變建筑設(shè)計(jì)的方法,才能使建筑變得簡(jiǎn)單。

用水乳化代替溶劑以后,從建筑設(shè)計(jì)角度看,由于原料的制備沒(méi)有改變,生產(chǎn)車間的火災(zāi)危險(xiǎn)性沒(méi)有降低,但產(chǎn)品沒(méi)有燃燒的危險(xiǎn)。從工廠的整體設(shè)計(jì)來(lái)看,用水乳化來(lái)代替有機(jī)溶劑還沒(méi)有降低黏接劑工廠建筑設(shè)計(jì)的難度。

[1]李子?xùn)|,李廣宇,于 敏.實(shí)用膠黏劑原材料手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,112.

[2]龐來(lái)興,楊建文,曾兆華,等.涂料工業(yè)的世紀(jì)進(jìn)展——綠色涂料[J].廣州化工,2001,29(4):3-6.

[3]李小苗,劉大壯,董雪茹.Hansen三維溶度參數(shù)的 40年 [J].黏接,2007,28(6):33-35.

[4][荷蘭 ]D.W.范克雷維倫著.許元澤,趙得祿,吳大誠(chéng)譯.聚合物的性質(zhì):性質(zhì)的估算及其與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系[M].科學(xué)出版社,1981:95-119.

[5]涂偉平.水性涂料 [M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006:48-49.

[6]唐四葉,劉大壯,范忠雷.氯化聚丙烯三維溶度參數(shù)及其與不同溶劑相互作用參數(shù)的研究[J].涂料工業(yè),2006,(10):47-50.

[7]董雪茹,孫培勤,劉大壯,等.氯化聚丙烯 /MMA/BA/MAA接枝共聚物的合成丙烯酸改性氯化聚丙烯乳液的合成與性能 [J].塑料工業(yè),2007,35(增刊)(6):109-111.

[8]GB50016-2006.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.