聚氯乙烯（Poly Vinyl Chloride, PVC），是以氯乙烯为单体，在过氧化物、偶氮化合物等引发剂，或在光、热引发下按自由基聚合反应机理，经多种聚合实施方式生产的热塑性树脂。是五大热塑性通用树脂中较早实现工业化生产的品种，其产量仅次于PE，位居世界第二位。
图片
结构
PVC的结构通式是：[-CH2-CHCl-]n。
PVC是氯乙烯单体多数以头-尾结构相连的线性聚合物。PVC分子链上的氯、氢原子空间排列基本无序，碳原子为锯齿形排列，所有原子以σ键相连，所有碳原子均为sp3杂化。PVC是无定形的热塑性树脂，制品的结晶度低，一般只有5%～15%。PVC支链和缺陷数量不多，一般每1000个氯乙烯重复单元有4～40个支链或缺陷。聚合反应温度越高，支化和缺陷就越多。例如在-63～-53 ℃聚合而成的PVC，没有支链。而在52 ℃聚合而成的PVC，每1000个氯乙烯重复单元就有30～35个支链。在PVC分子链上存在短的间规立构规整结构。随着聚合反应温度的降低，间规立构规整度提高。例如：在约-60 ℃聚合而成的PVC，间规立构规整度高达65%。
聚氯乙烯分子链中含有强极性的氯原子，分子间力大，使聚氯乙烯制品的刚性、硬度、力学性能提高，并赋予优异的难燃性能（氧指数：40.3），但其介电常数和介电损耗角正切值比PE大。聚氯乙烯树脂含有聚合反应中残留的少量双键、支链及引发剂残基，如烯丙基氯、叔氯或叔氢、带不饱和键或过氧化物残基的端基等，加上两相邻碳原子之间含有氯原子和氢原子，容易脱氯化氢，导致PVC在光、热的作用下容易发生降解反应，此外受热时会从这些部位开始发生自催化脱HCl反应，形成共轭多烯结构并进而发生交联、链断裂等反应而降解。
分类
根据应用范围不同，PVC可分为通用型PVC树脂、高聚合度PVC树脂、交联PVC树脂。通用型PVC树脂是由氯乙烯单体在引发剂的作用下聚合形成的；高聚合度PVC树脂是指在氯乙烯单体聚合体系中加入链增长剂聚合而成的树脂；交联PVC树脂是在氯乙烯单体聚合体系中加入含有双烯和多烯的交联剂聚合而成的树脂。通用型聚氯乙烯由于制备方法简单、用途广泛，在现货市场上流通的绝大部分都是通用型的聚氯乙烯树脂，而高聚合度的和交联的PVC树脂一般在特殊领域应用较多。
根据单体的聚合方法，聚氯乙烯可分为四大类：悬浮法聚氯乙烯、乳液法聚氯乙烯、本体法聚氯乙烯、溶液法聚氯乙烯。悬浮法聚氯乙烯是目前产量最大的一个品种，约占PVC总产量的80%。
根据树脂结构不同可以分为紧密型和疏松型两种，其中紧密型树脂颗粒直径一般为5～10μm，粒径较小，表面规则、呈球形、实心、像乒乓球状，不太容易吸收增塑剂，不易塑化，成型加工性稍差，但制品强度略高。疏松型树脂颗粒直径一般为50～100μm，粒径较大，表面不规则、多孔、呈棉花球样，容易吸收增塑剂，容易塑化，成型加工性好，但从制品强度上看，相对略低于同样配方、同样工艺条件下的紧密型树脂。
根据增塑剂含量的多少，常将PVC塑料分为：无增塑PVC，增塑剂含量为0；硬质PVC，增塑剂含量小于10%；半硬质PVC，增塑剂含量为10%～30%；软质PVC，增塑剂含量为30%～70%；聚氯乙烯糊塑料，增塑剂含量为80%以上。
性质
聚氯乙烯树脂是无毒、无臭的白色或淡黄色粉末，半透明有光泽，相对密度为1.35～1.45，玻璃化温度为80～85 ℃，使用温度为-15～60 ℃。PVC具有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃及绝缘性能，与大多数增塑剂的混合性好，因此可大幅度改变材料的力学性能。加工性能优良，价格便宜，但对光、热稳定性差，100 ℃以上或光照下性能迅速下降。PVC制品的软硬程度可以通过加入增塑剂量的多少进行调整，制成软硬相差悬殊的制品。纯聚氯乙烯的吸水率和透气性都很小。
（1）力学性能
聚氯乙烯分子中含有大量的氯原子，分子极性较大，分子间作用力较强，大分子的聚集程度高，链间距离为2.8×10-10m，小于聚乙烯的（4.3×10-10m），所以聚氯乙烯的拉伸强度、压缩强度较高，硬度、刚度较大，而其冲击强度、断裂伸长率较小。
聚氯乙烯的力学性能与低分子物含量有很大关系，聚氯乙烯塑料中常使用大量增塑剂，使用量可以相差很大，塑料性能变化很显著。增塑剂进入大分子之间，使聚氯乙烯分子间的距离增大，相互作用力（吸引力）减小，大分子运动容易。聚氯乙烯中加入的增塑剂多少对力学性能影响很大，未增塑PVC的拉伸曲线属于硬而较脆的类型。硬质聚氯乙烯的力学性能好，其弹性模量可达1500～3000 MPa；而软质聚氯乙烯的弹性模量仅为1.5～15 MPa，但断裂伸长率高达200%～450%。聚氯乙烯的耐磨性一般，硬质聚氯乙烯的静摩擦因数为0.4～0.5，动摩擦因数为0.23。
（2）热学性能
聚氯乙烯树脂的软化点低，75～80 ℃，脆化温度低于-50～-60 ℃，大多数制品长期使用温度不宜超过55 ℃，特殊配方的可达90 ℃。若聚氯乙烯树脂纯属头-尾相接线性结构，内部无支链和不饱和键，尽管C—Cl键能相对较小，聚氯乙烯树脂的稳定性也是比较高的。但即使纯度很高的聚氯乙烯树脂，长期在100 ℃以上或受紫外线辐射就开始有氯化氢气体逸出。说明其分子结构中存在碱性基团或不稳定结构。时间越长，降解越多；温度越高，降解速度越快，在氧或空气存在下降解速度更快。纯聚氯乙烯树脂在140 ℃即开始分解，到180 ℃迅速分解，而黏流温度为160 ℃，因此纯聚氯乙烯树脂难以用热塑性方法加工。在PVC生产时必须加入热稳定剂。
（3）溶解性
聚氯乙烯为极性高聚物，其溶解度参数约为9.5。聚氯乙烯能溶于某些酮、酯、氯化烃等，如四氢呋喃、环己酮、甲乙酮或丙酮与二硫化碳的混合物，以及四氢糠醇、二烷、二氯乙烷、邻二氯苯、甲苯等。聚氯乙烯的溶解性与分子量有很大关系，分子量越大，溶解性越差。通常乳液树脂比悬浮树脂的溶解性差，聚氯乙类在硝基甲烷、丙酮、酸酐和苯胺等溶剂中会溶胀。
（4）电学性能
聚氯乙烯属于极性高聚物，对水等导电物质亲和力较大，故电阻较非极性的聚烯烃要小，但仍有较高的体积电阻和击穿电压。聚氯乙烯的极性基团直接附着在主链上，在玻璃化温度以下，偶极链段受到冻结构主链原子的限制，不能移动，不产生偶极化作用，可作为室温的高频绝缘材料。做电线绝缘用时，悬浮树脂的电气绝缘性比乳液树脂高10～100倍。降解产生的氯离子会降低电绝缘性。聚氯乙烯的电性能受温度和频率的影响较大，同时耐电晕性不好，一般只能用于中低压和低频绝缘材料。
（5）化学性能
聚氯乙烯可耐除发烟硫酸和浓硝酸以外的大多数无机酸、碱、多数有机溶剂（如乙醇、汽油和矿物油）和无机盐，适合做化工防腐材料。聚氯乙烯在光、氧、热的长期作用下，容易发生降解，引起聚氯乙烯制品颜色的变化，变化的顺序为：白色→粉红色→淡黄色→褐色→红棕色→红黑色→黑色。
（6）安全性
PVC的安全问题主要来源于聚氯乙烯树脂中残留的氯乙烯单体及所使用的加工助剂。氯乙烯是一种略有芳香味，常温常压下无色的气体。1987年，氯乙烯被国际癌症研究机构（IARC）列为一类致癌物，加工助剂中的邻苯二甲酸二乙基乙酯（DEHP）和乙基己基胺（DEHA）在2000年被IARC列为三类致癌物。
（7）加工性能
聚氯乙烯在160 ℃以前以颗粒状态存在，在160 ℃以后颗粒破碎成初级粒子，在190 ℃时初级粒子熔融，可以用挤出、吹塑、注塑、压延、搪塑、发泡、压制、真空成型等方法进行加工。
聚氯乙烯的加工稳定性不好，熔融温度（160 ℃）高于分解温度（140 ℃），不进行改性难以用熔融塑化的方法加工。改性方法一是在其中加入热稳定剂，以提高分解温度，使其在熔融温度之上；二是在其中加入增塑剂，以降低其熔融温度，使其在分解温度之上。要求加工温度控制要精确，加工时间尽量短。聚氯乙烯熔体的流动性不好，并且熔体强度低，易产生熔体破碎和制品表面粗糙等现象；尤其是聚氯乙烯硬制品，此现象更突出，必须加入加工助剂，并且在注射时采用中速或低速，不宜采用高速。聚氯乙烯熔体之间、与加工设备之间的摩擦力大，并且有与金属设备黏附的倾向，因此需要加入相容性大的内润滑剂或相容性差的外润滑剂。聚氯乙烯熔体为非牛顿流体，熔体黏度对剪切速率敏感，加工过程中可以通过提高螺杆转速来降低黏度，但要尽量少调温度。聚氯乙烯在加工前需要干燥处理，条件是110℃, 1～1.5h。聚氯乙烯加工配方组分多，要充分混合，并且要注意加料顺序，为防吸油，通常吸油性大的填料后加，为防止影响其他组分分散，润滑剂要后加。混合温度一般在110 ℃。聚氯乙烯遇金属离子会加速降解，加工前要进行磁选，设备不应有铁锈。
改性
PVC具有脆性，热稳定性差，不易加工。为了改善其性能，增加品种，需进行改性，改性的品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。
（1）氯乙烯共聚物
氯乙烯可以和乙烯、丙烯、醋酸乙烯酯、偏二氯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯类等单体共聚，共聚物的产量占聚氯乙烯总产量的25%以下。
①氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。采用悬浮共聚法生产，一般有醋酸乙烯酯含量为3%～5%和13%～15%的两个品级，可用于制造塑料地板、涂料、薄膜、压塑制品、唱片及短纤维等。
②氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物。美国陶氏化学公司在20世纪30年代研制成功了偏二氯乙烯含量在50%以上的氯乙烯共聚物，商品名为莎纶B（Saran B）。这种共聚物耐老化，耐臭氧，机械性能好，能溶于四氢呋喃、环己酮和氯苯等有机溶剂，溶液具有较好的黏合性与成膜性。用这种共聚物制得的薄膜无毒、透明，具有极低的透气性与透湿性，是极好的食品包装材料。这种共聚物也是一种优良的防腐蚀材料。由其制造的纤维称偏氯纶，可做渔网、坐垫编织物和化工滤布等。
③丙烯-氯乙烯或乙烯-氯乙烯共聚物。丙烯含量约10%的共聚物，用于吹塑成型和注射成型等。与氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物相比，加工温度较低、且与热分解温度间隔大，熔体流动性好，无毒，透明。乙烯-氯乙烯共聚物，也是用悬浮法在75 ℃和1.2～96 MPa压力下共聚而成，乙烯含量为4%～43%，具有高耐冲击性，高透明度和优良的加工性能，无毒，可制透明度高的薄膜、容器等。
④氯乙烯接枝共聚物。以乙烯-醋酸乙烯酯树脂为基材的氯乙烯接枝共聚物，具有优良的耐冲击性、耐气候性和耐热性，适于做室外用建筑材料。还有用聚丙烯酸酯与氯乙烯的接枝共聚物。在西欧，接枝共聚物已有逐步取代相应的共混物的趋势。
（2）聚氯乙烯共混物
用其他树脂与PVC共混，是一种能多方面改进PVC性能的好方法。用机械共混法使PVC与乙烯-醋酸乙烯酯树脂共混，能起到长效的增塑作用，改善冲击强度、耐寒性及加工性。聚氯乙烯与丁腈橡胶、氯化聚乙烯或ABS树脂共混，也可以显著改善韧性、耐寒性和加工性。聚氯乙烯与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物的共混物，不仅冲击强度高，而且可以得到透明制品。聚氯乙烯共混物的研究与生产，使得品种不断增加，应用范围不断扩大。
（3）氯化聚氯乙烯
PVC经氯化而得的一种热塑性树脂是由溶液氯化法制得的，简称CPVC，含氯量为61%～68%，氢原子没有全部被氯取代。CPVC是白色或淡黄紫色粉末，溶解性比聚氯乙烯好，能溶于丙酮、氯苯、二氯乙烷和四氯乙烷，耐热性比聚氯乙烯高20～40 ℃，耐寒性比聚氯乙烯约低25 ℃，不易燃烧，耐气候、耐化学药品及耐水性均优，可以用挤出法生产管材，主要做热水上水管使用。氯化聚氯乙烯的溶液有良好的黏合性、成膜性和成纤性，可用于胶黏剂、清漆和纺丝。胶黏剂主要用于粘接PVC板及其制品。清漆的漆膜能耐腐蚀、柔软、耐磨且剥离强度高，用它纺成的丝称过氯纶，对酸、碱、盐皆稳定，适于做耐化学腐蚀的滤布、工作服、筛网、渔网和运输带等。
生产
氯乙烯的聚合属于自由基型聚合反应。聚合时采用的引发剂有偶氮类、有机过氧化物类和氧化-还原引发体系。反应迅速，同时放出大量的反应热。它的反应一般由链引发、链增长、链终止、链转移及基元反应组成。氯乙烯聚合可以选择的方法有悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合。氯乙烯聚合实施方法的选择要根据产品的用途、劳动强度、成本高低等进行合理选择。80%～85%的PVC树脂是通过悬浮聚合合成的，其次是乳液聚合和本体聚合。氯乙烯的溶液聚合因生产成本高，除特殊涂料生产使用外，应用较少。
应用
聚氯乙烯是五大通用合成塑料之一，具有良好的物理性能和力学性能，在工业、农业、建筑、交通运输、电力电信和包装等领域被广泛应用，可用作建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等。
（1）PVC型材
型材（或异型材）是我国PVC消费量最大的领域，约占PVC总消费量的25%，主要用于制作门窗和节能材料，目前其应用量在全国范围内仍有较大幅度增长。在发达国家，塑料门窗的市场占有率也是高居首位，如德国为50%、法国为56%、美国为45%。
（2）PVC管材
在众多的聚氯乙烯制品中，聚氯乙烯管道是其第二大消费领域，约占其消费量的20%。在我国，PVC管较PE管和PP管开发早，品种多，性能优良，使用范围广，在市场上占有重要地位。
（3）PVC膜
PVC膜领域对PVC的消费居第三位，约占10%。PVC与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，得到压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。宽幅的透明薄膜可以供温室、塑料大棚及地膜使用。经双向拉伸的薄膜，因受热收缩的特性，可用于收缩包装。
（4）PVC硬材和板材
PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。
（5）PVC一般软质品
利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。
（6）PVC包装材料
PVC可以制成透明、彩色、防静电、镀金、植绒等各种吸塑包装材料制品，其特点主要是透明度高、表面光泽好、晶点少、水纹小、用途广、耐冲击性强，并且易于成型，产品广泛用于玩具、食品、电子产品、医药、电器、礼品、化妆品、文具等产品的外包装。
（7）PVC护墙板和地板
聚氯乙烯护墙板主要用于取代铝制护墙板。聚氯乙烯地板砖中除一部分聚氯乙烯树脂外，其余是回收料、黏合剂、填料及其他组分，主要应用在机场候机楼地面和其他场所的坚硬地面。
（8）PVC日用消费品
行李包是聚氯乙烯加工制作而成的传统产品，聚氯乙烯被用来制作各种仿皮革，用于行李包、运动制品，如篮球、足球和橄榄球等。还可用于制作制服和专用保护设备的皮带。服装用聚氯乙烯织物一般是吸附性织物（不需涂布），如雨披、婴儿裤、仿皮夹克和各种雨靴。聚氯乙烯用于许多体育、娱乐用品中，如玩具、唱片和体育运动用品，目前聚氯乙烯玩具量增长幅度大，聚氯乙烯玩具和体育用品由于生产成本低、易于成型而占有优势。
（9）PVC涂层制品
有衬底的人造革是将PVC糊涂敷于布上或纸上，然后在100 ℃以上塑化而成。也可以先将PVC与助剂压延成薄膜，再与衬底压合而成。无衬底的人造革则是直接由压延机压延成一定厚度的软制薄片，再压上花纹即可。人造革可以用来制作皮箱、皮包、书的封面、沙发及汽车的坐垫等，还有地板革，用作建筑物的铺地材料。
（10）PVC泡沫制品
软质PVC混炼时，加入适量的发泡剂做成片材，经发泡成型为泡沫塑料，可做泡沫拖鞋、凉鞋、鞋垫及防震缓冲包装材料。也可用挤出机挤出成低发泡硬PVC板材和异型材，可替代木材使用，是一种新型的建筑材料。
（11）PVC透明片材
PVC中加冲击改性剂和有机锡稳定剂，经混合、塑化、压延成为透明的片材。利用热成型可以做成薄壁透明容器或用于真空吸塑包装，是优良的包装材料和装饰材料。
随着聚氯乙烯的技术发展，已开发了很多新型的聚氯乙烯材料并得到新的应用，如新型聚氯乙烯主要用于家电（洗衣机干衣机的控制面板、洗碗机控制面板、冰盒外壳、搅拌器机壳）、电气墙盒、接线设备、外配件、连接器，有的也应用于防水涂料以及沼气管的研制开发等。
发展史
PVC在19世纪被发现过两次，一次是在1835年，另一次是在1872年。两次机会中，这种聚合物都出现在被放置于太阳光底下的氯乙烯烧杯中，成为白色固体，但未引起重视。20世纪初，俄国化学家Ivan Ostromislensky和德国Griesheim-Elektron公司的化学家Fritz Klatte同时尝试将PVC用于商业用途，但困难的是如何加工这种坚硬的、有时很脆的聚合物。Waldo Semon和B. F. Goodrich Company在1926年开发了利用加入各种助剂塑化PVC的方法，使它成为更柔韧、更易加工的材料，并很快得到广泛的商业应用。1931年，德国法本公司采用乳液聚合法实现聚氯乙烯的工业化生产。1933年，W·L·西蒙提出用高沸点溶剂和磷酸三甲酚酯与PVC加热混合，可加工成软聚氯乙烯制品，这才使PVC的实用化有了真正的突破。英国卜内门化学工业公司、美国联合碳化物公司及固特里奇化学公司几乎同时在1936年开发了氯乙烯的悬浮聚合及PVC的加工应用。为了简化生产工艺、降低能耗，1956年法国圣戈邦公司开发了本体聚合法。目前，由于合成原料丰富、价格低廉，PVC在化学建材等应用领域中的用量日益扩大，需求量增加很快，地位逐渐加强。