合成树脂与塑料生产安全

合成树脂和塑料生产安全

合成树脂是将有机原料用化学方法人工合成而得的，一类具有类似天然树脂性能的高分子量的聚合物，是一种无定形的半固体或固体有机物。在合成树脂中加入适量的添加剂(增塑剂、稳定剂等)，在一定的压力和温度下加工，就成为塑料。塑料经过吹塑、挤压，延伸，注射等方法加工成形，即成为各种塑料制品。合成树脂与塑料的区别为：树脂指未加工的原始聚合物，塑料则指成形加工后的合成材料及其制品。广义上讲，合成树脂还是合成纤维、涂料和胶粘剂、绝缘材料的基础材料。按主链结构有碳链、杂链和非碳链合成树脂之分；按合成反应特征有加聚型和缩聚型合成树脂之分；但一般常按加热成形后的性能变化，将其划分为热塑性树脂和热固性树脂，其中，热塑性树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。热固性树脂有酚醛和脲醛树脂，环氧树脂，氟树脂，不饱和聚酯和聚胺酯等。

生产合成树脂的原料非常丰富，早期以煤为基础的焦油产品和电石乙炔为主，目前以石油和天然气为原料的已占绝大多数。利用石油馏分加工而成的合成树脂品种异常繁多。

合成树脂的生产方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等。虽具体的聚合方法各不相同，但可将其工艺过程概括为：备料、投料、聚合、出料、分离、干燥和后处理等七道工序。

合成树脂的主要品种及其简要工艺过程介绍如下：

聚乙烯简称PE，是乙烯聚合制得的一种热塑性树脂。聚乙烯又分为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)。聚乙烯生产又分为高压管式聚合法、高压釜式聚合法和低压淤浆法、低压溶液法、低压气相法聚合。聚乙烯可用以制造薄膜、中压容器、管材、板材、电线电缆、日用杂品，并可以做电视、雷达的高频绝缘材料。低压和高压聚乙烯生产工艺简介如下：

(1)低压聚乙烯，其工艺过程是以高纯度乙烯为主原料，丙烯或丁烯—1为共聚单体和氢气混合，以己烷或90号溶剂油为溶剂，使用高活性的钛基催化剂和三乙基铝活化剂，分别用溶剂己烷稀释到规定的浓度后由泵打人聚合釜，在约85℃温度及0．3～0．6MPa的低压下进行淤浆聚合反应，经离心机分离、蒸汽干燥、造粒机造粒后，得到不同牌号的高密度聚乙烯颗粒产品。低压聚乙烯生产方框流程见图1。

图1 低压聚乙烯生产工艺方框流程图

(2)高压聚乙烯，以高纯度乙烯为原料，有机过氧化物为催化剂，在反应温度为160～270℃、压力为127．53～245．25MPa的条件下进行一、二级聚合反应，再经热进料挤压机挤出，水下切粒，脱水，干燥后得到聚乙烯颗粒产品。高压聚乙烯生产工艺方框流程见图2。

图2 高压聚乙烯生产工艺方框流程图

聚丙烯简称PP，由丙烯聚合制得的一种热塑性树脂。有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主。聚丙烯可制造周转箱，容器，手提箱，汽车部件，家用电器零件，丙纶，薄膜，编织袋以及管材等。

聚丙烯生产方法有溶剂法，溶液法，液相本体法和气相法四种。从20世纪80年代开始，新建装置基本上采用液相本体法和气相法工艺，特别是液相本体法工艺发展速度很快，占越来越重要的位置，近年，我国新建多套液相环管反应器聚合装置使丙烯树脂的生产技术达到一个新的水平。

以液相本体法和气相法为例，其简要工艺过程是将聚合级丙烯经过精制后与聚合级的乙烯(共聚单体)混合，加压后进入聚合釜，同时加入催化剂和氢气进行聚合反应，先后经四釜串联聚合，前两釜为液相聚合，后两釜为气相聚合。聚合温度按釜的顺序分别为70，67，80和70℃，聚合压力也按釜的顺序分别为3～4，2．7～3．5，1．7～2．0和1．5MPa。在第四釜得到的聚合浆液经脱除催化剂和无规物后，再经闪蒸、干燥、造粒、包装为聚丙烯产品。其生产工艺方框流程见图3。

图3 聚丙烯生产工艺方框流程图

聚苯乙烯简称PS，是苯乙烯的均聚物。苯乙烯还可以与多种单体产生共聚物，共聚物通常以其单体名称间加一连字符“一”相连而命名。例如ABS树脂就是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。苯乙烯的均聚物与共聚物通称苯乙烯树脂。可由本体，悬浮、乳液等三种聚合方法制得，或这些工艺的联合使用。为增强聚苯乙烯的抗冲击性能，可将聚苯乙烯与合成橡胶掺和。聚苯乙烯具有很好的介电性质和光学性质，并能耐不少种类的酸和碱的腐蚀。可用于制造工业装饰、照明标示、电子器件、食品包装、工业家用电器和汽车、飞机仪表部件等。

聚苯乙烯生产以高抗冲聚苯乙烯为例，其简要工艺过程是将粉碎的顺丁橡胶投入苯乙烯和乙苯溶液中，加入定量的抗氧剂，在70℃温度下搅拌溶解为橡胶溶液。橡胶溶液在第一反应釜内进行聚合并完成相转变，再经第二、三、四反应釜，得到约为75％转化率的高抗冲聚苯乙烯树脂溶液。再经加热至240℃和在0．173MPa等压下，脱除苯乙烯和乙苯等挥发物。熔融状的树脂由泵加压从模头挤出条状，经水冷却硬化，切粒，掺混外部润滑剂即为高抗冲聚苯乙烯树脂产品。其生产工艺方框流程见图4。

图4 高抗冲聚苯乙烯生产工艺方框流程图

聚氯乙烯简称PVC，由氯乙烯在引发剂的作用下而制成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物。氯乙烯的均聚物与共聚物统称为氯乙烯树脂，也是利用悬浮，乳液和本体聚合的方法制得。用于制造软管，电线电缆，薄膜，人造革，发泡物，透明片材和硬管材料。

聚氯乙烯生产以悬浮法为例，其简要工艺过程是将氯乙烯单体、脱离子水、分散剂聚乙烯醇和羟丙基甲基纤维素、引发剂以及其他助剂按一定比例和规定的顺序投入聚合釜。控制恒定的温度和压力，在搅拌的情况下进行聚合反应。聚氯乙烯浆料经汽提脱除游离的氯乙烯后，经离心机脱水，沸腾干燥，筛分和包装，成为聚氯乙烯产品。其生产工艺方框流程见图5。

图5 聚氯乙烯生产工艺方框流程图

聚酯由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，亦称作醇酸树脂。主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和芳香脂等线型热塑性树脂。聚酯是一种性质优良用途广泛的工程塑料。还可用以制造聚酯纤维和聚酯薄膜。用途：制造小船壳体，汽车车身，皮箱，装饰板，贮槽和游泳池等。

生产聚酯方法有DMT酯交换缩聚路线和PTA直接酯化路线。以DMT酯交换缩聚工艺为例，其生产过程是将DMT(对苯二甲酸二甲酯)和Z-醇同时加入酯交换塔中，在催化剂醋酸锰的作用下进行酯交换反应，生成对苯二甲酸乙二酯，再加入缩聚催化剂、消光剂、稳定剂，脱去乙二醇后，经预聚合进入前、后缩聚釜进行缩聚反应，生成聚对苯二甲酸乙二酯，即聚酯。生成的聚酯再经切粒，包装后得到产品聚酯切片，其生产工艺方框流程见图6。

图6 聚酯生产工艺方框流程图

聚胺酯聚胺基甲酯的简称。高聚物的主链上含有重复的—HNCO—O—基因的树脂，通常调节配方可以制得热固性聚胺酯和热塑性聚胺酯。经发泡制成聚胺酯泡沫塑料，是目前产量最大的泡沫塑料产品。用于制造防振、隔音、隔热材料，如坐垫、床垫材料。聚胺酯(聚胺基甲酸酯)泡沫塑料是聚胺酯合成材料中最重要的一种。其生产方法有预聚体法，半预聚体法和一步法。以一步法发泡生产工艺为例，其生产过程是将原料聚醚(多元醇)与甲苯二异氰酸酯(TDI)在催化剂，泡沫稳定剂，发泡剂等存在下，按比例送人混合头，经高速搅拌后倾注在传送带的纸模上，经链增长，发气，交换等一系列反应，并成甲苯二异氰酸酯和水反应放出二氧化碳及氟碳化合物等气体，即在纸模上发泡，并逐步凝固成固体泡沫塑料。切断后进行熟化，然后剖切成各种不同规格的片材产品。流程见图7。

图7 聚氨酯泡沫塑料生产工艺方框流程图

酚醛树脂酚与醛经聚合制得的合成树脂的统称，其中以苯酚一甲醛树脂最为主要。酚醛树脂有热塑性和热固性两类。用以制造塑料、涂料、胶粘剂和合成纤维等。

聚甲基丙烯酸甲酯简称PMMA，由甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合而制得的热塑性树脂。多为无定型聚合物，相对分子质量常常高达100万。主要品种由本体聚合制得的五色固体，是优秀的有机透明材料，俗称有机玻璃。主要用途：制造战斗机座舱罩，挡风玻璃和挤压制品，皮革装饰，灯具涂料等。

此外，还有脲醛树脂，环氧树脂，醇酸树脂，氟树脂，纤维素树脂，有机硅树脂，呋喃树脂等合成树脂，都是塑料制品的丰富原料。

职业危害合成树脂生产特有的危险性与炼油生产、石油化学工业的危险性相同。在很大程度上取决于合成树脂生产所采用的原料，如乙烯、丙烯、氢氰酸，苯乙烯、苯、对二甲苯、氯乙烯、甲醛等物质，这些都属于易燃，易爆，易中毒的物质。火灾和爆炸是合成树脂生产的主要危险。合成树脂的各种原料，催化剂和溶剂还具有不同性质的毒性与职业危害。

1．火灾和爆炸：因为合成树脂的单体，溶剂和催化剂等都属于易燃易爆物质，生产装置规模庞大，工艺过程复杂，主要生产过程都是在高温高压的条件下进行，稍有疏忽就会引起火灾和爆炸。

合成树脂所使用的三乙基铝、三异丁基铝、异戊基铝，还有一氯二乙基铝与二氯乙基铝等混合物，这类催化剂在空气中能自燃、遇水能爆炸，有较大的火灾危险。催化剂一旦散落在地上，应立即撒上干黄砂，扫入铁质容器中，并移至安全地带，加水分解。

聚合反应大多是在高温、高压(甚至是超高压)的条件下进行的。操作时对其原料的配比、聚合温度、反应速度若控制不严，容易造成反应系统内压力猛增，引起冲料或出现超温暴聚。暴聚会造成设备堵塞，压力骤增，致使设备损坏跑料，酿成火灾爆炸。高压、超高压系统的反应器、管道附件要定期检查其腐蚀、变形、泄漏、震动等情况，

使之符合要求。对压力表、安全阀、紧急放空、自动报警及联锁等安全附件和控制仪表要经常检查，以保证灵敏可靠。负压系．统，如设备密封不佳，空气渗漏到系统内，也会出现燃烧爆炸。减压真空泵与聚合釜间的冷凝器效率差，易燃液体蒸气不能冷凝而排入大气，形成爆炸性混合物，遇明火同样产生燃烧爆炸。带压设备，贮罐的事故紧急排放设施失灵，易燃易爆物料紧急排放不当，放空管没有阻火器等，都有爆炸和着火的危险。

在树脂生产的工艺过程中，有些反应物料的温度高于该物质的自燃点，一旦设备发生泄漏，物料漏出便会立即燃烧。聚合使用的溶剂，多为易燃、易挥发、易产生静电的物质，高速泄漏，会产生静电火花引起着火或爆炸。悬浮聚合生产中发生溢料，水分蒸发后，未聚合的单体和引发剂附着在设备或地板表面，遇有火源极易发生燃烧和爆炸。

树脂聚合反应结束，在出料操作过程中，因为出料操作方式不善或者设备选材不当，所排出的未反应完的单体、溶剂、乳化剂、催化剂、引发剂，也都会造成着火与爆炸的危险。

大多数树脂都易燃粉体，在空气中的浓度达到爆炸极限时，遇火源会发生粉体的爆炸事故。粉尘的颗粒越细，危险性越大。在合成树脂的气动输送，树脂干燥和产品包装过程中，粉体爆炸是对生产的一种威胁。在粉体干燥和输送系统上要有良好的防静电措施，否则静电荷大量积累放电，将成为树脂输送，干燥系统着火爆炸的主要火源。

在整个合成树脂的生产过程中，还会发生灼伤事故。生产用的某些添加剂和催化剂，飞溅到人的眼中，皮肤上都会引起化学性灼伤。处理和输送熔融的热塑料存在着烫伤的危险，而低沸点的单体与人体接触，液体物料气化过程中会吸收大量的热量，造成人体冻伤事故。塑料成形加工使用的许多机械设备，要防止机械伤害事故，如三辊、四辊及多辊延压机的辊筒对滚处，容易将操作人员的衣服，手指等卷入。注射机，层压机，吹塑机易发生伤手事故。所以对机器的活动部件要有防护设施。

2．毒性：合成树脂的生产一般在密闭的系统中进行，通常不会危害人体健康。生产环境的工业卫生状况不好，或出现大量泄漏的情况下，因各种化工原料的性质不同，也会给人体健康带来不同的危害。

乙烯是一种麻醉剂。在大量泄漏时要警惕对人体的麻醉作用，但发挥作用快，恢复也快。只有在氧气中含94％乙烯时才有致命危险。

在苯乙烯共聚物生产中，最为危险的物质是丙烯腈、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯，在严重泄漏或溢出的事故状况下，这些化合物可引起急性中毒，导致昏迷和后遗症，如中毒性脑病和严重的中毒性肝炎。

烯烃类的聚合作用，所使用的烷基铝对人体特别有害，因为它们在空气中可自燃，遇到水会剧烈爆炸，其烟雾可以引起严重的肺部损伤，其溶液是含HCl的水解物，可引起疼痛性烧伤。

氯乙烯是毒性较大的单体，在(8 000～10 000)×10—6的浓度下可以造成急性中毒，而在浓度高达0．12时，人有可能致死。它的慢性中毒也比较严重，长期接触高浓度的氯乙烯，可引起“氯乙烯病”综合病症。其特征为神经毒性症状，末端微循环障碍，硬皮样皮肤病，肢端溶骨症，肝脾病变等等。现已确认氯乙烯是一种工业致癌物质。聚氯乙烯燃烧时可形成一些刺激性很强的物质，如盐酸气，光气和一氧化碳等毒气。

酚醛树脂、氨基树脂和聚酯树脂的生产原料，对人体的皮肤和黏膜有不同程度的刺激，可引起皮肤过敏反应和炎症；同时还要注意树脂粉尘对人体的危害，长期吸入高浓度的树脂粉尘，会引起肺部的病变。

预防措施

1．工厂的设计和布置要考虑得当，防火防爆间距要符合《石油化工企业设计防火规定》和《建筑设计防火规范》的要求。烷基铝的生产应当单独布置在远离主要生产装置的安全地带。原料贮存区与物料处理系统的设计要可靠，可以大大降低生产中的危险性。

2．要对工厂职工进行安全技术与生产技术的培训教育，各岗位操作人员必须经过培训，并考试合格，方可上岗独立操作。工厂要定期检查安全技术规程和岗位操作法的执行情况。每个工人都要弄清本岗位易燃、易爆、易中毒的因素，掌握排除故障和事故处理的技能，实现安全生产。

3．应开展各类事故特别是防止重大、特大灾害事故的预想活动，制定事故应急处理方案，并在岗位上配备足够数量的消防器材和防毒器材，经常检查由岗位工人，车间管理人员和技术人员组成的义务消防队的灭火能力，一旦发生事故，及时进行事故抢救，避免事故扩大，减少事故损失。

4．消除跑、冒、滴、漏，在有可能积存可燃气体和可燃物料蒸气的部位，安装可燃气体监测警报，避免事故发生。

5．在合成树脂生产装置内安装固定式和移动式通排风设备，增加厂房内或某一局部范围内的换气次数，降低厂房空气中有害物质的含量，以减轻对工人身体的危害；定期进行厂区附近空气中有害物质的浓度监测，并按监测数据检查现场的污染源头，及时堵塞漏洞，使空气中有害物质浓度降到国家工业卫生标准规定以下。

6．加强操作工人的个人保护措施。首先是教育工人懂得个人防毒措施和各种器材的防毒原理，自觉实施自我保护措施，学会自救互救方法。工厂要定期对接触有毒有害物质的人员进行身体检查，发现异常及早调离现场岗位进行治疗，并要在毒物危险性大，危害严重的岗位逐步推行定期离岗疗养制度，有效地减少工人接触毒物的时间。