乳液接枝一本体SAN掺混法是在乳液接枝法的基础上发展起来的,是目前生产ABS树脂最主要的生产工艺,主要由接枝用主干胶乳的合成、主干胶乳与苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚、本体SAN共聚物的合成以及ABS接枝共聚物与SAN树脂的掺混等步骤组成。采用该方法生产ABS树脂的的优点在于可通过调整掺混比例、添加剂的种类和数量,生产不同品种牌号的ABS树脂,技术先进可靠,产品范围宽,性能好,污染小。
ABS连续本体聚合法由日本TEC-MTC公司在20世纪80年代中期实现工业化生产,是近年来发展较快的一种生产工艺。它与高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的连续本体法很相似,主要区别在于反应多了丙烯腈单体。ABS连续本体聚合主要包括溶胶、预聚合、聚合、脱挥和造粒等过程,将一定量聚丁二烯橡胶溶于按比例配制的苯乙烯和丙烯腈单体中,在少量溶剂存在的情况下连续加入到一个全混流反应器实现相转变,再经过多级活塞流反应器继续反应,整个聚合过程亦都伴随着接枝反应,接着在物料达到约75%的转化率后送到脱挥器将未反应的苯乙烯和丙烯腈单体与溶剂闪蒸出去并回收循环利用,熔融的物料再经过造粒得到ABS树脂成品。上述反应器的结构与HIPS、SAN本体聚合的反应器基本相同,因此ABS连续本体生产线也可用于生产HIPS和SAN等产品。ABS连续本体聚合法具有工艺流程简单、操作容易、污染小和投资省等特点,国外新建装置有向该工艺发展的趋势,但是由于本体法工艺本身的局限性,无法生产橡胶含量在20%以上的ABS产品,其产品的抗冲强度受到限制,另外在橡胶粒径控制上相对较难,亦无法达到乳液接枝本体SAN掺混法能达到的高光泽度,使得产品的范围和性能有一定的局限性,还有待进一步改进。目前,乳液接枝本体SAN掺混法的研究方向是提高胶乳质量,缩短反应停留时间和增大胶乳粒径,而连续本体法的研究方向是橡胶粒径的分布以及大小控制以获得更高的抗冲性能和光泽度,目前在通过不同引发剂、橡胶种类的使用,引入第四单体等方面取得了较大进展。
虽然ABS树脂有很多优点,但它的“替代”势力也在成长。聚碳酸酯(Pc)/ABS就可以替代阻燃ABS,聚碳酸酯/ABS合金也可替代溴化ABS树脂。
【3】ABS树脂生产工艺现状及发展趋势
ABS树脂是指聚丁二烯橡胶与单体苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物。它综合了丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)各自聚合物的优良性能,具有抗冲击性能、耐低温性能、绝缘性能,而且表面光泽性、着色性能良好。到20世纪80年代美国Dow化学公司和日本三井东亚公司分别开发出本体ABS生产技术,将ABS树脂生产技术推向了新的阶段。
1、ABS树脂工业生产技术
ABS树脂生产装置的生产规模逐步扩大,各种性能以及专用料的开发日趋成熟。目前工业化的ABS树脂生产技术有:乳液接枝聚合法;乳液接枝掺混法和连续本体聚合法。其中乳液接枝掺混法又分为:乳液接枝—乳液SAN掺混法;乳液接枝—悬浮SAN掺混法;乳液接枝—本体SAN掺混法。这3种ABS树脂工业生产技术综合评价见表1。
1.1、乳液接枝—本体SAN掺混生产技术
该技术由于生产技术成熟,产品牌号多,产品力学性能、外观着色性能、加工性能均良好,所以是目前ABS树脂生产的主要方法,有近80%的ABS树脂生产厂采用该方法。乳液接枝—本体SAN掺混工艺流程见图1。
乳液接枝—本体SAN掺混法由于本体SAN生产成本比较低,所以近几年开发的重点是生产高性能ABS粉料。目前ABS高胶粉的主要研究方向是提高胶乳中橡胶相(乳液聚丁二烯主干或乳液丁苯胶乳主干)的含量,努力缩短聚丁二烯主干胶乳的聚合反应时间和苯乙烯和丙烯腈在PB胶乳上接枝的聚合反应时间,严格控制胶乳粒径和粒径分布,提高ABS树脂的冲击性能和改善外观光泽度。
1.1.1、PB胶乳合成技术
ABS接枝主干PB胶乳有聚丁二烯胶乳、丁苯胶乳和丁腈胶乳,不同PB胶乳对ABS树脂性能有一定影响,聚丁二烯PB胶乳可使树脂有较好的耐寒性;丁苯PB胶乳可改善ABS树脂的加工流变性;丁腈PB胶乳可以提高树脂的耐油性。
PB胶乳粒径、粒径分布、凝胶含量对ABS树脂影响比较大,为了保证ABS有足够的冲击强度,要求PB胶乳的平均粒径要达到250-300nm,凝胶含量控制在60%-80%。粒径分布控制在一定范围内有利于ABS树脂加工流动性和外着色性能。
PB胶乳大粒径合成有2种方法:1种方法是在聚合过程中直接合成大粒径胶乳,称1步法;另1种方法是先合成小粒径胶乳,再将小粒径附聚成大粒径,故称2步法。由于1步法直接合成大粒径胶乳的时间长,一般为25-40h,设备利用率低、装置生产能力小,所以目前阳胶乳聚合工艺的发展重点是2步法。
生产80-100nm小粒径PB胶乳反应速度快,一般在8-12h内完成。小粒径PB胶乳附聚增大粒径有冷冻附聚、压力附聚和强力搅拌附聚等物理附聚法。日本合成橡胶公司、美国GE公司都曾采用过该方法。物理附聚法由于能耗大,附聚的大粒子不易控制,工业生产中应用逐步减少。相对于物理附聚法的是化学附聚法,即向小粒径PB胶乳中加入无机盐、有机酸,以及其它的高分子乳液进行附聚使胶乳粒径增大。目前,台湾奇美、韩国LG、韩国锦湖公司、日本瑞翁公司都采用化学附聚或高分子附聚法生产PB胶乳。
国内兰化石化公司和大庆石化公司在高分子附聚和化学附聚生产阳胶乳方面做了大量的研发工作,取得了较好的效果。兰化石化公司已进行了PB胶乳高分子附聚的中试工作。
大庆石化公司经过两年的研究,自主开发出小粒径PB胶乳聚合、化学附聚和6h接枝技术,已应用于50kt/aABS装置扩能改造。在PB胶乳聚合、接枝聚合釜不增加的情况下,装置的产能明显的增加了,产品力学性能和加工性能以及色度达到了同类产品的先进水平。
1.1.2、高胶含量ABS接枝粉生产
在乳液接枝—本体SAN掺混法生产ABS技术中,由于ABS接枝粉生产工艺复杂,成本高,所以在与本体SAN掺混生产ABS过程中都努力在不降低ABS树脂性能的基础上,降低ABS接枝粉的掺混比例。因此开发生产高胶含量ABS接枝粉成为关键环节。
要使ABS接枝粉有较高的质量,就要控制ABS接枝聚合的接枝度和接枝效率,通过选用合适的引发剂(如BZ202)即可保证接枝反应有较高的反应速率和最终转化率,又能保证聚合反应有较高的接枝效率。
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