熟化時間對ABS聚合反應轉化率的影響的試驗研究

孫宏巖，苑 穎，王 娜，唐仲赟，石 磊

(1.中國石油吉林石化公司 合成樹脂廠，吉林 吉林132022;2.中國石油東北煉化工程有限公司 吉林設計院，吉林吉林132022)

吉林石化現(xiàn)有年產能18萬噸ABS的裝置，采用乳液接枝-本體SAN摻混技術，節(jié)能減排和環(huán)境保護已經成為我國的一項基本國策和社會共識，對于化工行業(yè)即是推動企業(yè)轉變經濟增長方式，實施循環(huán)經濟、節(jié)約資源和能源;鼓勵發(fā)展資源消耗和環(huán)境污染少、技術含量和附加值高的產品，通過結構調整、技術改造等措施，提高經濟規(guī)模，降低資源消耗.因此，企業(yè)自身應該以技術進步為動力，加大節(jié)能減排技術研發(fā)和應用力度，有效促進企業(yè)節(jié)能創(chuàng)效.這不僅是環(huán)境保護的迫切需要，也是化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的內在要求［1-2］.

提高ABS接枝聚合反應轉化率有利于提高裝置的利用效率，減少對環(huán)境的污染，更符合國家節(jié)能減排的發(fā)展方針，具有環(huán)境友好的社會意義［3-4］.

通過開展提高ABS接枝聚合反應轉化率工業(yè)化試驗，驗證小試試驗結果.提高ABS接枝聚合反應轉化率將是吉林石化ABS生產技術的一大進步，將進一步完善20萬噸/年成套技術工藝包，提高自有技術水平.

1 實驗部分

1.1 原料

試驗原料物性指標列于表1.

表1 試驗原料物性指標

以上試驗原料均來自吉林石化公司合成樹脂廠.

1.2 ABS樹脂的制備

將ABS接枝粉料與SAN樹脂按照一定比例，通過螺桿擠出機熔融共混，擠出、造粒，得到ABS樹脂.

1.3 試驗過程

在吉林石化公司合成樹脂廠聚合單元，分別在AR-501A、AR-501B、AR-501C三個反應釜各進行一批延長熟化時間30 min的試驗，即在ABS聚合開始第三次反應時，反應釜在絕熱的情況下將反應時間由原來的20 min延長至50 min.共得到3批接枝膠乳.取每批延長熟化時間30 min后的膠乳，測試固含量及凝聚物含量.加入抗氧劑，機械攪拌1 h后凝聚、脫水、干燥，得到的粉料與SAN樹脂按0215A配方在單螺桿擠出機上進行共混，測試共混物性能.

實驗前將膠乳存儲罐AV-504A清空置換，將聚合的三批高轉化率膠乳單獨存放于膠乳存儲罐AV-504A中，加入抗氧劑并摻混均勻.取正常生產過程膠乳儲罐AV-504中膠乳作為標準樣.取AV-504A中高轉化率膠乳為測試樣，按照上述凝聚、脫水、干燥、共混、測試條件進行分析.在膠乳進入裝置系統(tǒng)后無異常情況下，又連續(xù)投入AR-501內5釜試驗料，做進一步對比.

2 結果與討論

2.1 轉化率測試結果

工業(yè)化試驗得到的膠乳的聚合轉化率結果列于表2中.

表2 轉化率測試結果

2.2 ABS接枝膠乳各性能測試結果

ABS接枝膠乳的各性能測試結果列于表3中.

表3 AR-501取樣接枝膠乳性能試驗結果

表4 AV-504A取樣接枝膠乳性能試驗結果

從以上結果可以看出，各批次ABS接枝膠乳性能穩(wěn)定，符合裝置要求.

2.3 工業(yè)化試驗產品主要性能結果

各批次得到的工業(yè)化試驗產品主要性能列于表5.

表5 工業(yè)化試驗產品主要性能

對比AR-501A、AR-501B和 AR-501C中取出的接枝膠乳，經凝聚、脫水、干燥、混煉得到的共混物的沖擊性能明顯低于標準樣.分析原因認為，AR-501三釜中取出的接枝膠乳樣品與AV-504(正常生產時)取樣的最大區(qū)別是抗氧劑的加入方式不同.AR-501三釜釜底取出膠乳后加入抗氧劑，均通過人工手動混合20 min左右.而AP-505取樣是裝置通過泵自動加入抗氧劑，并在AV-504中充分混合攪拌后的膠乳.而手動混合抗氧劑過程攪拌時間短、強度低、溫度低，抗氧劑不能很好地擴散到膠乳中，在混煉加工過程中影響了抗氧劑作用的發(fā)揮，從而影響了產品的力學性能.

通過調整取樣位置(AV-504A中取料)，達到與裝置生產過程相一致的混合條件，進行的3批次接枝聚合試驗得到的接枝膠乳，經凝聚、脫水、干燥、混煉得到的共混物的各項主要性能均達到裝置生產指標.在這3批試驗打通全流程且試驗結果符合生產要求的基礎上，連續(xù)開展5批次接枝聚合工業(yè)化試驗，產品的各項主要性能均達到裝置生產指標.

2.4 聚合過程DCS控制結果

裝置聚合過程DCS控制曲線如圖1～圖2所示.

圖1 工業(yè)化試驗中接枝聚合過程DCS典型曲線

圖2 裝置工藝接枝聚合過程DCS曲線

圖1為工業(yè)化試驗中接枝聚合過程DCS典型曲線，圖2為裝置工藝接枝聚合過程DCS曲線.對比以上接枝聚合過程DCS曲線可知，延長熟化時間30 min后，聚合溫度曲線與原生產過程基本保持相近，峰溫的位置及溫度基本沒有變化，聚合過程未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象.不同之處為當延長熟化時間30 min后，從第二峰溫開始出現(xiàn)30-40 min的不同于原工藝聚合過程中降溫速率的相對平緩的臺階.這說明，由于延長熟化反應時間，剩余單體充分參與聚合反應，反應放熱，從而改變了系統(tǒng)的降溫速率，出現(xiàn)降溫速率放緩的階段，從而提高了接枝聚合轉化率.DCS曲線存在的差異與接枝聚合轉化率提高的測試結果相吻合［5］.

3 結 論

(1)在利用ABS裝置進行的8批次延長熟化時間30 min的工業(yè)化試驗中，裝置工藝運行穩(wěn)定，證明該技術是可行的.

(2)工業(yè)化試驗結果表明，通過延長熟化時間30 min，接枝聚合轉化率均有明顯提高，超過了預期目標97.5%;膠乳的凝固物含量、機械穩(wěn)定性和表面張力等性能與同期裝置膠乳性能相當;粉料力學性能和加工性能與現(xiàn)有裝置指標相當，達到預期目標.

［1］郭元占，何承全.乳液聚合法生產丁苯橡膠的轉化率［J］.甘肅化工，1996(4):17-20.

［2］劉爽，張紅梅.降低ABS樹脂殘單的工藝研究［J］.煉油與化工，2010(3):9-10.

［3］潘祖仁.高分子化學［M］.北京:化學工業(yè)出版社，1997.

［4］趙繼忠，何承全.提高乳聚SBR生產裝置的轉化率［J］.合成橡膠工業(yè)，1996(5):297.

［5］陳朝陽.ABS樹脂的生產工藝技術及進展［J］.廣東化工，2003(1):54-56.