提高高抗冲聚苯乙烯抗冲击性能的工艺优化.pdf

合成树脂新产品开发与应用专栏
合成树脂及塑料,2014,31(6):15
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
提高高抗冲聚苯乙烯抗冲击性能的工艺优化
姜立良
(中国石油化工股份有限公司广州分公司,广东省广州市510726)
摘要:采用透射电子显微镜观察高抗冲聚苯乙烯GH660,1300,466F的粒径,根据其粒径分布发现,橡胶的
接枝率和橡胶粒子粒径及其分布是造成GH660力学性能偏低的主要原因。结合提高接枝率的方法和大小粒子协同
增韧理论,通过增加一台预聚合反应器,采用双预聚合反应器的方法,对预聚合系统进行优化,调整两台预聚合反
应器中的温度和搅拌速率控制苯乙烯转化率和橡胶粒子粒径及其分布,使GH1660的表观接枝率由93%增至100%,
真实接枝率由81%增至94%;橡胶粒子粒径由3.0μm降至约2.0um,且小粒径橡胶粒子明显增多。优化后GH60的重
均分子量达3.00x10°,且相对分子质最分布変容,力学性能明显改善,拉伸屈服应力比参考指标高10%以上。
关键词:高抗冲聚苯乙烯双预聚合反应器技术力学性能接枝率
中图分类号:TQ325.2
文献标识码:B
文章编号:1002-1396(2014)06-0015-05
聚苯乙烯(PS)在家用电器、汽车等领域大量型透射电子显微镜观察广州石化公司生产的HIPS
应用,但PS较脆,耐环境应力开裂及耐溶剂性较GH60的粒径,并与美国道化学公司生产的HIPS
差,负荷变形温度、冲击强度较低,使其应用范围1300、德国BASF公司生产的HPS466F进行比较。
受限。为了拓宽应用领域,人们通过各种途径引1300和466F的相对分子质量分布出线呈双峰(简
人橡胶生产高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。生产HIPS的称双峰),而CH660的相对分子质量分布曲线呈单
经典方法是本体棗合,即将橡胶溶于苯乙烯单体峰。从图1可看出:1300中的橡胶粒子为大、小粒径
中,通过热引发或引发剂引发聚合,形成苯乙烯与粒子的复合结构,大粒径橡胶主要分布在1.0um
橡胶的接枝共聚物。苯乙烯预聚合阶段(通常转化左右,小粒径橡胶则分布在0.4~0.6m;466F中的
率<30%)直接影响HIPS中橡胶粒子粒径及其相转橡胶粒子粒径较大,主要分布在0.8pm以上,但橡
变行为,并决定最终HIPS的性能。
胶粒子包藏的PS较多,说明接枝率高,且分布均
中国石油化工股份有限公司广州分公司(简匀:而CH660中橡胶粒子的粒径相对较大,粒径大
称广州石化公司)的HIPS装置于1997年引进美部分在3.0um左右。1300和466F的接枝率都大于
国Fina石油化学公司的生产技术,产能为25kta,130%,而CH660的接枝率只有80%左右。
聚合单元采用3个串联的反应器:第一个是连续
从表1可以看出:1300利466F的弯曲强度、断
搅拌釜式反应器(即预聚合反应器)(R-1101),裂拉伸应变、悬臂梁缺口冲击强度、负荷变形温
第二个和第三个为卧式柱塞流反应器(分别为度均优于CH660。在橡胶品种和含量不变的情况
R-1001,R-1002)。由于工艺本身缺陷,HIPS的性下,橡胶的接枝率和橡胶粒子的粒径及其分布是
能不能满足高端用户要求,产品存在冲击强度偏影响HIPS性能的主要因素。微观结构分析表明:
低、综合指标差等问题。为此,广州石化公司和中分子链的支化程度增加,分子间的距离就增加
国石油化工股份有限公司北京化工研究院(简称
北化院)合作,采用双预聚合反应器及差别化控
收稿日期:2014-05-29。
制的方法提高橡胶的接枝率和控制橡胶粒子的粒
修回日期:2014-08-27。
径及其分布,从而提高HIPS的性能。本工作主要
作者简介:姜立良,1963年生,高级
探讨采用双预聚合反应器对HIPS性能的影响。
工程师,1984年毕业于郑州工学院化
学工程专业,现主要从事石油化工
生产技术管理工作。E-mail: Jiang
HIPS产品存在的主要问题及原因
gzsh@sinopec.com;联系电话:(020
采用荷兰FEI公司生产的 PHILIPS- TECNAI20
62121161
合成树脂及塑料
2014年第31卷
,引
ASSENT
b466F
C GH660
图1不同HPS试样的透射电子显微镜(TEM)照片(x5000
Fig 1 Transmission electron microscopy(TEM)photos of different HIPS samples
分子间作用力减小,导致拉伸强度降低,冲击强纹产生,小粒径的橡胶粒子则能终止银纹扩散,
度提高,所以在适当范围内提高接枝率可改进其HIPS中的橡胶粒子通过双峰分布能有效地提高
韧性。同样,在HPS中,大粒径的橡胶粒子诱导银HIPS性能。
表1GH660,1300466F的性能对比
Tab. I Property comparisons of the HIPS GH660, 1300 and 466F
项目
GH660
1300
466F
测试标准
熔体流动速率( MFR)IE?(10min'h
5.60
4.12
4.00
GB"T3682--2000
拉伸强度/MPa
29.0
30.0
B/P1040.2-2006
断裂拉伸应变,%
GBT1040.2--2006
弯曲强度/APa
32.1
47、2
45.0
CBT9341--2008
弯曲模量CP2
2.20
GBrT9341-2008
悬臂梁缺口冲击强度J?m
11.0
GB/T1843-2008
负荷变形温度/℃
78
GB/T1634.1--2004
综上所述,与1300和466F相比,G1660的接小。要使橡胶粒子为大、小粒子复合结构,可以
枝率较低、橡胶粒子形态及分布不好是产品质量用两台预聚合反应器分别采用不同的搅拌速率
存在差距的主要原因。
来实现。
从图2可以看出:高搅拌速率时(256 r/min)形
2工艺优化
成的橡胶粒子粒径较小(粒径大多分布在0.1-0.8
2.1方案的确定
um);低搅拌速率时(138 r/min)形成的橡胶粒子
相转变是在预聚合阶段完成的,一般发生在粒径较大(分布在1.0-2.0um);而采用双预聚
苯乙烯转化率为20%~30%时,相转变后会形成反应器并联且在不同搅拌速率(分别为256,138m
稳定的橡胶粒子。因此,提高HIPS冲击强度的关min)条件下,橡胶粒子可形成大、小粒子复合的
键在于优化预聚合系统。为了使GH660具有像双峰结构,大粒径为1.0~2.0um,小粒径为0.1-0.5
1300的双峰结构,北化院通过试验证明,控制预m。此外,还可以通过调整两台预聚合反应器中
聚合阶段的搅拌速率,可以控制HIPS中橡胶粒的温度控制两台反应器中苯乙烯的转化率,从而
子的大小。搅拌速率高,形成的橡胶粒子的粒径间接地控制PS的相对分子质量及其分布。
酸
a高搅拌速率
b低搅拌速卒
c双釜并联且分别使用高、低境拌速率
?2不同搅拌速率