ABS樹脂的合成工藝.doc

ABS樹脂的合成工藝路線設(shè)計(jì)說明書一前言 ABS樹脂是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，其特性是由三組份的配比及每一種組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，物理形態(tài)控制。丙烯腈表現(xiàn)的特性是耐熱性、耐化學(xué)性、剛性、抗拉強(qiáng)度丁二烯表現(xiàn)的特性是抗沖擊強(qiáng)度苯乙烯表現(xiàn)的特性是加工流動(dòng)性，光澤性。這三組分的結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使ABS樹脂具有優(yōu)良的綜合性能。ABS具有剛性好，沖擊強(qiáng)度高、耐熱、耐低溫、耐化學(xué)藥品性、機(jī)械強(qiáng)度和電器性能優(yōu)良，易于加工，加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤好，容易涂裝，著色，還可以進(jìn)行噴涂金屬、電鍍、焊接和粘接等二次加工性能。 ABS是本世紀(jì)40年代發(fā)展起來的通用熱塑性工程塑料，一般來說汽車、器具和電子電器是ABS樹脂三大應(yīng)用領(lǐng)域。我們合成的樹脂準(zhǔn)備應(yīng)用于汽車方面。汽車行業(yè)的發(fā)展的方向是高檔次、微型化、輕質(zhì)化和多元化，以塑代鋼在汽車應(yīng)用中的研究也變的十分活躍。目前國(guó)內(nèi)汽車用塑料平均占總材料的7%，我們需要加大研發(fā)工作，做到配件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、塑料材質(zhì)的選擇和行業(yè)同步發(fā)展。 ABS樹脂是汽車中使用僅次于聚氨脂和聚丙烯的第三大樹脂。ABS樹脂可用于車內(nèi)和車外部外殼，方向盤、導(dǎo)油管及把手和按鈕等小部件，車外部包括前散熱器護(hù)柵和燈罩等。合成的ABS樹脂我準(zhǔn)備用作汽車外部外殼的材料。二市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)ABS樹脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），具有耐熱、表面硬度高、尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性、電性能良好、易于成型和機(jī)械加工等優(yōu)異的綜合性能，在電子電器、儀器儀表、汽車、建材工業(yè)和日用制品等方面具有廣泛應(yīng)用。1997年世界ABS樹脂生產(chǎn)能力為556萬(wàn)噸/年，主要產(chǎn)地是亞洲、北美和西歐。亞洲的生產(chǎn)能力占世界總能力的60%以上。目前世界ABS生產(chǎn)能力發(fā)展的特點(diǎn)是“西方不振、東方高漲”，未來幾年內(nèi)世界新增能力仍主要集中在亞洲地區(qū)，韓國(guó)、中國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣省以及馬來西亞都將新建或擴(kuò)建ABS樹脂生產(chǎn)裝置，雖然亞洲地區(qū)的這些新增計(jì)劃不一定全部實(shí)現(xiàn)，但在未來幾年還是會(huì)有較大的發(fā)展。1999年，世界ABS樹脂需求量為375、2萬(wàn)噸，1996-2000年的年均需求增長(zhǎng)率為2.9%。隨著ABS樹脂逐漸向高性能、多功能樹脂發(fā)展，其需求量會(huì)大幅增加。 1998年我國(guó)ABS樹脂生產(chǎn)能力為25.3萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量約為10萬(wàn)噸，而我國(guó)1998年的需求量為75萬(wàn)噸，進(jìn)口量為106.9萬(wàn)噸，出口量為4萬(wàn)噸左右，我國(guó)是全球消費(fèi)ABS樹脂最多的國(guó)家之一為了滿足巨大需求，每年都要進(jìn)口大量ABS樹脂，主要的進(jìn)口來源是我國(guó)臺(tái)灣、日本和韓國(guó)，占占總進(jìn)口量的80%以上。主要進(jìn)口地區(qū)是廣東省，浙江省和福建省的進(jìn)口量上升量較快。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在家用電器方面，其中電視機(jī)、錄像機(jī)、電冰箱和洗衣機(jī)等消費(fèi)占總量90%以上，而汽車工業(yè)消費(fèi)僅占3%左右，其它領(lǐng)域（包括電子電器、空調(diào)器、電話機(jī)等）消費(fèi)量約占7%左右。今后幾年，我國(guó)的傳統(tǒng)家電市場(chǎng)的用量不會(huì)再有較大的增加，而汽車、通訊器材、空調(diào)器、熱水器、吸塵器、建筑、日用箱包和玩具等領(lǐng)域的ABS消費(fèi)將會(huì)明顯增加。三ABS的生產(chǎn)工藝 ABS的工業(yè)生產(chǎn)方法很多，主要有乳液接枝、乳液接枝摻合法和連續(xù)本體法等。 乳液接枝法是使苯乙烯單體和丙烯腈接枝在聚丁二烯膠乳上得到的ABS樹脂。這種方法現(xiàn)已為乳液接枝摻合法所取代。乳液接枝摻合法是在ABS樹脂的傳統(tǒng)方法-乳液接枝法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將部分苯乙烯單體和丙烯腈與聚丁二烯膠乳進(jìn)行乳液接枝共聚，而以另一部分苯乙烯單體和丙烯腈單體進(jìn)行共聚生成SAN，然后再將兩者以不同比例摻合可以得到各種牌號(hào)的ABS樹脂。這一方法根據(jù)SAN共聚工藝不同又可分為乳液接枝乳液SAN摻合、乳液接枝懸浮SAN摻合、乳液接枝本體SAN摻合三種， 目前乳液接枝一乳液SAN 摻混法在發(fā)達(dá)國(guó)家已被淘汰；乳液接枝一懸浮SAN摻混法只適合于中小型生產(chǎn)裝置；乳液接枝-本體SAN摻合法是較為先進(jìn)的一種工藝，它不僅使產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，生產(chǎn)能好下降，而且使廢水大大減少，生產(chǎn)成本顯著下降。因此現(xiàn)階段ABS樹脂生產(chǎn)的主要方法是：乳液接枝一本體SAN摻混法。 連續(xù)本體法是將聚丁二烯橡膠直接溶解于苯乙烯單體和丙烯腈中進(jìn)行本體聚合，從而制得ABS樹脂。但是由于本體法工藝本身的局限性，無(wú)法生產(chǎn)橡膠含量在20以上的ABS產(chǎn)品，其產(chǎn)品的抗沖強(qiáng)度受到限制，另外在橡膠粒徑控制上相對(duì)較難，亦無(wú)法達(dá)到乳液接枝本體SAN摻混法能達(dá)到的高光澤度，使得產(chǎn)品的范圍和性能有一定的局限性，還有待進(jìn)一步改進(jìn)。 綜合以上情況，我決定選用乳液接枝一本體SAN摻混法。乳液接枝一本體SAN摻混法的生產(chǎn)過程包括下面幾個(gè)中物的合成，摻混和后處理。具體過程如下：1丁二烯膠乳的合成：以乳化劑油酸鉀皂、硫醇、過硫酸鉀等組成的助劑溶液與丁二烯一起加入聚合釜中，反應(yīng)溫度9093攝氏度，用液氨冷卻，丁二烯轉(zhuǎn)化率80%83%，物料在釜中停留時(shí)間約16小時(shí)。反應(yīng)后，膠乳進(jìn)脫氣槽減壓脫灰發(fā)物，回收的丁二烯經(jīng)壓縮冷凝后循環(huán)使用。脫氣后的膠乳經(jīng)陳化34天后，送入儲(chǔ)槽供ABD接支使用。表1 丁二烯膠乳制備得配方及工藝條件項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)丁二烯油酸鉀皂過硫酸鉀硫醇100份12份0、51份515份聚合溫度聚合時(shí)間轉(zhuǎn)化率90-9316小時(shí)80%83%，2制備ABS接支粉料將丙稀腈，苯乙烯單體和聚丁二烯膠乳加入到反應(yīng)釜中，共使用4個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)釜，前三個(gè)進(jìn)行接支反應(yīng)，最后一個(gè)是陳化釜，均用不銹鋼制成。乳化計(jì)為油酸鉀皂，引發(fā)計(jì)為過氧化異丙苯，反應(yīng)溫度為90度，單體的轉(zhuǎn)化率為 88%。從陳化釜出來的ABS乳液進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)的攪拌槽中進(jìn)行凝聚，其中第一個(gè)槽作凝聚用，第二個(gè)槽做熟化用。凝聚計(jì)為稀硫酸或明礬，凝聚溫度90度。凝聚后得到的懸浮于母液中ABS細(xì)顆粒經(jīng)帶式過濾器洗滌后送去干燥。干燥后的ABS樹脂含水量一般可小于0.5%1%，用風(fēng)送至料倉(cāng)供摻混用。3制備SAN樹脂 由苯乙烯單體、丙烯腈和溶劑乙苯以及回收液組成的物料經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入聚合釜，丙烯腈；苯乙烯單體=30；70，乙苯占單體重量的5%10%。聚合反應(yīng)溫度為120150攝氏度，壓力0.1960、294兆帕，反應(yīng)后從聚合釜出來的物料用齒輪泵送入第一脫揮器，在0、196兆帕壓力下閃蒸除去大部分丙烯腈和部分苯乙烯單體、乙苯等揮發(fā)組分。然后經(jīng)管式加熱器加熱至240攝氏度后，進(jìn)入第二脫揮器，在2.67千帕壓力下再脫除殘余的苯乙烯單體等揮發(fā)組分。整個(gè)系統(tǒng)用290攝氏度的熱油保溫。熔融的SAN送去擠條切粒，然后送至SAN料斗供與ABS接枝粉料摻混使用。表2 制備SAN樹脂的配方及工藝條件項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)項(xiàng) 目數(shù) 據(jù)苯乙烯/份丙烯腈/份溶劑/份60851540515聚合溫度/停留時(shí)間/h110160154摻混與造粒ABS接支粉料加上添加計(jì)后與SAN粒料在混合器中混合，摻混采用機(jī)械攪拌的方法，這樣可以非常方便的調(diào)整三者的比例，極大的豐富ABS樹脂的品種和牌號(hào)，采用濕法摻混。然后進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒。最后送至成品ABS料倉(cāng)包裝后出廠。 其總的流程圖 如下：丁二烯膠乳合成ABS接枝膠乳ABS接枝粉助劑SAN樹脂苯乙烯丙烯腈助 劑ABS 樹 脂 凝聚、洗滌干燥 摻混擠壓本體聚合 乳液接枝本體SAN摻混法制備ABS樹脂流程圖三總結(jié)由以上資料可知，我們生產(chǎn)的ABS樹脂應(yīng)用于汽車外殼上，這要求ABS樹脂材料具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度和足夠的耐熱性、剛性，因此想要提高其在汽車方面應(yīng)用的比例必須對(duì)ABS樹脂進(jìn)行改性，重點(diǎn)合成耐熱和高抗沖性ABS樹脂。提高其耐熱性可在合成SAN樹脂時(shí)用苯乙烯丙烯腈N-苯基馬來酰胺亞胺三元共聚物作為基體樹脂ABS