一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统及本体制备方法，系统包括通过管道依次串联的全混流反应器、活塞流反应器(电机位于釜下方)和静态混合反应器；所述活塞流反应器数量为2个。本发明专利技术有效解决了常规本体HIPS生产工艺中多级反应器系统存在的运行稳定性差、能耗较高，橡胶颗粒尺寸不均匀、分散性较差，容易爆聚等问题，全混流反应器形成稳定且粒径可控的橡胶颗粒，有利于提高橡胶的接枝率、提高单体转化率、稳定产品质量，改进后的装置运行平稳、能耗降低，制备出的HIPS树脂产品具有增韧橡胶颗粒尺寸可调、分散均匀、抗冲击强度高、加工性能优良的特点，有利于工业化生产，经济效益显著。经济效益显著。经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料合成与制备工艺领域，具体涉及到一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]通用聚苯乙烯(GPPS)树脂，即苯乙烯均聚物，是最早工业化的合成树脂之一，具有良好的透明性、刚性、尺寸稳定性、加工流动性、耐化学腐蚀性和电绝缘性等，广泛应用于工程、汽车工业、家用电器等领域。然而，由于其断裂韧性、耐环境应力开裂性、耐溶剂性和耐热性等不足限制了GPPS的进一步应用。近年来，增韧树脂得到了广泛的开发和应用，其中，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是一种典型的橡胶增韧树脂材料。HIPS树脂是由GPPS连续相和橡胶分散相组成的一种典型的两相结构的白色不透明珠状或粒状热塑性树脂。由于增韧橡胶粒子的存在，HIPS不仅具有类苯乙烯系树脂的刚性、优良加工性、良好的尺寸稳定性等优点，同时HIPS树脂较GPPS基体树脂抗冲击性能显著提高，广泛应用于电子电气工业、汽车制造工业、家电工业等，已发展成为最成功的苯乙烯系增韧树脂之一。
[0003]用橡胶改性GPPS树脂生产HIPS较为简便的方法是机械共混法，其工艺简单，易于实施，橡胶加入量准确，但机械共混制备HIPS的生产工艺橡胶粒子粒径比较粗大，增韧效率较低。本体接枝共聚合制备HIPS是将增韧橡胶组分按照一定的比例溶于苯乙烯和少量的溶剂中，在一定温度下，溶解后的胶液与引发剂、分子量调节剂，经自由基反应进行接枝聚合的过程，通过脱挥、造粒过程得到HIPS树脂产品。由于橡胶相颗粒通过与部分苯乙烯单体接枝，橡胶与苯乙烯形成的化学键增多，所形成的橡胶分散相中包含聚苯乙烯单元，使得橡胶相和非接枝的GPPS相间的相互作用增强，相界面间的结合能增强，促使橡胶粒子均匀分散于GPPS基体中改善了增韧效果，使得材料的冲击强度等物性得到显著提高。此外，由于本体接枝聚合工艺流程紧凑、能耗低、产品纯净、气味低、废水排放少、污染小，操作费用低且有利于环保，同时易于连续化和自动化等优点，是当前国家比较重视发展的生产工艺，具有很强的应用前景。然而，连续本体聚合法制备的HIPS树脂工艺对橡胶的种类、反应器的控制、强化传质、传热过程有较高的要求。国内引进的连续本体法HIPS树脂生产装置均为美国陶氏化学(DOW)开发的最具代表性的多级活塞流管式反应器串联装置，该装置由3个活塞流反应器串联组成，每个反应器中有多层隔板以减少返混，每个活塞流管式反应器搅拌桨可独立控制，搅拌效果较好，避免了物料挂壁问题，产品性能、颜色较佳。然而，该装置传质、传热要求高，各级反应器工艺波动性大，系统稳定性差，橡胶粒径不均匀，存在爆聚等问题。因此，设计一种改进型的高性能HIPS树脂的生产工艺系统并建立其制备方法对于高性能HIPS树脂的开发和应用是非常有价值的。
[0004]本体法制备HIPS过程中存在明显的相转变阶段，即橡胶相颗粒通过与单体接枝以形成与GPPS基体间必要的界面粘结力，并促使橡胶粒均匀分散于GPPS连续相中，该阶段形成的橡胶粒子大小及分布对HIPS的性能影响很大。因此，在本体法制备HIPS树脂过程中，为了保证了橡胶相粒子的均匀分散，增韧橡胶通常先溶解于苯乙烯中，然后进行本体接枝共
聚合。此外，从长远的角度考虑，HIPS生产工艺系统的设计需要重点关注工艺装置的运行稳定性和能耗。橡胶粒子的大小决定了HIPS的光泽度，进而影响其应用领域，然而，当前的生产工艺难以实现橡胶粒子大小的调控。研究表明，在剪切应力作用下，橡胶相粒子的大小能够得到控制，搅拌剪切强度决定相反转过程中橡胶粒径的大小，当剪切强度较小时，橡胶粒子的粒径随剪切强度增加而减小，但当剪切强度很高时，随着剪切强度的增加，橡胶粒子粒径不再减小。因此，设计一种改进型的HIPS制备工艺系统并优化其制备方法，改进后的装置运行平稳、能耗降低，制备出的HIPS树脂产品具有增韧橡胶颗粒尺寸可调、分散均匀，对调控和优化HIPS性能和生产至关重要。
[0005]全混流搅拌器能够设置内部搅拌强度和剪切时间，是一种典型的通过控制橡胶的粒径和分布控制相转化的反应器，而且通过剪切时间的控制可适当降低装置的能耗。近年来，为了保持较高的单体转化率和橡胶接枝率，同时降低装置的能耗，无动力的静态混合反应器得到了广泛的应用。类似于活塞流反应器，无动力静态混合搅拌器中从上到下设置不同的区域，通过控制不同区域的加热温度和压力的控制进一步控制接枝反应。当前常用的活塞流反应器系统不具有全混流反应器和无动力静态混合反应器，并且活塞流反应器搅拌控制装置在反应釜上方，导致装置稳定性、运行平稳性下降。
[0006]基于上述HIPS树脂制备工艺现状，本专利技术涉及一种串联排列的含全返混流反应器和无动力静态混合反应器的管式平推流反应器系统连续本体HIPS树脂的生产工艺和相关设备，主要解决目前常规本体HIPS生产工艺中系统稳定性差，橡胶粒子尺寸不均匀、分散性较差，反应器运行平稳性差、能耗较高等突出问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中HIPS生产工艺系统存在的系统运行稳定性差、反应器能耗较高，制备出的橡胶尺寸不均匀、分散性较差等问题，本专利技术提出一种包含全混流反应器和静态混合反应器的高性能HIPS树脂的生产工艺系统。
[0008]为了实现本专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统，包括通过管道依次串联的全混流反应器、一级活塞流反应器、二级活塞流反应器和静态混合反应器；
[0010]所述全混流反应器上设有主进料口、辅进料口；
[0011]主进料泵通过管路先依次串联主进料计量泵、预热器，再与主进料口连通；
[0012]引发剂进料泵、链转移剂进料泵、稀释循环液进料泵分别通过各自的支路管道汇入一条辅进料管道再与辅进料口连通；
[0013]所述引发剂进料泵、链转移剂进料泵和辅进料管道之间分别串联引发剂计量泵、链转移剂计量泵；
[0014]所述一级活塞流反应器、二级活塞流反应器均为管式反应器，每个活塞流反应器均分上、中、下三个区域，每个区域均设置有导流板、带平桨的搅拌轴；所述静态混合反应器无搅拌桨设置。
[0015]所述全混流反应器、活塞流反应器的上、中、下三个区均为独立导热管系统、温度控制系统和压力控制系统。
[0016]进一步地，所述全混流反应器内配有多个转子与定子微观搅拌器；所述微观搅拌
器通过搅拌控制器控制，搅拌转速设置0.3
‑
25r/min。
[0017]进一步地，所述微观搅拌器通过搅拌轴与设置在全混流反应器上方的控制系统传动连接，在一个聚合周期内搅拌速度恒定，搅拌速度设置为0.3
‑
25r/min。全混流反应器配有多个转子与定子微观搅拌器以保证有足够的撤热能力，物料利用反应器转子与定子之间的缝隙迅速充分混合接触以保证橡胶在溶液中分布均匀，通过控制搅拌速度，可调节HIPS树脂光泽度，当搅拌转速设置15
‑
25r/min，优选15
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，包括通过管道依次串联的全混流反应器、一级活塞流反应器、二级活塞流反应器和静态混合反应器；所述全混流反应器上设有主进料口、辅进料口；主进料泵通过管路先依次串联主进料计量泵、预热器，再与主进料口连通；引发剂进料泵、链转移剂进料泵、稀释循环液进料泵分别通过支路管道汇入一条辅进料管道，再与所述辅进料口连通；所述引发剂进料泵、链转移剂进料泵和辅进料管道之间分别串联引发剂计量泵、链转移剂计量泵；所述一级活塞流反应器、二级活塞流反应器均为管式反应器，每个活塞流反应器均分上、中、下三个区域，每个区域均设置有导流板、带平桨的搅拌轴；所述全混流反应器，活塞流反应器的上、中、下三个区域，静态混合反应器均为独立导热管系统、温度控制系统和压力控制系统。2.根据权利要求1所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述全混流反应器内配有多个转子与定子微观搅拌器；所述微观搅拌器通过搅拌控制器控制，搅拌转速设置0.3
‑
25r/min。3.根据权利要求2所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述微观搅拌器通过搅拌轴与设置在所述全混流反应器上方的搅拌电机传动连接，当搅拌转速设置15
‑
25r/min时，制备出的HIPS树脂为高光泽树脂；搅拌速度设置0.3
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15r/min时，制备出的HIPS树脂为亚光树脂。4.根据权利要求1所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述活塞流反应器内部的搅拌桨与安装在所述活塞流反应器底部的搅拌桨电机传动连接；所述一级活塞流反应器、二级活塞流反应器的搅拌速度依次降低；所述一级活塞流反应器、二级活塞流反应器、静态混合反应器内的温度和压力逐渐增大；所述静态混合反应器的上、中区域撤热，下区域加热。5.根据权利要求4所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述全混流反应器、活塞流反应器、静态混合反应器均设置夹套，反应器内有导流板，所述导流板和导流板夹层内部均敷设导热油管，所述导热油管与导热油泵连通。6.根据权利要求5所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述全混流反应器、一级活塞流反应器、二级活塞流反应器和静态混合反应器及管路的至少一部分由碳钢、不锈钢材料制成，内表面具有防锈涂层。7.利用权利要求1
‑
6任一所述的高性能HIPS树脂的生产工艺系统制备高性能HIPS树脂的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：步骤一，将按比例配制的苯乙烯、抗氧剂和增韧橡胶颗粒由所述主进料泵输送至进料管路，先预热到100
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110℃后经主进料口进入所述全混流反应器中；同时，将按照配方比例溶解的引发剂溶液、链转移剂溶液、稀释循环液分别经各自的进料泵连续加入所述全混流反应器中进行预聚合反应，所述全混流反应器控制反应温度100
‑
115℃之间，压力设置为0.25
‑
0.35MPa，搅拌速度设置为0.3
‑
25r/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杨，冷雪菲，刘立新，韩丽，郑可嘉，王艳色，
申请(专利权)人：北京鑫美格工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：