一种高性能ABS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ABS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3个。本发明专利技术有效解决了常规本体ABS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ABS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ABS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ABS树脂的生产工艺系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]ABS树脂是由SAN(苯乙烯和丙烯腈的共聚物)连续相和分散的橡胶相组成的一种典型两相结构的三组分热塑性树脂。橡胶相颗粒通过与部分单体接枝以形成与非接枝共聚物基体间必要的界面粘结力,并促使胶粒均匀分散于基体中。由于增韧橡胶粒子的存在，使ABS树脂较SAN基体树脂抗冲击性能提高了几倍甚至十几倍。ABS各组分赋予其各自独特的性能，其中，丙烯睛(AN)组分赋予树脂耐化学性、耐候性、耐热性；丁二烯(Bd)组分赋予树脂韧性和耐低温性能(低温耐冲击强度)；苯乙烯(St)组分则赋予树脂优良的电性能、加工性能和表面光泽性。因此，ABS树脂具有抗冲击性、高刚性、耐油性、耐低温性、耐化学药品性，机械强度和电气性能优良，易于加工且加工的尺寸稳定性和表面光泽度良好，是综合性能优异的高分子材料，广泛应用于大型小型电子电器、交通运输汽车和摩托车仪表盘、车轮罩、轻工领域箱包、玩具和板材等。
[0003]ABS树脂通常是以经典的聚丁二烯橡胶或丁二烯、苯乙烯共聚物橡胶为增韧剂，按照一定的比例将增韧剂溶解在苯乙烯、丙烯腈中，采用引发剂引发的方法制备。目前ABS树脂生产主要有乳液接枝
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SAN掺混法和连续本体法两种制备工艺。然而，乳液接枝
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SAN掺混法制备ABS树脂生产工艺，流程长且复杂，为间歇操作过程，废水量大，乳聚、接枝、掺混等过程控制点多，后处理过程繁杂。连续本体聚合法是将增韧橡胶组分按照一定的比例溶于苯乙烯、丙烯腈和少量溶剂中，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过程，通过脱挥、造粒过程得到ABS树脂产品。连续本体制备ABS树脂工艺相比乳液接枝
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SAN掺混法较为简单，工艺流程紧凑，ABS树脂产品纯净，能耗低且废水排放少，产品气味低，对环境的影响很小，是目前国内比较重视发展的生产工艺。然而，连续本体聚合法制备ABS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。
[0004]美国陶氏化学(DOW)首先开发了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的生产工艺，受其启发，通用电气(GE)、陶氏化学(Dow)、孟山都(Monsanto)、巴斯夫(BASF)、日本三井东亚等，都在此基础上开发了独具特色的ABS本体法生产工艺。其中，最具代表性的生产工艺，例如，DOW开发的活塞流反应器串联技术由4个反应器串联组成，每个反应器中有多层隔板以减少返混；日本三井东亚株式会社掌握的全混釜串联反应器，部分物料通过齿轮泵在釜外釜内进行循环，形成稳定且粒径可控的橡胶粒子。相比较而言，全混釜工艺的反应釜属于非满釜操作，与活塞流反应器相比，搅拌效果较差，生产的ABS产品分子量分布宽，颜色偏黄，性能较差。因此，国内引进的连续本体法ABS树脂生产装置均为DOW开发的串联式多级活塞流管式反应器，属于满釜操作，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，多级活塞流管式串联反应器，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。
[0005]ABS树脂是由SAN连续相和分散的橡胶相组成的两相结构，因此，ABS的制备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SAN基体间必要的界面粘结力，并促使橡胶粒均匀分散于SAN连续相中，该阶段形成的橡胶粒子大小及分布对ABS的性能影响很大。研究表明，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ABS制备工艺系统，使其能够调控橡胶粒子的尺寸大小及分布，进而控制相转化阶段和调控ABS光泽度等其它性能是至关重要的。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ABS树脂制备工艺现状，本专利技术涉及一种串联排列的含全混流反应器和静态混合反应器的管式活塞流反应器系统连续本体ABS树脂的生产工艺和相关设备，主要解决目前常规本体ABS生产工艺中反应器运行平稳性差、能耗较高，橡胶粒子尺寸不可控、分散性较差等突出问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中ABS生产工艺系统存在的系统稳定性差、反应器能耗较高，制备出的橡胶尺寸不可控、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ABS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ABS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、三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支路管道与辅进料管道连通，所述辅进料管道与辅进料口相连；
[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、三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、活塞流反应器和静态混合反应器的上、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
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25r/min。
[0017]进一步地，所述微观搅拌器控制系统在反应器上方，在一个聚合周期内搅拌速度恒定，搅拌速度设置为0.3
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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ABS树脂光泽度，当搅拌转速设置13
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25r/min，优选13
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能ABS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、三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，再与所述主进料口连通；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各自的支路管道汇入辅进料管道，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、三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分上、中、下三个区域，每个区域均设置有导流板；所述全混流反应器，活塞流反应器的上、中、下三个区域，静态混合反应器的上、中、下三个区域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ABS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
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25r/min。3.根据权利要求2所述的高性能ABS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13
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25r/min时，制备出的高性能ABS树脂为高光泽树脂；搅拌速度设置0.3
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13r/min时，制备出的高性能ABS树脂为亚光树脂。4.根据权利要求1所述的高性能ABS树脂的生产工艺系统，其特征在于，所述活塞流反应器内的搅拌轴与安装在所述活塞流反应器底部的电机传动连接；所述一级活塞流反应器、二级活塞流反应器、三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、三级活塞流反应器、静态混合反应器内的温度和压力设置逐渐增大；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ABS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，反应器内部设有导流板，所述夹套和导流板的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ABS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、三级活塞流反应器和静态混合反应器及管路至少一部分由碳钢、不锈钢材料制成，内表面具有防锈涂层。7.利用权利要求1
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6任一所述的高性能ABS树脂的生产工艺系统制备高性能ABS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、丙烯腈单体、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
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110℃之间，压力设置为0.25
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0.45MPa，搅拌速度0.3
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25r/min；预聚停留时间0.2
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1小时，出口处固含量控制在10
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15％；...

【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：