影響均質(zhì)機(jī)粒徑波動(dòng)因素及改進(jìn)措施

董文慧

（天津大沽化工股份有限公司，天津300455）

1 PBL 膠乳的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

我公司的工藝路線是將除去抑制劑的丁二烯單體在熱無離子水和助劑溶液的共同作用下以半連續(xù)的方式通過乳液聚合制得小粒徑PBL 膠乳。聚合后的小粒徑乳膠通過泵送的形式輸送至中間儲(chǔ)罐中進(jìn)行存儲(chǔ)。我公司采用均質(zhì)機(jī)設(shè)備對(duì)聚合后的小粒徑膠乳進(jìn)行壓力附聚，從而制得大粒徑PBL 膠乳，見圖 1。

壓力附聚工作原理是小粒徑膠乳在高壓環(huán)境下通過均化器收縮孔進(jìn)行附聚。壓力附聚有著能耗高、粒徑分布寬等缺點(diǎn)，但因其操作周期短，過程穩(wěn)定，膠乳形態(tài)好，設(shè)備簡(jiǎn)單被越來越多的廠家所采用，并將均質(zhì)機(jī)作為壓力附聚的主要設(shè)

備[1]。

均質(zhì)機(jī)運(yùn)行原理：當(dāng)小粒徑PBL 膠乳通過液壓閥門組件時(shí)，均質(zhì)機(jī)閥門組件在均質(zhì)機(jī)產(chǎn)生的壓力脈沖作用下產(chǎn)生剪切力，這些剪切力致使PBD 膠乳發(fā)生凝聚，進(jìn)而增大PBD 膠乳的顆粒（見圖2）。

圖1 PBL 生產(chǎn)工藝流程圖

圖2 均質(zhì)機(jī)閥門組件的截面

2 優(yōu)化PBL 膠乳粒徑分布背景

ABS 樹脂的沖擊性能是評(píng)判產(chǎn)品質(zhì)量好壞的重要依據(jù)之一，而PBL 膠乳粒徑分布直接影響了ABS 樹脂的沖擊性能及沖擊性能的穩(wěn)定性。

圖3 PBL 粒徑與ABS 樹脂沖擊強(qiáng)度對(duì)比

從圖3 可以看出，PBL 乳膠粒徑應(yīng)足夠大，以確保ABS 具有足夠高的沖擊強(qiáng)度，乳膠粒徑至少要大于2500A，當(dāng)PBL 乳膠粒徑分布為 3000～3300A 時(shí)，ABS 樹脂的沖擊性能最好。

我公司對(duì)往年P(guān)BL 膠乳合格率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論，針對(duì)ABS 樹脂沖擊性能偶有波動(dòng)這一問題進(jìn)行研究，找出影響PBL 膠乳粒徑分布的各種因素，從根本上降低不合格PBL 膠乳的產(chǎn)生，努力將PBL 膠乳粒徑波動(dòng)控制在最小范圍內(nèi)，并以此來完成將PBL 膠乳粒徑粒徑分布穩(wěn)定性提高，進(jìn)而提高ABS 產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

3 影響PBL 膠乳粒徑分布因素的確立

通過仔細(xì)研究推論出以下12 個(gè)因素是影響PBL 膠乳合格率原因，并對(duì)這12 個(gè)因素逐一驗(yàn)證來確定主要原因見表1。

表1 影響因素確認(rèn)

通過以上驗(yàn)證，我們找出了影響PBL 膠乳粒徑的主要原因：1）反應(yīng)釜配方改變；2）皂化液配置一次合格率；3）主原料丁二烯的質(zhì)量；4）均質(zhì)溫度控制。

4 對(duì)影響PBL 膠乳粒徑的主要原因逐一進(jìn)行分析

在控制參數(shù)和實(shí)際控制溫度基本不變的情況下，對(duì)影響膠乳粒徑的各項(xiàng)因素進(jìn)行了分析。

4.1 反應(yīng)釜配方改變

通過調(diào)整反應(yīng)釜的配料比例來調(diào)節(jié)反應(yīng)釜出的膠乳粒徑，會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)的氧化還原體系造成干擾，影響反應(yīng)。致使反應(yīng)釜反應(yīng)出的膠乳粒徑分布不均勻，出現(xiàn)膠乳粒徑過小或過大的情況。效果見圖4。

圖4 反應(yīng)膠乳粒徑調(diào)節(jié)曲線

如圖4 所示，反應(yīng)釜配方比例的改變直接影響PBL 膠乳粒徑分布進(jìn)而影響ABS 產(chǎn)品的抗沖擊性能。

4.2 皂化液一次合格率

在PBL 聚合反應(yīng)過程中，皂化液濃度越高，膠束越多，根據(jù)膠束機(jī)理生成的PBL 乳膠粒越多。當(dāng)配置皂化液一次合格率降低時(shí)，會(huì)影響SOAP 中堿濃度分布和膠束數(shù)目。進(jìn)而影響生產(chǎn)PBL 膠乳的收率和質(zhì)量。

4.3 主原料丁二烯的質(zhì)量

丁二烯是一種易燃、易爆、易自聚的物質(zhì)，在熱、氧、鐵灰等雜質(zhì)的作用下，可以加速丁二烯的自身聚合，生成聚合物或過氧化物，在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中必須添加TBC，以防止與空氣接觸。圖5 是丁二烯單體在反應(yīng)釜發(fā)生聚合時(shí)，主原料丁二烯蒸汽壓與轉(zhuǎn)化率關(guān)系曲線圖。

由圖5 可知，蒸汽壓力隨轉(zhuǎn)化率的變化為：轉(zhuǎn)化率小于50%時(shí)，轉(zhuǎn)化蒸汽壓力與乳化劑用量的關(guān)系是獨(dú)立的，而蒸汽壓力變化不大。當(dāng)轉(zhuǎn)化率大于50%時(shí)，隨著轉(zhuǎn)化率的增加，蒸氣壓急劇下降，所以當(dāng)主原料丁二烯的質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生PBL 膠乳的質(zhì)量也隨之變化。

圖5 單體蒸氣壓與轉(zhuǎn)化率對(duì)比

4.4 均質(zhì)溫度對(duì)PBL 膠乳的影響

在均質(zhì)壓力、流率、固含量不變的情況下，通過調(diào)節(jié)均質(zhì)溫度可以改變PBL 乳液的粘度。由數(shù)據(jù)可知，當(dāng)均質(zhì)機(jī)均質(zhì)溫度每上升1℃，膠乳粒徑就會(huì)下降100A。

通過實(shí)驗(yàn)可知，通過溫度調(diào)節(jié)將膠乳平均粒徑控制在3150±50A 時(shí)，能夠保證ABS 產(chǎn)品具有良好的抗沖擊性能[4～6]。

圖6 均質(zhì)溫度與膠乳粒徑的關(guān)系

5 針對(duì)影響均質(zhì)機(jī)粒徑分布的主要因素制定對(duì)策進(jìn)行優(yōu)化（見表2）

6 針對(duì)主要原因進(jìn)行優(yōu)化后的效果評(píng)價(jià)

圖7 為近三年P(guān)BL 單元一期膠乳平均粒徑原始記錄數(shù)據(jù)，可見2018 年一期膠乳平均粒徑（實(shí)施完改造的）數(shù)據(jù)明顯好于2016 年和2017 年。

圖8 為近三年P(guān)BL 單元二期膠乳平均粒徑原始記錄數(shù)據(jù)，可見2018 年二期膠乳平均粒徑（實(shí)施完改造的）數(shù)據(jù)明顯好于2016 年和2017 年。

7 總結(jié)

通過對(duì)均質(zhì)機(jī)粒徑波動(dòng)因素的查找和改進(jìn)優(yōu)化，使我公司的PBL 膠乳粒徑分布更加均勻，ABS產(chǎn)品的沖擊性能更加穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，避免了ABS 產(chǎn)品質(zhì)量方面相關(guān)投訴，且銷售價(jià)格得到一定的上漲，產(chǎn)品的品牌價(jià)值得到提升。進(jìn)而使我公司在市場(chǎng)占有比重迅速擴(kuò)大的同時(shí)，產(chǎn)品在高端市場(chǎng)得到更多應(yīng)用。

表2 優(yōu)化粒徑分布的措施

圖7 一期膠乳平均粒徑分布

圖8 二期膠乳平均粒徑分布