ABS樹脂的合成工藝.doc

ABS樹脂的合成工藝路線設計說明書一前言 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結構，物理形態(tài)控制。丙烯腈表現(xiàn)的特性是耐熱性、耐化學性、剛性、抗拉強度丁二烯表現(xiàn)的特性是抗沖擊強度苯乙烯表現(xiàn)的特性是加工流動性，光澤性。這三組分的結合，優(yōu)勢互補，使ABS樹脂具有優(yōu)良的綜合性能。ABS具有剛性好，沖擊強度高、耐熱、耐低溫、耐化學藥品性、機械強度和電器性能優(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，還可以進行噴涂金屬、電鍍、焊接和粘接等二次加工性能。 ABS是本世紀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樹脂三大應用領域。我們合成的樹脂準備應用于汽車方面。汽車行業(yè)的發(fā)展的方向是高檔次、微型化、輕質化和多元化，以塑代鋼在汽車應用中的研究也變的十分活躍。目前國內汽車用塑料平均占總材料的7%，我們需要加大研發(fā)工作，做到配件結構的設計、塑料材質的選擇和行業(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樹脂可用于車內和車外部外殼，方向盤、導油管及把手和按鈕等小部件，車外部包括前散熱器護柵和燈罩等。合成的ABS樹脂我準備用作汽車外部外殼的材料。二市場需求預測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、耐化學性、電性能良好、易于成型和機械加工等優(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用。1997年世界ABS樹脂生產(chǎn)能力為556萬噸/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)展的特點是“西方不振、東方高漲”，未來幾年內世界新增能力仍主要集中在亞洲地區(qū)，韓國、中國和中國臺灣省以及馬來西亞都將新建或擴建ABS樹脂生產(chǎn)裝置，雖然亞洲地區(qū)的這些新增計劃不一定全部實現(xiàn)，但在未來幾年還是會有較大的發(fā)展。1999年，世界ABS樹脂需求量為375、2萬噸，1996-2000年的年均需求增長率為2.9%。隨著ABS樹脂逐漸向高性能、多功能樹脂發(fā)展，其需求量會大幅增加。 1998年我國ABS樹脂生產(chǎn)能力為25.3萬噸/年，產(chǎn)量約為10萬噸，而我國1998年的需求量為75萬噸，進口量為106.9萬噸，出口量為4萬噸左右，我國是全球消費ABS樹脂最多的國家之一為了滿足巨大需求，每年都要進口大量ABS樹脂，主要的進口來源是我國臺灣、日本和韓國，占占總進口量的80%以上。主要進口地區(qū)是廣東省，浙江省和福建省的進口量上升量較快。目前，國內應用領域主要集中在家用電器方面，其中電視機、錄像機、電冰箱和洗衣機等消費占總量90%以上，而汽車工業(yè)消費僅占3%左右，其它領域（包括電子電器、空調器、電話機等）消費量約占7%左右。今后幾年，我國的傳統(tǒng)家電市場的用量不會再有較大的增加，而汽車、通訊器材、空調器、熱水器、吸塵器、建筑、日用箱包和玩具等領域的ABS消費將會明顯增加。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)達國家已被淘汰；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摻合法是較為先進的一種工藝，它不僅使產(chǎn)品質量明顯提高，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)品的抗沖強度受到限制，另外在橡膠粒徑控制上相對較難，亦無法達到乳液接枝本體SAN摻混法能達到的高光澤度，使得產(chǎn)品的范圍和性能有一定的局限性，還有待進一步改進。 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，反應溫度9093攝氏度，用液氨冷卻，丁二烯轉化率80%83%，物料在釜中停留時間約16小時。反應后，膠乳進脫氣槽減壓脫灰發(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目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)丁二烯油酸鉀皂過硫酸鉀硫醇100份12份0、51份515份聚合溫度聚合時間轉化率90-9316小時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釜中，共使用4個串聯(lián)的反應釜，前三個進行接支反應，最后一個是陳化釜，均用不銹鋼制成。乳化計為油酸鉀皂，引發(fā)計為過氧化異丙苯，反應溫度為90度，單體的轉化率為 88%。從陳化釜出來的ABS乳液進入兩個串聯(lián)的攪拌槽中進行凝聚，其中第一個槽作凝聚用，第二個槽做熟化用。凝聚計為稀硫酸或明礬，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%，用風送至料倉供摻混用。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)預熱后進入聚合釜，丙烯腈；苯乙烯單體=30；70，乙苯占單體重量的5%10%。聚合反應溫度為120150攝氏度，壓力0.1960、294兆帕，反應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 目數(shù) 據(jù)項 目數(shù) 據(jù)苯乙烯/份丙烯腈/份溶劑/份60851540515聚合溫度/停留時間/h110160154摻混與造粒ABS接支粉料加上添加計后與SAN粒料在混合器中混合，摻混采用機械攪拌的方法，這樣可以非常方便的調整三者的比例，極大的豐富ABS樹脂的品種和牌號，采用濕法摻混。然后進入雙螺桿擠出機中擠出造粒。最后送至成品ABS料倉包裝后出廠。 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樹脂流程圖三總結由以上資料可知，我們生產(chǎn)的ABS樹脂應用于汽車外殼上，這要求ABS樹脂材料具有優(yōu)異的沖擊強度和足夠的耐熱性、剛性，因此想要提高其在汽車方面應用的比例必須對ABS樹脂進行改性，重點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