影响ABS质量因素及对策

影响ABS质量因素及对策

李大鹏

大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆 163714

摘要  讨论分析ABS生产中影响产品性能、质量的关键因素并找出相应的措施

关键词  ABS  胶乳  粒径  凝聚  掺合

1．概述

大庆石化ABS装置引进韩国锦湖油化公司专利技术，年设计生产能力5万吨，06年扩能到年产能10万吨。整个装置操作弹性为60%~110%，作为大庆石化三期工程的主体装置，其运行情况及产品质量情况，都直接影响经济效益。在此对生产工艺中众多影响因素进行深入探讨。

    该装置采用AS、ABS乳液接枝－本体SAN掺混法生产，简图如下：

图1  ABS装置流程示意图

2．质量影响因素分析

2.1ABS树脂各相的组成及其特性

树脂之所以具有优良的综合性能，是由于三种组分具有各自的相应特性。

A组分：耐热性、耐化学性

S组分：表面光泽度、加工性能、电绝缘性

B组分：韧性和抗冲击性、低温性

2.2橡胶相（PB胶乳）的组成、胶乳粒径大小及分布情况、交联程度（凝胶含量）。

    PB聚合生产中最关键的是控制胶乳的大小和凝胶含量（交联度），这不仅影响着第二阶段接枝反应的接枝率，还影响最终产品的抗冲击性能。我厂生产的胶乳粒径较大，一般在300～350nm，较大型的胶粒易获得较高的冲击强度。但并非橡胶粒径越大越好，冲击强度并非一直随粒子增大而增大，若橡胶软相粒子很小，甚至与AS硬相完全相容，则起不到增韧作用。若橡胶粒子太大，分布很集中，也起不到吸收冲击能的作用，故粒子大小要适度。

从橡胶微观结构来看，大粒径胶粒易产生内部包藏树脂结构，使橡胶的有效体积和吸收能量的效率大为增加，因此可在保持冲击强度的前提下，适当减少橡胶用量从而使树脂的其它性能得到进一步的改善。

2.2.1 胶乳粒径变化的微观分析

    聚合生产时，胶乳中橡胶粒子表面覆盖皂液，当乳液中皂量低时，胶粒表面的皂覆盖程度小，且不稳定，在机械搅拌作用下小胶粒聚成大胶粒。从而使胶粒总表面积减小，皂覆盖程度又相对降低，胶粒又相聚成大粒子，周而复始不断变化，最终使胶乳粒子的粒径合乎要求。

胶乳粒径与反应速度有密切关系，反应速率增加则胶乳数量增多，粒径也随之增大。反应速率受引发剂分解速率影响，温度升高可使引发剂的分解速率提高。在反应中期，粒径增长最快，为了防止粒径增大导致乳化剂用量不足，在实际生产中，通过EML（乳化剂）补加来调节粒径。聚合期间，压力升高是因为随着反应的进行，温度升高。在生产中按程序进行升温，升温的快慢通过压力的波动体现，最终通过控制压力来判断聚合反应的结束。

2.2.2 胶乳凝胶含量的变化

在聚合初期，转化率低时交联反应少，聚合速率大于交联速率，因而凝胶含量低。随着转化率的增加，交联反应增多，凝胶含量增大。聚合后期，转化率增高缓慢，聚合速率和交联速率均下降，因而凝胶含量变化不大。因此在实际生产中，掌握控制好凝胶含量的变化特点，即控制了接枝聚合的接枝率。

2.3 橡胶分子链上的接枝情况

一定的接枝度是接枝胶乳获得良好分散状态的必要条件，同时，随着接枝度的提高，橡胶内包藏物增加。这些内包物能增加分散相的总体积分数，有利于抗冲性能的提高。当橡胶含量恒定时，随着丙烯腈含量增加，流动性降低，拉伸强度增大。

2.4 AS胶乳的本征粘度大小

AS胶乳的本征粘度对最终产品的MI（熔融指数）影响很大，并在一定程度上对NI（抗冲强度）有影响。AS胶乳的本征粘度值是受聚合配方中相对分子质量调节剂加入量影响的，当加入量增大时，本征粘度减小，MI降低，而NI增大。因此，要通过最终产品的分析结果调整相对分子质量调节剂的加入量。

2.5 凝聚过程的影响

凝聚是后处理的第一个环节，凝聚的优劣对整个后处理的稳定性影响很大，同时对产品质量和成本也有十分重要的影响。凝聚工序决定了聚合物粉末的颗粒形状，对后续脱水机、干燥器等影响极大，因此有人认为乳液聚合反应装置设计的优劣很大程度上是由凝聚技术决定的。

2.5.1凝聚粒子的大小

凝聚出来的粒子大小是影响脱水、干燥、输送和挤压的一个关键因素，其大小取决于凝聚剂种类、凝聚温度、搅拌混合速度及水的纯净度。

实际生产中，通过控制第一凝聚罐搅拌转数为90～95r/min,第一／第二凝聚罐温度为95±1℃/96±1℃，凝聚剂量为40kg/t粉料，并控制好水、凝聚剂及胶乳进料比例，即可生产出满足粒径范围的粉料。

凝聚剂种类的选择很重要，本装置采用硫酸镁作凝聚剂，属无机盐类。硫酸镁作凝聚剂可避免难凝胶乳的产生，它的存在会使离心脱水变得十分困难。但无机盐类凝聚剂所得的树脂耐热性和表面性相对差一些，因此要生产高耐热牌号的产品还需要加α－MS及采用烧结工艺，对产品进行致密化。另外，镁离子对产品外观颜色有很大影响，后面将有讨论。

2.6 本体SAN的熔融指数

由于ABS粉料与SAN颗粒进行掺混，再挤压造粒，生产出ABS颗粒，所以SAN颗粒的熔融指数对最终ABS产品性能有很大影响。只有控制好本体SAN质量，关键是熔融指数合格（>10g/10min），才能保证ABS产品质量。

2.7 掺合配方的调整

为了保证产品合格，我们在掺合工序中进行了小试，摸索最佳配方，为生产提供调整依据。

小试1：改变ABS粉料与SAN粒料配比，而润滑剂配比不变，提高ABS粉料量，降低SAN量，即增加了丁二烯橡胶含量，加大共聚物中接枝大分子的比例，可以使最终产品的NI提高、MI下降。

小试2：改变润滑剂EBS、MgST配比，而ABS粉料与SAN粒料配比不变。

增大了内部润滑剂的配比则其MI、NI提高，是因为内部润滑剂与聚合物有一定的相容性，该相容性在常温下一般很小，但在高温下相容性增大，产生一种增塑作用，削弱了聚合物分子之间的内聚力，减少其摩擦，使熔体粘度降低，流动性增加，则宏观表现为产品的MI提高，同时润滑剂的加入也使得树脂大分子间的缓冲力有所加强，产品NI也相对提高。

根据结论调整外商提供的掺混配方，即提高ABS和EBS的配比，降低SAN的配比，从而提高产品的熔融指数和缺口冲击强度，保证产品最终达到合格。

2.8  其它

①严格挤出机条料冷却槽水温，控制在75～80℃，避免温度过低而使产品颗粒产生空心或气泡。

②严格各个生产环节的药剂填加操作，防止杂质混入。

生产中针对影响产品质量各种因素采取相应措施后，产品合格率可达100％。

3. 总结ABS树脂的组分及特性

注：1.“+”表示变好，“-”表示变坏；

    2.“（+）、（-）”表示不确定的，需要配方来定；

3.“（+ -）”表示变化的情况，既可增加又可减弱；                

参考文献：《ABS树脂及其应用》化学工业出版社2001.9。