陳偉峰，姜峰

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300451）

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料和設(shè)備

EBR：粒徑100nm，天津大沽化工股份有限公司；DMW：天津大沽化工股份有限公司；pH調(diào)節(jié)劑：邢礦集團(tuán)金牛鉀堿分公司；均質(zhì)機(jī)：型號(hào)Gaulin 132T-8,7BA，丹麥APV公司。

1.2 接枝用EBR膠乳的制備

高壓物理附聚主要是使用均質(zhì)機(jī)在高壓作用下將平均粒徑為100nm左右的EBR膠乳附聚成接枝用的平均粒徑較大的EBR膠乳。均質(zhì)機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)柱塞式高壓泵和其產(chǎn)品出口處安裝的背壓閥（在此稱為均質(zhì)閥）所組成的設(shè)備，其工作原理見圖1。

圖1 均質(zhì)機(jī)壓力附聚工作原理示意圖

柱塞式高壓泵，利用柱塞連續(xù)往復(fù)運(yùn)行來(lái)產(chǎn)生高壓，使物料在高壓下擠研，強(qiáng)沖擊下發(fā)生剪切，失壓下膨脹，在這三重作用下達(dá)到細(xì)化和混合均質(zhì)的目的，均質(zhì)機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、制藥和食品等行業(yè)，但大多數(shù)均質(zhì)應(yīng)用物料粒徑是變小的，但本工藝卻是粒徑增大的，EBR膠乳通過縫隙極小的均質(zhì)閥，在高壓機(jī)械剪切力作用下，EBR膠乳被撕裂，離開均質(zhì)閥后，膠乳迅速失壓，被撕裂的膠乳因無(wú)乳化劑的保護(hù)而迅速結(jié)合在一起，粒徑增大的同時(shí)乳化劑也重新包圍在粒子周圍，重新形成穩(wěn)定的EBR膠乳產(chǎn)品。

粒徑為100nm的EBR膠乳經(jīng)膠乳過濾器后進(jìn)入均質(zhì)機(jī)進(jìn)料罐，同時(shí)根據(jù)需要加入一定比例的pH調(diào)節(jié)劑和無(wú)離子水，混合后，EBR膠乳被輸送到膠乳板換冷卻器冷卻，再進(jìn)入均質(zhì)機(jī)壓力緩沖罐，均質(zhì)機(jī)膠乳進(jìn)料泵變頻控制以保持均質(zhì)機(jī)壓力緩沖罐的壓力恒定，隨后膠乳進(jìn)入均質(zhì)機(jī)均質(zhì)，以得到要求粒徑的膠乳。均質(zhì)機(jī)進(jìn)料的EBR膠乳溫度是通過調(diào)節(jié)均質(zhì)機(jī)冷卻水系統(tǒng)的冷卻水流量來(lái)控制的，且均質(zhì)機(jī)冷卻水系統(tǒng)的水溫可以通過調(diào)節(jié)冷凍水流量來(lái)控制。具體工藝流程見圖2。

均質(zhì)機(jī)的膠乳壓力、溫度、固含量%和流率對(duì)于生產(chǎn)滿足目標(biāo)膠乳粒徑的合格產(chǎn)品都是至關(guān)重要的。

圖2 EBR高壓物理附聚工藝流程簡(jiǎn)圖

正常生產(chǎn)時(shí)一般設(shè)定膠乳均質(zhì)壓力為恒定值,并且設(shè)計(jì)的流率也是固定的，而膠乳固含量一般變化較小，因此均質(zhì)機(jī)入口膠乳溫度是唯一的控制變量，調(diào)整它就可以控制聚丁二烯膠乳的粒徑。

1.3 分析與測(cè)試

粘度：上海精天電子儀器有限公司NDJ-5S數(shù)字式粘度計(jì)。

膠乳粒徑：PerkinElmer Lambda 35 UV/VIS型分光光度計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠乳溫度對(duì)均質(zhì)后粒徑的影響

保持膠乳其它條件如均質(zhì)壓力、固含量和pH值等條件不變，僅調(diào)整膠乳通過板換后的溫度，其均質(zhì)后EBR膠乳平均粒徑與膠乳溫度的關(guān)系見圖3。

圖3 均質(zhì)后EBR膠乳平均粒徑與膠乳溫度的關(guān)系

由圖3可見，膠乳溫度與均質(zhì)后膠乳粒徑幾乎成線性關(guān)系，約每降低溫度1℃，可增加粒徑100 ?（即10nm）。進(jìn)一步研究均質(zhì)前膠乳溫度與粘度的關(guān)系可得到以下曲線（圖4）。

均質(zhì)前膠乳隨著控制溫度的升高，粘度逐漸下降，在通常的溫度調(diào)整范圍內(nèi)（14～40℃），可認(rèn)為粘度與溫度是呈近似線性關(guān)系。綜合來(lái)看，溫度降低，粘度增加，平均粒徑增加，且呈近似線性關(guān)系。

2.2 膠乳固含量對(duì)均質(zhì)后粒徑的影響

保持膠乳其它條件如均質(zhì)壓力、均質(zhì)溫度和pH值等條件不變，僅調(diào)整膠乳固含量，可得到固含量與均質(zhì)后膠乳平均粒徑的關(guān)系曲線（圖5）。

圖4 膠乳溫度與膠乳粘度的關(guān)系

圖5 固含量與均質(zhì)后膠乳平均粒徑的關(guān)系

因固含量提高，膠乳粘度增大，剪切力提高，膠乳粒徑變大，但因受實(shí)際生產(chǎn)條件所限，固含量太低影響產(chǎn)能，固含量太高不利于穩(wěn)定和輸送，因此固含量調(diào)整范圍較小，在此范圍內(nèi)固含量對(duì)膠乳粘度的影響也較小，反應(yīng)在粒徑上變化也就相對(duì)較小。

圖6 均質(zhì)壓力與均質(zhì)后膠乳平均粒徑的關(guān)系

2.3 均質(zhì)壓力對(duì)均質(zhì)后粒徑的影響

保持進(jìn)入均質(zhì)機(jī)的膠乳固含量、pH值和溫度等條件不變，僅通過改變膠乳均質(zhì)壓力可得到不同粒徑的EBR膠乳，均質(zhì)壓力與均質(zhì)后膠乳平均粒徑的關(guān)系見圖6，隨著均質(zhì)壓力的增大，膠乳平均粒徑逐漸變大。且隨著壓力越來(lái)越大，平均粒徑增加的速率逐漸降低，均質(zhì)壓力超過45MPa后，平均粒徑變化較小。

為進(jìn)一步研究均質(zhì)壓力與膠乳平均粒徑的關(guān)系，試驗(yàn)了均質(zhì)壓力在45～55MPa時(shí)與平均粒徑的關(guān)系，結(jié)果見圖7。

圖7 均質(zhì)壓力在47～55MPa時(shí)與平均粒徑的關(guān)系

由圖7可見壓力到51MPa后，增加壓力對(duì)膠乳平均粒徑影響較小，且此時(shí)的粒徑在310～320nm之間。

2.4 均質(zhì)閥磨損對(duì)均質(zhì)后粒徑的影響

隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，均質(zhì)閥的磨損會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致未經(jīng)均質(zhì)或均質(zhì)不良的粗級(jí)粒子(＜214nm)越來(lái)越多，并有可能出現(xiàn)大粒子(＞1385nm),從而影響最終產(chǎn)品的性能，尤其是沖擊強(qiáng)度，但對(duì)膠乳平均粒徑的影響無(wú)明顯規(guī)律，因此運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)限后，必須及時(shí)更換均質(zhì)閥以保證膠乳質(zhì)量,通常重新打磨的均質(zhì)閥使用時(shí)間約在200h。

3 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和設(shè)備實(shí)際情況，均質(zhì)壓力一般控制在51～55MPa，膠乳固含量控制在37.5%左右,此時(shí)只需改變進(jìn)入均質(zhì)機(jī)的膠乳溫度，就能輕松調(diào)整EBR膠乳粒徑以保證膠乳粒徑控制在315nm左右以獲得綜合性能最優(yōu)的ABS產(chǎn)品，通常均質(zhì)溫度每降低1℃，平均粒徑約增加100 ?。

天津大沽化工股份有限公司ABS壓力附聚工藝可以顯著節(jié)省聚丁二烯膠乳粒徑的增大時(shí)間，使EBR膠乳反應(yīng)時(shí)間比其它工藝方法縮短10h左右，有利于提高裝置生產(chǎn)能力，生產(chǎn)的ABS產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。