高压物理附聚法制备接枝用EBR胶乳

陈伟峰，姜峰

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300451）

1 实验部分

1.1 主要原料和设备

EBR：粒径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调节剂：邢矿集团金牛钾碱分公司；均质机：型号Gaulin 132T-8,7BA，丹麦APV公司。

1.2 接枝用EBR胶乳的制备

高压物理附聚主要是使用均质机在高压作用下将平均粒径为100nm左右的EBR胶乳附聚成接枝用的平均粒径较大的EBR胶乳。均质机本质上是一个柱塞式高压泵和其产品出口处安装的背压阀（在此称为均质阀）所组成的设备，其工作原理见图1。

图1 均质机压力附聚工作原理示意图

柱塞式高压泵，利用柱塞连续往复运行来产生高压，使物料在高压下挤研，强冲击下发生剪切，失压下膨胀，在这三重作用下达到细化和混合均质的目的，均质机广泛应用于化工、制药和食品等行业，但大多数均质应用物料粒径是变小的，但本工艺却是粒径增大的，EBR胶乳通过缝隙极小的均质阀，在高压机械剪切力作用下，EBR胶乳被撕裂，离开均质阀后，胶乳迅速失压，被撕裂的胶乳因无乳化剂的保护而迅速结合在一起，粒径增大的同时乳化剂也重新包围在粒子周围，重新形成稳定的EBR胶乳产品。

粒径为100nm的EBR胶乳经胶乳过滤器后进入均质机进料罐，同时根据需要加入一定比例的pH调节剂和无离子水，混合后，EBR胶乳被输送到胶乳板换冷却器冷却，再进入均质机压力缓冲罐，均质机胶乳进料泵变频控制以保持均质机压力缓冲罐的压力恒定，随后胶乳进入均质机均质，以得到要求粒径的胶乳。均质机进料的EBR胶乳温度是通过调节均质机冷却水系统的冷却水流量来控制的，且均质机冷却水系统的水温可以通过调节冷冻水流量来控制。具体工艺流程见图2。

均质机的胶乳压力、温度、固含量%和流率对于生产满足目标胶乳粒径的合格产品都是至关重要的。

图2 EBR高压物理附聚工艺流程简图

正常生产时一般设定胶乳均质压力为恒定值,并且设计的流率也是固定的，而胶乳固含量一般变化较小，因此均质机入口胶乳温度是唯一的控制变量，调整它就可以控制聚丁二烯胶乳的粒径。

1.3 分析与测试

粘度：上海精天电子仪器有限公司NDJ-5S数字式粘度计。

胶乳粒径：PerkinElmer Lambda 35 UV/VIS型分光光度计。

2 结果与讨论

2.1 胶乳温度对均质后粒径的影响

保持胶乳其它条件如均质压力、固含量和pH值等条件不变，仅调整胶乳通过板换后的温度，其均质后EBR胶乳平均粒径与胶乳温度的关系见图3。

图3 均质后EBR胶乳平均粒径与胶乳温度的关系

由图3可见，胶乳温度与均质后胶乳粒径几乎成线性关系，约每降低温度1℃，可增加粒径100 Å（即10nm）。进一步研究均质前胶乳温度与粘度的关系可得到以下曲线（图4）。

均质前胶乳随着控制温度的升高，粘度逐渐下降，在通常的温度调整范围内（14～40℃），可认为粘度与温度是呈近似线性关系。综合来看，温度降低，粘度增加，平均粒径增加，且呈近似线性关系。

2.2 胶乳固含量对均质后粒径的影响

保持胶乳其它条件如均质压力、均质温度和pH值等条件不变，仅调整胶乳固含量，可得到固含量与均质后胶乳平均粒径的关系曲线（图5）。

图4 胶乳温度与胶乳粘度的关系

图5 固含量与均质后胶乳平均粒径的关系

因固含量提高，胶乳粘度增大，剪切力提高，胶乳粒径变大，但因受实际生产条件所限，固含量太低影响产能，固含量太高不利于稳定和输送，因此固含量调整范围较小，在此范围内固含量对胶乳粘度的影响也较小，反应在粒径上变化也就相对较小。

图6 均质压力与均质后胶乳平均粒径的关系

2.3 均质压力对均质后粒径的影响

保持进入均质机的胶乳固含量、pH值和温度等条件不变，仅通过改变胶乳均质压力可得到不同粒径的EBR胶乳，均质压力与均质后胶乳平均粒径的关系见图6，随着均质压力的增大，胶乳平均粒径逐渐变大。且随着压力越来越大，平均粒径增加的速率逐渐降低，均质压力超过45MPa后，平均粒径变化较小。

为进一步研究均质压力与胶乳平均粒径的关系，试验了均质压力在45～55MPa时与平均粒径的关系，结果见图7。

图7 均质压力在47～55MPa时与平均粒径的关系

由图7可见压力到51MPa后，增加压力对胶乳平均粒径影响较小，且此时的粒径在310～320nm之间。

2.4 均质阀磨损对均质后粒径的影响

随着运行时间的加长，均质阀的磨损会越来越严重，导致未经均质或均质不良的粗级粒子(＜214nm)越来越多，并有可能出现大粒子(＞1385nm),从而影响最终产品的性能，尤其是冲击强度，但对胶乳平均粒径的影响无明显规律，因此运行达到一定时限后，必须及时更换均质阀以保证胶乳质量,通常重新打磨的均质阀使用时间约在200h。

3 结论

根据试验结果和设备实际情况，均质压力一般控制在51～55MPa，胶乳固含量控制在37.5%左右,此时只需改变进入均质机的胶乳温度，就能轻松调整EBR胶乳粒径以保证胶乳粒径控制在315nm左右以获得综合性能最优的ABS产品，通常均质温度每降低1℃，平均粒径约增加100 Å。

天津大沽化工股份有限公司ABS压力附聚工艺可以显著节省聚丁二烯胶乳粒径的增大时间，使EBR胶乳反应时间比其它工艺方法缩短10h左右，有利于提高装置生产能力，生产的ABS产品综合性能优异，在各领域得到广泛应用。