CN115057956B - 一种高固含窄分布的聚丁二烯胶乳附聚方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高固含窄分布的聚丁二烯胶乳附聚方法及其用途。本发明在化学附聚工艺过程中引入了一种具有双性离子的混合分散剂,改善了附聚工艺过程稳定性,且产品胶乳具有更窄的粒径分布范围,成品树脂性能更佳。本发明的方法工艺简单,解决了聚丁二烯胶乳化学附聚过程中胶乳体系稳定性差问题,且该工艺可降低附聚剂、稳定剂用量,产品胶乳固含高、产能高,适合ABS树脂的大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于ABS树脂技术领域,具体涉及一种高固含窄分布的聚丁二烯胶乳附聚方法及其用途。
背景技术
在ABS树脂合成过程中通常采用聚丁二烯胶乳作为提供树脂韧性的橡胶相。众所周知的,聚丁二烯橡胶粒子直径在300nm左右时具有最佳的增韧效果,按生产方式的不同其生产工艺可分为一步法及两步法两种,相比于一步法较长的反应时间;两步法工艺采用先乳液聚合生成100nm小粒径胶乳,再利用物理/化学附聚的方式制得300-350nm聚丁二烯胶乳乳液,将聚丁二烯胶乳的聚合反应周期从约28h缩短至14h,有效的提高了装置的生产能力。
传统附聚技术可以分成冷冻附聚、机械附聚、压力附聚、化学附聚等四种类型,如专利CN113493530A所述的,各种方法之间互有优缺点,其中化学附聚具有产品粒径可控,成品ABS树脂性能佳的特点,为大规模工业化生产所普遍选择;由于化学附聚过程一个胶乳失稳到再稳定的过程(通常采用酸性附聚剂调节乳液PH值从而破坏胶乳表面双电子层结构,使胶乳粒子在搅拌下相互聚并增长为大粒径粒子),实际生产中操作窗口窄,失稳胶乳极易因局部剪切或附聚剂加入不均匀问题导致工艺过程产生大量胶渣。
现有技术中采用附聚剂多点加料、低剪切强混合的最大泛能式搅拌器等技术方案,但依然存在稳定性差难以控制问题;为进一步改善该过程,专利US20170073476A及JP07157501A均提出在附聚剂加入额外的一种阴离子表活,该表面活性剂在酸性条件下仍具有活性,在附聚过程中能够实现部分双电子层的保护,从而拓宽工艺窗口,降低胶乳失稳调节下出渣情况;但该技术也存在附聚窗口宽,附聚胶乳粒径分布变宽,产品性能下降情况。
因此,有必要开发一种兼具粒径窄分布、工艺过程高稳定性的附聚技术用于大粒径聚丁二烯胶乳的生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚丁二烯胶乳的附聚工艺方法,该方法能够方便高效的连续附聚制取大粒径聚丁二烯胶乳,所制备的大粒径聚丁二烯胶乳具有更窄的粒径分布,更低的工艺渣含,特别的该工艺方案还具有产品胶乳固含高、附聚剂用量低的特点。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种聚丁二烯胶乳的附聚方法,所述方法包含以下步骤:
S1:将原料聚丁二烯胶乳通入反应容器中,加入分散剂搅拌;
S2:向S1混合物中添加附聚剂,搅拌,制得目标聚丁二烯胶乳;
S3:向S2胶乳中加入稳定剂,搅拌后存储,用于后续乳液接枝反应;
其中,S1所述的分散剂为含有下述两种结构化合物的混合物,其中R1、R2、R3为C6-C16烷基中的一种或多种:
本发明在附聚反应前向胶乳中加入了具有双性离子的分散剂,一方面在附聚过程中PH值由碱性转为酸性时,可起到稳定体系作用;另一方面由于其具有双性离子,在附聚前加入可以起到部分中和胶乳粒子表面双电子层,使得附聚发生更迅速,所产生的大粒径聚丁二烯胶乳粒径分布更窄。特别的,加入该分散剂后,附聚工艺可在更高的固含指标下稳定实施,同时兼具工艺附聚剂用量更低的特点,符合工艺绿色环保的产业化要求。
本发明中,S1所述分散剂A优选为甜菜碱化合物,更优选烷基二甲基甜菜碱;所述分散剂B优选为碱金属的磺酸盐,更优选磺基丁二酸二己酯钠盐和/或丁二酸二辛酯磺酸钠;优选地,所述分散剂A与分散剂B的比例为0.2-5:1,优选1-3:1;优选地,所述分散剂的加入量为20-500ppm,优选50-300ppm,基于原料聚丁二烯胶乳干重计;
本发明中,S1所述原料聚丁二烯胶乳粒径为50-150nm,优选粒径为80-120nm。
本发明中,S1所述附聚温度为5℃-60℃,优选20℃-50℃。
本发明中,S2所述附聚剂为羧酸和/或羧酸酐,优选乙酸和/或乙酸酐;优选地,所述附聚剂的添加量为0.3-3份,优选0.5-2份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
本发明中,S2所述目标聚丁二烯胶乳的粒径为250-600nm。
本发明中,S3所述稳定剂为碱金属化合物,优选KOH、NaOH、歧化松香酸钾、油酸钾和硬脂酸钾中的一种或多种;优选地,所述稳定剂的添加量为0.3-3份,优选0.5-2份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
本发明的另一目的在于提供一种聚丁二烯附聚胶乳。
一种聚丁二烯附聚胶乳,所述胶乳采用上述的附聚方法制备,所述胶乳固含>35%,分散性指数PDI<0.15,工艺过程渣含量<200ppm。
本发明的又一目的在于提供一种聚丁二烯附聚胶乳的用途。
一种聚丁二烯附聚胶乳的用途,所述胶乳采用上述的附聚方法制备获得,或为上述的胶乳,所述胶乳用于乳液接枝制得ABS高胶粉,进而制备ABS树脂。
在一种实施方案中,所制备的胶乳经丙烯腈、苯乙烯接枝制成接枝粉料,并按固定比例与SAN掺混,可得到ABS树脂切片。制备过程如下:
附聚胶乳接枝:取附聚所得胶乳乳液,向其中加入FeSO4,均匀搅拌,将反应体系逐渐加热后,逐渐向其中加入过氧化氢异丙苯、苯乙烯、丙烯腈、叔十二烷基硫醇、油酸钾以及离子水,连续加料,加料完成后继续反应,得到接枝胶乳乳液;
凝聚/干燥:将上述所得接枝胶乳乳液加入到反应釜中,加热,逐渐向其中加入MgSO4、去离子水,保持温度、均匀搅拌反应,所得凝聚乳液采用不锈钢滤布过滤,得到含湿接枝粉,采用真空转鼓干燥器干燥,得到接枝粉;
掺混:采用双螺杆挤出机,加入SAN相进行掺混,经冷却、造粒得ABS树脂成品切片。
本发明的有益效果在于:
(1)该方案采用特殊复合分散剂改善了化学附聚过程中稳定性-粒径分布宽问题,产品ABS树脂性能更佳,在批次生产中还可显著降低清釜强度,提升装置的自动化水平。
(2)该分散剂的使用还显著提升了胶乳固含,降低了附聚剂使用量,装置生产能力得到明显提升,同时降低了反应体系的腐蚀性及废水的COD。
附图说明
图1为实施例1所制得的目标聚丁二烯胶乳粒径分布图;
图2为对比例1所制得的目标聚丁二烯胶乳粒径分布图。
具体实施方案
以下通过实施例和对比例进一步阐述本发明,然而所述实施例并不限制本发明的权利保护范围。
原料规格:
原料/规格 | 厂家 | 规格 |
冰醋酸 | 西陇化工 | 99.8% |
乙酸酐 | 西陇化工 | 98.5% |
磺基丁二酸二辛酯钠盐 | 索尔维 | >50% |
N-十二烷基-N,N-二甲基甜菜碱 | Merck | >97% |
N-十四烷基-N,N-二甲基甜菜碱 | Merck | 98.9% |
N-十六烷基-N,N-二甲基甜菜碱 | Merck | 99.2% |
磺基丁二酸二己酯钠盐 | 山东穗泰生物科技 | 50% |
丁二酸二异辛酯磺酸钠 | solvey | 50% |
聚萘甲醛磺酸钠盐 | 花王 | 98.5% |
KOH | 阿拉丁 | 50% |
油酸钾 | 青岛瑞诺化工 | 工业级,35% |
歧化松香酸钾 | 山东千贝化工 | 工业级,50% |
七水合硫酸亚铁 | 伊诺凯 | 99.5% |
过氧化氢异丙苯 | 诺力昂 | 85% |
苯乙烯 | 万华化学 | 99.5% |
丙烯腈 | 斯尔邦化学 | 98.5% |
叔十二烷基硫醇 | 韩国梨树 | >98% |
七水合硫酸镁 | 国药 | >99.5% |
SAN树脂 | 中国台湾奇美 | PN118 |
实验设备:
设备 | 厂家 | 型号 |
不锈钢反应釜 | 威海化工机械厂 | 5L |
胶乳粒径测试:将1g胶乳与100g去离子水混合,根据动态激光散射方法,使用Malvern Mastersizer激光粒度测定仪测量平均粒径及分散性指数。
所制备的胶乳经丙烯腈、苯乙烯接枝制成接枝粉料,并按固定比例与SAN掺混,可得到用于性能测试的ABS树脂切片。制备过程如下:
附聚胶乳接枝:取附聚所得胶乳乳液100g,向其中加入0.001g FeSO4,均匀搅拌,将反应体系逐渐加热至70℃后,逐渐向其中加入0.1g过氧化氢异丙苯、11.7g苯乙烯、4.6g丙烯腈、0.2g叔十二烷基硫醇、0.3g油酸钾以及10g去离子水,连续加料时间为3h,加料完成后继续反应3h,得到接枝胶乳乳液,接枝率40%;
凝聚/干燥:将上述所得接枝胶乳乳液100g加入到反应釜中,加热至95℃,逐渐向其中加入4g MgSO4、40g去离子水,保持温度、均匀搅拌反应1h,所得凝聚乳液采用200目不锈钢滤布过滤,得到含湿接枝粉,采用真空转鼓干燥器在60℃、2KPaA下干燥4h,得到含水量<1%的接枝粉;
掺混:采用双螺杆挤出机(ZSK 26P 10.6科倍隆),在210℃下,取奇美PN118作为掺混SAN相,按PN118:上述接枝粉=75:25的掺混比例进行掺混,经冷却、造粒得ABS树脂成品切片。
冲击性能:采用掺混所得的ABS树脂切片,根据GB/T1043硬质塑料简支梁冲击试验方法进行制样及冲击性能测试(摆锤冲击试验机Zwick/HIT25PPlus)。
实施例1
将3000g 113.5nm原料聚丁二烯胶乳(固含41.3%,PDI 0.123)加入5L附聚反应釜中,向其中加入分散剂0.124g N-十二烷基-N,N-二甲基甜菜碱,加入0.248g丁二酸二异辛酯磺酸钠50%乳液,搅拌5min开始加热,加热至40℃时恒温。
向上述混合胶乳中加入140g的5%HAc水溶液,搅拌均匀进行附聚反应,后停止搅拌陈化反应8min,向反应釜中再次加入110g 7wt%的KOH,搅拌均匀,取样测试,该附聚胶乳固含为35.35%,平均粒径303.4nm,PDI 0.095,胶乳渣含量25ppm(325目滤网过滤);
取附聚所得胶乳乳液3000g加入到5L玻璃烧瓶中,向其中加入0.03g FeSO4,均匀搅拌,加热至70℃后向其中连续加入预乳化好的混合液体(含3g过氧化氢异丙苯、482g苯乙烯、187g丙烯腈、6g叔十二烷基硫醇、9g油酸钾以及300g去离子水),连续加料时间为3h,加料完成后维持反应温度70℃继续反应3h,得到接枝胶乳乳液,顶空气相分析得苯乙烯、丙烯腈单体转化率为93.2%,接枝率为41.89%;
将上述所得接枝胶乳乳液3500g加入到反应釜中,加热至95℃,逐渐向其中加入600g 10wt%的MgSO4、1404g去离子水,保持温度、均匀搅拌反应1h,所得凝聚乳液采用200目不锈钢滤布过滤,得到含湿接枝粉,含湿率为32.4%,采用真空转鼓干燥器在60℃、2KPaA下干燥12h,得到含水量<1%的接枝粉1418g;
采用双螺杆挤出机(ZSK 26P 10.6科倍隆),在210℃下,取奇美PN118作为掺混SAN相,按PN118:上述接枝粉=75:25的质量比例进行掺混,经冷却、造粒得ABS树脂成品切片。采用前述分析方法分析所得ABS树脂冲击强度为19.6J/m。
实施例2
将3000g 108.9nm原料聚丁二烯胶乳(固含42.3%,PDI 0.097)加入5L附聚反应釜中,向其中加入分散剂0.190g N-十四烷基-N,N-二甲基甜菜碱,加入0.380g磺基丁二酸二己酯钠盐50%乳液,搅拌5min开始加热,加热至30℃时恒温。
向上述混合胶乳中加入155g的5%HAc水溶液,搅拌均匀进行附聚反应,后停止搅拌陈化反应8min,向反应釜中再次加入90g 10wt%的NaOH,搅拌均匀,取样测试,该附聚胶乳固含为36.56%,平均粒径285.2nm,PDI 0.089,胶乳渣含量53ppm(325目滤网过滤);
参照实施例1方法将附聚所得胶乳进一步接枝制取接枝粉,采用双螺杆挤出机掺混,造粒得ABS树脂成品切片。采用前述分析方法分析所得ABS树脂冲击强度为18.9J/m。
实施例3
将3000g 90.3nm原料聚丁二烯胶乳(固含40.58%,PDI 0.105)加入5L附聚反应釜中,向其中加入分散剂0.091g N-十六烷基-N,N-二甲基甜菜碱,加入0.061g丁二酸二辛酯磺酸钠50%乳液,搅拌5min开始加热,加热至50℃时恒温。
向上述混合胶乳中加入180g的10%乙酸酐水溶液,搅拌均匀进行附聚反应,后停止搅拌陈化反应20min,向反应釜中再次加入50g 25wt%的歧化松香酸钾水溶液,搅拌均匀,取样测试,该附聚胶乳固含为36.24%,平均粒径479.2nm,PDI 0.118,胶乳渣含量82ppm(325目滤网过滤);
参照实施例1方法将附聚所得胶乳进一步接枝制取接枝粉,采用双螺杆挤出机掺混,造粒得ABS树脂成品切片。采用前述分析方法分析所得ABS树脂冲击强度为20.7J/m。
对比例1
与实施例1比较,不同在于未使用本发明所提出的分散剂。
将3000g 113.5nm原料聚丁二烯胶乳(固含41.3%,PDI 0.123)加入5L附聚反应釜中,搅拌5min开始加热,加热至40℃时恒温。
向上述混合胶乳中加入370g的5%HAc水溶液,搅拌均匀进行附聚反应,后停止搅拌陈化反应8min,向反应釜中再次加入300g 7%KOH,搅拌均匀,取样测试,该附聚胶乳固含为28.87%,平均粒径302.7nm,PDI 0.205,胶乳渣含量373ppm(325目滤网过滤);
采用实施例1所述方法进一步进行了接枝粉以及ABS树脂的制备,所制取的ABS树脂冲击强度为16.7J/m。
对比例2
与实施例1比较,不同在于仅使用阴离子型分散剂。
将3000g 113.5nm原料聚丁二烯胶乳(固含41.3%,PDI 0.123)加入5L附聚反应釜中,向其中加入0.248g聚萘甲醛磺酸钠盐,搅拌5min开始加热,加热至40℃时恒温。
向上述混合胶乳中加入248g的5%HAc水溶液,搅拌均匀进行附聚反应,后停止搅拌陈化反应8min,向反应釜中再次加入210g 7%KOH,搅拌均匀,取样测试,该附聚胶乳固含为31.75%,平均粒径295.9nm,PDI 0.286,胶乳渣含量234ppm(325目滤网过滤);
采用实施例1所述方法进一步进行了接枝粉以及ABS树脂的制备,所制取的ABS树脂冲击强度为16.3J/m。
由上述结果可以看出,采用本发明所述附聚工艺,在加入微量附聚助剂后,工艺过程更加稳定,可有效降低附聚过程出渣近一个数量级且附聚胶乳具有更窄的粒径分布,产品树脂性能更佳;特别的附聚工艺可在更高的固含量下进行,附聚剂、稳定剂使用量明显降低,在工业化实施过程中有助于降低三废排放量。
本领域技术人员可以理解,在本说明书的教导之下,可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (11)
1.一种聚丁二烯胶乳的附聚方法,其特征在于,所述方法包含以下步骤:
S1:将原料聚丁二烯胶乳通入反应容器中,加入分散剂搅拌;
S2:向S1混合物中添加附聚剂,搅拌,制得目标聚丁二烯胶乳;
S3:向S2胶乳中加入稳定剂,搅拌后存储,用于后续乳液接枝反应;
其中,S1所述的分散剂为含有下述两种结构化合物分散剂A与分散剂B的混合物,其中R1、R2、R3为C4-C16烷基中的一种或多种:
其中,所述分散剂A与分散剂B的比例为0.2-5:1;
其中,所述分散剂的加入量为20-500ppm,基于原料聚丁二烯胶乳干重计。
2.根据权利要求1所述的附聚方法,其特征在于,S1所述分散剂A为甜菜碱化合物;所述分散剂B为碱金属的磺酸盐;
所述分散剂A与分散剂B的比例为1-3:1;
所述分散剂的加入量为50-300ppm,基于原料聚丁二烯胶乳干重计;
和/或,S1所述原料聚丁二烯胶乳粒径为50-150nm;
和/或,S1所述附聚温度为5℃-60℃。
3.根据权利要求2所述的附聚方法,其特征在于,S1所述分散剂A为烷基二甲基甜菜碱;所述分散剂B为磺基丁二酸二己酯钠盐和/或丁二酸二辛酯磺酸钠;
和/或,S1所述原料聚丁二烯胶乳粒径为80-120nm;
和/或,S1所述附聚温度为20℃-50℃。
4.根据权利要求1或2所述的附聚方法,其特征在于,S2所述附聚剂为羧酸和/或羧酸酐;
和/或,S2所述目标聚丁二烯胶乳的粒径为250-600nm。
5.根据权利要求4所述的附聚方法,其特征在于,S2所述附聚剂为乙酸和/或乙酸酐;
所述附聚剂的添加量为0.3-3份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
6.根据权利要求5所述的附聚方法,其特征在于,S2所述附聚剂的添加量为0.5-2份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
7.根据权利要求1所述的附聚方法,其特征在于,S3所述稳定剂为碱金属化合物。
8.根据权利要求7所述的附聚方法,其特征在于,S3所述稳定剂为KOH、NaOH、歧化松香酸钾、油酸钾和硬脂酸钾中的一种或多种;
所述稳定剂的添加量为0.3-3份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
9.根据权利要求8所述的附聚方法,其特征在于,S3所述稳定剂的添加量为0.5-2份,基于100份的原料聚丁二烯胶乳干重计。
10.一种聚丁二烯附聚胶乳,所述胶乳采用权利要求1-9中任一项所述的附聚方法制备,其特征在于,所述胶乳固含>35%,分散性指数PDI<0.15,工艺过程渣含量<200ppm。
11.一种聚丁二烯附聚胶乳的用途,所述胶乳采用权利要求1-9中任一项所述的附聚方法制备获得,或为权利要求10所述的胶乳,其特征在于,所述胶乳用于乳液接枝制得ABS高胶粉,进而制备ABS树脂。
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