影響均質機粒徑波動因素及改進措施

董文慧

（天津大沽化工股份有限公司，天津300455）

1 PBL 膠乳的生產工藝簡介

我公司的工藝路線是將除去抑制劑的丁二烯單體在熱無離子水和助劑溶液的共同作用下以半連續的方式通過乳液聚合制得小粒徑PBL 膠乳。聚合后的小粒徑乳膠通過泵送的形式輸送至中間儲罐中進行存儲。我公司采用均質機設備對聚合后的小粒徑膠乳進行壓力附聚，從而制得大粒徑PBL 膠乳，見圖 1。

壓力附聚工作原理是小粒徑膠乳在高壓環境下通過均化器收縮孔進行附聚。壓力附聚有著能耗高、粒徑分布寬等缺點，但因其操作周期短，過程穩定，膠乳形態好，設備簡單被越來越多的廠家所采用，并將均質機作為壓力附聚的主要設

備[1]。

均質機運行原理：當小粒徑PBL 膠乳通過液壓閥門組件時，均質機閥門組件在均質機產生的壓力脈沖作用下產生剪切力，這些剪切力致使PBD 膠乳發生凝聚，進而增大PBD 膠乳的顆粒（見圖2）。

圖1 PBL 生產工藝流程圖

圖2 均質機閥門組件的截面

2 優化PBL 膠乳粒徑分布背景

ABS 樹脂的沖擊性能是評判產品質量好壞的重要依據之一，而PBL 膠乳粒徑分布直接影響了ABS 樹脂的沖擊性能及沖擊性能的穩定性。

圖3 PBL 粒徑與ABS 樹脂沖擊強度對比

從圖3 可以看出，PBL 乳膠粒徑應足夠大，以確保ABS 具有足夠高的沖擊強度，乳膠粒徑至少要大于2500A，當PBL 乳膠粒徑分布為 3000～3300A 時，ABS 樹脂的沖擊性能最好。

我公司對往年PBL 膠乳合格率數據進行分析和討論，針對ABS 樹脂沖擊性能偶有波動這一問題進行研究，找出影響PBL 膠乳粒徑分布的各種因素，從根本上降低不合格PBL 膠乳的產生，努力將PBL 膠乳粒徑波動控制在最小范圍內，并以此來完成將PBL 膠乳粒徑粒徑分布穩定性提高，進而提高ABS 產品質量[2]。

3 影響PBL 膠乳粒徑分布因素的確立

通過仔細研究推論出以下12 個因素是影響PBL 膠乳合格率原因，并對這12 個因素逐一驗證來確定主要原因見表1。

表1 影響因素確認

通過以上驗證，我們找出了影響PBL 膠乳粒徑的主要原因：1）反應釜配方改變；2）皂化液配置一次合格率；3）主原料丁二烯的質量；4）均質溫度控制。

4 對影響PBL 膠乳粒徑的主要原因逐一進行分析

在控制參數和實際控制溫度基本不變的情況下，對影響膠乳粒徑的各項因素進行了分析。

4.1 反應釜配方改變

通過調整反應釜的配料比例來調節反應釜出的膠乳粒徑，會對聚合反應的氧化還原體系造成干擾，影響反應。致使反應釜反應出的膠乳粒徑分布不均勻，出現膠乳粒徑過小或過大的情況。效果見圖4。

圖4 反應膠乳粒徑調節曲線

如圖4 所示，反應釜配方比例的改變直接影響PBL 膠乳粒徑分布進而影響ABS 產品的抗沖擊性能。

4.2 皂化液一次合格率

在PBL 聚合反應過程中，皂化液濃度越高，膠束越多，根據膠束機理生成的PBL 乳膠粒越多。當配置皂化液一次合格率降低時，會影響SOAP 中堿濃度分布和膠束數目。進而影響生產PBL 膠乳的收率和質量。

4.3 主原料丁二烯的質量

丁二烯是一種易燃、易爆、易自聚的物質，在熱、氧、鐵灰等雜質的作用下，可以加速丁二烯的自身聚合，生成聚合物或過氧化物，在儲存和運輸過程中必須添加TBC，以防止與空氣接觸。圖5 是丁二烯單體在反應釜發生聚合時，主原料丁二烯蒸汽壓與轉化率關系曲線圖。

由圖5 可知，蒸汽壓力隨轉化率的變化為：轉化率小于50%時，轉化蒸汽壓力與乳化劑用量的關系是獨立的，而蒸汽壓力變化不大。當轉化率大于50%時，隨著轉化率的增加，蒸氣壓急劇下降，所以當主原料丁二烯的質量發生變化時，產生PBL 膠乳的質量也隨之變化。

圖5 單體蒸氣壓與轉化率對比

4.4 均質溫度對PBL 膠乳的影響

在均質壓力、流率、固含量不變的情況下，通過調節均質溫度可以改變PBL 乳液的粘度。由數據可知，當均質機均質溫度每上升1℃，膠乳粒徑就會下降100A。

通過實驗可知，通過溫度調節將膠乳平均粒徑控制在3150±50A 時，能夠保證ABS 產品具有良好的抗沖擊性能[4～6]。

圖6 均質溫度與膠乳粒徑的關系

5 針對影響均質機粒徑分布的主要因素制定對策進行優化（見表2）

6 針對主要原因進行優化后的效果評價

圖7 為近三年PBL 單元一期膠乳平均粒徑原始記錄數據，可見2018 年一期膠乳平均粒徑（實施完改造的）數據明顯好于2016 年和2017 年。

圖8 為近三年PBL 單元二期膠乳平均粒徑原始記錄數據，可見2018 年二期膠乳平均粒徑（實施完改造的）數據明顯好于2016 年和2017 年。

7 總結

通過對均質機粒徑波動因素的查找和改進優化，使我公司的PBL 膠乳粒徑分布更加均勻，ABS產品的沖擊性能更加穩定，產品質量得到了提高，避免了ABS 產品質量方面相關投訴，且銷售價格得到一定的上漲，產品的品牌價值得到提升。進而使我公司在市場占有比重迅速擴大的同時，產品在高端市場得到更多應用。

表2 優化粒徑分布的措施

圖7 一期膠乳平均粒徑分布

圖8 二期膠乳平均粒徑分布