HIPS合金的制备及工艺

HIPS合金的制备及工艺

摘要

综述了聚苯乙烯( PS) 的发展历史，用直接悬浮法进行接枝共聚制备橡胶增韧聚苯乙烯的方法，以及通用塑料、弹性体和工程塑料等共混改性高抗冲聚苯乙烯的方法。介绍了工业上HIPS的生产工艺，具体写出了生产所需的机械和生产的流程。同时概述了以高抗冲聚苯乙烯(HIPS)为中心的有关橡胶增韧机理的理论，包括微裂纹理论、多重银纹理论、剪切屈服理论、剪切带和银纹共存理论等。并且总结了界面性能、粒子尺寸、粒子间距及缠结密度等因素对橡胶/高分子共混体系性能的影响。

关键词：高抗冲聚苯乙烯；制备；增韧机理

Abstract

In the view of the development history of polystyrene (PS), the preparation method of high-impact polystyrene (HIPS) and the modification method of HIPS. Introduced the production process of HIPS in industry, and specifically wrote the production of the required machinery and production process. Also summarized the theory about the rubber toughening mechanism with HIPS as the center, including the micro crack theory, multiple crazing theory, shear yielding theory, shear zone and crazing coexistence theory and etc, and summarized the factors including interfacial properties, particle size, particle spacing and density that affect the properties of rubber / polymer blends.

Key words: High-impact polystyrene；Preparation；Toughening mechanism

一、聚苯乙烯的发展历史及用途

苯乙烯系树脂是五大通用型合成树脂之一,一般按产量仅次于PE、PVC和PP 而居第四位。聚苯乙烯(Polystyrene,缩写为PS), 1925年德国I.G.Farben工业公司开始从事苯乙烯的工业生产开发工作,1930年实现工业化生产。1958年中国开

始筹备生产装置,开创了中国聚苯乙烯树脂的工业生产。苯乙烯系树脂发展初期,只生产通用聚苯乙烯(general-purpose polystyrene,缩写为GPPS)。其质硬而脆、机械强度不高、耐热性较差,且易燃。为此人们做了大量的改进工作,形成了以高抗冲聚苯乙烯(high-impact polystyrene,缩写为HIPS)、可发性聚苯乙烯(expandable polystyrene,缩写为EPS)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(acrylonitrile -styrene copolymer,缩写为AS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile- butadiene- styrenecopolymer ,缩写为ABS)等为代表的庞大的苯乙烯树脂体系[1]。

1952年Amos等开发出一种新的生产韧性聚苯乙烯的工艺,其基本原理是在聚合过程中搅拌,从而使橡胶成为分散粒子而不是连续相,这样生产的韧性聚苯乙烯就是所谓的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)[2]。

HIPS为白色不透明珠状或粒状热塑性树脂,其结构式如下:

HIPS除具有GPPS的刚性、加工性能和着色性等优点,橡胶的引入使其冲击强度大幅度上升,但拉伸强度、硬度、光泽等性能指标下降,同时还丧失了透明性。

二、HIPS的工业制备方法

2.1 本体悬浮法（接枝共聚）[2]

将0.1%的引发剂加入溶解好了的橡胶的聚苯乙烯溶液，在75℃左右本体预聚反应3~4小时，然后取样，涂于玻片上吹干成膜，揭下薄膜浸入丁酮溶液中，看是否相变，如相变后再聚合一段时间使单体转化率达25~30%左右，然后再加入0.15%的引发剂，将预聚物转移到装有悬浮液的釜内，在激烈搅拌下继续聚合，反应温度从80℃逐渐升到90℃，取样视树脂粒子沉入水中后，在升温至100℃反应1~2小时后，冷却出料，进行洗涤，干燥等后处理。

2.1.1 生产工艺

(1) 反应器及辅助设备[3]

l)橡胶研磨机一把橡胶切成碎片，使其快速溶解。

2)溶解器一溶解苯乙烯中的橡胶。

3)换热器和冷凝器一加热或冷却预聚物，凝缩水蒸汽。

4)泵一水、蒸汽、单体、橡胶溶液、加热油、聚合物质、冷凝液等使用的各种规格的泵。

5)进料槽一储存橡胶溶液。

6)筒形过滤器一聚合前过滤橡胶溶液。

7)固定管路混合器一必要时混合添加剂(链转移剂、交联剂、稳定剂等)

8)预聚合反应器一开始橡胶溶液的预聚合。

9)一系列反应器一连续反应用。

10)脱挥发份器一除掉稀释剂和未反应的单体。

11)冷冻系统一冷凝蒸汽。

12)真空系统一蒸发稀释剂和单体。

13)仪表盘一控制全部聚合条件。

14)贮罐一储存回收物质。

15)压力、温度和液面计一记录各点的条件.

16)其他设备一辅助工艺过程。

(2) 过程和反应条件

制备高抗冲聚苯乙烯的主要过程如下：

l)把苯乙烯和乙苯充人溶解器内。

2)把像胶研碎放人溶解器内,把溶解器加热到50℃。

3)制备一批添加剂溶液,制备方法是：在一个小贮罐内,在乙苯中溶解所需要的添加剂。

4)按一定的比例把橡胶溶液和添加剂溶液注人管路混合器内.混合后的溶液进人70℃的换热器内进行预热。

5)在预聚器内充人氮气层。

6)当物料开始进人预聚合器时，搅拌器以50rPm转速旋转,顶聚合器被加热80℃。

7)顶聚合器达到75%液面时自动运行。

8)定期通过观察孔观察预聚合情况。

9)75%液面时,底部泵以与聚合器进料相同的速率开始运转。压力为10磅/英