淺析“可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）的制備與用途”

1、淺析“可發(fā)性聚苯乙烯(eps)的制備與用途”天津新龍橋工程塑料有限公司天津300450摘要：木文主要介紹了國內(nèi)eps的制備與用途。先說其用途：上世紀(jì)四 五十年代，德國巴斯夫公司發(fā)明了一種被稱為可發(fā)性聚苯乙烯的材料，這種材料 具有很多的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于包裝材料、建筑材料、保護(hù)性材料等等。可發(fā)性聚 苯乙烯的制備：一是本體聚合法；二是懸浮聚合法；懸浮聚合乂分為一步法生產(chǎn) 和二步法牛產(chǎn)。木文采用的是懸浮聚合法的一步法牛產(chǎn)工藝。關(guān)鍵詞：可發(fā)性聚苯乙烯(eps)；制備；用途1前言可發(fā)性聚苯乙烯(eps)具有質(zhì)輕、價廉、導(dǎo)熱率低、吸水性小、電絕 緣性能好、隔音、防震、防潮、成型工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于建筑

2、、交通運(yùn) 輸?shù)刃袠I(yè)的保溫隔熱、隔音、抗震材料、用作電器、儀表、玻璃制品、電子產(chǎn)品 等的緩沖包裝和食品包裝材料。2 eps的制備方法eps 一般采用懸浮聚合。懸浮聚合法是以苯乙烯單體和聚合物顆粒為分 散相，用水為連續(xù)相和分散介質(zhì)，在強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌下分散為油狀液滴，并借助 于懸浮劑的分散作用懸浮于水中，在引發(fā)劑的作用下，聚合為球狀固體。3 eps制備用助劑3.1引發(fā)劑體系：苯乙烯懸浮聚合一般采用自由基引發(fā)體系，主要是有 機(jī)過氧化物一過氧化二苯甲酰，也有采用二叔丁基過氧化物(tertbu2o2)、過氧 化苯甲酰(bpo)、過氧化苯甲酰叔丁酯復(fù)合型引發(fā)劑。3.2分散體系：目前苯乙烯懸浮聚合的分散體系主

3、要有三類，即有機(jī) 分散體系、無機(jī)分散體系、有機(jī)和無機(jī)復(fù)合體系。1、有機(jī)分散體系：有機(jī)分散體系大多采用聚乙烯醇(pva)、羥乙基纖 維素(hec)、白明膠等。有機(jī)分散劑作為一種高分子表面活性劑(含有親水基 和親油基)，在聚合過程中的主要作用有三種：(1)提高水相粘度，增加油滴運(yùn) 動阻力，減少油滴碰撞次數(shù)。(2)在油滴外表面形成保護(hù)層，防止油滴合并，增 強(qiáng)粒子的保膠能力。(3)降低油水兩相界面張力，增加其穩(wěn)定性。2、無機(jī)分散劑：無機(jī)分散劑主要是磷酸三鈣(tcp)，磷酸三鈣應(yīng)滿足 質(zhì)量輕、粒度細(xì)的要求。其主要作用是將無機(jī)物細(xì)顆粒吸附在油滴表面，起到機(jī) 械隔離作用。此外，為提高tcp分散效果，通常加入

4、少許表面活性劑，例如十 二烷基苯磺酸鈉等，作為tcp的助分散劑。3、復(fù)合分散劑：在苯乙烯懸浮聚合過程中，有機(jī)高分子化合物分散劑 溶于水中降低水的表面張力，增加水的粘度，并在油滴表面形成保護(hù)膜，增加粒 子的保護(hù)能力，但粘附嚴(yán)重。無機(jī)分散劑靠其固體粉末被水濕潤，對單體油滴起 到機(jī)械隔離作用，粘附較輕，但用量較多，給后處理帶來困難，并可能使粒子發(fā) 霧。在實(shí)際生產(chǎn)中，選用不同保護(hù)能力或界面活性的復(fù)合體系，已達(dá)到取長補(bǔ)短 的效果，這類復(fù)合分散劑有pva和tcp復(fù)合(分別在聚合前和后期加入)，hec 和tcp復(fù)合等，從而提高了分散劑的效果。聚合反應(yīng)分散劑用量很少，否則易產(chǎn) 生乳化現(xiàn)象，其用量為水量的0.0

5、01%0.1%o4 影響eps生產(chǎn)的因素4.1水質(zhì)：聚合投料用水的質(zhì)量，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。水質(zhì)主要有 以下指標(biāo)1、硬度：聚合用水的硬度過高，會影響產(chǎn)品的電絕緣性和熱穩(wěn)定性， 而水中陰離子過高，又會影響聚合分散體系的穩(wěn)定性，一般要求便度不高于10-5, 氯根不咼于2倍10-5 o2、ph值：ph值影響分散劑的穩(wěn)定性。當(dāng)使用明膠做分散劑吋，ph值 低對明膠有破壞作用。而ph值過高，會引起pva體系的醇解，影響分散效果及 顆粒形態(tài)。故ph值一般要求在6.5-7.5范圍之內(nèi)。此外，水質(zhì)還會影響粘附, 一般聚合工藝用水都應(yīng)經(jīng)過陽離子交換樹脂處理，才能達(dá)到生產(chǎn)的要求。4.2水油比：水油比是指投料時水與

6、單體的質(zhì)量比。水作為分散和傳 熱介質(zhì)，一般情況下，水油比大對單體的分散和傳熱都有利，反應(yīng)易于控制，但 水油比大會影響設(shè)備的利用率，所以生產(chǎn)上盡量采用小的水油比。但水油比過小, 聚合體系固含量增加，油珠碰撞幾率增大，嚴(yán)重時會引起爆聚、結(jié)塊等現(xiàn)象。水 油比一般控制在1： 12： 1范圍內(nèi)。4.3鐵質(zhì)：苯乙烯懸浮聚合，對鐵質(zhì)要求比較嚴(yán)格。無論是軟水、引 發(fā)劑、分散劑，還是單體中的鐵質(zhì)，都會對聚合反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。鐵質(zhì)會使聚 合反應(yīng)的誘導(dǎo)期延長、反應(yīng)速度減慢、產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性變壞，還會影響顆粒的均 勻度，所以設(shè)備及管道應(yīng)采用不銹鋼、搪瓷或涂塑。4.4分散劑體系對粒徑及粒徑分布的影響：在一定的水油比和攪拌

7、轉(zhuǎn) 速下，分散劑量增加，粒子粒徑變小。反之，粒徑變?nèi)?。般是固定有機(jī)分散劑 的用量，增加或減少無機(jī)分散劑的用量，這樣可以使體系的保護(hù)能力增強(qiáng)，粒子 分布趨于集中，提高目的產(chǎn)品的效率。5 eps的制備過程在立式反應(yīng)釜中，采用懸浮聚合的方法間歇生產(chǎn)，借助機(jī)械攪拌力，使 單體成液滴狀分散于水中，主要原料有去離子水、苯乙烯、懸浮劑、分散劑、引 發(fā)劑、發(fā)泡劑等，單體和催化劑懸浮于水相中進(jìn)行反應(yīng)。主要原料：1、純水：去離子水2、乳化劑：十二烷基苯磺酸鈉3、懸浮劑：聚乙烯醇、甕乙基纖維素4、分散劑：磷酸三鈣5、引發(fā)劑：過氧化二苯甲酰 bpo過氧化苯甲酸叔丁酯tbpb6、增塑劑：磷酸三丁酯等7、發(fā)泡劑：正戊烷、

8、異戊烷5.1下料過程在洗凈的30m³的立式反應(yīng)釜中注入純水12500千克，注入一半水 后，啟動攪拌，加入250克乳化劑十二烷基苯磺酸鈉、懸浮劑66千克、分散劑 磷酸鈣8.8千克，加完水后檢測ph值在7.128.16之間，酸性太大，對聚合粒 子成長不利，堿性太大，反應(yīng)時粒子成長太快，易膠結(jié)。ph值合格后加入純凈 的苯乙烯單體12500千克，加到一半后，加40千克bpo, 30千克tbpb,加入 11.2千克增塑劑磷酸三丁酯。苯乙烯加注完成后，取樣觀察苯乙烯單體分散情況。 正常情況下水和油應(yīng)不分層，苯乙烯單體均勻的懸浮于水溶液中。5.2升溫過程開啟升溫程序，反應(yīng)釜盤管中進(jìn)入蒸汽，

9、反應(yīng)釜中物料被加熱到85°c 吋，停止蒸汽。溫度達(dá)到88°c吋，通入冷卻水，建立反應(yīng)釜冷卻系統(tǒng)，并計(jì)時 開始。最后控制溫度在8990°co5.3低溫反應(yīng)升溫至88°c吋，記錄反應(yīng)時間，反應(yīng)1小吋吋，加入125克亞硫酸氫 鈉，此吋開始反應(yīng)粒子開始長大，反應(yīng)到2.5小時進(jìn)入到危險(xiǎn)期，粒子漲勢明顯， 必須時常取樣觀察粒子成長情況，并分次加入tcp或caca3來控制粒子成長。將 粒子控制在所需的粒徑范圍內(nèi)，4小時時聚合反應(yīng)結(jié)束，粒子成形變硬，可以開 始灌氣。5.4灌氣過程加入tcp12千克，乳化劑60克，密封人孔及手孔。用屏蔽泵將：l000 千克戊烷壓入反應(yīng)釜內(nèi)

10、，灌氣完成1小時，溫度在102-106°c,壓力在0.6mpa 左右。此時將溫度在1小時內(nèi)提升到118-122°c,再恒溫4小時，反應(yīng)完畢。5.5岀料過程通入冷卻水將溫度降至50°c以下，然后用壓縮空氣將反應(yīng)釜內(nèi)的粒子 壓到洗滌槽內(nèi)，加10升鹽酸及300毫升消泡劑，測洗滌水ph值在45之間。 然后經(jīng)篩分機(jī)篩分、離心機(jī)分離、噴灑防靜電劑、干燥機(jī)干燥后，送篩析車間。5.6篩析包裝送來的粒子再噴灑外部潤滑劑，防止粘結(jié)，保持表面光滑、明亮，經(jīng)過分篩機(jī)自動分篩得到不同規(guī)格粒徑的粒子、磅秤自動稱重包裝即可。6 討論6.1如果剛開始下完料后發(fā)現(xiàn)溶液相態(tài)轉(zhuǎn)相不好，可以慢慢加熱到6

11、0°c 吋停止加熱，同時加入少量磷酸鈣使其分散，停止攪拌35分鐘，重新啟動， 如此反復(fù)幾次可使其轉(zhuǎn)相好轉(zhuǎn)后，再升溫至低溫反應(yīng)階段，若轉(zhuǎn)相不好進(jìn)行低溫 反應(yīng)則容易膠結(jié)，導(dǎo)致反應(yīng)失敗。6.2引發(fā)劑用量：bpo為低溫引發(fā)劑，在60°c開始分解；tbpb為高溫 引發(fā)劑，開始分解；反應(yīng)釜內(nèi)的溫度不斷升高，引發(fā)劑分別發(fā)生作用，影 響著分子量的大小。提高引發(fā)劑的用量，分子量減小，減少引發(fā)劑的用量，分子 量就增加，一般分子量控制在5100055000o6.3游離單體的控制：成品的游離單體控制在0.5%,在低溫反應(yīng)結(jié)束 時，游離單體大約為28-30%,靠高溫階段吋間的長短來調(diào)節(jié)。6.4粒徑的控制：粒徑根據(jù)客戶的需求而定，一般控制在0.8l.ommo 磷酸三鈣壓制粒子用控制粒子長大而碳酸鈣助長劑可使粒子長大。加入碳酸鈣后， ph有所增