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高抗沖聚苯乙烯粒子發灰原因分析及對策

文檔作者：張冰1a袁2袁陳君麗1a袁2,金方友1b,許佳1b 文檔來源： 1.中國石油獨山子石化公司a.研究院曰b.橡膠部袁新疆克拉瑪依833699曰2.新疆橡塑材料實驗室		更新日期： 2026年05月18日	點擊數：
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石化技術與應用
Petrochemical Technology 馭Application
第41卷第3 期
2023 年5 月Vol.41 No.3
May 2023
苯乙烯系樹脂是五大通用型合成樹脂之一遙
其中袁通用聚苯乙烯淵GPPS冤樹脂因具有沖擊強度
低袁耐環境應力開裂及耐熱性差等缺點袁而使其
應用受到了限制遙為了提高GPPS的沖擊強度袁采
用在苯乙烯單體內加入橡膠相進行自由基聚合袁
制得化學接枝型高抗沖聚苯乙烯淵HIPS冤咱1暫遙后者
除具有GPPS 的剛性堯加工性能堯著色性等優點
外袁橡膠的引入使其沖擊性能大幅度上升袁但同
時卻喪失了透明性袁其外觀呈白色遙
中國石油獨山子石化公司4萬t/a HIPS裝置
淵以下簡稱HIPS 裝置冤于2010 年投產袁該裝置引
進加拿大S&amp;amp;W 公司及其合作專利商的工藝技
術袁采用連續本體聚合工藝遙在生產過程中袁出現
了產品色度不穩定堯粒子發灰的異常現象袁嚴重
影響了產品的外觀及銷售遙本工作基于HIPS 的
生產過程袁從原料堯聚合堯脫揮等單元分析了影響
產品粒子發灰的原因袁并采取了相應對策袁取得
了良好效果遙
1 工業裝置
HIPS 裝置工藝流程如圖1所示院聚丁二烯橡
膠淵BR冤被切碎后溶解在苯乙烯中袁進入反應區遙
反應區由3 臺串聯的塔式反應器組成袁通過熱引
發聚合反應袁不使用引發劑袁最終反應轉化率在
65%耀75%遙反應產物進入脫揮器袁脫除未反應單
體堯雜質和反應副產物后袁用泵輸送至造粒單元袁
最終得到產品粒子曰未反應的單體堯低聚物堯水等
則進入凈化塔袁經循環冷凝器通過冷卻水降溫
后袁進入循環受液罐袁再經循環泵外排或重新返
回反應系統遙
圖1 HIPS生產裝置工藝流程示意
2 HIPS產品粒子發灰原因分析
從HIPS 生產工藝流程來看袁產品粒子顏色
影響因素可能會發生在原料堯聚合堯脫揮等過程袁
具體影響指標主要有院原料苯乙烯中阻聚劑對叔
丁基鄰苯二酚淵TBC冤和BR 中揮發分的含量袁聚
合過程中塔式反應器的攪拌轉速及溫度袁脫揮過
DOI院10.19909/j.cnki.ISSN1009-0045.2023.03.0192
工業技術淵192耀195冤
高抗沖聚苯乙烯粒子發灰原因分析及對策
張冰1a袁2袁陳君麗1a袁2,金方友1b,許佳1b
淵1.中國石油獨山子石化公司a.研究院曰b.橡膠部袁新疆克拉瑪依833699曰2.新疆橡塑材料實驗室袁新疆克拉瑪依袁833699冤
摘要院針對高抗沖聚苯乙烯淵HIPS冤生產過程中出現的粒子發灰現象袁從原料堯聚合和脫揮單元分析了
原因袁并采取了相應對策遙結果表明院原料苯乙烯的含氧儲存環境堯聚丁二烯橡膠淵BR冤中揮發分及氯離子
含量高是導致產品粒子發灰的主要原因曰將苯乙烯存儲由有氧環境改為氮氣環境袁嚴格控制BR 中揮發分
質量分數小于0.5%袁且優選線型低順式BR袁可有效降低HIPS 產品粒子發灰的幾率遙
關鍵詞院苯乙烯曰聚苯乙烯曰抗沖聚苯乙烯曰聚丁二烯橡膠曰粒子色度曰揮發分曰氯離子
中圖分類號院TQ 325.2 文獻標志碼院B 文章編號院1009-0045淵2023冤03-0192-04
收稿日期院2023-01-29曰修回日期院2023-04-16
作者簡介院張冰淵1981要冤袁女袁河南滑縣人袁高級工程師遙主
要從事合成樹脂研發工作袁已發表論文3 篇遙
第3 期
程中的溫度和壓力等遙
2. 1 原料
2. 1. 1 苯乙烯
原料苯乙烯來自苯乙烯儲罐袁其組成分析結
果表明院苯乙烯質量分數大于99.9%袁水分含量為
20耀120 滋g/g袁TBC 含量為10耀15 滋g/g袁異丙苯堯正
丙苯堯乙苯等其他雜質含量極低遙
因苯乙烯高溫時容易自聚袁為了避免在儲存
和輸送過程中發生自聚袁原料苯乙烯中加入了
TBC袁且TBC 發揮有效阻聚作用袁要求含有一定
量的溶解氧咱2暫遙TBC在溫和的有氧環境下袁會被氧
化成叔丁基對苯醌遙叔丁基對苯醌單體呈金黃
色袁其與TBC 的混合溶液呈棕色袁進一步氧化逐
漸變成黑色醌類或醌類的多聚物咱3暫遙醌類和醌類
多聚物殘留在原料中袁會造成HIPS 粒子發灰遙
2. 1. 2 BR
考察了原料BR 質量對HIPS 粒子色度的影
響袁結果見表1遙
表1 采用不同質量BR所生產HIPS粒子的色度
項目
BR揮發分淵質量分數冤/%
BR甲苯溶液黏度/淵MPa窯s冤
HIPS粒子色度淵Z-Y冤
試樣1 試樣2 試樣3 試樣4 試樣5
0.87 0.88 0.50 0.48 0.28
192 232 197 213 184
10.1 10.0 11.2 11.1 15.0
試樣1~試樣5 均采用同一種類低順式
BR袁其門尼黏度堯凝膠含量和色度相當袁只是揮發
分質量分數和甲苯溶液黏度不同遙由表1 可知院
試樣5所用BR 的揮發分質量分數和甲苯溶液黏
度均較低袁生產的HIPS 粒子色度最佳袁試樣2 則
反之曰試樣1 和試樣2 所用BR 揮發分質量分數
相近袁而甲苯溶液黏度不同袁所生產的HIPS 粒子
色度相當袁試樣3 和試樣4 的情形亦一致曰試樣1
和試樣3所用BR 甲苯溶液黏度相當袁而揮發分
質量分數差異明顯不同袁則揮發分較低的BR 生
產的HIPS 粒子色度相對較高遙這些表明BR中的
揮發分質量分數是影響HIPS 粒子色度的因素遙
HIPS 裝置長期運行后袁設備器壁會富集無機
鹽雜質遙而BR 中的揮發分主要為水分袁高揮發分
BR 攜帶相對多的水分進入聚合系統袁與設備器
壁的水溶性無機鹽雜質共同進入物料系統袁脫揮
系統的高溫可將水分汽化脫除袁但水溶性無機鹽
雜質殘留于HIPS 產品中袁導致產品色度降低袁粒
子呈現發灰現象遙
2. 2 聚合系統
聚合系統主要控制參數包括攪拌器轉速和
反應器溫度遙其中袁攪拌器的轉速對橡膠相粒徑
影響較大袁進而影響產品的性能咱2暫袁但對產品的外
觀幾乎不造成影響曰HIPS裝置生產過程中反應溫
度易于穩定控制袁且塔式反應器絕氧且密閉咱4暫袁因
此袁可以排除聚合系統對HIPS 產品外觀的影響遙2. 3 脫揮系統
HIPS 粒子顏色很大程度上取決于脫揮系統
的加熱過程和空氣泄漏咱5暫遙HIPS裝置的脫揮系統
采用三級脫揮專利設計院一級脫揮使聚合物中的
泡沫被蒸發后袁作為過熱氣進入凈化塔回收單
體袁聚合物漿料通過級間閥進入二級脫揮器曰隨
后進入脫揮器底部分隔室的聚合物分布管袁再進
入熔融池袁形成三級脫揮區域袁在此過程中盡量
脫除更多的單體遙
在HIPS裝置運行過程中袁發現脫揮系統壓力
上升袁二級淵三級冤脫揮實際壓力達0.29~0.31 kPa袁
高于工藝指標淵不大于0.13 kPa冤遙對應此工況袁
HIPS 粒子色度在8.6~11.8袁低于正常值淵12.9~
15.4冤遙脫揮壓力升高袁會使低聚物脫除能力降低袁
導致產品中低聚物殘留量增加袁從而使得產品粒
子顏色發灰堯色度降低遙
通過對脫揮系統和凈化系統進行排查袁發現
過濾器濾芯上有黏附物袁外觀呈藍綠色遙通過定
性分析袁確定為FeCl2遙初步推斷袁氯離子的主要來
源為BR中的偶聯劑和分散劑袁氯離子長期積累
會腐蝕設備生成鐵離子袁最終形成FeCl2咱6暫遙原料
BR 和苯乙烯均會帶入水分袁盡管定期排放袁但仍
有部分氯離子進入脫揮系統袁對液環真空泵造成
腐蝕袁進而影響脫揮系統的壓力遙由此可見袁BR
中的氯離子腐蝕設備形成FeCl2袁致使HIPS 產品
中低聚物增加袁是導致HIPS 產品粒子發灰的主
要原因遙
2. 4 造粒過程
脫揮后的HIPS 熔體通過擠出模頭袁進入切
粒機進行水下切粒遙擠出設備長期運行袁苯乙烯
低聚物可能會在模頭處積聚袁并不定期脫落袁造
成產品間歇性出現黑斑粒遙操作人員會定期對擠
出模頭處的苯乙烯低聚物進行清理袁避免其脫落
張冰等. 高抗沖聚苯乙烯粒子發灰原因分析及對策 窯 193 窯
石化技術與應用第41 卷
至產品中造成產品外觀不合格遙黑斑粒是一項重
要的外觀指標袁但因其數量很少袁在正常情況下袁
對HIPS產品色度無明顯影響遙
3 對策及實施效果
因原料苯乙烯存儲過程中有氧氣存在袁以及
BR 中的揮發分及其所含氯離子腐蝕設備是影響
HIPS 產品粒子發灰的主要原因袁對此采取以下解
決措施遙3. 1 更改苯乙烯儲罐密封介質
苯乙烯存儲的含氧環境來自其儲罐的密封介
質袁使用儀表風或者工業風進行密封袁氧氣是主要
組分之一遙為了破壞TBC的氧化氛圍袁對苯乙烯儲
罐采用氮氣密封遙更改后袁HIPS 粒子外觀顏色有
所改善袁色度由11.5提高至14.1袁并保持穩定遙
3. 2 優選BR原料
低揮發分含量國內HIPS 工業裝置普遍使
用揮發分質量分數小于0.5%的低順式BR 進行
改性袁要求相對較高的企業甚至使用揮發分質量
分數不大于0.1%的低順式BR進行生產咱6暫遙揮發
分含量高的橡膠外觀發灰堯發霧袁經過高溫烘烤
后袁揮發分含量降低袁透明性增加遙
低氯離子含量HIPS 生產過程中的氯離子
主要由低順式BR 引入遙線型BR 生產不采用偶
聯劑袁主要為氣提分散劑引入氯離子曰星型BR 生
產采用SiCl4進行偶聯袁在氣提生產工藝中采用
CaCl2為分散劑咱7暫遙相比較而言袁線型BR 中的氯
離子質量分數淵0.01%冤較星型BR淵0.02%~0.04%冤
的低袁因此袁采用前者生產HIPS 產品粒子的發灰
幾率就相對較低遙
4 結論
a.在HIPS生產過程中袁原料苯乙烯的含氧存
儲環境堯BR 中揮發分及氯離子含量高袁是導致產
品粒子發灰的主要原因遙
b.將苯乙烯存儲由有氧環境改為氮氣環境袁
并控制低順式BR 中揮發分質量分數小于0.5%堯
甚至不大于0.1%袁且優選線型結構袁可降低HIPS
產品粒子發灰的幾率遙
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窯 194 窯
第3 期
Abstract: Basing on the industrial raw materials
of catalyst production plant袁the crystallization syn鄄
thesis conditions for the low -cost preparation of
high-quality 4 A zeolites and the adsorption-des鄄
orption performance of 5 A zeolites淵via modification
from the above prepared 4 A zeolites冤on naphtha
components were investigated. The results showed
that the optimal crystallization preparation condi鄄
tions for the 4 A zeolite were as followed院n 淵Na2O冤/
n 淵SiO2冤at 2.8-3.1曰n 淵SiO2冤/n 淵Al2O3冤at 1.0-1.5曰
n淵H2O冤/n淵Al2O3冤at 123.0-148.0曰the crystallization
temperature at 90- 100 益袁and the crystallization
time at more than 5 h. Under the optimal crystalliza鄄
tion preparation conditions袁the 4 A zeolites with rel鄄
ative crystallinity greater than 80%could be synthe鄄
sized by using the synthetic silicon sources contain鄄
ing different SiO2 mass fraction袁such as water glass袁
crystallization mother liquor 1袁and crystallization
mother liquor 2. The modified 5 A zeolite exhibited
better adsorption-desorption performance on n-hex鄄
ane than that of commercially available HZSM-5
zeolite.
Key words: 4 A zeolite曰5 A zeolite曰crystalliza鄄
tion mother liquor曰crystallization synthesis曰relative
crystallinity曰n-hexane曰adsorption-desorption per鄄
formance
淵上接第181 頁冤
Low-cost synthesis of type A zeolite
ZHANG Li1袁BAI Ji-yun2袁LIU Yu-hang2袁HU Qing-xun1袁ZHAO Liang2袁WANG Jiu-jiang1袁
ZHANG Ji-hua2
淵1.Lanzhou Petrochemical Research Center袁Petrochemical Research Institute袁PetroChina袁Lanzhou 730060袁
China曰2. Catalyst Business Division of Lanzhou Petrochemical Company袁PetroChina袁Lanzhou 730060袁China冤
Abstract: In response to the ash formation phe鄄
nomenon during the production of high impact
polystyrene 淵HIPS冤particles袁the reasons were ana鄄
lyzed from the perspectives of raw materials袁poly鄄
merization袁and devolatilization units袁and corre鄄
sponding countermeasures were taken. The results
showed that the oxygen containing storage environ鄄
ment of raw material styrene袁high volatile matter
and chloride ion content in polybutadiene rubber 淵BR冤were the main reasons for product particle
ashing. Countermeasures such as changing the stor鄄
age of styrene from an aerobic environment to a ni鄄
trogen environment袁strictly controlling the mass
fraction of volatile matter in BR at less than 0.5%袁
and selecting linear low cis-BR could effectively re鄄
duce the probability of particle ash formation in
HIPS products.
Key words: styrene曰polystyrene曰impact resistant
polystyrene曰polybutadiene rubber曰particle chro鄄
maticity曰volatile matter曰chloride ion
Cause analysis and countermeasures on ash formation of high impact
polystyrene particles
ZHANG Bing1a袁2袁CHEN Jun-li1a袁2袁JIN Fang-you1b袁XU Jia1b
淵1.a. Research Institute曰b.Rubber Department of Dushanzi Petrochemical Company袁PetroChina袁Karamay
833699袁China曰2.Xinjiang Laboratory of Rubber-Plastic Materials袁Karamay 833699袁China冤
張冰等. 高抗沖聚苯乙烯粒子發灰原因分析及對策 窯 195 窯

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