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高抗冲聚苯乙烯粒子发灰原因分析及对策

文档作者：张冰1a袁2袁陈君丽1a袁2,金方友1b,许佳1b 文档来源： 1.中国石油独山子石化公司a.研究院曰b.橡胶部袁新疆克拉玛依833699曰2.新疆橡塑材料实验室		更新日期： 2026年05月18日	点击数：
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石化技术与应用
Petrochemical Technology 驭Application
第41卷第3 期
2023 年5 月Vol.41 No.3
May 2023
苯乙烯系树脂是五大通用型合成树脂之一遥
其中袁通用聚苯乙烯渊GPPS冤树脂因具有冲击强度
低袁耐环境应力开裂及耐热性差等缺点袁而使其
应用受到了限制遥为了提高GPPS的冲击强度袁采
用在苯乙烯单体内加入橡胶相进行自由基聚合袁
制得化学接枝型高抗冲聚苯乙烯渊HIPS冤咱1暂遥后者
除具有GPPS 的刚性尧加工性能尧着色性等优点
外袁橡胶的引入使其冲击性能大幅度上升袁但同
时却丧失了透明性袁其外观呈白色遥
中国石油独山子石化公司4万t/a HIPS装置
渊以下简称HIPS 装置冤于2010 年投产袁该装置引
进加拿大S&amp;amp;W 公司及其合作专利商的工艺技
术袁采用连续本体聚合工艺遥在生产过程中袁出现
了产品色度不稳定尧粒子发灰的异常现象袁严重
影响了产品的外观及销售遥本工作基于HIPS 的
生产过程袁从原料尧聚合尧脱挥等单元分析了影响
产品粒子发灰的原因袁并采取了相应对策袁取得
了良好效果遥
1 工业装置
HIPS 装置工艺流程如图1所示院聚丁二烯橡
胶渊BR冤被切碎后溶解在苯乙烯中袁进入反应区遥
反应区由3 台串联的塔式反应器组成袁通过热引
发聚合反应袁不使用引发剂袁最终反应转化率在
65%耀75%遥反应产物进入脱挥器袁脱除未反应单
体尧杂质和反应副产物后袁用泵输送至造粒单元袁
最终得到产品粒子曰未反应的单体尧低聚物尧水等
则进入净化塔袁经循环冷凝器通过冷却水降温
后袁进入循环受液罐袁再经循环泵外排或重新返
回反应系统遥
图1 HIPS生产装置工艺流程示意
2 HIPS产品粒子发灰原因分析
从HIPS 生产工艺流程来看袁产品粒子颜色
影响因素可能会发生在原料尧聚合尧脱挥等过程袁
具体影响指标主要有院原料苯乙烯中阻聚剂对叔
丁基邻苯二酚渊TBC冤和BR 中挥发分的含量袁聚
合过程中塔式反应器的搅拌转速及温度袁脱挥过
DOI院10.19909/j.cnki.ISSN1009-0045.2023.03.0192
工业技术渊192耀195冤
高抗冲聚苯乙烯粒子发灰原因分析及对策
张冰1a袁2袁陈君丽1a袁2,金方友1b,许佳1b
渊1.中国石油独山子石化公司a.研究院曰b.橡胶部袁新疆克拉玛依833699曰2.新疆橡塑材料实验室袁新疆克拉玛依袁833699冤
摘要院针对高抗冲聚苯乙烯渊HIPS冤生产过程中出现的粒子发灰现象袁从原料尧聚合和脱挥单元分析了
原因袁并采取了相应对策遥结果表明院原料苯乙烯的含氧储存环境尧聚丁二烯橡胶渊BR冤中挥发分及氯离子
含量高是导致产品粒子发灰的主要原因曰将苯乙烯存储由有氧环境改为氮气环境袁严格控制BR 中挥发分
质量分数小于0.5%袁且优选线型低顺式BR袁可有效降低HIPS 产品粒子发灰的几率遥
关键词院苯乙烯曰聚苯乙烯曰抗冲聚苯乙烯曰聚丁二烯橡胶曰粒子色度曰挥发分曰氯离子
中图分类号院TQ 325.2 文献标志码院B 文章编号院1009-0045渊2023冤03-0192-04
收稿日期院2023-01-29曰修回日期院2023-04-16
作者简介院张冰渊1981要冤袁女袁河南滑县人袁高级工程师遥主
要从事合成树脂研发工作袁已发表论文3 篇遥
第3 期
程中的温度和压力等遥
2. 1 原料
2. 1. 1 苯乙烯
原料苯乙烯来自苯乙烯储罐袁其组成分析结
果表明院苯乙烯质量分数大于99.9%袁水分含量为
20耀120 滋g/g袁TBC 含量为10耀15 滋g/g袁异丙苯尧正
丙苯尧乙苯等其他杂质含量极低遥
因苯乙烯高温时容易自聚袁为了避免在储存
和输送过程中发生自聚袁原料苯乙烯中加入了
TBC袁且TBC 发挥有效阻聚作用袁要求含有一定
量的溶解氧咱2暂遥TBC在温和的有氧环境下袁会被氧
化成叔丁基对苯醌遥叔丁基对苯醌单体呈金黄
色袁其与TBC 的混合溶液呈棕色袁进一步氧化逐
渐变成黑色醌类或醌类的多聚物咱3暂遥醌类和醌类
多聚物残留在原料中袁会造成HIPS 粒子发灰遥
2. 1. 2 BR
考察了原料BR 质量对HIPS 粒子色度的影
响袁结果见表1遥
表1 采用不同质量BR所生产HIPS粒子的色度
项目
BR挥发分渊质量分数冤/%
BR甲苯溶液黏度/渊MPa窑s冤
HIPS粒子色度渊Z-Y冤
试样1 试样2 试样3 试样4 试样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
试样1~试样5 均采用同一种类低顺式
BR袁其门尼黏度尧凝胶含量和色度相当袁只是挥发
分质量分数和甲苯溶液黏度不同遥由表1 可知院
试样5所用BR 的挥发分质量分数和甲苯溶液黏
度均较低袁生产的HIPS 粒子色度最佳袁试样2 则
反之曰试样1 和试样2 所用BR 挥发分质量分数
相近袁而甲苯溶液黏度不同袁所生产的HIPS 粒子
色度相当袁试样3 和试样4 的情形亦一致曰试样1
和试样3所用BR 甲苯溶液黏度相当袁而挥发分
质量分数差异明显不同袁则挥发分较低的BR 生
产的HIPS 粒子色度相对较高遥这些表明BR中的
挥发分质量分数是影响HIPS 粒子色度的因素遥
HIPS 装置长期运行后袁设备器壁会富集无机
盐杂质遥而BR 中的挥发分主要为水分袁高挥发分
BR 携带相对多的水分进入聚合系统袁与设备器
壁的水溶性无机盐杂质共同进入物料系统袁脱挥
系统的高温可将水分汽化脱除袁但水溶性无机盐
杂质残留于HIPS 产品中袁导致产品色度降低袁粒
子呈现发灰现象遥
2. 2 聚合系统
聚合系统主要控制参数包括搅拌器转速和
反应器温度遥其中袁搅拌器的转速对橡胶相粒径
影响较大袁进而影响产品的性能咱2暂袁但对产品的外
观几乎不造成影响曰HIPS装置生产过程中反应温
度易于稳定控制袁且塔式反应器绝氧且密闭咱4暂袁因
此袁可以排除聚合系统对HIPS 产品外观的影响遥2. 3 脱挥系统
HIPS 粒子颜色很大程度上取决于脱挥系统
的加热过程和空气泄漏咱5暂遥HIPS装置的脱挥系统
采用三级脱挥专利设计院一级脱挥使聚合物中的
泡沫被蒸发后袁作为过热气进入净化塔回收单
体袁聚合物浆料通过级间阀进入二级脱挥器曰随
后进入脱挥器底部分隔室的聚合物分布管袁再进
入熔融池袁形成三级脱挥区域袁在此过程中尽量
脱除更多的单体遥
在HIPS装置运行过程中袁发现脱挥系统压力
上升袁二级渊三级冤脱挥实际压力达0.29~0.31 kPa袁
高于工艺指标渊不大于0.13 kPa冤遥对应此工况袁
HIPS 粒子色度在8.6~11.8袁低于正常值渊12.9~
15.4冤遥脱挥压力升高袁会使低聚物脱除能力降低袁
导致产品中低聚物残留量增加袁从而使得产品粒
子颜色发灰尧色度降低遥
通过对脱挥系统和净化系统进行排查袁发现
过滤器滤芯上有黏附物袁外观呈蓝绿色遥通过定
性分析袁确定为FeCl2遥初步推断袁氯离子的主要来
源为BR中的偶联剂和分散剂袁氯离子长期积累
会腐蚀设备生成铁离子袁最终形成FeCl2咱6暂遥原料
BR 和苯乙烯均会带入水分袁尽管定期排放袁但仍
有部分氯离子进入脱挥系统袁对液环真空泵造成
腐蚀袁进而影响脱挥系统的压力遥由此可见袁BR
中的氯离子腐蚀设备形成FeCl2袁致使HIPS 产品
中低聚物增加袁是导致HIPS 产品粒子发灰的主
要原因遥
2. 4 造粒过程
脱挥后的HIPS 熔体通过挤出模头袁进入切
粒机进行水下切粒遥挤出设备长期运行袁苯乙烯
低聚物可能会在模头处积聚袁并不定期脱落袁造
成产品间歇性出现黑斑粒遥操作人员会定期对挤
出模头处的苯乙烯低聚物进行清理袁避免其脱落
张冰等. 高抗冲聚苯乙烯粒子发灰原因分析及对策 窑 193 窑
石化技术与应用第41 卷
至产品中造成产品外观不合格遥黑斑粒是一项重
要的外观指标袁但因其数量很少袁在正常情况下袁
对HIPS产品色度无明显影响遥
3 对策及实施效果
因原料苯乙烯存储过程中有氧气存在袁以及
BR 中的挥发分及其所含氯离子腐蚀设备是影响
HIPS 产品粒子发灰的主要原因袁对此采取以下解
决措施遥3. 1 更改苯乙烯储罐密封介质
苯乙烯存储的含氧环境来自其储罐的密封介
质袁使用仪表风或者工业风进行密封袁氧气是主要
组分之一遥为了破坏TBC的氧化氛围袁对苯乙烯储
罐采用氮气密封遥更改后袁HIPS 粒子外观颜色有
所改善袁色度由11.5提高至14.1袁并保持稳定遥
3. 2 优选BR原料
低挥发分含量国内HIPS 工业装置普遍使
用挥发分质量分数小于0.5%的低顺式BR 进行
改性袁要求相对较高的企业甚至使用挥发分质量
分数不大于0.1%的低顺式BR进行生产咱6暂遥挥发
分含量高的橡胶外观发灰尧发雾袁经过高温烘烤
后袁挥发分含量降低袁透明性增加遥
低氯离子含量HIPS 生产过程中的氯离子
主要由低顺式BR 引入遥线型BR 生产不采用偶
联剂袁主要为气提分散剂引入氯离子曰星型BR 生
产采用SiCl4进行偶联袁在气提生产工艺中采用
CaCl2为分散剂咱7暂遥相比较而言袁线型BR 中的氯
离子质量分数渊0.01%冤较星型BR渊0.02%~0.04%冤
的低袁因此袁采用前者生产HIPS 产品粒子的发灰
几率就相对较低遥
4 结论
a.在HIPS生产过程中袁原料苯乙烯的含氧存
储环境尧BR 中挥发分及氯离子含量高袁是导致产
品粒子发灰的主要原因遥
b.将苯乙烯存储由有氧环境改为氮气环境袁
并控制低顺式BR 中挥发分质量分数小于0.5%尧
甚至不大于0.1%袁且优选线型结构袁可降低HIPS
产品粒子发灰的几率遥
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窑 194 窑
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渊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 渊Na2O冤/
n 渊SiO2冤at 2.8-3.1曰n 渊SiO2冤/n 渊Al2O3冤at 1.0-1.5曰
n渊H2O冤/n渊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
渊上接第181 页冤
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
渊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 渊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 渊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
渊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
张冰等. 高抗冲聚苯乙烯粒子发灰原因分析及对策 窑 195 窑

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