CN114749126B - 一种本体法生产可发泡聚苯乙烯装置 - Google Patents
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Abstract
一种本体法生产可发泡聚苯乙烯装置，包含聚合反应单元，通过出料泵与加热脱挥器相连；加热脱挥器上端连接有冷凝器、真空集液罐；加热脱挥器下面通过泵与混合器、熔体换热器、泵、高压水下切粒系统相连。本装置可以生产阻燃型可发泡聚苯乙烯EPS，也可以生产石墨可发泡聚苯乙烯EPS。聚合反应单元中的物料包括如下重量份的组分：苯乙烯80‑95kg、溶剂2‑10kg，助剂0.5‑8kg。本发明所得可发泡聚苯乙烯EPS的粒径在0.7~1.0毫米之间，残留单体低，废水少，环保效果好。
Description
技术领域
本发明涉及可发泡聚苯乙烯树脂技术领域，具体涉及一种生产可发泡聚苯乙烯装置。
背景技术
以苯乙烯为主原料生产可发泡聚苯乙烯（EPS）的装置对可发泡聚苯乙烯质量控制非常重要。生产可发泡聚苯乙烯现有工艺是通过悬浮液间歇聚合工艺，主要步骤有：使用悬浮分散剂将液体苯乙烯单体分散在水介质中，在搅拌、加热的反应器中加入聚合引化剂并聚合苯乙烯单体，当单体在一定转化率下加入发泡剂，完成聚合；排出，洗涤，干燥和筛分得到可发泡的聚苯乙烯珠粒。珠粒的直径范围从0.1mm到4mm。这种悬浮工艺获得的产品具有多种缺点，例如：珠粒径分布非常宽，需要通过筛选分级和丢弃一些珠粒；特殊产品生产存在限制，例如有色珠粒和/或含有异质填料或添加剂的微珠，例如成核剂和/或阻燃剂，很难掺入珠粒中或它们可以抑制聚合；有毒性的苯乙烯单体在聚合物中残留量很难低于1000ppm；在水介质中进行，要加入悬浮分散剂，耗水量大，产生大量污水，存在环境保护问题；间歇聚合工艺存在能耗大，劳动强度高，产品稳定性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种本体法生产可发泡聚苯乙烯的装置及其使用方法，所得可发泡聚苯乙烯颗粒粒径在0.7~1.0mm 之间，残留单体低、杂质少、可用于生产食品接触许可的制件。
为解决该技术问题，本发明通过如下技术方案来实现：
1.本发明采用连续本体法生产工艺来生产可发泡聚苯乙烯，采用的本体法生产可发泡聚苯乙烯的装置：包含聚合反应单元，所述聚合反应单元上封头上设有物料进口、中间设有反应搅拌器、还与冷凝器连接相通；
所述聚合反应单元下端通过出料泵与加热脱挥器相连；
所述加热脱挥器上端连接有冷凝器，冷凝器连接真空集液罐；
所述加热脱挥器下面通过泵与混合器、熔体换热器相连；
所述熔体换热器通过泵与高压水下切粒系统相连。所述的聚合反应单元可以是一台反应器，也可以是2-5台反应器串联；
优选2台反应器串联，便于控制反应速度，提高产量，控制成本；
在使用该装置生产可发泡聚苯乙烯时，首先按比例将苯乙烯，溶剂，助剂加入聚合反应单元，控制聚合反应单元内物料温度控制在120-160℃，停留时间3-4小时，搅拌速度30-60转/分，冷却回流10-40分钟，进行聚合反应；当聚合反应单元内的苯乙烯转化率达到60-70% 时，将聚合反应单元内的物料经出料泵输送到加热脱挥器顶部，控制加热脱挥器加热温度230-250℃，真空-0.98MPa，进行闪蒸脱除未反应完的苯乙烯和溶剂等轻组分，得到聚苯乙烯作为第一股流体；
将第一股流体经泵输送到混合器；同时将发泡剂作为第二股流体输送到混合器，两股流体在混合器内混合均匀后进入熔体换热器，操控熔体换热器内物料温范围170-250℃，再由泵输入到高压水下切粒系统，经造粒、干燥，得到可发泡聚苯乙烯EPS颗粒，即成品。
所述加热脱挥器加热并闪蒸脱除未反应完的苯乙烯和溶剂等轻组分后，进入冷凝器，冷凝液流入真空集液罐，冷凝液再循环利用重新输入到聚合反应单元参与聚合反应。
进入聚合反应单元中物料包括如下重量份的组分：苯乙烯80-95kg、溶剂2-10kg，助剂0.5-5kg。
进入混合器中的物料包括如下的组分：发泡剂3-8kg。
作为优选，苯乙烯89-93kg、溶剂为乙苯5kg；助剂为白油、磷酸三丁酯、低分子量聚乙烯、硬脂酸钙、MgO共计2-4kg；发泡剂戊烷5-7kg。
作为本发明的进一步改进方案，所述混合器前端安装有添加熔融状态阻燃剂母粒的接口，可以生产阻燃型可发泡聚苯乙烯EPS。阻燃剂母粒经过螺杆挤出机熔化后注入混合器内与聚苯乙烯发泡剂进行混合，使聚苯乙烯分子链中嵌入阻燃剂，得到阻燃型可发泡聚苯乙烯颗粒。相对于普通可发泡聚苯乙烯EPS颗粒制品，阻燃型可发泡聚苯乙烯EPS板材具有的防火性能和阻热性能；
作为本发明的进一步改进方案，所述混合器前端安装有添加熔融状态石墨母粒的接口，可以生产石墨可发泡聚苯乙烯EPS。石墨母粒经过螺杆挤出机熔化后注入混合器内与聚苯乙烯发泡剂进行混合，使聚苯乙烯分子链中嵌入石墨结构，得到黑色石墨可发泡聚苯乙烯颗粒。相对于普通可发泡聚苯乙烯EPS颗粒制品，石墨可发泡聚苯乙烯EPS板材具有良好的防火性能和更高的阻热性能。
利用本发明装置按照本发明使用方法生产所得的可发泡聚苯乙烯颗粒尺寸，是熔融状态聚苯乙烯通过高温模头的0.8毫米孔，再由刀片在模头上刮切成0.7~1.0毫米的小颗粒，可以严格控制在0.7~1.0毫米之间，表观优良，兼具良好的抗冲性能和抗拉强度。
本发明具有的特点和优点：
1、本发明采用本体法生产可发泡聚苯乙烯装置，包含聚合反应单元，中间设有反应搅拌器，与冷凝器连接相通；下端通过出料泵与加热脱挥器相连，加热脱挥器上端连接有冷凝器，冷凝器连接真空集液罐；加热脱挥器下面通过泵与混合器、熔体换热器相连；熔体换热器通过泵与高压水下切粒系统相连。当聚合反应单元是2台反应器串联，混合器前端安装有添加熔融状态阻燃剂母粒的接口，可以生产阻燃型可发泡聚苯乙烯EPS。进一步改进，混合器前端安装有添加熔融状态石墨母粒的接口，可以生产石墨可发泡聚苯乙烯EPS。
2、本发明所得可发泡聚苯乙烯EPS，可以严格控制在0.7~1.0毫米之间，具有良好的发泡加工性能，表观优良，兼具良好的抗冲性能和抗拉强度。
3、所得的材料的残留单体低、低聚物和杂质含量少、无异味，产品可满足生产食品接触的制件；产生的废水少，环保效果好；生产过程安全可控，危险性小。
附图说明
图1是本体法生产可发泡聚苯乙烯工艺流程图。
其中（1）聚合反应单元，（2）搅拌器，（3）冷凝器，（4）出料泵，（5）加热脱挥器，（6）泵，（7）冷凝器，（8）真空集液罐，（9）混合器，（10）熔体换热器，（11）泵，（12）高压水下切粒系统。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来说明如何实现本发明技术方案。
实施例1
图1是本专利本体法生产可发泡聚苯乙烯的工艺流程图，本具体实施方式生产可发泡聚苯乙烯采用的装置包含：聚合反应单元（1），聚合反应单元（1）上封头设有物料进口，中间安装了反应搅拌器（2），还与冷凝器（3）连接相通；聚合反应单元（1）下端通过出料泵（4）与加热脱挥器（5）相连，加热脱挥器（5）上端连接有冷凝器（7），冷凝器（7）连接真空集液罐（8）；加热脱挥器（5）下面通过泵（6）与混合器（9）、熔体换热器（10）相连，熔体换热器（10）通过泵（11）与高压水下切粒系统（12）相连。
所述聚合反应单元（1）采用一台反应器，操作时，按照如下重量份，苯乙烯92.5kg、白油1.5kg、乙苯溶剂5.0 kg，成核剂低分子量聚乙烯1.0 kg、发泡剂戊烷6.0 kg。首先将成核剂用苯乙烯配制成浓度为10%的溶液，再分别通过流量计计量，同时连续输入到聚合反应单元（1），控制聚合反应单元（1）内的物料温度在148℃，搅拌速度40转/分，进行聚合反应；操控聚合反应单元（1）内的苯乙烯和乙苯的蒸发，产生的蒸气进入冷凝器（3），蒸气冷却后再流入聚合反应单元（1）；当苯乙烯转化率在70%时，将物料经出料泵（4）输送到加热脱挥器（5）顶部，控制加热脱挥器（5）的温度在240℃，并在1分钟内完成闪蒸；脱除未反应完的苯乙烯和溶剂等轻组分，将得到温度为225℃的聚苯乙烯作为第一股流体；第一股流体再经泵（6）输入混合器（9），同时将发泡剂戊烷作为第二股流体通过精确计量5.7kg输入动态混合器（9），二股流体在动态混合器（9）内高速剪切混合均匀后，经熔体换热器（10）将物料温度降低到185℃，再由泵（11）输入到高压水下切粒系统（12）的具有60个0.8mm孔的高温模头，再由刀片在模头上刮切成0.7~1.0mm的小颗粒，模头和刮切刀片都浸泡在高压冷却水中，水温在40℃，进行造粒、干燥、得到成品可发泡聚苯乙烯颗粒。
加热脱挥器（5）加热并闪蒸脱除未反应完的苯乙烯和溶剂等轻组分进入冷凝器（7），冷凝液流入真空集液罐（8），冷凝液再循环利用重新输入到聚合反应单元（1）参与聚合反应；可以降低可发泡聚苯乙烯颗粒中的残留单体，达到食品级要求，回收利用未反应完的苯乙烯和溶剂。将本方法与悬浮法制备EPS的数据进行对比分析，实施例1所得产品的生产消耗数据见表1，性能检测数据见表2。
表1 生产消耗数据
。
表2 产品性能检测数据
。
通过表1可以看出，本发明装置由于采用的连续不间断的生产方法，单耗要比传统的间隙式悬浮法生产的小，原材料消耗少，能耗低，排放的废水废气少很多；悬浮法生产由于是在水中生产，所产生的废水废气多很多。
通过表2可以看出，本发明装置生产出来的产品中的残留苯乙烯单体含量是悬浮法产品中残留苯乙烯单体含量的四分之一，产品颗粒尺寸可以控制在理想范围之内，而悬浮法生产出来的产品颗粒尺寸分布宽。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，聚合反应单元（1）采用2台反应器串联，在混合器（9）前端进口处增加第三股流体，即阻燃剂聚苯乙烯母料接口。第三股流体为阻燃剂聚苯乙烯母料，其中含阻燃剂0.7kg。第三股流体阻燃剂聚苯乙烯母料经过螺杆挤出输入到混合器（9）前端进口处与第一股流体聚苯乙烯，第二股流体发泡剂汇入动态混合器（9）剪切混合均匀后经熔体换热器（10）降温到物料温度205℃，再由泵（11）输入到高压水下切粒系统（12）造粒干燥成成品阻燃型可发泡聚苯乙烯颗粒。经检测阻燃型可发泡聚苯乙烯氧指数达32，达到B1级防火材料要求。将本方法与悬浮法制备EPS的数据进行的对比分析，实施例2所得产品的生产消耗数据见表3，产品性能检测数据见表4。
表3 生产消耗数据
。
表4 产品性能检测数据
。
通过表3可以，本实施例生产的产品单耗要比传统的悬浮法生产单耗小，原材料消耗少，能耗低，排放的废水废气少很多。
通过表4可以看出，本实施例生产出来的产品中的残留苯乙烯单体含量是悬浮法产品中残留苯乙烯单体含量的四分之一，生产出来的产品更清洁卫生。本发明生产出来的产品颗粒尺寸可以控制在理想大小内，悬浮法生产出来的产品颗粒尺寸分布宽。本实施例中加入了阻燃剂，使生产出来的产品可以达到B1级防火材料要求。即本发明装置生产的产品为阻燃型可发泡聚苯乙烯。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，采用的聚合反应单元（1）采用5台反应器串联，在混合器（9）前端进口处增加第三股流体，即含石墨和阻燃剂聚苯乙烯母料接口，其中含石墨2.0kg、阻燃剂0.3kg。第三股流体阻燃剂聚苯乙烯母料经过螺杆挤出输入到混合器（9）前端进口处与第一股流体聚苯乙烯，第二股流体发泡剂汇入动态混合器（9）剪切混合均匀后经熔体换热器（10）降温到物料温度205℃，再由泵（11）输入到高压水下切粒系统（12）造粒干燥成成品石墨型发泡聚苯乙烯颗粒。经检测阻燃型可发泡聚苯乙烯氧指数达32，达到B1级防火材料要求。将本方法与悬浮法制备EPS的数据进行的对比分析，实施例3所得产品的生产消耗数据见表5，产品性能检测数据见表6。
表5 生产消耗数据
。
表6 产品性能检测数据
。
通过表5和表6可以看出：本发明通过增加含石墨和阻燃剂聚苯乙烯母到可发泡聚苯乙烯中。由于加入了石墨，只需要加入少量的阻燃剂可以得到相同阻燃效果的阻燃级可发泡聚苯乙烯，从而可降低生产成本，并且由于加入石墨使来保温板具有更好的隔热效果。而其它的性能与实施例2没有变化，如原材料消耗，排放的废水废气，产品性能检测。
Claims (1)
1.一种本体法生产可发泡聚苯乙烯工艺，其特征在于：
包含聚合反应单元（1），所述聚合反应单元（1）上封头设有物料进口，中间安装了反应搅拌器（2），还与第1冷凝器（3）连接相通；
所述聚合反应单元（1）下端通过出料泵（4）与加热脱挥器（5）相连；
所述加热脱挥器（5）上端连接有第2冷凝器（7）；
所述第2冷凝器（7）连接真空集液罐（8）；
所述加热脱挥器（5）下面通过泵（6）与混合器（9）、熔体换热器（10）相连；
所述熔体换热器（10）通过泵（11）与高压水下切粒系统（12）相连；
操作时，按照如下重量份，苯乙烯92.5kg、白油1.5kg、乙苯溶剂5.0 kg，成核剂低分子量聚乙烯1.0 kg、发泡剂戊烷6.0 kg；
首先将成核剂用苯乙烯配制成浓度为10%的溶液，再分别通过流量计计量，将苯乙烯、白油、乙苯、成核剂同时连续输入到所述聚合反应单元（1），控制聚合反应单元（1）内的物料温度在148℃，搅拌速度40转/分，进行聚合反应；
操控所述聚合反应单元（1）内的苯乙烯和乙苯的蒸发，产生的蒸气进入第1冷凝器（3），蒸气冷却后再流入聚合反应单元（1）；
当苯乙烯转化率在70%时，将物料经出料泵（4）输送到加热脱挥器（5）顶部，控制加热脱挥器（5）的温度在240℃，并在1分钟内完成闪蒸；
脱除未反应完的苯乙烯和溶剂，将得到温度为225℃的聚苯乙烯作为第一股流体；第一股流体再经泵（6）输入混合器（9），同时将发泡剂戊烷作为第二股流体通过精确计量5.7kg输入混合器（9），二股流体在混合器（9）内高速剪切混合均匀后，经熔体换热器（10）将物料温度降低到185℃；
再由泵（11）输入到高压水下切粒系统（12）的具有60 个 0.8 mm孔的高温模头，再由刀片在模头上刮切成0.7~1.0mm的小颗粒；
所述模头和刮切刀片都浸泡在高压冷却水中，水温在40℃，进行造粒、干燥、得到可发泡聚苯乙烯颗粒；
所述加热脱挥器（5）加热并闪蒸脱除未反应完的苯乙烯和溶剂进入第2冷凝器（7），冷凝液流入真空集液罐（8），冷凝液再循环利用重新输入到聚合反应单元（1）参与聚合反应；
聚合反应单元是2台反应器串联，混合器前端安装有添加熔融状态阻燃剂母粒的接口，可以生产阻燃型可发泡聚苯乙烯；混合器前端安装有添加熔融状态石墨母粒的接口，可以生产石墨可发泡聚苯乙烯。
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