第九篇合成橡胶SyntheticRubber.ppt

第九章　合成橡胶Synthetic Rubber 学习目的与要求 　　　掌握丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶等的生产技术、性能及应用 §9-1　橡胶的分类与性能 　　一、橡胶的类型 　　橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复 其原来形状的高分子弹性体。 §9-1　橡胶的分类与性能 　　二、橡胶的特性 　　橡胶物质的典型特性是玻璃化温度低，具有高弹性。常见橡胶物质的主要性 能如教材后的附表所示。 　　三、橡胶的硫化与增强 　　未经硫化的橡胶其大分子是线型或支链型结构，因其制品强度很低、弹性小、 遇冷变硬、遇热变软、遇溶剂溶解等，使得制品无使用价值。所以橡胶制品必须 经过硫化变形网状或体型结构才有实用价值。 　　对橡胶进行适当的硫化，即可以保持橡胶的高弹性，又可以使橡胶具有一定 的强度。同时，为了增加制品的硬度、强度、耐磨性和抗撕裂性，而在加工过程 中加入惰性填料（如氧化锌、粘土、白垩、重晶石等）和增强填料（如炭黑）等。 §9-2　丁苯橡胶 　　丁苯橡胶是由1，3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物，简称SBR，是一种 综合性能较好的产量和消耗量最大的通用橡胶。 　　其工业生产方法有乳液聚合法和溶液聚合法，其中主要是采用乳液聚合生产 的丁苯橡胶。主要产品有：低温丁苯橡胶、高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶炭黑母 炼胶、低温充油丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、液体丁苯橡胶等。 　　采用溶液聚合生产的丁苯橡胶有烷基锂引发、醇烯络合物引发、锡偶联、高 反式等丁苯橡胶。下面重点介绍低温丁苯橡胶的生产工艺技术。 　　一、主要原料 　　1、1,3-丁二烯 　　1，3-丁二烯的结构式为：CH2＝CH－CH＝CH2 　　1，3-丁二烯是最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，有特殊 气味，有麻醉性，特别刺激粘膜。容易液化，易溶于有机溶剂。相对分子质量为 54.09，相对密度0.6211，熔点－108.9℃，沸点－4.5℃。性质活泼，容易发生 自聚反应，因此在贮存、运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂。与空气混合形 成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%～11.47%（体积）。是合成橡胶、合成树脂 等的原料。 §9-2　丁苯橡胶 　　1，3-丁二烯主要由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。 　　2、苯乙烯 　　参看第八章第二节。 　　二、丁苯橡胶的生产原理与工艺 　　1、聚合原理 　　丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式 与产物结构式为： §9-2　丁苯橡胶 　　在典型的低温乳液聚合共聚物大分子链中顺式约占9.5%，反式约占55%，乙 烯基约占12%。如果采用高温乳液聚合，则其产物大分子链中顺式约占16.6%， 反式约占46.3%，乙烯基约占13.7%。 　　2．低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺 　（1）典型配方 §9-2　丁苯橡胶 　　（2）条件确定 　　分散介质　一般以水为分散介质。要求必须采用去离子水，以保证乳液的稳 定和聚合产物的质量。用量一般为单体量的60%～300%，水量多少体系的稳定性 和传热都有影响，水量少，乳液稳定性差，不利于传热；尤其在低温下聚合这种 影响更大，因此，低温乳液聚合生产丁苯橡胶要求乳液的浓度低一些为好，一般 控制单体与水的比值为1∶1.05～1∶1.8（物质的量的比），而高温乳液聚合则 为1∶2.0～1∶2.5。 　　单体纯度　丁二烯的纯度＞99%。对于由丁烷、丁烯氧化脱氢制得的丁二烯 中丁烯含量≯1.5%，硫化物≯0.01%，羰基化合物≯0.006%；对于石油裂解得到 的丁二烯中炔烃的含量≯0.002%，以防止交联增加丁苯橡胶的门尼粘度。阻聚剂 低于0.001%时对聚合没有明显影响，当高于0.01%时，要用浓度为10%～15%的 NaOH溶液于30℃进行洗涤除去。苯乙烯的纯度＞99%，并且不含二乙烯基苯。 　　聚合温度　与聚合采用的引发剂体系有关。低温乳液聚合生产丁苯橡胶采用 氧化-还原引发体系，可以在5℃或更低温度下（－10℃～－18℃）进行，同时， 链转移少，产物中低聚物和支链少，反式结构可达70%左右。低温乳液聚合所得 到的丁苯橡胶又称为冷丁苯橡胶。如果采用K2S2O8为引发剂，反应温度为50℃， 反应转化率为72%～75%。低温下聚合的产物比高温下聚合的产物的性能好。 §9-2　丁苯橡胶 　　转化率与聚合时间　为了防止高转化下发生的支化、交联反应，一般控制转 化率为60%～70%，多控制在60%左右。未反应的单体回收循环使用。反应时间 控制在7～12h，反应过快会造成传热困难。 　　其他组分的控制参看第七章内容。 　　（3）低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程 　　用计量泵将规定数量的相对分子质量调节剂叔十烷