2020年合成橡胶-辽宁石化职业技术学院参照模板

第九章合成橡胶

第一节橡胶的分类与性能

一、橡胶的类型

橡胶:是一种高分子弹性体，它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。

分类：1.从橡胶的来源分两大类

天然橡胶：由橡胶树中取得，经采集、凝聚、洗涤、干燥等过程即得。

合成橡胶：由小分子化合物聚合而得，一般分为通用橡胶和特种橡胶

2.根据合成橡胶的用途分为

通用橡胶、特种橡胶

二、橡胶的特性

玻璃化温度低，具有高弹性

三、橡胶的硫化与增强

未硫化：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。

橡胶制品必须经过硫化形成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。

第二节丁苯橡胶

丁苯橡胶（SBR）：是由1，3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物。

工业生产方法：1.乳液聚合法→主要采用

品种：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。

2.溶液聚合法

品种：烷基锂引发、醇烯络合物引发、锡偶联、高反式等丁

苯橡胶。

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

结构式：CH2＝CH－CH＝CH2，最简单的共轭双烯烃

物性：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。

来源：由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。

2.苯乙烯

结构式：CH2＝CH

物性：无色或微黄色易燃液体，有芳香气味和强折射性。

二、原理与工艺

1.聚合原理

在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。

2.低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺

（1）典型配方

（2）条件确定

①分散介质：去离子水，以保证乳液的稳定和聚合产物的质量。

用量：单体量的60%～300%，水量多少对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；一般控制单体与

水的比值为1∶1.05～1∶1.8（物质量的比）。

②单体纯度：丁二烯的纯度＞99%

苯乙烯的纯度＞99%，且不含二乙烯基苯。

③聚合温度：与聚合采用的引发剂体系有关。

低温→氧化-还原引发体系→冷丁苯橡胶

高温→K2S2O8引发剂→反应温度为50℃→热丁苯橡胶，低温

产物比高温产物的性能好。

④转化率与聚合时间：

控制转化率：60%～70%，多控制在60%左右。

目的：为了防止高转化下发生的支化、交联反应，

（3）低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程

聚合反应的终点：根据门尼粘度和单体转化率来控制

转化率→是根据取样测定固体含量来计算，

门尼粘度→是根据产品指标要求实际取样测定来确定。

总过程：原料准备、聚合过程、单体回收、分离、后处理等。

聚合设备：多组串联釜（8-10台）

目的：提高反应能力，调节相对分子质量方便

搅拌形式：筐式

传热：-10℃冷冻盐水

终止釜：加终止剂控制转化率

单体回收：胶乳中40%未反应的单体，循环使用。

①聚合釜的传热问题

工业采用：聚合釜内安装垂直管式氨蒸发器的方法进行冷却。

②聚合釜搅拌器转速：105～120r/min。

③单体回收：在闪蒸过程中，为防止胶乳液沸腾产生大量气泡，需要加入硅油或聚乙二醇等消泡剂，并采用卧式闪蒸槽以增大蒸发面积。在脱苯乙烯塔中容易产生凝集物而造成堵塞筛板降低蒸馏效率，因此要定期清洗粘附在器壁上聚合物。为了防止在回收系统产生爆聚物，而采用药剂处理或加入亚硝酸钠、碘、硝酸等抑制剂。

三、丁苯橡胶的结构、性能及用途

1.结构

不饱和烯烃高聚物，玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。物理机械性能。

2.丁苯橡胶的性能

（1）缺点：

强度低，需要加入高活性补强剂后方可使用；热撕裂性能差。

（2）优点：耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。

3．丁苯橡胶的用途

按国际合成橡胶生产协会（IISRP）的规定

六大丁苯橡胶系列：1000系列（高温乳聚丁苯胶）

1100系列（高温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）

1500系列（低温乳聚丁苯胶）→为主

1600系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）

1700系列（低温乳聚充油丁苯胶）

1800系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）

用途：轮胎工业、汽车零件、工业制品、电线和电缆包皮、胶管和胶

鞋等。

第三节顺丁橡胶

顺丁橡胶（BR）：以13-丁二烯为单体，经配位聚合而得到的高顺式聚丁二烯

高分子弹性体。

一、主要原料

1.单体

单体1，3-丁二烯

2.引发剂

Li系→组成简单，活性高、用量少，易控制，加工性能差。

Ti系→产物为线型结构，Rp快，相对分子质量分布窄，加工性能不好。

Co系→→支化度高

较好，顺式含量高，相对分子质量分布较宽，易于加工。

Ni系→→可提高单体浓度和聚合温度，国内多采用。

Ni系引发剂组成：主引发剂→环烷酸镍Ni(OOCR)2

助引发剂→三异丁基铝Al(i-C4H9)3，外观浅黄透明，无悬浮

物

第三组分→三氟化硼乙醚络合物BF3OC2H5

3.溶剂

溶剂：苯、甲苯、甲苯-庚烷、溶剂油（简称C6油或抽余油）等

↓

要求是馏程60～90℃，碘值＜0.2g/100g，水值＜20mg/kg。

影响：造成聚合体系的粘度不同，影响传热、搅拌、回收、生产能力等。

4.其他

终止剂：乙醇（纯度95%，含水5%，恒沸点78.2℃，相对密度0.81）

防老剂：2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（简称264）

熔点69～71℃，游离甲酚＜0.04%，灰分＜0.03%，油溶性合格。二、