乳聚丁苯橡胶产品聚合工艺设计

目录1.产品概述………………………………………………………1.2.产品分类 (2)3.单体及生产 (3)4.低温乳聚丁苯橡胶 (7)5.乳聚丁苯橡胶的技术进展 (8)6乳聚丁苯橡胶的发展趋势 (9)7.对乳聚丁苯橡胶生产的建议 (10)8.参考文献 (11)产品概述：丁苯橡胶是最早工业化的合成橡胶。

( SBR）是1，3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，按聚合体系又可分为乳液聚合丁苯橡胶（ESBR,简称乳聚丁苯橡胶）和溶液聚合丁苯橡胶（SSBR,,简称溶液聚丁苯橡胶)两类，其中乳聚丁苯橡胶约占80%。

自1937年乳聚丁苯橡胶实现工业化以来，由于产品综合性能良好，丁苯橡胶已成为合成橡胶种品种牌号最多、产量最大的胶种。

目前丁苯橡胶产量约占总产量的1/3，总生产能力约为455万吨/，产品一半以上用于制造轮胎。

橡胶根据聚合温度的不同，分为高温乳聚丁苯橡胶和低温乳聚丁苯橡胶两大类。

一般乳聚丁苯胶苯乙烯含量为23.5%，苯乙烯含量高于40%的称为高苯乙烯丁苯橡胶，结合苯乙烯达到70%--90%者则称为高苯乙烯树脂。

此外，还有充油乳聚丁苯橡胶和充油充炭黑乳聚丁苯橡胶。

乳聚丁苯橡胶具有良好的综合性能，其加工性能、物理机械性能和制得的橡胶产品的使用性能均接近于天然橡胶，且耐老化、耐热性能和耐磨性优于天然橡胶，可与天然橡胶、聚丁二烯橡胶并用而改善加工性能和物理性能。

但其弹性比天然橡胶低，滞后损失大，硫化胶生热高，收缩变形大，表面不光滑，黏性和自黏性差。

乳聚丁苯橡胶主要用于轮胎面胶、胎面胶，也广泛用于胶带、胶管、胶辊、胶布、鞋底、医疗用品及其他工业制品，并少量用于电线、电缆等非橡胶制品中。

产品名称：乳聚丁苯橡胶英文名Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber （E-SBR）生产方法由丁二烯和苯乙烯在低温下进行自由基乳液聚合而制得。

丁苯橡胶依其结合苯乙烯的多少，性质有所差异，丁苯橡胶的品种大致划分为：高温共聚丁苯橡胶（1000系列）低温共聚丁苯橡胶（1500系列）一般品种低温充炭黑丁苯橡胶（1600系列）低温充油丁苯橡胶（1700系列）低温充油充炭黑丁苯橡胶（1800系列）乳液聚合木质素丁苯橡胶液体丁苯橡胶特殊品种高苯乙烯丁苯橡胶羟基丁苯橡胶高温丁苯橡胶是丁苯橡胶的最老品种，聚合温度为50ºC。

由于聚合有比较高的转化率，聚合物胶乳粒子交联生成凝胶，支链较多，低分子量聚合物含量高，所以丁苯橡胶的物理机械性能差。

目前，它的产量占整个丁苯橡胶的20%以下。

该种橡胶牌号在美国有1000~~1300号。

低温丁苯橡胶这种橡胶在5ºC左右的温度下聚合而成，是世界上产量最大的合成橡胶之一。

橡胶的分子量分布较窄，大分子链较少，具有规则性。

因此，物理机械性能优于高温丁苯橡胶。

产品牌号有1500~~1800号。

充油丁苯橡胶在丁苯橡胶的聚合过程中，往胶乳中加入矿物油（如环烷油、芳香油），胶乳凝固后吸收大量矿物油而成为充油丁苯胶，其牌号是1700系列。

与非充油丁苯橡胶相比，它具有良好的工艺性能，胶料收缩性小，表面光滑，加工过程无焦烧现象，在多次变形时生热比较小。

只是丁苯橡胶充油后，成本虽然可降低，但其物理性能受到一定影响。

充炭黑丁苯橡胶在丁苯橡胶凝聚前，加入一定量的炭黑，使其均匀地分散在胶乳中，然后经凝聚而得产品。

这种橡胶的特点是：物理机械性能比较稳定，工艺性能链良好。

产品牌号是1600号。

充油充炭黑丁苯橡胶在乳液聚合过程中，往胶乳中加入油和炭黑，经凝聚制得的丁苯橡胶。

这种橡胶的优点的是：可缩短混炼时间25~30%，炼胶温度低，焦烧危险性小，便于连续混炼；改善了劳动条件，简化了工艺操作；炭黑分散均匀补强性能好；压延压出性好；硫化胶的强力、耐老化性、耐磨性、耐疲劳性等均有所提高。

多次形变下生热小。

其牌号是1800号。

高温共聚丁苯橡胶乳和低温共聚丁苯胶乳前者的牌号为2000，后者的牌号是2000。

胶乳可用于制造泡沫橡胶，加工纸张，制作水泥及涂料等。

高苯乙烯丁苯橡胶这种橡胶中的苯乙烯含量为40~85%，性状似塑料，可作为丁苯橡胶和天然橡胶的补强剂。

苯乙烯类热塑性弹性体（SBS) 它是苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物。

嵌段共聚物是以线型聚丁二烯链段为母体，在其两端都连结着聚苯乙烯链段，而没有自由的丁二烯链段，这样就构成了聚苯乙烯—聚丁二烯—聚苯乙烯热塑性弹性体，其结构如图所示。

高分子链端的聚苯乙烯嵌段能发生缔合作用，从而使分子链之间形成网状结构。

AAAAA--BBBBB--AAAAASBS在常温下为两相体系，其中聚丁二烯链段相当于橡胶相（连续相），聚苯乙烯链段相当于结晶相，分散于橡胶连续相中。

聚丁二烯链段决定着材料具有高弹性能、良好的低温性能、耐磨性能和耐屈挠性能。

聚苯乙烯链段在材料中起物理交联作用，具有补强效果。

因而，在常温下，这种自补强的热塑性弹性体具有很高的强度。

聚苯乙烯嵌段是热塑性材料，当温度升高时，它会塑化；当温度高于它的玻璃化温度（100ºC）时，嵌段部分（结晶区）分解缔合，使网状结构破坏。

此外，这种网状结构也会因溶解于某些溶剂而被破坏。

而当温度降低到它的玻璃化温度以下或溶剂挥发掉时，其网状结构又能重新形成。

这种网状结构的可逆性是决定热塑性弹性体具有热塑性的根本原因。

SBS的自补强程度与苯乙烯的含量有关，即聚苯乙烯嵌段的含量必须小于40%才不致于使SBS丧失高弹-性。

产品结构：单体：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5C2H3 ）-（-CH2-CH=CH-CH2-)-x-(CH2-CH-)-y-(CH2-CH)z| |CH C6H5||CH2聚合反应：CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 —→ -[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n 数均分子量约为(1．5-4)×105，重均分子量见约为(2-10)×105聚合机理：自由基引发的聚合反应单体的生产：苯乙烯为无色、透明、有芳香气味的液体，易燃烧爆炸，沸点145ºC，闪点34.4ºC，自然点490ºC，折射率1.5467，爆炸极限（在空气中）1.1%～1.6%。

苯乙烯在催化剂作用下加氢还原成乙烯和乙基环己烷，氧化成苯甲醛、苯甲酸。

苯乙烯易聚合，它与很多烯烃单体共聚反应生成共聚物。

苯乙烯是高分子材料的重要原料，利用它可制成合成橡胶、合成树脂及多种精细化工产品。

生产苯乙烯的原料为苯和乙烯。

在催化剂作用下苯与乙烯发生烃化反应，生成乙苯。

乙苯在高温条件下裂解脱氢，制得高纯度的苯乙烯。

其反应如下。

第一步为烃化反应：CH 2=CH 23第二步为脱氢反应：H 2C CH32H 2乙苯脱氢生产苯乙烯的工艺流程主要包括乙苯脱氢、苯乙烯回收与精制两大部分。

乙苯脱氢部分是该工艺的核心，其反应是强吸热反应，反应不仅要在高温下进行，而且需在高温的条件下向反应系统供给大量的热量。

根据供热方式及所采用的脱氢反应器形式的不同，相应的生产工艺流程也有差异。

目前工业上采用的反应器形式主要有两种：一是由美国道化学公司创始的绝热式脱氢反应器；二是由德国巴斯夫公司首先采用的等温式脱氢反应器。

这两种不同形式反应器的工艺流程主要差别在于脱氢部分的水蒸气用量不同，热量的供给和回收利用不同。

丁二烯是一种无色气体，微溶于水，室温下带一种适度甜感的芳香烃气味。

丁二烯在加压下常作为液体处理。

丁二烯是最简单的共轭烃。

它本身可在几个不同位置进行反应，如对烯烃体系的1，2-加成反应和对共轭二烯烃体系的1,4-加成反应。

生产合成橡胶主要利用丁二烯的1,4-加成反应。

沸点/ºC 凝固点/ºC闪点/ºC自然点/ºC密度（20ºC）/(kg/m3)爆炸极限（空气中体积分数）/%-4.413-108.92 <-6 450 656.8 2.0～11.5丁二烯从石油裂解碳四馏分（简称C4）抽提法（萃取精馏）而获得。

萃取精馏原理是：石油裂解后的副产C4馏分主要成分是丁二烯、丁烯、丁烷和约为1%的炔烃，必须进行分离精制才能得到满足聚合工艺要求的丁二烯。

由于各组分间的沸点相差很小，所以用一般的精馏方法很难分离，工业上采取萃取精馏原理法来进行分离。

名称常压下的沸点/ºC 名称常压下的沸点/ºC1-丁烯-6.28 顺式2-丁烯 3.721,3-丁二烯-4.41 乙烯基乙炔 5.1正丁烷-0.5 1,2-丁二烯10.85反式2-丁烯-0.88 1-丁炔8.09萃取精馏就是在精馏时加入某种适当的极性溶剂，在这种溶剂的作用下，各组分的相对挥发度便会发生变化。

一般来说，各组分间的相对挥发度相差较大，分离就越容易。

因此，在C4馏分中加入强极性溶剂后，便可有效地改变各组分间的相对挥发度，从而可用精馏的方法加以分离。

萃取精馏流程如图。

原料先进入萃取精馏塔，溶剂由塔的上部加入，轻组分从塔顶馏出。

为了防止溶剂被馏出物带走，设置回收段，使回流液在回收段顶部加入。

重组分与溶剂从塔底出来后进入蒸出塔。

在此塔，重组分从塔顶被蒸出，溶剂则从塔釜出来，冷却后循环使用。

典型配方低温乳液聚合生产丁苯橡胶配方及工艺条件流程图丁二烯苯乙烯其他助剂乳聚丁苯橡胶的合成技术进展ESBR的生产技术在20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。

ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。

美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和/或促进剂的官能化苯乙烯与含有2%-3%离子表面活性剂和平共处0%-70%增塑剂的丁二烯在0-25℃下进行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。

日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200的ESBR。

日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法。

美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。

日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR。

日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。

日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的SBR胶乳与一种化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通过溶胶凝胶化反应而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR。