新編項目23丁苯橡膠課件

1、【學(xué)習目標】【知識目標】1.了解丁苯橡膠生產(chǎn)的原料、助劑的選擇和應(yīng)用2.理解丁二烯與苯乙烯共聚合的反應(yīng)原理3.掌握丁苯橡膠生產(chǎn)工藝及設(shè)備【能力目標】1.能正確辨識SBR產(chǎn)品的牌號、性能、用途2.能收集資料，進行編制SBR生產(chǎn)崗位的生產(chǎn)方案；3.初步具備參與組織裝置相關(guān)崗位開停車工作能力；4.能對生產(chǎn)設(shè)備進行操作，對一些常見的電氣儀表故障進行判斷；5.能判斷并處理生產(chǎn)崗位常見的工藝、設(shè)備故障?！緦W(xué)習目標】【素質(zhì)目標】1.進入職業(yè)角色形成基本職業(yè)觀念2.SBR產(chǎn)品辨識3.設(shè)備使用及維護4.小組成員分工合作，共同解決問題，體現(xiàn)出集體工作的團隊精神和合作意識。5.事故判斷和處理及安全生產(chǎn)意識【工作任務(wù)

2、】1.SBR產(chǎn)品辨識2.SBR聚合工藝操作3.生產(chǎn)設(shè)備使用及維護4.工藝、設(shè)備的事故判斷及處理單元1 丁苯橡膠產(chǎn)品概述丁苯橡膠(SBR)是以丁二烯和苯乙烯為單體，采用自由基引發(fā)的乳液聚合或陰離子溶液聚合工藝制得的，是目前世界上產(chǎn)量最高、消費量最大的通用合成橡膠(SR)品種，其物理性能、加工性能和制品的使用性能接近于天然橡膠(NR)，但耐磨性、耐熱性、耐老化性優(yōu)于NR，可與NR以及多種SR并用，廣泛用于生產(chǎn)輪胎與輪胎制品、鞋類、膠管、膠帶、醫(yī)療器械、汽車零部件、電線電纜以及其他多種工業(yè)橡膠制品。橡膠制品種類P7頁按生產(chǎn)工藝，丁苯橡膠(SBR)通?？煞譃槿橐壕酆隙”较鹉z(ESBR)和溶液聚合丁苯橡

3、膠(SSBR)兩大類。ESBR開發(fā)歷史悠久，生產(chǎn)和加工工藝成熟，應(yīng)用廣泛，其生產(chǎn)能力、產(chǎn)量和消耗量在SBR中均占首位，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見表5-1-1，SSBR是兼具多種綜合性能的橡膠品種，其生產(chǎn)工藝與ESBR相比具有裝置適應(yīng)能力強、膠種多樣化、單體轉(zhuǎn)化率高、排污量小、聚合助劑品種少等優(yōu)點，是今后的發(fā)展方向。主要產(chǎn)品牌號和性能SBR1712：為污染型充油丁苯橡膠，以混合皂作乳化劑，100份橡膠中加有37.5份高芳烴油的污染型充油橡膠。該膠種具有優(yōu)良的加工性能和耐磨性，廣泛用于制造輪胎胎面、膠管和其它黑色制品。丁苯橡膠產(chǎn)品性能1. 外觀非污染型橡膠為無色至淺黃色，污染型橡膠為褐色至棕色的彈性體。與天然橡膠

4、相比，產(chǎn)品的耐磨、耐老化、耐臭氧、耐水、氣密及均一性能較好，但硫化速度較慢，生熱量大，耐寒性及黏結(jié)性較差。2.溶解性能生膠能溶于苯、甲苯、汽油和氯仿等有機溶劑。3.穩(wěn)定性在儲存過程中，物理和化學(xué)變化較小。加有防老劑的生膠，在陰暗地方儲存期可達數(shù)年之久。4.氧、熱和光的作用丁苯橡膠在氧、熱和光的作用下，會發(fā)生降解和解聚作用。開始時降解占優(yōu)勢，隨著時間的延長和溫度的升高，解聚過程加速。降解過程使生膠的可塑性增加，因而硫化膠的扯斷力和硬度降低。5.補強劑對強度的影響沒有填加補強劑的丁苯橡膠的抗張強度和伸長率都比較低，只有加入補強劑后（碳黑），才具有應(yīng)用的物理機械性能。丁苯橡膠的制備及應(yīng)用乳液聚合 (

5、ESBR)屬于無定形聚合物，其中耐磨、耐熱、耐自然老化、氣密性、永久變形。通過塑煉、混煉、壓延與壓出硫化工藝加工制成各種橡膠制品，因此丁苯橡膠在汽車、電器、制鞋等行業(yè)已獲得了廣泛的應(yīng)用。溶液聚合生產(chǎn)的SSBR）陰離子主要是以丁基鋰作為引發(fā)劑使用烷烴或環(huán)烷烴為溶劑，醇類為終止劑，四氫呋喃。但由于SSBR的加工性能較差，其應(yīng)用并沒有得到較快的發(fā)展。70年代末期，對輪胎的要求越來越高，對橡膠的結(jié)構(gòu)和性能也提出了更高的要求，加之聚合技術(shù)的進步，使SSBR得到較快的發(fā)展。單元2 丁苯橡膠（SBR）產(chǎn)品生產(chǎn)工藝乳液聚合定義乳液聚合的特點乳液聚合體系的主要組成及其作用低溫乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠典型的乳液聚合丁

6、苯橡膠生產(chǎn)1、乳液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠的物料體系原料規(guī)格用量（）單體丁二烯純度9972苯乙烯純度99.628反應(yīng)介質(zhì)水雜質(zhì)10mg/kg200分子量調(diào)節(jié)劑叔十二硫醇0.16典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)乳液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠的乳化體系: 乳化劑：歧化松香酸鉀和脂肪酸鉀（碳數(shù)為1618)； 助乳化劑（提高膠乳的穩(wěn)定性 ）：萘磺酸鈉或烷基萘磺酸鈉與甲醛縮合物的鈉鹽 ； 電解質(zhì)(調(diào)節(jié)CMC，減小膠乳的表面張力,緩沖PH和粘度 )：K3PO4或KCL ；典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)乳液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠的引發(fā)劑體系（氧化還原體系) : 氧化劑：有機過氧化物（錳烷過氧化氫、過氧化氫二異丙苯） 還原劑：亞鐵鹽（硫

7、酸亞鐵） 助還原劑：甲醛合次硫酸氫鈉（雕白粉） 螯合劑：乙二胺四乙酸鈉（EDTA） 鏈轉(zhuǎn)移劑：正烷基硫醇、十二烷基硫醇 終止劑：二硫代氨基甲酸鈉（輔以：多硫化 鈉和亞硝酸鈉以及多乙烯胺 ）乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)工序 乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)包括單體貯存及配制工序、化學(xué)品配制工序、聚合工序、單體回收工序、膠乳貯存及摻混工序、凝聚工序、干燥工序及包裝工序、氨冷凍工序、產(chǎn)品貯存及裝車設(shè)施工序。丁二烯苯乙烯乳化劑無離子水氧-還引發(fā)劑分子量調(diào)節(jié)劑閃蒸終止劑回收丁二烯混合罐防老劑回收苯乙烯凝聚干燥器鹽水、硫酸包 裝閃蒸泄料罐苯乙烯脫氣塔丁二烯罐傾析槽調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化率聚合釜聚合釜丁苯橡膠乳液聚合反應(yīng)流程5 OC710

8、hC% 60%乳液聚合反應(yīng)的應(yīng)用典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)丁苯乳液聚合法的主要工藝聚合反應(yīng)終點控制：單體轉(zhuǎn)化率和門尼粘度；聚合：釜式反應(yīng)器，多釜串聯(lián)，連續(xù)操作；脫單：閃蒸脫丁二烯 汽提塔脫苯乙烯分離：食鹽破乳，（真空）篩分過慮；干燥：箱式干燥，風溫90。 利用壓力突然降低過熱液體發(fā)生自蒸發(fā)，部分液體氣化。氣液二相在分離器中分開，氣相中易揮發(fā)成份較為富集，液相中難揮發(fā)成份增濃。典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)丁苯乳液聚合法的主要設(shè)備聚合反應(yīng)器反應(yīng)釜（串聯(lián)）數(shù)量： 812臺（決定停留時間分布）聚合釜形式：釜式反應(yīng)器；聚合釜容積：1426 M3，大型設(shè)備已經(jīng)達到3045M3。聚合釜的長徑比：11.5:1攪

9、拌器的形式：板框攪拌器和Brumagin型攪拌器（片狀平板以一定角 度按照在支臂上）。攪拌轉(zhuǎn)速：70100rpm。反應(yīng)器的傳熱：夾套內(nèi)冷凝管冷卻介質(zhì)：一般采用液氨典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)氨冷卻式聚合釜及溫度自動記錄調(diào)節(jié)系統(tǒng) TRCA-溫度自動記錄調(diào)節(jié)儀典型的乳液聚合丁苯橡膠生產(chǎn)丁苯乳液聚合法的主要設(shè)備汽提塔汽提塔塔高：1620M汽提塔設(shè)計塔徑：2.53.0M汽提塔容積為100120M3汽提介質(zhì)：蒸汽換熱（質(zhì)）方式：逆流塔內(nèi)溫度：塔頂溫度為50 ，塔低溫度為60塔內(nèi)壓力：塔頂13.33kPa(絕對壓力) ，塔底30kPa任務(wù)1 生產(chǎn)原料-兩種單體的貯存與配制、回收工序任務(wù)2 化學(xué)品配制工序 （

10、引發(fā)體系）任務(wù)3 化學(xué)品配制工序 （乳化體系）任務(wù)4 低溫乳液聚合工序（聚合原理）任務(wù)5 低溫乳液聚合工序（聚合工藝流程）任務(wù)6 膠乳后處理工序及安全生產(chǎn)與環(huán)保具體任務(wù)武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院單體貯存及配制工序 接收新鮮丁二烯、苯乙烯，接收回收工序送來的回收丁二烯、苯乙烯。 1.丁二烯罐區(qū)2.苯乙烯罐區(qū)精丁回丁靜態(tài)混合器1靜態(tài)混合器3精苯回苯靜態(tài)混合器21. 原料配制化學(xué)品配制工序 根據(jù)乳液聚合需要，將各種固體、液體化學(xué)品按配方要求配制成溶液，供生產(chǎn)時使用。1.脫鹽水接收、輸送及熱脫鹽水的配制、輸送2.氫氧化鈉的接收與輸送3.皂液接收、配制與輸送4.活化劑的配制與輸送5.終止劑的配制和輸送6.除氧

11、劑的配制與輸送7.擴散劑的接收與輸送8.氯化鉀的配制及輸送9.消泡劑的配制與輸送10.阻聚劑的配制與輸送11.凝聚劑的接收、配制與輸送12. AM-2的接收、配制與輸送13.非污染性防老劑的接收、配制與輸送14. 污染性防老劑的接收、配制與輸送15. 60冷凝液的配制、接收與輸送化學(xué)品配制工序 根據(jù)乳液聚合需要，將各種固體、液體化學(xué)品按配方要求配制成溶液，供生產(chǎn)時使用。1.脫鹽水接收、輸送及熱脫鹽水的配制、輸送在聚合中作為單體的分散介質(zhì)，借助乳化劑的作用，使單體均勻地分散在水中呈穩(wěn)定狀態(tài)，同時還幫助排出聚合反應(yīng)放出的熱量。2.氫氧化鈉的接收與輸送3.皂液接收、配制與輸送乳化劑（歧化松香酸鉀皂、

12、脂肪酸鉀皂）的作用使碳氫相溶于水中形成穩(wěn)定乳液體系，并借助于它形成的膠囊作為聚合反應(yīng)場所，使反應(yīng)生產(chǎn)成的聚合物顆粒不因相互碰撞而結(jié)成膠團析出體系。 只有那些對聚合物乳液體系有著有效的穩(wěn)定作用，同時又不影響聚合反應(yīng)的表面活性劑，才適合作乳液聚合的乳化劑親水的極性基團親油的非極性基團 如長鏈脂肪酸鈉鹽：親油基（烷基）親水基（羧酸鈉）是否表面活性劑都可用作乳化劑？分子通常由兩部分組成親水的極性基團親油的非極性基團親油基親水基分子通常由兩部分組成乳化劑的分類陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性乳化劑乳化劑的類型乳化劑的類型陰離子型乳化劑羧酸鹽COONa硫酸鹽SO4Na磺酸鹽SO3Na親水基團親油基團C1

13、1-17直鏈烷烴C3-8烷基與苯基、萘基結(jié)合體（用于堿性介質(zhì)）陽離子型乳化劑伯胺鹽仲胺鹽季胺鹽叔胺鹽（用于酸性介質(zhì)）非離子型乳化劑聚環(huán)氧乙烷類（酸堿不敏感）兩性乳化劑羧酸型乳化劑硫酸酯型乳化劑磷酸酯型乳化劑磺酸型乳化劑（自身帶酸堿基團）磷酸鹽類ROPO(OM)2酯結(jié)構(gòu)胺的鹽酰胺結(jié)構(gòu)胺的鹽烷基雙胍鹽酸鹽高分子乳化劑聚合型乳化劑在乳液聚合中乳化劑的作用一降低表面張力二 降低界面張力三 乳化作用四 分散作用五 增溶作用六 導(dǎo)致按膠束機理生成乳膠粒七 發(fā)泡作用固體以極細小的顆粒形式均勻地懸浮在液體介質(zhì)中叫作分散。 兩親分子溶解在水中達一定濃度時，其非極性部分會互相吸引，從而使得分子自發(fā)形成有序的聚集體

14、，使憎水基向里、親水基向外，減小了憎水基與水分子的接觸，使體系能量下降，這種多分子有序聚集體稱為膠束。 隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。 棒狀膠束層狀膠束脂質(zhì)雙層與細胞膜化學(xué)品配制工序 4.活化劑的配制與輸送活化劑中的還原劑硫酸亞鐵與激發(fā)劑的過氧鍵反應(yīng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移而形成初級游離基后進行鏈引發(fā)。5.終止劑的配制和輸送在丁苯乳液聚合中,當聚合轉(zhuǎn)化率達到64%68%后,如果再繼續(xù)反應(yīng)會導(dǎo)致橡膠性能發(fā)生變化,產(chǎn)生支化、交聯(lián)現(xiàn)象。因此在轉(zhuǎn)化率達到一定值后要加入終止劑,以終止聚合反應(yīng)。終止劑的作用:與殘余的引發(fā)劑作用,把未反應(yīng)的殘余引發(fā)劑破壞掉；使增長著的聚合物自由

15、基變成穩(wěn)定的化合物,不再進行聚合反應(yīng)。 6.除氧劑的配制與輸送除氧劑以消除氧對聚合反應(yīng)的影響，它的反應(yīng)方程式為：2Na2S2O4+O2+4NaOH=4Na2SO3+2H2ONa2S2O4+O2+2NaOH=Na2SO4+Na2SO3+H2O化學(xué)品配制工序 7.擴散劑的接收與輸送主要在于進一步提高膠乳體系的穩(wěn)定性，保證膠乳顆粒能穩(wěn)定地分散于體系之中，不出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象。8.氯化鉀的配制及輸送可以降低體系表面張力，增大膠乳顆粒粒度，使體系粘度降低，達到改善流動性目的。同時，電解質(zhì)的加入可以降低乳化劑臨界膠束濃度，提高乳化劑的乳化能力。有利于提高乳液、膠乳體系的穩(wěn)定性和聚合反應(yīng)后期的反應(yīng)速度。9.消泡劑

16、的配制與輸送消除或減少膠乳在正壓、真空閃蒸和真空蒸餾時產(chǎn)生的泡沫?；瘜W(xué)品配制工序 10.阻聚劑的配制與輸送阻止丁二烯端基聚合物的生成。阻止苯乙烯自聚。11.凝聚劑的接收、配制與輸送高分子凝聚劑的作用 膠漿凝聚使用的高分子凝聚劑是二腈二胺甲醛縮合物,分子量數(shù)萬至數(shù)十萬。它的分子內(nèi)部帶有許多正電荷,在水中由于電荷的相互作用形成擴散蔓延的趨勢,其分子上的正電荷與聚合物乳膠粒子表面所帶負電荷中和,乳膠粒的雙電層被破壞,使膠漿變成極不穩(wěn)定的乳液體系。12. AM-2的接收、配制與輸送硫化促進劑 作助凝劑和予硫化劑用，它可以加快橡膠硫化速度，提高橡膠300%定伸強度?；瘜W(xué)品配制工序 13.非污染性防老劑的

17、接收、配制與輸送14. 污染性防老劑的接收、配制與輸送防老劑的作用老化反應(yīng)多為自由基反應(yīng)，加入能吸收自由基形成穩(wěn)定物質(zhì)，可以起到防老化作用。防老劑對氧、熱、光照引起的橡膠老化、龜裂現(xiàn)象有防護效能。對橡膠硫化和可塑度均無影響。15. 60冷凝液的配制、接收與輸送氨冷凍工序 該工序負責向聚合及單體回收工序送液氨，將聚合與單體回收工序的氣氨循環(huán)壓縮使用。聚合工序 將丁二烯、苯乙烯按一定比例連續(xù)配制成碳氫相，與活化劑、除氧劑、歧化松香酸鉀皂、脂肪酸皂、氯化鉀、擴散劑、脫鹽水、調(diào)節(jié)劑按一定比例混合配制成乳液，通過乳化劑的作用,將難溶于水的碳氫相單體分散在水相介質(zhì)中進行乳化,首釜加入激發(fā)劑，同時實行調(diào)節(jié)劑

18、分點加入，進入聚合釜在溫度下進行聚合反應(yīng)。調(diào)節(jié)劑終止劑靜態(tài)混合器活化劑混合單體丁苯橡膠聚合裝置乳液聚合反應(yīng) 機理典型配方及反應(yīng)條件 原料及輔助材料冷法熱法單體丁二烯（重量）7275苯乙烯（重量）2825分子量調(diào)節(jié)劑叔十二碳硫醇0.160.50反應(yīng)介質(zhì)水200180除氧劑保險粉0.0250.04乳化劑脂肪酸鈉歧化松香酸鈉4.62擴散劑亞甲基雙萘磺酸鈉0.15引發(fā)劑體系過氧化物K2S2O80.3過錳烷過氧化氫0.060.12活化劑還原劑硫酸亞鐵0.01雕白粉0.040.10絡(luò)合物EDTA0.010.025電解質(zhì)K3PO4 0.240.45終止劑二硫代氨基甲酸鈉0.10NaNO20.020.04Na

19、2Sx0.020.05其他多乙烯胺0.02氫醌0.1反應(yīng)條件聚合溫度，550轉(zhuǎn)化率，6072聚合時間，h 71012原料及輔助材料冷法熱法單體丁二烯（重量）7275苯乙烯（重量）2825分子量調(diào)節(jié)劑叔十二碳硫醇0.160.50反應(yīng)介質(zhì)水200180除氧劑保險粉0.0250.04乳化劑脂肪酸鈉歧化松香酸鈉4.62擴散劑亞甲基雙萘磺酸鈉0.15引發(fā)劑體系過氧化物K2S2O80.3過錳烷過氧化氫0.060.12活化劑還原劑硫酸亞鐵0.01雕白粉0.040.10絡(luò)合物EDTA0.010.025電解質(zhì)K3PO4 0.240.45終止劑二硫代氨基甲酸鈉0.10NaNO20.020.04Na2Sx0.020

20、.05其他多乙烯胺0.02氫醌0.1反應(yīng)條件聚合溫度，550轉(zhuǎn)化率，6072聚合時間，h 71012 丁苯橡膠的生產(chǎn)配方 Production formulation丁二烯與苯乙烯的配料重量7:3單體回收工序 單體丁二烯的回收 將聚合崗位送來的含有未反應(yīng)單體的膠乳經(jīng)加熱，采用“正壓”閃蒸，“真空”閃蒸方法以脫出其中絕大部分丁二烯。分離出的氣相丁二烯經(jīng)加壓升溫冷凝后重新供單體貯存及配制工序使用。單體苯乙烯的回收 經(jīng)閃蒸脫出丁二烯后的膠乳、借真空水蒸汽蒸餾法以脫除其中的苯乙烯，苯乙烯蒸汽和工藝蒸汽冷凝后形成液相苯乙烯和冷凝水，經(jīng)過沉降分離后，將回收的苯乙烯重新供單體配制工序使用。丁二烯脫氣罐閃蒸器1閃蒸器2廢氣回丁煤油壓縮機泵飽和蒸汽脫ST氣液分離器冷凝器廢水回苯ST傾析槽冷凝器升壓分離器噴射泵苯乙烯蒸餾塔膠乳摻混工序 脫氣膠乳的物理、化學(xué)性能隨聚合原料、助劑、工藝條件的變化而變化，為使產(chǎn)品質(zhì)量均勻穩(wěn)定，本崗位對脫氣后膠乳進行必要的摻混。膠乳的混合是物理混合的過程，混合膠乳的門尼為混合前各膠乳門尼的加權(quán)平均值。 凝聚工序 聚合后的膠漿,是聚合物乳膠粒在乳化劑的作用下與水形成的穩(wěn)定的乳液體系。在膠漿中,聚合物乳膠粒表面被一層乳化劑分子包圍著,乳化劑