Производство каучука

Бутадиен-нитрильный каучук: понятие, свойства, производство. Сера, стеариновая кислота, сульфенамид, ацетонанил. Метод определения пластоэластических свойств на пластометре, условного предела прочности при растяжении. Экскурсия на завод "РТИ Каучук".
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова»

Кафедра химии технологии переработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева (Хи ТПЭ)

ОТЧЕТ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ

Москва 2012

1. Литературно-реферативный обзор

1.1 Бутадиен-нитрильный каучук

Бутадиен-нитрильный каучук (БНК) является продуктом сополимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты. Полимеризация проводится в водной эмульсии. Меняя соотношения компонентов, можно существенно изменять свойства получаемых полимеров. Полимеризация может осуществляться как при высоких, так и при низких температурах.

Особенностью производства бутадиен-нитрильных каучуков является необходимость возможно более полного удаления при коагуляции эмульгаторов, применявшихся при полимеризации.

В товарных каучуках, кроме полимера, допускается небольшое содержание минеральных веществ, определяемых в виде золы (не более 1% вместе с опудривающими веществами) и летучих (не более 1%). Каучуки при получении заправляются окрашивающими (2 - 3% фенил-в-нафтиламин) или неокрашивающими (1,2 - 2,0% алкилзамещенные бисфенолы) противостарителями.

Макромолекула сополимера построена из статистически чередующихся звеньев бутадиена и нитрила акриловой кислоты

Звенья бутадиена, присоединенные в положении 1,4, имеют преимущественно транс-конфигурацию; содержание звеньев бутадиена, присоединенных в положении 1,2, не превышает 10% и уменьшается с увеличением содержания присоединенного НАК.

Среднемассовая ММ бутадиен-нитрильных каучуков составляет 100-300 тыс. при широком ММР. Эти каучуки аморфны и не кристаллизуются ни при хранении, ни при растяжении. В России выпускают каучуки с низким (17-20%), средним (27-30%), высоким (36-40%) и очень высоким (50%) содержанием НАК, которые соответственно обозначаются: СКН-18, СКН-26, СКН-40, СКН-50.

1.1.1 Сведения о мономерах

Бутадиен

Бутадиен-1,3 (дивинил) СН2=СН-СН=СН2 - ненасыщенный углеводород, простейший представитель диеновых углеводородов.

Основные свойства

Бутадиен - бесцветный газ с характерным запахом, температура кипения ?4,5 °C, температура плавления ?108,9 °C, температура вспышки ?40 °C, предельно допустимая концентрация в воздухе (ПДК) 0,1 г/мі, плотность 0,650 г/смі при ?6 °C.

Слабо растворим в воде, хорошо растворим в спирте, керосине с воздухом в количестве 1,6-10,8 %.

Бутадиен склонен к полимеризации, легко окисляется воздухом с образованием перекисных соединений, ускоряющих полимеризацию.

Получение

Бутадиен получают по реакции Лебедева пропусканием этилового спирта через катализатор:

2CH3CH2OH > C4H6 + 2H2O + H2

В нефтехимической промышленности основной способ получения бутадиена - дегидрогенизация бутана на алюмохромовых катализаторах:

CH3-CH2-CH2-CH3 > CH2=CH-CH=CH2 + 2Н2

Акрилонитрил

Акрилонитрил (цианистый винил, НАК), CH2=CH-C?N - Нитрил акриловой кислоты

Основные свойства

Бесцветная жидкость с характерным запахом миндаля или вишневых косточек, растворима в воде, т. кип. 77 °C. Пары тяжелее воздуха. Относится к категории СДЯВ (сильнодействующих ядовитых веществ)

Получение и применение

Акрилонитрил впервые был получен в 1893 году дегидратацией оксидом фосфора этиленциангидрина:

CH2(OH)CHCN > CH2=CHCN + H2O

Первым промышленным методом его получения было взаимодействие окиси этилена с HCN:

(CH2-CH2)O + HCN > CH2(OH)CHCN > CH2=CHCN + H2O

Промышленное использование началось в 1930 году, когда был получен стойкий к химическим воздействиям каучук.

В 40-х годах прошлого века стал применяться другой способ синтеза:

C2H2 + HCN > CH2=CHCN

Начиная с 60-ых годов, альтернативу вышеуказанному способу составил так называемый Sohio - процесс (катализатор - фосфомолибдат висмута):

CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2O2 > CH2=CHCN + 3H2O

Применяется при производстве некоторых видов синтетического каучука. Путем полимеризации акрилонитрила и последующего прядения получают синтетические волокна, например нитрон, или модакриловые волокна.

1.1.2 Эмульсионная полимеризация

Основными преимуществами полимеризации в эмульсии перед полимеризацией в массе мономера (жидкофазной полимеризацией) заключается в том, что процесс протекает с большей скоростью и его можно организовать по непрерывной схеме. Кроме этого процесс хорошо регулируется, так как тепло реакции отводится равномерно, и получаемый полимер имеет более высокий молекулярный вес, более однороден по структуре и качеству. В зависимости от температуры, при которой протекает реакция полимеризации в эмульсии, различают высокотемпературную и низкотемпературную эмульсионную полимеризацию. Низкотемпературные эластомеры обладают более высокими физико-механическими показателями по сравнению с высокотемпературными. Растворная полимеризация.

Полимеризация в растворе обеспечивает эффективный теплообмен в массе раствора, в котором протекает реакция. Поэтому полученный полимер более однороден и обладает лучшим комплексом свойств. Применение органических растворов позволяет использовать в процессе полимеризации различные эффективные каталитические системы, с помощью которых можно осуществлять направленный синтез эластомеров, создавать высокомолекулярные соединения с заданной структурой и свойствами. Технологическая трудность при проведении таких процессов заключается в необходимости работы с катализаторами, многие из которых являются высоко реакционными соединениями, которые изменяют свойства при хранении. Использование таких каталитических систем требует тщательной подготовки и очистки мономеров и растворителей, которые используются в синтезе.

При растворной полимеризации на катализаторах ТМК и АТК регулировать молекулярную массу полимера можно меньшими добавками водорода в сравнении с суспензионным процессом. Свойства полимеров, получаемых полимеризацией в растворе, могут варьироваться в следующих пределах: плотность - от 940 до 960 кг/м3; ПТР - от 0,2 до 50 г/10 мин; ММР - от узкого до широкого. Специфика растворной полимеризации обусловливает возможность получения полимеров, содержащих некоторое количество микроблоков полистирола. Проведенные исследования, показали, что наличие в сополимере значительных количеств микроблоков полистирола приводит к заметному ухудшению свойств резин, связанному, по-видимому, с появлением дефектов в структуре вулканизационной сетки; так, с увеличением содержания микроблоков полистирола наблюдается значительное понижение напряжения при удлинении, сопротивления разрыву, эластичности и сопротивления истиранию, повышение теплообразования и остаточной деформации.

Преимуществом растворной полимеризации является возможность использовать для синтеза эффективные каталитические системы, позволяющие получать стереорегулярные каучуки СКИ-3 и СКД, совместное применение которых в шинной промышленности позволило нашей стране впервые в мировой практике заменить натуральный каучук, улучшив при этом качество шин. Каталитические системы Циглера - Натта нашли широкое применение для синтеза различных эластомеров с широким спектром свойств. Методом растворной полимеризации с использованием литийорганических соединений, протекающей по механизму «живых» цепей, получают в промышленности бутадиен-стирольные термоэластопласты, или статистические сополимеры. Этот метод успешно используется и при синтезе технически ценных каучуков катионной полимеризацией изобутилена и его сополимеризацией с изопреном. Развитие методов растворной полимеризации позволяет более эффективно регулировать процессы роста полимерных цепей, поэтому можно предполагать, что по мере совершенствования молекулярного состава, применение каучуков, наполненных пластификаторами, будет постепенно возрастать.

1.1.3 Производство бутадиен-нитрильных каучуков

Схема установки для получения низкотемпературных бутадиен-нитрильных каучуков непрерывной полимеризацией в эмульсии представлена на рисунке 1. Водная фаза, включающая раствор основного эмульгатора, электролита и второго эмульгатора (лейканола), готовится в аппарате 1 смешением указанных компонентов, дозируемых в соответствии с заданной рецептурой, и имеет рН 10-11. Готовая водная фаза насосом 2 через холодильник 3, охлаждаемый рассолом, подается на смешение с углеводородной фазой в диафрагмовой смеситель 6. Углеводородная фаза готовится непрерывным смешением бутадиена и акрилонитрила, подаваемых в заданном соотношении дозировочными насосами в диафрагмовый смеситель 4 охлаждается в рассольном холодиль...