《2022年乳液聚合丁苯橡胶配方设计方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年乳液聚合丁苯橡胶配方设计方案.docx(16页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品学习资源欢迎下载精品学习资源1. 课程设计的目的设计任务书欢迎下载精品学习资源通过课程设计,旨在使同学明白聚合物配方设计的方法、过程及意义,初步把握聚合物配方设计的主要程序及方法,锤炼和提高同学综合运用理论学问和技能的才能、收集和查阅文献资料的才能、分析和解决工程实际问题的才能、独立工作和创新才能;课程设计的任务是同学能综合运用所学理论学问和所把握的各种技能,通过独立摸索和锐意创新,在规定的时间内完成指定的聚合物配方的设计任务, 并通过设计说明书正确表述;2. 设计任务及要求2.1 设计题目低温乳液聚合丁苯橡胶2.2 设计任务通过对低温乳液聚合丁苯橡胶进行合成工艺设计,编制文献综述和设计说
2、明书;3. 设计要求3.1 设计说明书的内容与次序:1、封面包括题目、同学班级、同学姓名、指导老师姓名等)2、设计任务书3、目录4、正文4.1绪论:所选课题的简要概述及进展、设计任务的目的及意义、设计结果简述4.2 设计内容4.3 实施方案4.4 预期达到的主要技术指标4.5 预期工作进度4.5 工艺流程图 带掌握点的工艺流程图)及其说明4.6 设计结果概要4.7 设计体会及今后的改进看法5、参考文献6、主要符号说明 必需注明意义和单位)欢迎下载精品学习资源说明书必需书写工整、图文清楚;说明书中全部公式必需写明编号;3.2 工艺流程图设计图纸的要求:要求画 “生产装置工艺流程图 ”一张,图纸大
3、小为 A2 ;本图应表示出装置、单元设备、帮助设备和机器、管道、物料流向;以线条和箭头表示物料流向,并以指引线表示物料的流量、温度和组成等;帮助物料的管线以较细的线条表示;工艺物料管道用粗实线,帮助物料管道用中粗线,其他用细实线;横向管道标注在管道上方,竖向管道标注在管道右侧;帮助物料如冷却水、加热蒸汽等)的管线以较细的线条表示;图表和表格中的全部文字写成长仿宋体;设备以细实线绘制,画出能够显示外形特点的主要轮廓;设备的高低和楼面高低的相对位置一般也按比例绘制;设备的位号、名称标注在相应设备图形的上方或下方,或以指引线引出设备编号,在专栏中注明每个设备的位号、名称等;要求工艺流程图有相应的标题
4、栏,主要包括说明设备名称、图号、比例、设计单位、设计人、审校人等;本设计标题栏规定如下所示:图纸要求:投影正确、布置合理、线型规范、字迹工整;3.3 参考文献的格式:期刊类: 序号)作者 1,作者 2, 作者n,文章名,期刊名 版本), 出版年,卷次 期次);图书类: 序号)作者 1,作者 2, 作者n,书名,版本,出版地:出版社,出版年;欢迎下载精品学习资源目 录1. 绪论41.1 概述41.2 进展史 52. 工艺设计 62.1 配方62.1.1 配方62.1.2 条件确定 72.2 聚合原理 82.2.1 原理82.2.2 助剂的作用 92.3 影响因素 92.3.1 乳化剂的影响 92
5、.3.2 引发剂的影响 102.3.3 搅拌强度的影响 102.3.4 反应温度的影响 10 2.4工艺流程 112.4.1 工艺流程简述 112.4.2 工艺设备流程图 122.5 用途13 3.终止语 134. 参考文献 145. 符号说明 15欢迎下载精品学习资源1. 绪 论1.1 概述丁苯橡胶是丁二烯 Butadiene,简称B)和苯乙烯 Styrene,简称S)经共聚制得的一类共聚橡胶;英文缩写名为 SBRStyrene-Co-Butadiene Rubber);是一类用途广泛的高弹性材料;其按聚合方法和产品特性可分为: 乳液丁苯橡胶 E-SBR);溶液丁苯橡胶 S-SBR)和热塑性
6、丁苯橡胶 SBS);目前乳液丁苯橡胶有固体丁苯橡胶和丁苯胶乳,溶液丁苯橡胶和热塑性丁苯橡胶只有固体橡胶;如依照其最终产品状态可 分为:固体、粉末和胶乳;目前乳液丁苯橡胶有固体丁苯橡胶和丁苯胶乳,溶 液丁苯橡胶和热塑性丁苯橡胶只有固体橡胶;乳液聚合是工业上利用自由基型共聚反应生产E-SBR的唯独方法;在水乳液中乳化剂形成胶束,胶束能增溶溶解单体;水溶性自由基进入胶束中引发聚合,链的增长始终在乳化剂包围的乳胶粒中进行,这就减小了增长链相互碰撞而终止的几率,即降低了链终止速率;同时借助于乳胶粒内的自动加速效应,使制备分子量足够高的 SBR成为可能;而且在乳液聚合中仍可利用硫醇类调剂剂来抑制主链上烯丙
7、基的链转移,削减侧乙烯基与自由基的加成,从而防止支化、凝胶等弊端;另外硫醇-仍可以把带电荷的自由基转变为中性自由基:欢迎下载精品学习资源SO4-+ RSHHSO4 + RS 欢迎下载精品学习资源RS易于进入带强负电荷的胶束进行引发;这样既提高了聚合速度,又抑制了凝胶的形成;此外,乳液聚合仍有聚合速度快,所得聚合物分子量高、散热和控温简单、粘度低、搅拌功率小、分散介质水)价廉易得等技术经济优点;1.2 进展史1912年,德国 Bayer公司发表了丁二烯乳液聚合制取聚丁二烯橡胶的第一篇专利; 20世纪20岁月,该国为改进乳聚丁二烯的性能,选用苯乙烯为单体,制得了乳聚丁苯橡胶,并将其命名为 Buua
8、-S;1937年德国 IG欢迎下载精品学习资源Farben建设成世界第一个乳聚丁苯橡胶生产装置并投产;1943年,德国 Buua- S的产量为 112kt;20世纪30岁月,美国因获得价格低廉的自然橡胶满意通用制品的要求,故为重视 Buua-S橡胶,而是致力于特种橡胶的开发;直到其次次世界大战爆发,一是作为战略物资的橡胶需求量急增;二是自然橡胶的来源被切断;因而通用合成橡胶逐步受到美国政府的高度重视和扶持;在美国 RubberReserve公司统筹下,快速开展了乳聚丁苯橡胶的生产;开头阶段,主要利用德国的Buua-S技术进行生产,以后改进了聚合配方,开发了称为GR-S乳聚丁苯橡胶的新技术; 1
9、942年,美国乳聚丁苯橡胶的生产才能为 37kt,1943年增长到 182.3kt,到1944年已达 673kt;其次次世界大战终止前,德国和美国都采纳热法50)乳液聚合工艺生产丁苯橡胶;其次次世界大战后,由于氧化仍原体系聚合配方的显现,美国第一采纳冷法5)乳液聚合工艺,使乳聚丁苯橡胶的性能得到显著改善;因而大部分用途已逐步为冷法乳聚丁苯橡胶所取代; 但是由于热法乳聚丁苯橡胶也具有特殊的性能和肯定的应用领域,所以至今仍 有少量生产; 1948年,前苏联在沃龙尼什建立了乳聚丁苯橡胶生产装置,采纳热法间歇聚合生产丁苯橡胶,后来又开发了冷法连续聚合的生产技术;其他国家的乳聚丁苯橡胶就进展较晚,包括西
10、欧国家和日本,都是在20世纪50岁月以后才实现工业生产的,而且多数是引进美国的生产技术;其中日本进展速度很快;目前,聚合工艺和聚合配方基本定型,单体转化率已从60%提高至 70%, 甚至更高;为加速聚合反应,削减冷剂消耗,聚合温度也有所提高;聚合设备趋向大型化,连续聚合使用 3045m3的聚合釜;在凝结和后处理方面,以高分子絮凝剂代替氯化钠,大大削减了氯化钠的消耗量;聚合工艺自动化水平的提高,改善了产品质量;充油母炼胶、充炭黑母炼胶、充油充炭黑母炼胶的显现也使乳聚丁苯橡胶品种大大增加;欢迎下载精品学习资源2. 工艺设计2.1 配方2.1.1 配方原料及帮助材料配方配方典型低温乳液聚合生产丁苯橡
11、胶配方单体丁二烯7072苯乙烯3028相对分子质量调剂剂叔十二烷基硫醇0.200.16介质水200195乳化剂歧化松香酸钠4.54.62烷基芳基磺酸钠0.15引发剂体系过氧化物过氧化氢异丙苯0.080.060.12活化剂 仍原剂硫酸亚铁0.050.01雕白粉0.150.040.10螯合剂EDTA0.0350.010.025缓冲剂磷酸钠0.080.240.45聚合温度 /55反应条件转化率, %6060聚合时间 /h7127102.1.2 条件确定分散介质一般以水为分散介质; 要求必需采纳去离子水, 以保证乳液的稳欢迎下载精品学习资源定和聚合产物的质量;用量一般为单体量的60%300%,水量多少
12、体系的稳固性和传热都有影响,水量少,乳液稳固性差,不利于传热;特殊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,一般掌握单体与水的比值为11.0511.8物质的量的比),而高温乳液聚合就为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
13、烯的纯度 99%,并且不含二乙烯基苯;聚合温度与聚合采纳的引发剂体系有关;低温乳液聚合生产丁苯橡胶采用氧化-仍原引发体系,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;假如采纳 K 2S2O8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;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,一般掌握转化率为60% 70%,多掌握在60%左右;未反应的单体回收循环使用;反应时间掌握在712h,反应过快会造成传热困难;2.2 聚合原理2.
14、2.1 原理乳聚丁苯橡胶属于乳液法链式自由基聚合机理;整个过程分为链引发、链增长、链转移和链终止四个步骤;2.2.1.1 链引发欢迎下载精品学习资源这是形成单体自由基活性种的反应,第一由氧化仍原引发体系在水相中产生初级自由基;其次步是初级自由基与单体加成,形成单体自由基;2.2.1.2 链增长在链引发阶段形成的单体自由基,活性很高,如无阻聚物质与之作用,就能攻击其次个单体分子的键,重新杂化结合,形成新的自由基,如此循环下去;该反应过程放热,链增长速度极快 I 引发剂浓度, mol/l f引发剂引发效率, % kd引发剂分解速率常数kp链增长速率常数kt链终止速率常数2.2.1.3 链终止乳聚丁
15、苯橡胶聚合过程的终止主要是双基结合终止此时的聚合体系中,除水相外,主要是表面层为乳化剂掩盖的聚合胶乳粒子;欢迎下载精品学习资源2.2.2 助剂的作用2.2.2.1 螯合剂 EDTA的作用为了防止产生的 FeOH2沉淀析出,工业上采纳乙二胺四乙酸二钠盐EDTA-二钠盐作为螯合剂,与 Fe2+生成水溶液性螯合物; EDTA-二钠盐与 Fe2+生成的水溶液性螯合物,其离解度小,在碱性条件和酸性条件下都很稳固,可在较长的时间内保持 Fe2+的存在,而又不生成 FeOH2 沉淀;3.2.2.2雕白粉的使用由链引发反应可知, Fe2+经氧化后变成 Fe3+,Fe3+呈棕色,假如其浓度较高将影响丁苯橡胶的色
16、泽;为了削减 Fe3+的浓度,工业上使用雕白粉 甲醛-亚硫酸氢钠二水合 CH2O.NaHSO3.2H2O作为二级仍原剂,使 Fe3+仍原为Fe2+;4 Fe3+ + 2CH2O.NaHSO3.2H2O 4 Fe2+ + 2HCOOH + Na2SO4 + H2SO4 + 8H+由于消耗了二级仍原剂雕白粉,硫酸亚铁的用量显著削减;2.2.2.3终止剂的相关作用:甲基二硫代氨基甲酸钠为有效的终止剂,但在单体回收过程中仍有聚合现象发生,为此,添加了多硫化物、亚硝酸钠以及多乙烯多胺;多硫化物有仍原作用,可与残存的过氧化物反应,以排除回收过程中残存的过氧化物的引发作用,亚硝酸钠有防止菜化状的爆聚物生成的
17、作用;2.3 影响因素在乳液聚合反应中,主要影响因素为乳化剂种类和用量、引发剂种类和浓度、搅拌强度、反应温度等;这些因素对乳液聚合过程及产品质量都有很大影响;2.3.1 乳化剂的影响乳化剂种类和浓度对乳胶粒直径Dp及数目 Np、聚合物分子量 Mn 、聚合反应速率 Rp和聚合物乳液的稳固性等均有明显影响;2.3.1.1 乳化剂浓度 E 的影响对于在合理的乳化剂浓度范畴内进行的正常乳液聚合来说,E 越大,胶束数目Nm 越大,按胶束机理生成的乳胶粒数目也越多,即Np 就越大, Dp就越小;当自由基生成速率肯定时, Np越大,自由基在乳胶粒中的平均寿命就越大,自由基就有充分的时间进行链增长,故可达到很
18、大的分子量Mn ;同时, Np 大,说明反应活性中心数目多,故 Rp 也越大;对于亲水性小的单体,NpE 0.6,且Mn E 0.6,Rp E 0.6;欢迎下载精品学习资源2.3.1.2 乳化剂种类的影响乳化剂种类不同,其 CMC 、胶束大小及对单体的增溶度等各不相同,从而会对乳胶粒子大小 Dp、聚合反应速度 Rp 和产品分子量 Mn产生不同的影响;乳化剂种类不同,乳液的稳固化机理不同,所得乳液稳固性也有差别;2.3.2 引发剂的影响引发剂浓度 I 增大时,自由基生成速率增大,链终止速率也增大,故使聚合物的平均分子量 Mn降低;同时由于成核速率随 I 增大而增加,因此乳胶粒数目 Np 增大,
19、Dp减小,聚合速率增大,对于亲水性小的单体,NpE 0.4,且Mn E -0.6,RpE 0.4;2.3.3 搅拌强度的影响在乳液聚合过程中,搅拌的一个重要作用是把单体分散成单体珠滴,并有利于传质和传热;但搅拌强度又不宜太高,搅拌强度太高,会使乳胶粒子数目削减,乳胶粒直径增大及聚合速率降低,同时会使乳液产生凝胶,甚至导致破乳;因此对乳液聚合过程来说,应采纳适当的搅拌速度;2.3.4 反应温度的影响2.3.4.1 对聚合反应速率和聚合物平均分子量的影响反应温度上升,引发剂分解速率常数变大,在引发剂浓度肯定时,自由基生成速率大,致使在乳胶粒中链终止速率增大,故聚合物平均分子量降低;同时,链增长速率
20、常数也增大,因而聚合反应速率提高;2.3.4.2 对乳胶粒直径和数目的影响反应温度提高,自由基生成速率大,使水相中自由基浓度增大;对水溶性小的单体,自由基从水相向增溶胶束的扩散速率增大,即胶束成核速率增大, 可生成更多的乳胶粒,即乳胶粒数目增多,粒径减小;2.3.4.3 对乳液稳固性的影响反应温度上升,乳胶粒子布朗运动加剧,使乳胶粒子之间进行碰撞而发生聚结的几率增大,从而导致乳液稳固性下降;同时,会使乳胶粒表面的水化层变薄,亦会导致乳液稳固性下降;欢迎下载精品学习资源2.4 工艺流程2.4.1 工艺流程简述2.4.1.1 原料预备过程用计量泵将规定数量的相对分子质量调剂剂与苯乙烯在管路中混合溶
21、解,再在管路中与处理好的丁二烯混合;然后与乳化剂混合液乳化剂、去离子水等)等在管路中混合后进入冷却器,冷却至10 .在与活化剂溶液 仍原剂、螯合剂等)混合,从第一个斧底部进入聚合系统,氧化剂直接从第一个釜的底部直 接进入;2.4.1.2 聚合过程系统由 8-12台聚合釜组成,采纳串联操作方式;当聚合到规定转化率后,在终止釜前加入终止剂终止反应;聚合反应的终点主要依据门尼粘度由取样测定来确定;虽然生产中转化率掌握在 60%左右,但当所测定的门尼粘度达到规定指标要求, 而转化率未达到要求时,也就加终止剂反应,以确保产物门尼粘度合格;2.4.1.3分别过程丁二烯分别从终止釜流出的终止后的胶乳进入缓冲
22、罐;然后经过两个不同真空度的闪蒸器回收未反应的丁二烯;第一个闪蒸器的操作条件是22 28,压力 0.04MPa, 在第一个闪蒸器中蒸出大部分丁二烯;再在其次个闪蒸器中 温度27,压力 0.03MPa)蒸出残存的丁二烯; 回收的丁二烯经压缩液化, 再冷凝除去惰性气体后循环使用;苯乙烯分别脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔的规定,可以用数字表示六大丁苯橡胶系列,即 1000 系列高温乳聚丁苯橡胶 , 1100 系列高温乳聚丁苯橡胶炭黑母炼胶, 1500 系列 低温乳聚丁苯橡胶 , 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
23、,其中以 1500 系列产品为主;它与自然橡胶、顺丁橡胶混用,制造各种轮胎,也用于制作胶鞋、胶带、胶管、胶板、胶辊、电线电缆、工业橡胶制品;其中SBR 一 1500 主要用于制造对物理性能要求较高的橡胶制品,如轮胎胎面、胶鞋和其他工业品;SBR 1502 主要用于制作彩色或透亮的橡胶制品,如胶鞋、帆布、白色的轮胎胎侧、彩色胎面和玩具等;此外,也广泛用于污染型的黑色制品;SBR 一 1503 广泛用于电线电缆材料和套管;欢迎下载精品学习资源3. 终止语在本次的课程设计,我更加熟识了聚合物设计的基本内容,对聚合物有了更进一步的明白,对以后的学习和工作都有很大的帮忙;本次设计的是丁苯橡胶的聚合生成,
24、比以往所做的设计在难度上有所增加,但这样更能锤炼我们的各方面才能;在设计的过程中,我们不断的发觉问题,解决问题,才明白原先自己所学的学问是如此的肤浅;这次设计中,我更加的仔细查阅资料,锤炼了自己对资料的查阅才能,通过查资料丰富了自己的学问面,把握了更好的学问;设计中对资料查阅的需求,更大程度上拓宽了自己的学问领域;通过设计,使所学的理论学问和实际工业生产有了对比和联系, 也为自己将来的工作和学习打下了良好的基础;在老师的尽心教诲和同学的合作帮忙下,我顺当的完成了设计,通过本次设计,我收成了许多,对本专业及所学内容有了更深刻的明白和熟识,也更坚信了自己对本专业的挑选是明智的;在此,要特殊感谢赵老
25、师和雷老师,正是由于对我的众多帮忙才使我准时完成课程设计的内容,感谢老师的帮忙 .欢迎下载精品学习资源4. 参考文献1 王久芬 .高聚物合成工艺 M. 北京:国防工业出版社,2005.2 李克友 . 张菊华 . 向福如 .高分子合成原理及工艺学.科学出版社3 赵德仁 . 张慰盛 .高聚物合成工艺学:23-308 纪奎江 .有用橡胶制品生产技术北京 化学工业出版社,1987.49 佐伯康治 . 聚合物制造工艺 J. 北京 :石油化学工业出版社 ,1977. 25010 胡金生 . 曹同玉 . 乳液聚合 J. 北京:化学工业出版社 , 1987. 2611 吕百龄 . 姜明辉 .橡胶助剂手册 第 2章 : 硫化体系助剂 M 北京 : 化学工业出版社 200012 王艳秋 . 橡胶材料基础 .北京 .化学工业出版社,2005 .413 翁国文 . 张馨 . 橡胶材料的选用 北京 化学工业出版社,2021.614 杨清芝 . 有用橡胶工艺学北京 化学工业出版社,2005.215 张晓黎 .高聚物生产技术 北京 化学工业出版社,2021.12欢迎下载精品学习资源5.符号说明1摄氏度2kt千吨3%百分号4m3立方 M5kt/a年产量6mM7h小时8L/mols升/摩尔 秒9mol/l摩尔 /升10Pa帕11mg/m3毫克 /立方 M12ml毫升欢迎下载
限制150内