丁腈橡胶的制备

目录

一、工艺背景

1.丁腈橡胶的发展简介 (3)

2.丁腈橡胶的性能和用途 (3)

3合成工艺的研究意义 (3)

二、设计思路及要解决的问题

1.丁腈橡胶的合成设计思路 (4)

2.制备丁腈橡胶需要解决的问题 (4)

三、丁腈橡胶的化学组成和结构…………………………………………………4四、丁腈橡胶的合成工艺

1.丁腈橡胶的聚合机理和工艺流程 (5)

2.丁腈橡胶工艺过程及影响因素 (8)

五、丁腈橡胶的性能

1.耐油、耐溶剂性 (9)

2. 对化学物质的稳定性 (9)

3.耐氧化和耐日光作用 (9)

4．耐热及耐寒性 (9)

5.物现机械性能 (10)

6．电性能和透气性 (10)

六、丁腈橡胶的加工工艺与用途

1.丁腈橡胶的加工工艺 (10)

2.丁腈橡胶的应用 (10)

七、设计总结 (11)

八、参考文献 (13)

乳液聚合制备丁腈橡胶

一、工艺背景

1.丁腈橡胶的发展简介

丁腈橡胶初始研究于德国，在l931年首先报导了丁二烯与丙烯腈的共聚物，并对得到的共聚物做了性能鉴定。结果发现，它在耐老化、耐日光、耐热、耐油以及气密性等方面均优于天然橡胶。因而引起人们对这个新问世的高分子材料以极大的注意。时至1937年德国出于发动侵略战争的需要，积极支持和鼓励国内合成橡胶的生产，致使丁腈橡胶的工业化生产首先在德国获得成功，并出法本(I．G．Farban)公司投入正式生产。

2.丁腈橡胶的性能和用途

丁腈橡胶具有优良的耐油性,其耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，并且具有的耐磨性和气密性。丁晴橡胶的缺点是不耐臭氧及芳香族、卤代烃、酮及酯类

丁腈橡胶主要用于制作耐油制品，如耐油管、胶带、橡胶隔膜和大型油囊等，常用于制作各类耐油模压制品，如O形圈、油封、皮碗、膜片、活门、波纹管等，也用于制作胶板和耐磨零件。

3.合成工艺的研究意义

丁腈胶因耐油、耐热性能和物理机械性能优异，已经成为耐油橡胶制品的标准弹性体，广泛用于汽车、航空航天、石油开采、石化、纺织、电线电缆、印刷和食品包装等领域，目前国内产不足需，年进口量约4万吨。2001年全球丁腈胶总年产能力约65万吨，分布在17个国家和地区。其中，中国周边地区年产

能力约27万吨，占世界总年产能力的40％，除印度外均是中国主要进口来源地。中国目前有3套装置：一是中石油兰化公司早期从前苏联引进采用高温间歇乳液聚合技术的硬胶装置，年产能力约0.45万吨，可生产3个牌号；二是中石油吉化公司从日本引进丁苯胶装置的1条生产线改造而成的丁腈胶装置，采用多釜串联、低温乳液聚合工艺，年产能力为1万吨，可生产5个牌号；三是兰化公司近年从日本引进的年产1.5万吨低温乳液聚合装置，可生产高、中、低含腈量的9个牌号软胶。2002年，中国丁腈胶生产能力为2.95万吨，产量为2.5万吨，

开工率约85％。所以，产量不能满足国内实际生产的需求，每年都要大量进口，开发利用前景广阔。

二、设计思路及要解决的问题

1.丁腈橡胶的合成设计思路

丁腈橡胶多采用乳液聚合连续生产，也有研究溶液聚合法的，但是本课程设计主要介绍乳液聚合法。一般标准型的丁腈橡胶，是丁二烯与丙烯腈乳液聚合的共聚物，其工艺过程与丁苯橡胶类似。用这种方法制得的丁腈橡胶，分子结构中丁二烯和丙烯腈的排列结合呈无现状态，因此丁腈橡胶不易结晶，强度不高。但由于这种方法在工业生产上较为成熟，工艺简单，至今还在广泛应用。现多采用连续生产过程，以提高生产能力。温度可采用30℃或约5℃,转化率一般维持在70％～85％。

2.制备丁腈橡胶需要解决的问题

生产工艺中需要解决的问题：①单体丙烯腈极性较强，致使在聚合过程中胶乳不太稳定，丙烯腈用量越大，胶乳的稳定性就越差。②介质的碱性或酸性太强

或聚合温度过高都会引起氰基的水解，即：生成的酸会破坏乳化剂，这也是导致乳胶不稳定的原因之一。③上述水解反应的中间产物酰胺基和聚合物链中的氰基在较高温度下，都可能进行交联反应，使产品质量变坏。④丁二烯与丙烯腈的竞聚率相差颇远（在40℃时分别为0.3和0.02）,因此，共聚物中单体的组成及分布，对转化率的依赖性较大。采用分批加入丙烯腈的办法可以改善氰基分布。

三、丁腈橡胶的化学组成和结构

一般标准型丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈的共聚物，其化学组成的通式为：

丁腈橡胶为浅褐色弹性体，由于在大分子结构中含有强极性的-CN基团，所以对汽油及脂肪烃油类，有优异的稳定性。此外，丁腈橡胶性质与分子量及其分布和大分子单元结构亦有关系。

丁腈橡胶的分子量可由数千到数十万，数千分子量的丁腈橡胶呈液体状态，固体丁肪橡胶分于量则高达数十万以上。工业生产中，通常采用与分子量密切相关的门尼粘度来表示。一般标准型丁腈橡胶门尼粘度在30—130ML1+4l00℃之间，其中在45左右者称为低门尼粘度，60左右者称为中门尼粘度，80以上者称为高门尼粘度。

四、丁腈橡胶的合成工艺

1.丁腈橡胶的聚合机理和工艺流程

原料：

一般标准型的丁腈橡胶，是丁二烯与丙烯腈乳液聚合的共聚物，共聚反应式

如下：

聚合用辅助原料有如下几种：

聚合引发剂为：热聚合采用无机过氧化物（如过硫酸盐）；冷聚合采用氧化还原引发剂（如过氧化氢和二价铁盐共存的催化体系）。聚合度调节剂为长链烷基硫酸等乳化剂为阴离子表面活性剂、松香酸皂和脂肪酸皂等。电解质为氯化钾、磷酸钠和硫酸钠等。聚合终止剂为氢醌类、二甲基二硫代氨基甲酸盐类等。

聚合工艺过程：

（1）碳氢相、水相、助剂的配制将一定比例的丁二烯、丙烯腈混合均匀，制成碳氢相。在乳化剂中加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、软水等制成水相。并配制引发剂等待用。将碳氢相和水相按一定比例混合后送入乳化槽，在搅拌下经充分乳化后送入聚合釜。

（2）聚合往聚合釜内直接加入引发剂，在一定温度的釜内进行聚合反应,尔后分批加入调节剂，以调节橡胶的分子量。当转化率达到70一75％时，加入终止剂终止反应，并将胶浆卸入中间贮槽。按聚合配方及工艺条件，聚合温度若控制在30一40℃范阔，称为高温聚合；控制在5—10℃范围，称为低温聚合。据此所得产物分别称为热聚丁腈橡胶和冷聚丁腈橡胶。

（3）脱气经过终止后的胶浆，送至脱气塔，减压闪蒸出丁二烯，然后借水蒸汽