合成橡胶.ppt

第七章合成橡胶,第一节概述,一、橡胶的类型,一、橡胶的类型,是从天然植物中采集出来的一种高弹性材料，经采集、凝聚、洗涤、干燥等过程即得。,制造各种轮胎以及工业橡胶制品，如胶管、胶带和工业用橡胶杂品；日常生活用品如胶鞋、雨衣以及医疗卫生用品等。,天然橡胶,一、橡胶的类型,天然橡胶牛筋底，网状填充给鞋帮提供最大限度的透气性,一、橡胶的类型,一、橡胶的类型,一、橡胶的类型,一、橡胶的类型,轮胎制品,一、橡胶的类型,工业制品,二、橡胶的特性,玻璃化温度低,具有高弹性,几种主要橡胶的玻璃化温度及使用温度范围,三、橡胶的硫化与增强,四、合成橡胶的生产过程,第二节丁苯橡胶,概述,第二节丁苯橡胶,广泛应用,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,一、主要原料,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,二、生产原理与工艺,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,二、生产原理与工艺,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,二、生产原理与工艺,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,二、生产原理与工艺,传热：在聚合釜内安装垂直管式氨蒸发器,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,二、生产原理与工艺,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,三、丁苯橡胶的结构、性能及用途,典型丁苯橡胶的结构特征,是一种不饱和烯烃高聚物，其玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,三、丁苯橡胶的结构、性能及用途,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,三、丁苯橡胶的结构、性能及用途,低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺,第二节丁苯橡胶,三、丁苯橡胶的结构、性能及用途,第三节顺丁橡胶,第三节顺丁橡胶,第三节顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,一、主要原料,顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,1.单体,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,2.引发剂,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,溶剂,防老剂,终止剂,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,二、生产原理与工艺,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,二、生产原理与工艺,第三节顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,二、生产原理与工艺,第三节顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,二、生产原理与工艺,第三节顺丁橡胶,顺丁橡胶溶液聚合的生产工艺,第三节顺丁橡胶,二、生产原理与工艺,顺丁橡胶的结构、性能及用途,第三节顺丁橡胶,一、结构,顺丁橡胶的结构、性能及用途,第三节顺丁橡胶,二、性能,高弹性弹性最高滞后损失和生热小使用寿命长低温性能好玻璃化温度（-105）低，寒带地区使用。耐磨性能优异适用需耐磨的轮胎、鞋底、鞋后跟等。耐屈挠性优异耐动态裂口生成性能良好。填充性好有利于降低胶料成本。混炼时抗破碎能力强可延长混炼时间与其他弹性体的相容性好与天然橡胶、丁苯橡胶及氯丁橡胶都能互溶模内流动性好制品缺胶情况少。吸水性低小于天然橡胶和丁苯橡胶。,顺丁橡胶的结构、性能及用途,第三节顺丁橡胶,二、性能,顺丁橡胶的结构、性能及用途,第三节顺丁橡胶,三、用途,第四节异戊橡胶,一、主要原料,异戊二烯具有活泼的共轭双键，可以进行取代、加成、成环和聚合反应。贮存时要加入0.005%以上的叔丁基邻苯二酚或对苯二酚等阻聚剂,第四节异戊橡胶,一、主要原料,我国：(第三种)克服了Ti系凝胶含量高，挂胶严重，非均相引发剂体系加料困难等弱点，顺式-1，4-结构含量为93%94%，最高达97%。,第四节异戊橡胶,二、异戊橡胶的生产原理与工艺,第四节异戊橡胶,1、聚合原理及实施方法,二、异戊橡胶的生产原理与工艺,第四节异戊橡胶,2异戊橡胶生产工艺,二、异戊橡胶的生产原理与工艺,第四节异戊橡胶,2异戊橡胶生产工艺,二、异戊橡胶的生产原理与工艺,第四节异戊橡胶,2异戊橡胶生产工艺,三、异戊橡胶的结构、性能及用途,第四节异戊橡胶,1.顺式-1，4含量（92%97%），天然橡胶高（98%）；2.结晶性能低于天然橡胶；3.相对分子质量低于天然橡胶，并且带部分支链和凝胶。4.质量均一，纯度高；5.混炼加工简便；6.颜色浅；7.膨胀和收缩小；8.流动性好的优点。9.单独使用，也可与天然橡胶、顺丁橡胶等配合使用。,三、异戊橡胶的结构、性能及用途,第四节异戊橡胶,主要用于作轮胎的胎面胶、胎体胶和胎侧胶，以及胶鞋、胶带、胶粘剂、工艺橡胶制品、浸渍橡胶制品及医疗、食品用橡胶制品等。,第五节乙丙橡胶,乙丙橡胶（EPR）以乙烯、丙烯为主要单体，适量加入第三单体，在齐格勒-纳塔引发剂作用下共聚而得的高分子弹性体。仅次于异戊橡胶，居合成橡胶第四位。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,1乙烯和丙烯,微量杂质可严重影响聚合过程，故纯度要求很高。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,加入目的：保证乙丙橡胶的硫化。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,（1）对第三单体的原则要求要有适宜的聚合性能；第三单体的两个双键应该具有不同的反应性能；第三单体的加入对聚合速度和产物相对分子质量不要有影响；第三单体的相对分子质量不宜过大；价格便宜。,2第三单体,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,（2）决定第三单体性能的结构因素对第三单体的评价：聚合性能(竞聚率)和硫化性能。这两个性能都是由其结构所决定的。,2第三单体,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,（3）常用的第三单体双环戊二烯:价格最低、聚合性能活泼、硫化速度慢。有两种异构体（桥环式和挂环式）乙叉降冰片烯：聚合性能好、共聚速度快、硫化、速度很快，硫化胶性能也很好。工业应用最广泛。,2第三单体,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,（1）引发剂体系主要：V-Al体系分为：均相和非均相,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,3引发剂,（2）非均相引发剂体系由烷基铝和金属钒化物所组成的配位络合引发剂，最常用的烷基铝有：Al(C2H5)3、Al(i-C4H9)3、Al(C6H13)3；常用的钒化物有：VCl4、VOCl3、V(OOCCH3)3等。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,3引发剂,（3）均相引发剂体系由至少含有一个卤原子的烷基铝与钒化物组成的配位络合，采用较多的有：VOCl3Al(C2H5)2Cl、VOCl3Al(i-C4H9)2Cl、VOCl31/2Al2(C2H5)3Cl3等。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,3引发剂,（4）烷基铝的作用还原高价态的钒（由V4V3），使其具有形成配位络合物的引发活性。Al/V515时活性最高。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,3引发剂,（5）钒引发剂的缺点寿命短、引发效率低。为了克服此缺点，一般采用向引发剂体系加入活化剂，以提高钒的引发效率，从而降低钒引发剂的用量。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,3引发剂,（6）活化剂的作用：增加经济效益，使产品中的钒含量降低，改善了产品的电性能；另外，活化剂还起到了调节产物相对分子质量的作用，达到了改善橡胶加工的性能的目的。但在使用活化剂时，还需要考虑活化剂残渣在后处理和污水处理过程中的问题。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,（1）作用一是单体的分散介质；二是引发剂、相对分子质量调节剂、活化剂等的稀释介质；三是聚合反应的传热介质。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,4溶剂,（2）常用溶剂丁烷、戊烷、已烷、庚烷、及混合馏分石油醚、轻质汽油、环已烷、环戊烷、苯、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯化碳等。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,4溶剂,（3）选择从溶度参数上看环烷烃最好，其次是饱和直链烷烃和芳烃，卤代烃最差。从原料来源、价格、性质、毒性等考虑，使用已烷、或已烷馏分以及石油、轻质汽油、铂重整溶剂油作溶剂最好。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,相对分子质量调节方法调整聚合参数和外加相对分子质量调节剂两种。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,5共聚物相对分子质量调节剂,调节相对分子质量的聚合参数有：引发剂浓度、铝化合物的种类、Al/V、溶剂种类、单体C3/C2、聚合温度、聚合时间等。,一、主要原料,第五节乙丙橡胶,5共聚物相对分子质量调节剂,外加相对分子质量调节剂有：氢、二乙基锌、氢化锂铝等链转移剂。,二、乙丙橡胶的聚合原理与工艺,第五节乙丙橡胶,二、乙丙橡胶的聚合原理与工艺,第五节乙丙橡胶,（1）溶液法生产工艺优点：设备结构简单，反应物中单体的配比容易调节；缺点：单体在溶液中扩散速度较慢，故共聚物的浓度低，引发剂的用量和能量消耗大。,二、乙丙橡胶的聚合原理与工艺,第五节乙丙橡胶,2、乙丙橡胶生产工艺,（1）溶液法生产工艺,二、乙丙橡胶的聚合原理与工艺,第五节乙丙橡胶,2、乙丙橡胶生产工艺,（2）悬浮法生产乙丙橡胶优点：解决了聚合过程中的传热和传质问题。缺点：聚合物不均匀，聚合釜易挂胶。,二、乙丙橡胶的聚合原理与工艺,第五节乙丙橡胶,2、乙丙橡胶生产工艺,（2）悬浮法生产乙丙橡胶,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,是一种无定型的非结晶橡胶，分子主链上乙烯与丙烯无规排列。加入的第三单体主要影响乙丙橡胶的硫化速度和硫化胶性能。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（1）耐老化性能具有极高的化学稳定性，耐老化性能是最好的。耐臭氧性能具有突出的耐臭氧性能，随第三单体的种类和用量的不同而有所差别。耐候性能乙丙橡胶耐候性好，能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用。耐热性能最高使用温度为150。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（2）耐化学药品性可以作某些化学药品容器的内衬材料，但在脂肪族和芳香族溶剂，如汽油、苯、二甲苯等溶剂和矿物泊中的稳定性较差。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（2）耐化学药品性可以作某些化学药品容器的内衬材料，但在脂肪族和芳香族溶剂，如汽油、苯、二甲苯等溶剂和矿物泊中的稳定性较差。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（3）电绝缘性特别适于制造电气绝缘制品。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（4）冲击弹性和低温性能乙丙橡胶具有较高的弹性，在通用橡胶中其弹性仅次于天然橡胶和顺丁橡胶。具有最佳低温性能的乙丙橡胶其丙烯含量为4050%（质量）。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（5）低密度和高填充特性密度是所有橡胶中最低的，橡胶制品质量轻，可以大量填充油和填充剂可高达200份，可以降低乙丙橡胶制品的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格比一般通用橡胶稍高的不足。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（6）耐热水和耐水蒸汽性具有较好的耐蒸汽性能，甚至优于其耐热性能。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,（7）乙丙橡胶的缺点硫化速度硫化速度最慢，不能与二烯烃橡胶共硫化，因此限制了它的用途。自粘性与互粘性自粘性与互粘性差，给加工工艺带来很大困难，不能在轮胎胎体中使用。耐燃性和气密性耐燃性和气密性差，与丁基橡胶混合作内胎时用量较少。耐油性的而烃类溶剂性耐矿物油和烃类溶剂性差。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,汽车零件包括轮胎部件、如黑、白胎侧及胎侧覆盖胶条；内胎、水胎、门、窗、灯、行车箱的实心和海绵胶密封胶条；刮水器、保险杠、减振器、散热器、及水箱用胶管；地气管毯内衬；发动机保险海绵材料；刹车部件，包括防尘胶套、隔膜、皮碗和密封胶垫等。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,3乙丙橡胶的用途,电气制品包括高、中、低压电缆绝缘材料；导线绝缘材料；船泊、车辆用电缆绝缘材料；绝缘垫圈及环类以及变压器零件。工业用品耐酸、碱、氨、氯及氧化剂等的罐衬里材料；O形密封圈；各种用途的胶管、垫圈；耐热输送带和传动带等；橡胶棍；挠性容器；各种胶布、隔膜；船泊用护舷材料和窗用密封胶条。,三、乙丙橡胶的结构、性能及用途,第五节乙丙橡胶,3乙丙橡胶的用途,建筑材料房屋用材料，桥梁工程用橡胶制品，橡胶地砖以及作为沥青改性材料等。家庭用品吸尘器零件，洗衣机上下水管，电冰箱用磁性橡胶及其他零件，冷风机用零件。塑料制品改性剂。其他方面包括橡皮船、游泳用气垫、简易潜水衣及潜水用通气管和帐蓬等,第六节氯丁橡胶,氯丁橡胶（CR）由2-氯-1,3-丁二烯（简称氯丁二烯）聚合而成的一种高分子弹性体。是通用型特种橡胶。,一、主要原料,第六节氯丁橡胶,氯丁二烯化学性质活泼，在精馏和贮存过程中必须用高纯度惰性气体保护。,二、氯丁橡胶的生产原理与工艺,第六节氯丁橡胶,1聚合机理与生产方法,二、氯丁橡胶的生产原理与工艺,第六节氯丁橡胶,终止,聚合,配制,凝聚,干燥,特种乳胶型,通用乳胶型,三、氯丁橡胶的结构、性能及用途,第六节氯丁橡胶,氯丁橡胶,乳胶型,专用型,通用型,其他特殊用途型,黏接型,非硫磺调节型,硫磺调节型,根据性能和用途可以分,三、氯丁橡胶的结构、性