Курсовая работа: Производство синтетического каучука
Технологические характеристики каучуков. Резиновые смеси. Вязкость по Муни (100 °С) большинства типов бутадиен-стирольных каучуков составляет 40-60; за рубежом вырабатывают спец. эмульсионные каучуки С вязкостью по Муни 25-35 и 100-130 (соотв. "мягкие" и "жесткие"). Перерабатывают бутадиен-стирольные каучуки на обычном оборудовании резиновых заводов (вальцах, смесителях, каландрах, экструдерах). Изделия вулканизуют при 140-180°С в прессах, котлах, спец. агрегатах. Технологические свойства каучуков улучшаются с повышением содержания в них стирольных звеньев. Наиболее легко перерабатываются низкотемпературные эмульсионные каучуки, наиболее трудно - синтезируемые в растворе. "Жесткие" каучуки в случае необходимости подвергают термоокислительной пластикации при 130-140 °С.
Бутадиен-стирольные каучуки технологически совместимы с др. каучуками - натуральным, синтетическим изопреновым, бутадиеновым, бутилкаучуком и др. Для улучшения клейкости резиновых смесей бутадиен-стирольные каучуки совмещают, напр., с феноло-формальд. или инден-кумароновыми смолами, для повышения стойкости вулканизатов к действию растворителей - с бутадиен-нитрильными, хлоропреновыми или полисульфидными каучуками.
Основной вулканизующий агент для бутадиен-стирольных каучуков - сера; при получении резин с улучшенной теплостойкостью применяют тетраметилтиурамдисульфид или органические пероксиды. Ускорителями серной вулканизации служат ди (2-бензотиазолил) ди-сульфид, N-циклогексилбензотиазол-2-сульфенамид (сульфенамид Ц) и др. В качестве наполнителей резиновых смесей используют техн. углерод (чаще активный), а также мел, каолин и др.; количество этих ингредиентов может достигать 100-150 массовых частей на 100 массовых частей каучука.
Свойства вулканизатов. Резины на основе бутадиен-стирольных каучуков, содержащие активные наполнители, характеризуются достаточно высокими прочностными свойствами, износостойкостью и эластичностью (см. табл. 2). Вулканизаты низкотемпературных эмульсионных каучуков превосходят по прочностным свойствам вулканизаты высокотемпературных. Резины из бутадиен-стирольного каучука, синтезированного в растворе, обладают несколько лучшей морозостойкостью, эластичностью и износостойкостью и меньшим теплообразованием, чем резины из эмульсионных каучуков. С увеличением содержания в макромолекуле каучука стирольных звеньев возрастают прочность при растяжении и сопротивление раздиру, но ухудшаются эластичность и морозостойкость резин.
В настоящее время основное количество бутадиен-стирольного каучука выпускается при температуре полимеризации 50 С («холодные каучуки»), меньше при температуре полимеризации 500 С («горячие каучуки»).
Каучуки низкой температурной полимеризации характеризуются более высокой молекулярной массой, меньшим содержанием низкомолекулярных фракций, лучшими технологическими свойствами, хорошей совместимостью с другими каучуками.
С целью регулирования молекулярной массы каучука и улучшения технологических свойств в полимеризационную систему вводят специальные вещества – регуляторы, являющиеся агентами передачи цепи. При этом регулятор не должен замедлять полимеризацию и ухудшать качество каучука. Этим требованиям в определённой степени отвечает широко применяемая на практике смесь трет-алкилмеркаптанов с числом углеродных атомов 12-16 и диизопропилксантоггендисульфид (дипроксид). Схемы передачи цепи этими веществами будут следующими:
4.2. Свойства вулканизаторов низкотемпературных эмульсионных бутадиен-метилстирольных каучуков, содержащих около 23% стирольных звеньев*
Таблица 3
* Наполнитель - активный технический углерод (40-50 мас. ч.). Вулканизация 80 мин при 143°С
Резины из бутадиен-стирольных каучуков достаточно стойки к действию концентрированных растворов щелочей и кислот, а также спиртов, кетонов и эфиров. По устойчивости в ароматичных и алифатичных углеводородах, минеральных маслах, раститительных и животных жирах они превосходят резины из НК, а по газопроницаемости практически равноценны им. По теплофизическим свойствам вулканизаты бутадиен-стирольных каучуков мало отличаются от вулканизатов др. каучуков: их коэффициент объемного расширения (5,3-6,6)*10-4 К-1, коэффициент теплопроводности 0,22-0,30 Вт/(м*К), удельная теплоемкость 1,5-1,9 кДж/(кг*К). Электрическая характеристика резин:~7 ТОм*м; 2,4-2,6 (1,5-20 МГц); tg 0,006.
Применение каучуков . Бутадиен-стирольные каучуки - типичные каучуки общего назначения, используемые главным образом в производстве шин (обычно в комбинации с НК, синтетическим изопреновым или стереорегулярным бутадиеновым каучуком). На основе бутадиен-стирольных каучуков изготовляют также многочисленные РТИ (конвейерные ленты, рукава, профили, формовые детали), а также изоляцию кабелей, обувь, спортивные изделия и др.
Мировое производство бутадиен-стирольных каучуков превышает 4 млн. т/год (1982); по объему выпуска они занимают первое место среди всех СК.
5 . Реактор-полимеризатор
Реактор включает сборный корпус 1, состоящий из отдельных секций с определенным соотношением диаметра перетока к диаметру секции d/d, имеющих термостатирующие рубашки. В верхней части корпуса 1 установлен расширитель 2, снабженный термостатирующей рубашкой, штуцером 3 для подачи реакционной смеси, воздушником 4 для соединения с атмосферой и другими технологическими штуцерами. На выходе из секционированного аппарата реакционная смесь поступает в сборник 5, также имеющий термостатирующую рубашку. Сборник устроен таким образом, чтобы гранулы ДФ не попадали в подключенный к нему пульсатор.
Реактор - полимеризатор работает следующим образом. Частицы ДФ со степенью конверсии 35% через штуцер 3 вследствие разности плотностей СФ и ДФ поступают в реактор по наклонной трубе. Пульсатор обеспечивает возвратно-поступательное, движение СФ в секциях реактора, в результате чего в каждой секции происходит устойчивое вихреобразование и, как следствие, интенсивное перемешивание реакционной массы, что повышает в 3-4 раза удерживающую способность аппарата по сравнению с цилиндрическим и обеспечивает заданное время пребывания частиц ДФ в реакционной зоне аппарата. По мере увеличения плотности частиц они осаждаются в нижнюю часть аппарата, сборник и далее поступают в аппаратуру для окончательного дозревания. При этом наличие расширителя, сечение которого превышает в 4-6 раз сечение наклонного подающего патрубка, исключает пульсации СФ в предыдущих аппаратах технологической схемы. Применение пульсационного воздействия на реакционную систему в таком реакторе позволяет осуществить перемешивание ДФ без значительной деформации и дробления частиц, а также исключить слипание частиц и, следовательно, образование агломератов. Частота пульсаций находится в интервале 1-1,5 Гц. Соотношение объема жидкости, выталкиваемой пульсатором за половину периода пульсаций, и объема секции находится в пределах 0,3-0,5. Угол раствора диффузорной части секции составляет 90-100°.
Технологическая схема процесса получения бутадиен-стирольных и бутадиен-α-метилстирольных каучуков
Описание технологической схемы процесса сополимеризации бутадиена со стиролом.
Смесь бутадиена ёмк.1 со стиролом ёмк.2 или α-метилстиролом предварительно эмульгируют в водной фазе в смесителе 3 или трубопроводе и охлаждают. Соотношение углеводородной и водной фаз из ёмк.4 регулируется автоматически в ёмк.5. В поток эмульсии мономеров из ёмк.5 попадают компоненты инициирующей системы и регулятор, после чего она поступает в первый аппарат батареи полимеризаторов (6-I – 6-XII) и далее в последующие аппараты. Температура полимеризации поддерживается автоматически. Конверсия мономеров контролируется непрерывно с помощью специальных приборов или периодически путём определения сухого остатка латекса. По окончании процесса на выходе из батареи в латекс подаётся раствор стоппера. Для хорошей воспроизводимости и стабильности процесса важно, чтобы все исходные вещества, и прежде всего мономеры и эмульгаторы, были высокого и постоянного качества. Незаполимеризовавшиеся мономеры отгоняют острым паром в две ступени на прямо- или противоточных колоннах 7-8 под вакуумом. Предварительно проводится дегазация латекса в ёмк.7, при которой испаряется бутадиен. После отгонных колонн 7-8 латекс поступает в ёмкость 9 и уже оттуда в цех выделения каучука.
Технологическое оформление процесса выделения каучука из латекса как в виде ленты, так и в виде крошки
В случае получения каучука, не содержащего масла, латекс с температурой 45-500 С предварительно подщелачивается раствором щёлочи до рН 10,4-10,6, смешивается с омыленным раствором костного клея и поступает на коагуляцию. Подщелачивание латекса не производится при получении маслонаполненных каучуков типа 1712,СКС(МС)-30АРКМ. Большинство действующих схем предусматривает введение масла на стадии флокуляции латекса. В некоторых схемах масло (чаще всего высокоароматизированное) вводится в латекс в виде эмульсии непосредственно перед коагуляцией. При получении каучуков не содержащих масла, антиоксидант вводится в виде дисперсии или эмульсии в латекс. В случае маслонаполненных каучуков антиоксидант может быть растворён в масле и таким образом введён в каучук.
Во всех схемах флокулят из первого аппарата (или смесителя) поступает во второй, в который подаётся серум, подкисленный серной кислотой.
При выделении каучука в виде ленты рН во втором аппарате 7,8-8,2, в третьем 6,5-7,2, температура 45-500 С. В этом случае для получения для получения прочной пористой ленты и полноты перевода эмульгаторов в свободные карбоновые кислоты на первой части лентоотливочной машины проводится промывка каучука водой, подкислённой серной кислотой, её избыток удаляется при дальнейшей отмывке.
При выделении каучука в виде крошки рН во втором аппарате 6,5-7,2, в третьем 2,5-3,5, температура 500 С.
Промывка крошки каучука проводится на лентоотливочной машине или в емкостях водой при температуре 45-600 С. Перед сушкой крошку каучука обезвоживают в червячных машинах, где влажность крошки, поступающей на сушку, уменьшается до 10-15%. Сушка каучуков осуществляется в воздушных многоходовых ленточных сушилках; при выпуске других типов каучуков кошку сушат в воздушных многоходовых конвейерных сушилках или в червячных сушильных агрегатах. В настоящее время разработаны и начинают внедрять способы бессолевой коагуляции.
Смесь бутадиена со стиролом или α-метилстиролом предварительно эмульгируют в водной фазе в смесителе или трубопроводе и охлаждают. Соотношение углеводородной и водной фаз регулируется автоматически. В поток эмульсии мономеров попадают компоненты инициирующей системы и регулятор, после чего она поступает в первый аппарат батареи и далее в последующие аппараты. Температура полимеризации поддерживается автоматически. Конверсия мономеров контролируется непрерывно с помощью специальных приборов или периодически путём определения сухого остатка латекса. По окончании процесса на выходе из батареи в латекс подаётся раствор стоппера. Для хорошей воспроизводимости и стабильности процесса важно, чтобы все исходные вещества, и прежде всего мономеры и эмульгаторы, были высокого и постоянного качества. Незаполимеризовавшиеся мономеры отгоняют острым паром в две ступени на прямо- или противоточных колоннах под вакуумом. Предварительно проводится дегазация латекса, при которой испаряется бутадиен.
Заключение