高聚物合成工艺学
论文
学院：化学工程学院
专业：材料化学
班级：材料131 姓名：刘东杰
学号： 2013121531 2016年 4 月25 日
1.丁苯橡胶的分类、结构、性能及用途
1.1丁苯橡胶的分类
丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。
①按聚合方法和条件分类
可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。
乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。
在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。
②按填料品种分类
可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。
③按苯乙烯含量分类
丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—30
1.2丁苯橡胶的结构
典型丁苯橡胶的结构特征如表一:
表一典型丁苯橡胶的结构特征
①大分子宏观结构包括
单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。
②微观结构主要包括
丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。
③无定形聚合物
因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。
④丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大
在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。
⑤苯乙烯含量与玻璃化转变温度
丁苯橡胶的玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。乙烯基的含量越低，玻璃化温度越低。可以按需要的比例从100%的丁二烯(顺式、反式的玻璃化温度都是-100℃)调够到100%的聚苯乙烯(玻璃化温度为90℃)。玻璃化温度对硫化橡胶的性质起重要作用，大部分乳液聚合丁苯橡胶含苯乙烯为23.5%，这种含量的丁苯橡胶具有较好的综合物理机械性能。
⑥低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶
高温(50℃)聚合时．支化较严重．凝胶物含量较高；在同等分子量下．分子量分布较宽。低温聚合下由于它的分子量分布较窄，硫化时不被硫化的低分子量部分较少，可均匀硫化．从而使交联密度较高。故由低温丁苯橡胶所得硫化胶的物理机械性能(如拉伸强度、弹性及加工性)均较高温丁苯为优。
1.3丁苯橡胶的性能及应用
1.3.1乳液丁苯橡胶
丁苯橡胶(生胶)外观是浅黄褐色的弹性体．分子量为15—20万(渗透压法)，它的密度与Tg则随生胶中苯乙烯含量而改变。
①乳液丁苯橡胶与天然橡胶的对比
丁苯生胶的介电性能、对氧及热的稳定性均比天然橡胶好。但是它的粘结性不好，可塑性低，所以不易加工。若用硫黄硫化时，它的硫化速度比天然橡胶慢，故须加入较多的硫化促进刑。丁苯橡胶硫化后的硫化胶中，若加有炭黑补强剂，其强度可大大增加。它的弹性、耐磨性、耐老化性能均可超过天然橡胶；耐酸性、
耐碱性、介电性及气密性与天然橡胶相似。但是大分子结构中含有苯环，滞后损失大，动恋变形时发热量大，由制造的轮胎使用寿命较短。
②乳液丁苯橡胶的应用
大多数场合下可代替天然橡胶使用，主要用于汽车轮胎及各种工业橡胶制品。含苯乙烯较少的丁苯橡胶，可用作耐寒橡胶制品；苯乙烯含量高者，则制作硬质橡胶制品。
1.3.2溶液丁苯橡胶
丁二烯与苯乙烯在有机溶剂中用有机锂化合物作引发剂进行阴离子共聚反应所得的弹性体，称为溶液聚合丁苯橡胶(S—SBR)，或溶液丁苯。
溶液丁苯具有多种结构，能制取各种类型的橡胶制品。按丁二烯苯乙烯两种单体共聚结合的方式，它可分为无规共聚型及嵌段共聚型，前一类为通用型合成橡胶，用于轮胎、鞋类和工业橡胶制品。后一类为热塑性弹性体，用于鞋类及其他工业制品。溶液丁苯和乳液丁苯一样，也可充油或充炭黑得到相应的充油或充炭黑的溶液丁苯橡胶。
2.丁苯橡胶的生产原理
2.1原料
①丁二烯
丁二烯的结构式为：CH
2＝CH－CH＝CH
2
丁二烯是最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，相对分于质量为54.09。相对密度0.6211，熔点-108.9℃，沸点-4.5℃。有特殊气味，有麻醉性，特别刺激黏膜。容易液化，易溶于有机溶剂。性质活泼，容易发生自聚反应，因此在贮存、运输过程中要加人叔丁邻苯二酚阻聚剂。与空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%——11.47%(体积)。是合成橡胶、合成树脂等的主要原料。丁二烯主要由丁烷、丁烯脱氢或碳四馏分分离而得。
②苯乙烯
苯乙烯为无色或微黄色的油状液体，有特殊的气味，熔点为-306℃，密度为
900kg/m3，沸点为145~146℃。苯乙烯不溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、二硫化碳等有机溶剂中。聚合级苯乙烯的纯度应高于99.5%。
2.2 丁苯乳液聚合的配方
2.3 合成原理
①乳液聚合丁苯橡胶的聚合原理
丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理进行聚合反应。其反应式与产物结构式为：
在典型的低温乳液聚合共聚物大分于链中顺式约占9.5%，反式约占55%，乙烯基约占12%。如果采用高温乳液聚合，则其产物大分于链中顺式约占16.6%，反式约占46.3%，乙烯基约占13.7%。
②详细生产机理——配方中各组分的作用及有关化学反应
I：链引发反应
如果以RO.代表初级自由基，以M1代表单体丁二烯，M2代表单体苯乙烯，形成单体自由基的反应可表示如下：
RO. +M1→ROM1.
RO. +M2 →ROM2.
由链引发反应可知，随着引发剂氢过氧化异丙苯的分解，体系中OH-含量升高，导致体系的pH值升高。而OH-与体系中的Fe2+ 的反应又会生成Fe(OH)2沉淀
Fe2+ +2 OH-== Fe(OH)2↓
(a)螯合剂EDTA的使用
为了防止产生的Fe(OH)2沉淀析出，工业上采用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定，可在较长的时间内保持Fe2+的存在，而又不生成Fe(OH)2沉淀。
(b)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，如果其浓度较高将影响丁苯橡胶的色泽。为了减少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)作为二级还原剂，使Fe3+还原为Fe2+。
4 Fe3+ + 2CH2O.NaHSO3.2H2O → 4 Fe2+ + 2HCOOH + Na2SO4 + H2SO4 + 8H+
由于消耗了二级还原剂雕白粉，硫酸亚铁的用量显著减少。
(c)脱氧剂——保险粉的使用
保险粉（连二亚硫酸钠二水合物Na2S2O4.2H2O）称为脱氧剂，其能与水中的溶解氧反应
2Na2S2O4.2H2O + O2 + 2H2O →2 Na2SO4 + 2 H2SO4 + 8 H+
水中的溶液氧在低温下是阻聚剂，加入雕白粉能保证聚合反应正常进行。II：链增长反应
ROM1.+M1→ROM1 M1.
ROM1.+M2→ROM1 M2.
ROM2.+M1→ROM2M1.
ROM2.+M2→ROM2 M2.
III：链终止反应
当转化率（或门尼粘度）达到要求时，加入终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠，终止剂与链自由基发生下列反应，使链自由基活性消失。
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。多硫化物有还原作用，可与残存的过氧化物反应，以消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作用。
3. 丁苯橡胶的生产工艺和工艺控制
3.1 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺过程
低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程如图3.1所示
图3.1 乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程
①原料的制备与混合
用计量泵将相对分子量调节剂叔十烷基硫醇与苯乙烯在管路巾混合溶解，再与处理好的丁二烯在管路巾中混合，然后与乳化剂混合液(乳化剂、去离子水、脱氧剂等)等在管路中混合后进入冷却器，冷却至10℃。再与活化剂溶液(还原剂、螯合剂等)混合，从第一个釜的底部进入聚合系统，氧化剂直接从第—个釜的底部直接进入。
②聚合
聚合系统由8—12台聚合釜组成，采用串联操作方式。当聚合达到规定转化率后，在终止釜前加入终止剂终止反应。聚合反应的终点主要根据门尼黏度和单体转化率来控制。转化率是根据取样测定固体含量来计算，门尼黏度是根据产品指标要求实际取样测定来确定。虽然生产中转化率控制在60%左右，但当所测定
的门尼黏度达到规定指标要求，而转化率未达到要求时，也就加终止剂终止反应，以确保产物门尼黏度合格。
③单体丁二烯的回收
从终止釜流出的终止后的胶液进入缓冲罐。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；在第二个闪蒸器中(温度27℃，压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。
④单体苯乙烯的回收
脱除丁二烯的乳胶进入苯乙烯汽提塔(高约10 m，内有十余块塔盘)上部，塔底用0.1MPa的蒸气直接加热，塔顶压力为1 2.9kPa，塔顶温度50℃。苯乙烯与水蒸气由塔顶出来。经冷凝后，水和苯乙烯分开，苯乙烯循环使用。塔底得到含胶20%左右的胶乳，苯乙烯含量<0.1%。
⑤后处理工段准备
经减压脱出苯乙烯的塔底胶乳进入混合槽，在此与规定数量的防老剂乳液进行混合。必要时加入充油乳液，经搅拌混合均匀后，送入后处理工段。
⑥5~50mm胶粒的生成
混合好的乳胶用泵送到絮凝器槽中，加入24%—26%NaCl溶液进行破乳而形成浆状物。然后与浓度为0.5%的稀硫酸混合后连续流入胶粒化槽，在剧烈搅拌下生成胶粒，溢流到转化槽以完成乳化剂转化为游离酸的过程，操作温度均为55℃左右。
从转化槽中溢流出来的胶粒和清浆液经振动筛进行过滤分离后，湿胶粒进人洗涤槽用清浆液和清水洗涤，操作温度为40-60℃。洗涤后的胶粒再经真空旋转过滤除脱除一部分水分，使胶粒含水低于20%，然后进入湿粉碎机粉碎戊5-50nm 的胶粒。
⑦干燥、称量、压块、包装
用空气输送器将胶粒送到干燥箱中进行干燥。干烘箱为双层履带式，分为若干干燥室分别控制加热温度，最高为90℃，出口处为70℃。履带为多孔的不锈钢板制成。为防止胶粒黏结，可以在进料端喷淋硅油溶液，胶粒在上层履带的终端被刮刀刮下落入第二层履带继续通过干燥室干燥。干燥至含水<0.1%。然后经称量、压块、检测金属后包装得成品丁苯橡胶。
3.2 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺条件控制
①单体的纯度
单体纯度的要求较高，如丁苯橡胶合成时，丁二烯和苯乙烯的纯度各要求＞99%及＞99.6%。其中某些杂质，如烯、炔及过氧化合物等必须严格控制，故在聚合前须将单体仔细提纯。
由于丁二烯和苯乙烯中有阻聚剂，因而使用前要除去阻聚剂。阻聚剂含量低于10mg/kg对聚合反应无明显影响，当高于此值达100mg/kg时，则用浓度为10%~15%的氢氧化钠溶液于30℃进行洗涤除去，也可采用多加引发剂，消耗掉阻聚剂的方法。
②共聚单体的配比
丁二烯(M1)与苯乙烯(M2)在5℃进行自由基型乳液聚合时．相应的竞聚率为r1＝1.38。r2＝0.64〔50℃时r1＝1.4，r2＝0.5)，由此可知丁二烯的活性比苯乙烯大。另外，共聚物的组成会随共聚转化率的提高而不断改变，所以共聚时两种单
体的配比必须设法控制和调节，以制取具有—定组成的共聚物。
由于丁苯橡胶性能的研究，测知苯乙烯含量为23.5%(质量)的共聚物具有最佳的综合性能，又经实验研究确定．共聚进料中丁二烯／苯乙烯比值(质量)为72／28—70／30，而单体转比率达在60%以前，则共聚物中苯乙烯含量几乎不受转化率的影响，得到的丁苯橡胶中苯乙烯含量在23%左右。
③反应条件的控制
反应温度5~7℃；操作压力：0.25MPa；反应时间：8~10小时；转化率：60%+2%④聚合终点的控制
聚合反应的终点取决于共聚彻组成及产物的门尼粘度这两个要求。
由于共聚物组成的要求(苯乙烯含量为23%左右及组成均—)，工业生产中确定转化率达到60士2%时必须停止聚合。根据商品的要求，不同牌号的产品，就有不同的门尼粘度值(即不同分子量、分子量分布的丁苯橡胶)。如果转化率还未到达60%，而门尼粘度已达到产品牌号的要求值时，也必须终止反应．以确保产物的门尼粘度值合格。
实际上，在稳定的加料条件下，转化率与反应速度、反应时间有关．而门尼粘度可由分子量调节剂用量来调整。所以在工业生产中可由协调分子量调节剂及引发剂用量的方法，能正确地控制(一定的聚合速度下)转比率达到60%而又能使产物的门尼粘度达到要求的数值。
测定转化率的新办法是利用胶乳密度随转化率上升而增加的性质来测定的。若采用γ—射线密度计则可快速测定之。
⑤乳液胶粒粒径的控制
为了大规模生产，必须采用连续法乳液聚合。除了其他因素外，乳液聚合中乳胶粒子的粒径与它在聚合釜中的停留时间有关。根据连续搅拌釜的停留时间分布函数的特性，若串联的聚合釜越多，则停留时间分布函数越狭窄。工业生产中常采用8—12个聚合釜串联起来，可使胶乳粒子的粒径分布狭窄，又可提高产品的质量(产品的分子量分布较狭，支联也较少)。若串联的聚合釜数目增加，而总的停留时间保持不变，则必须提高物料流动速度，也即提高了单位时间的生产能力，有利于大规模生产。
3.3 生产中应该注意的问题
①聚合釜的传热问题
由于低温乳液聚合的温度要求在5℃左右，因此，对聚合釜的冷却效率要求很高，工业上多采用在聚合釜内安装垂直管式氨蒸发器的方法进行冷却。
②单体回收中的问题
在闪蒸过程中，为防止胶乳液沸腾产生大量气泡，需要加入硅油或聚乙二醇等消泡剂。并采用卧式闪蒸槽以增大蒸发面积。在脱苯乙烯塔中容易产生凝集物而造成堵塞筛板降低蒸馏效率，因此要定期清洗黏附在器壁上聚合物。
③回收系统中爆聚物的处理
在丁苯橡胶乳液聚合中因转化率只有60%,40%的单体需回收。丁二烯和苯乙烯在残存的过氧化物作用下或氧的作用下受热而生成爆聚物种子，这种爆聚物种子会逐渐长大为爆聚物，而这种爆聚物种子活性期很长，即使加热到260℃，经20h后再接触单体仍可以增长，并且伴有体积的增大，他们会堵塞管道，甚至会撑破钢铁容器，而且很难清理。
为了防止生成爆聚物种子或者将生成的爆聚物种子消灭，需要将抑止爆聚物
种子生长的抑止剂连续不断地加入到单体回收系统中。NaNO2、I2和HNO3等可以做爆聚物种子的抑止剂。
4.丁苯橡胶国内外的供需现状和发展建议
4.1 国内外生产现状和消费现状
近年来, 世界丁苯橡胶的生产能力稳步增长。2007—2011 年期间, 世界上将新增丁苯橡胶产能约120.0 万t /a, 新增装置主要集中在我国大陆、印度、韩国、德国以及美国等国家和地区, 预计到2011 年, 世界丁苯橡胶的生产能力将超过620.0 万t /a, 其中亚太地区、北美地区以及西欧地区仍将是世界最主要的丁苯橡胶的3 个生产地区。
近几年来，我国丁苯橡胶的生产不论在产量、品种、进出口贸易量上都有很大程度地提高。自1960 年兰州石油化工公司从前苏联引进技术, 建成我国第一套1.3 万t /a 乳聚丁苯橡胶生产装置以来, 我国丁苯橡胶的生产发展较快。越来越多的生产厂家涌现，像中石化齐鲁石油化工公司、中石油吉林石油化工公司、中石化北京燕山石油化工公司等等，都是相当大型的丁苯橡胶生产基地。
橡胶制品业发展迅速, 各种橡胶制品产量都有大幅度增长, 使得我国丁苯橡胶的需求量不断增加。预计2011 年需求量将达到约105.0 万t, 其中乳聚丁苯橡胶的需求量约为90.0 万~95.0 万t, 溶聚丁苯橡胶的需求量约为10.0 万~15.0 万t, 乳聚丁苯橡胶仍将是我国丁苯橡胶消费的主要产品。
4.2 丁苯橡胶生产的发展建议
4.2.1 新建装置宜慎重
随着我国多套新建或扩建丁苯橡胶装置的陆续建成投产, 预计到2011
年我国丁苯橡胶的生产能力将达到约120.0 万t /a,而届时的需求量只有约105.0
万t /a, 生产能力将出现过剩, 因此今后新建生产装置应该慎重。
4.2.2 调整产品结构, 加快新产品的开发和应用
目前我国乳聚丁苯橡胶生产装置生产的品种还相当有限，有些特殊性能的丁苯橡胶还不能做到独立生产。有些产品仍然依靠进口, 今后随着国际市场一体化进程的加剧, 国产丁苯橡胶产品品种将面临严重的挑战。因此应充分重视丁苯橡胶新产品和新技术的开发工作, 充分利用已有的研究开发机构从事基础研究以
及战略研究工作, 努力开发新产品、新牌号,并使之系列化, 以提高国内产品的市场占有率。
4.2.3 应重视产品的加工应用研究
丁苯橡胶生产企业应积极与下游企业相互结合, 共同进行产品的开发。使丁苯橡胶的生产、开发与市场需求相结合。
4.2.4 积极拓展出口市场
随着国内多套新建或扩建丁苯橡胶生产装置的陆续投产, 国内的生产能力将出现过剩, 加上世界丁苯橡胶的产能大大过剩, 因此, 未来几年我国丁苯橡胶的市场竞争将会更加激烈, 相关企业应该不断提高产品质量, 积极开发国外市场, 扩大出口,参与国际竞争。
4.2.5 加快溶聚丁苯橡胶的应用开发
溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡
胶相比具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助
剂品种少等优点, 是今后的发展方向。因此, 在大力发展乳聚丁苯橡胶的同时, 应加快溶聚丁苯橡胶产品的开发和应用研究, 以增加产品品种,满足国内实际生产的需求。
结束语：
丁苯橡胶的生产在高聚物合成工艺学里，拥有着成熟和年轻的魅力。其典型的自由基低温乳液聚合工艺就像已经走过无数岁月并成为了一个成熟稳重的长者。而以阴离子聚合为机理的溶液聚合又似一位刚刚成长的青年，即使发展历史不够悠久，但前途无量。
针对市场需求，在乳液聚合生产中不断完善甚至创新，积极研究溶液聚合相关工艺。相信丁苯橡胶依然会创造橡胶届的奇迹。
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业,2008,26(2):23-30
丁苯橡胶的生产工艺 (2011-10-03 23:05:53)转载▼ 标签：丁苯橡胶中顺苯乙烯丁二烯乳液聚合转化率橡胶教育 1.1 丁苯橡胶的分类 丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。 ①按聚合方法和条件分类 可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。 乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。 在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。 ②按填料品种分类 可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。 ③按苯乙烯含量分类 丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—30 1.2 丁苯橡胶的结构
典型丁苯橡胶的结构特征如表一: 表一典型丁苯橡胶的结构特征 ①大分子宏观结构包括 单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。 ②微观结构主要包括 丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。 ③无定形聚合物 因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。 ④丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大 在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。 ⑤苯乙烯含量与玻璃化转变温度 丁苯橡胶的玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。乙烯基的含量越低，玻璃化温度越低。可以按需要的比例从100%的丁二烯(顺式、反式的玻璃化温度都是-100℃)调够到100%的聚苯乙烯(玻璃化温度为90℃)。玻璃化温度对硫化橡胶的性质起重要作用，大部分乳液聚合丁苯橡胶含苯乙烯为23.5%，这种含量的丁苯橡胶具有较好的综合物理机械性能。 ⑥低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶 高温(50℃)聚合时．支化较严重．凝胶物含量较高；在同等分子量下．分子量
高聚物合成工艺学 论文 学院：化学工程学院 专业：材料化学 班级：材料131 姓名：刘东杰 学号： 2013121531 2016年 4 月25 日
1.丁苯橡胶的分类、结构、性能及用途 1.1丁苯橡胶的分类 丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。 ①按聚合方法和条件分类 可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。 乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。 在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。 ②按填料品种分类 可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。 ③按苯乙烯含量分类 丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—30 1.2丁苯橡胶的结构 典型丁苯橡胶的结构特征如表一:
表一典型丁苯橡胶的结构特征 ①大分子宏观结构包括 单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。 ②微观结构主要包括 丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。 ③无定形聚合物 因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。 ④丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大 在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。 ⑤苯乙烯含量与玻璃化转变温度 丁苯橡胶的玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。乙烯基的含量越低，玻璃化温度越低。可以按需要的比例从100%的丁二烯(顺式、反式的玻璃化温度都是-100℃)调够到100%的聚苯乙烯(玻璃化温度为90℃)。玻璃化温度对硫化橡胶的性质起重要作用，大部分乳液聚合丁苯橡胶含苯乙烯为23.5%，这种含量的丁苯橡胶具有较好的综合物理机械性能。 ⑥低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶 高温(50℃)聚合时．支化较严重．凝胶物含量较高；在同等分子量下．分子量分布较宽。低温聚合下由于它的分子量分布较窄，硫化时不被硫化的低分子量部分较少，可均匀硫化．从而使交联密度较高。故由低温丁苯橡胶所得硫化胶的物理机械性能(如拉伸强度、弹性及加工性)均较高温丁苯为优。 1.3丁苯橡胶的性能及应用 1.3.1乳液丁苯橡胶 丁苯橡胶(生胶)外观是浅黄褐色的弹性体．分子量为15—20万(渗透压法)，它的密度与Tg则随生胶中苯乙烯含量而改变。 ①乳液丁苯橡胶与天然橡胶的对比 丁苯生胶的介电性能、对氧及热的稳定性均比天然橡胶好。但是它的粘结性不好，可塑性低，所以不易加工。若用硫黄硫化时，它的硫化速度比天然橡胶慢，故须加入较多的硫化促进刑。丁苯橡胶硫化后的硫化胶中，若加有炭黑补强剂，其强度可大大增加。它的弹性、耐磨性、耐老化性能均可超过天然橡胶；耐酸性、
丁苯橡胶聚合工艺设计书说明书 第1篇设计说明书 第1章绪论 1.1 设计依据、指导思想 1.1.1 设计依据 主要设计依据是吉林化工学院下发的“年产6.5万吨丁苯橡胶装置聚合工段的工艺设计”本科生毕业设计任务书。 1.1.2 指导思想 本设计的指导思想是： （1）利用传统乳液聚合生产技术，确保产品质量高，生产过程安全； （2）生产过程尽量采用自动控制，机械化操作； （3）对于易燃易爆场所，设计采用可靠的控制，报警消防设施； （4）设计采用技术成熟完善的传统乳液聚合方法，达到环保的要求，对生产过程中的化学污水的排放要经过处理，以保证环保要求； （5）厂房、车间、设备布置要严格按土建标准，以保证生产和正常进行及操作人员的安全。 1.2 设计地区的自然条件 本设计的丁苯橡胶车间拟建在吉林市江北吉化有机合成厂院内。 设计地区自然条件如下： 土壤最大冻土深度：1.8米土壤设计冻土深度：1.7米 全年主导风向：西南风夏季主导风向：东南风 年平均风速：3.4米/秒地震裂度：7度 年平均降雨量：668.4毫米日最大降雨量：119.3毫米
平均气压：745.66mmH 最高气温：36.6℃ 最低气温：-38℃平均相对温度：71% 最大降雪量：420毫米水温：15℃ 第2章工艺论证 2.1 工艺原理 丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，是一种最通用的橡胶品种，它是按自由基反应机理于乳液中合成的。其反应方程式为： 2.2 生产方法论证 丁苯橡胶的生产包括溶聚和乳聚两种工艺。溶聚丁苯橡胶具有低的滚动阻力，又具有很高的抗湿滑性与耐磨性，其滚动阻力比乳聚丁苯橡胶减少20%一30%，抗湿滑性优于顺丁橡胶，耐磨性能也很好，是全天候轮胎的最合适胶料。近几年国际上溶聚丁苯橡胶的消费是一直处于上升趋势。西欧和日本溶聚丁苯橡胶所占总丁苯橡胶消费量的比例为31%左右，一些公司正计划扩大溶聚丁苯橡胶生产能力或新建装置。 1992年以来，溶聚丁苯橡胶的产量呈递增趋势。据有关资料报道，1992年至2000年西欧、美国、日本三地区SSBR平均年增长率为5.9%，而SBR平均年增长率约为1.2%0 1995年，拜耳公司决定停止其在ESBR方面的投资，Hill，的ESBR停产。拜耳认为轮胎制备技术会有一个根本转变，欧洲的消费者将逐步接受“绿色轮胎”;另外，还应该看到以下因素[13]： (1)在现有的溶液聚合装置上花较少的费用就能有效地扩大SR的能力。 (2)溶聚工艺优于乳液聚合和气相聚合工艺，SSBR和BR更能接受长期挑战。 (3)目前越来越趋向于采用优等填料，SSBR可在此方面降低轮胎的滚动阻力做出贡献。
丁苯橡胶的生产工艺和技术路线的选择丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯两种单体经共聚合反应而生成的弹性体共聚物。按聚合工艺方法可分为乳聚丁苯橡胶(ESBR)和溶聚丁苯橡胶(SSBR)两大类。从聚合机理来看，ESBR是自由基聚合，而SSBR是采用阴离子活性聚合。ESBR的发展已过鼎盛时期，而SSBR的发展目前正处于稳步上升阶段。 2.1 丁苯橡胶的分类及品种 2.1.1 乳聚丁苯橡胶的生产工艺 乳聚丁苯橡胶(ESBR)的生产历史悠久，乳聚丁苯橡胶是通过自由基聚合得到的，在20世纪50年代以前，均是高温丁苯橡胶，1937年由德国Farben公司首先实现工业化，它是当前合成橡胶中生产能力最大的品种。50年代初才出现了性能优异的低温丁苯橡胶。目前所使用的乳聚丁苯橡胶基本上为低温乳聚丁苯橡胶。羧基丁苯橡胶是在丁苯橡胶聚合过程中加入少量(1～3％)的丙烯酸类单体共聚而制成。其力学性能和耐老化性能等较丁苯橡胶好。但这种橡胶吸水后容易早期硫化，工艺上不易掌握。高苯乙烯丁苯橡胶是将苯乙烯含量为85～87％的高苯乙烯树脂胶乳和丁苯橡胶(常用SBR1500)胶乳以一定比例混合后经共凝得到的产品。…… 1、工艺流程简述 原料丁二烯和苯乙烯按一定比例用量配成碳氢相液，在多台串联聚合釜中于5～8℃，在有氧化还原催化体系的水乳液介质存在下，进行自由基共聚合反应。介质中除水、乳化剂外，有引发剂、活化剂、分子量调节、电解质等助剂。当聚合反应6～10小时，聚合转化率达60～62%时，可加入终止剂使聚合反应终止。所得胶乳经闪蒸脱气工序回收未反应的丁二烯和苯乙烯单体后，再加入防老剂和高分子凝聚剂，…… 低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程如图2.1所示。
天然橡胶与丁苯橡胶并用绝缘料配方设计 橡胶配方设计原则 橡胶 来源：橡胶人才网橡胶配方设计原则，橡胶配方设计原则，常用橡胶介绍添加时间：2010-08-03 浏览次数：59 次进入论坛交流橡胶配合剂以恰当的品种与比例组合，通过一定的加工工艺，按橡胶制品的结构而制成橡胶制品。其结构设计、配方设计、加工工艺作为橡胶制品生产过程三个重要组成成分。它们相互独立，同时又想和联系、协同、制约，它们本身之间的橡胶配合剂以恰当的品种与比例组合，通过一定的加工工艺，按橡胶制品的结构而制成橡胶制品。其结构设计、配方设计、加工工艺作为橡胶制品生产过程三个重要组成成分。它们相互独立，同时又想和联系、协同、制约，它们本身之间的作用都有可能对橡胶制品的物化性能、使用性能、寿命、外观质量、生产成本起决定性作用，配方设计者首先应该确立“整体协调统一”的观念，其次应该在整体统一的基础上最求和体现配方设计者或企业的风格、特长以及实力，使在竞争中出于某种优势地位。此外作为配方设计者栽培放研究中还应该追求高技术含量；追求新知识、新技术的综合灵活运用；追求技术创新和技术突破；追求资源的综合而充分的利用和环境效益。这就要求皮放设计人员应该具有丰厚而且全面的基础知识和丰富的配方设计经验，以及对产品的深入认识、研究和超前的市场竞争意识。有机的结合设备能力和工艺条件，已做到配方设计和其他要素的有机统一。最终的期望值应该是：将材料性能利用到极限，尽可能的充分利用结构因素、设备能力和工艺条件，工艺成熟、可靠油尽可能简化，人工、设备、能源、原材料成本尽可能低或消耗尽可能韶，质量可靠而效率尽可能高。在某些方面有独特性能。橡胶配方设计原则：1、保证硫化酸具有指定的技术性能。2、所用的生胶、聚合物和各种原料容易得到。3、在胶料和产品制造过程中加工工艺性能良好，使产品能顺利生产。4、成本、价格便宜。橡胶配方设计指导思想及设计原则橡胶品种（简写符号）化学组成性能特点主要用途1．天然橡胶（NR）以橡胶烃（聚异戊二烯）为主，含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易橡胶品种（简写符号）化学组成性能特点主要用途1．天然橡胶（NR）以橡胶烃（聚异戊二烯）为主，含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易于其它材料粘合，在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点是耐氧和耐臭氧性差，容易老化变质；耐油
丁苯橡胶理化性质与质量指标 1.1 丁苯橡胶的基本概念 丁苯橡胶又称丁苯胶； 英文名：Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber、Styrene Butadiene Rubber； 简称：SBR； 分子式：C12H14； 分子量：158.2426； CAS号：9003-55-8； 结构式： 图1.1 丁苯橡胶分子结构式 丁苯橡胶（SBR) 是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是1,3-丁二烯与苯乙烯的无规共聚物。 丁苯橡胶的综合性能好，是合成橡胶中产量最高、消耗量最大的品种，常与天然橡胶掺混或单独使用。 丁苯橡胶（SBR）按聚合体系可分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR）两类。 乳聚丁苯橡胶根据聚合温度的不同，分为高温乳聚丁苯橡胶和低温乳聚丁苯橡胶两大类。一般乳聚丁苯橡胶苯乙烯含量为23.5%，苯乙烯含量高于40%的称为高苯乙烯丁苯橡胶，结合苯乙烯达到70%～90%者则称为高苯乙烯树脂。此外，还有充油乳聚丁苯橡胶和充油充炭黑乳聚丁苯橡胶。乳聚丁苯橡胶主要用于轮胎胎面胶、胎侧胶，也广泛用于胶带、胶管、胶辊、胶布、鞋底、医疗用品及其他
工业制品，并少量用于电线、电缆等非橡胶制品中。 溶聚丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯在烃类溶剂中采用有机锂引发阴离子聚合而制得的共聚物。溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、回弹性高、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高以及硫化速度快等优点，近年来在发达国家发展较快。溶聚丁苯橡胶有纯溶聚丁苯和充油溶聚丁苯两类。溶聚丁苯橡胶主要用于制造轮胎，制造皮带、刮水板、窗框密封及散热器软管等工业用零部件，制造胶鞋、雨衣、毡布、手套、风衣及气垫床等日用品，应用相当广泛。 溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种。其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比，具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是今后的发展方向。 1.2 丁苯橡胶的特性 丁苯橡胶与其它通用橡胶一样，是一种不饱和的烃类高聚物，能溶于大部分溶解度参数相近的烃类溶剂中，而硫化胶仅能溶胀。丁苯橡胶能进行许多聚烯烃型反应，如氧化、臭氧破坏、卤化和氢卤化等。在光、热、氧和臭氧结合作用下，将发生物理化学变化，但其被氧化的作用比天然橡胶缓慢，即使在较高温度下老化反应的速度也较缓慢。光对丁苯橡胶的老化作用不明显，但丁苯橡胶对臭氧的作用比天然橡胶敏感，耐臭氧性比天然橡胶差。丁苯橡胶的低温性能稍差，脆性温度约为-45℃。与其它通用橡胶相似，影响丁苯橡胶电性能的主要因素是配合剂。丁苯橡胶的物理性能列于表1.1。 表1.1 丁苯橡胶（结合苯乙烯23.5%）的物理性能 性能未硫化胶纯胶硫化胶填充50份炭黑硫化胶密度，kg/m3933 980 1150 体积膨胀系数，β=(1/V)(δV/δT)，K-1932.5-933.5 940-1000 530×10-6玻璃化温度，K 660×10-3660×10-6221 比热容(cp)，KJ/(kg·K) 209-214 650-700×10-6 1.50 ΔCρ/αT，KJ/(kg·K) 1.89 221 -- 导热性，W/(m·K) 3.2×10-2 1.83 0.300
丁苯橡胶的生产工艺与技术路线的选择 丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯两种单体经共聚合反应而生成的弹性体共聚物。按聚合工艺方法可分为乳聚丁苯橡胶(ESＢR）和溶聚丁苯橡胶(SSBＲ)两大类。从聚合机理来看,ESBＲ是自由基聚合，而SSBR是采用阴离子活性聚合。ＥＳBＲ的发展已过鼎盛时期，而SSBR的发展目前正处于稳步上升阶段。 2.1 丁苯橡胶的分类及品种 2.1.1 乳聚丁苯橡胶的生产工艺 乳聚丁苯橡胶（ＥSBR)的生产历史悠久,乳聚丁苯橡胶是通过自由基聚合得到的，在2０世纪5０年代以前，均是高温丁苯橡胶，１９37年由德国Fａrben公司首先实现工业化,它是当前合成橡胶中生产能力最大的品种。50年代初才出现了性能优异的低温丁苯橡胶。目前所使用的乳聚丁苯橡胶基本上为低温乳聚丁苯橡胶。羧基丁苯橡胶是在丁苯橡胶聚合过程中加入少量(１～３％)的丙烯酸类单体共聚而制成。其力学性能和耐老化性能等较丁苯橡胶好。但这种橡胶吸水后容易早期硫化,工艺上不易掌握。高苯乙烯丁苯橡胶是将苯乙烯含量为85～8７％的高苯乙烯树脂胶乳与丁苯橡胶（常用SBR15０0)胶乳以一定比例混合后经共凝得到的产品。…… １、工艺流程简述 原料丁二烯和苯乙烯按一定比例用量配成碳氢相液,在多台串联聚合釜中于５~８℃，在有氧化还原催化体系的水乳液介质存在下，进行自由基共聚合反应。介质中除水、乳化剂外，有引发剂、活化剂、分子量调节、电解质等助剂。当聚合反应6~10小时，聚合转化率达6０~6２%时,可加入终止剂使聚合反应终止。所得胶乳经闪蒸脱气工序回收未反应的丁二烯和苯乙烯单体后，再加入防老剂和高分子凝聚剂,……
低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程如图2.1所示。 图２.１乳液聚合生产丁苯橡胶工艺流程图 …… 如生产充油胶，则需在胶乳中加入定量的高芳烃油或环烷烃油，充分混合后,送去凝聚,后续工序同上。 表２.1 典型低温乳液聚合生产丁苯橡胶配方表 ２、聚合配方及聚合工艺条件 …… 3、主要生产设备 乳聚丁苯橡胶生产过程中主要设备是聚合釜闪蒸槽、脱气塔和后处理工序通用的“两机”(挤压脱水机和膨胀干燥机组）。 目前国内采用的聚合釜体积有1２、20、3０、４５m３等多种,每条聚合生产线在4.０～4.５万吨/年,需配备聚合釜1６～２0台。釜径为２500~3１０0mm、径/高为1/1.０～1.8、换热总面积为１13～160 m3（单位体积换热为3.56~3．７8ｍ2／ｍ３），搅拌浆型为框式或布鲁马金式，釜电机功率为30～４5千瓦,搅拌转数为7３～100转／分。闪蒸槽为卧式，材质碳钢,最好用玻璃衬里。脱气塔为筛
年产7.5万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计Annual production capacity of 75,000 tons polymerization styrene-butadiene rubber plant process design section
摘要 本设计为年产7.5万吨乳聚丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计，在文献调研和现场调研的基础上，进行了丁苯橡胶生产方法及工艺的论证，确定了以丁二烯、苯乙烯为单体，采用氧化还原体系为引发剂，歧化松香酸甲皂为乳化剂，配合其他助剂进行低温乳液共聚合的生产工艺。在掌握各种物料的基本性质、聚合机理、聚合方法、工艺流程以及国内外的发展现状的基础上，进行聚合工段的物料衡算、热量衡算、设备选型计算，并对丁苯橡胶车间进行了技术经济分析。在此基础上绘制出丁苯橡胶工艺流程图、设备布置图、管道布置图，编制了设计说明书. 关键词：丁苯橡胶;乳液聚合;生产工艺
Abstract The design for the 65,000 tons annual production capacity ofpolystyrene-butadiene rubber emulsion polymerization plant process design section, in the literature research and field research on the basis of a styrene-butadiene rubber production methods and technology demonstration to determine a butadiene, styrene for the monomer, the redox initiator system, a disproportionation rosin acid soap as emulsifier, in conjunction with other additives for low-temperature emulsion copolymerization of the production process. In the grasp of the basic properties of various materials, polymerization mechanism, polymerization methods, the development process and the status quo at home and abroad based on the section of polymeric material balance, heat balance, calculation of equipment selection, and styrene-butadiene rubber plant techno-economic analysis carried out. On this basis SBR process to map out plans, equipment layout, piping layout, the preparation of the design specification and calculation of the book. Key Words：Emulsion; styrene-butadiene rubber ;production technology
河南城建学院毕业设计 年产10万吨丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计Annual production capacity of 75,000 tons polymerization styrene-butadiene rubber plant process design section
摘要 本设计为年产7.5万吨乳聚丁苯橡胶装置聚合工段工艺设计，在文献调研和现场调研的基础上，进行了丁苯橡胶生产方法及工艺的论证，确定了以丁二烯、苯乙烯为单体，采用氧化还原体系为引发剂，歧化松香酸甲皂为乳化剂，配合其他助剂进行低温乳液共聚合的生产工艺。在掌握各种物料的基本性质、聚合机理、聚合方法、工艺流程以及国内外的发展现状的基础上，进行聚合工段的物料衡算、热量衡算、设备选型计算，并对丁苯橡胶车间进行了技术经济分析。在此基础上绘制出丁苯橡胶工艺流程图、设备布置图、管道布置图，编制了设计说明书. 关键词：丁苯橡胶;乳液聚合;生产工艺
Abstract The design for the 65,000 tons annual production capacity ofpolystyrene-butadiene rubber emulsion polymerization plant process design section, in the literature research and field research on the basis of a styrene-butadiene rubber production methods and technology demonstration to determine a butadiene, styrene for the monomer, the redox initiator system, a disproportionation rosin acid soap as emulsifier, in conjunction with other additives for low-temperature emulsion copolymerization of the production process. In the grasp of the basic properties of various materials, polymerization mechanism, polymerization methods, the development process and the status quo at home and abroad based on the section of polymeric material balance, heat balance, calculation of equipment selection, and styrene-butadiene rubber plant techno-economic analysis carried out. On this basis SBR process to map out plans, equipment layout, piping layout, the preparation of the design specification and calculation of the book. Key Words：Emulsion; styrene-butadiene rubber ;production technology
丁苯橡胶的生产工艺(2011-10-03 23:05:53)转载▼ 标签：丁苯橡胶中顺苯乙烯丁二烯乳液聚合转化率橡胶教育 1.1 丁苯橡胶的分类 丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。 ①按聚合方法和条件分类 可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。 乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。 在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。 ②按填料品种分类 可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。 ③按苯乙烯含量分类
丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—30 1.2 丁苯橡胶的结构 典型丁苯橡胶的结构特征如表一: 表一典型丁苯橡胶的结构特征 ①大分子宏观结构包括 单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。 ②微观结构主要包括 丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。 ③无定形聚合物 因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。 ④丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大 在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。 ⑤苯乙烯含量与玻璃化转变温度
丁苯橡胶 陈军 200640614113 化工学院 丁苯橡胶是由 1，3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物，简称SBR，是一种综合性能 较好的产量和消耗量最大的通用橡胶。 其工业生产方法有乳液聚合法和溶液聚合法，其中主要是采用乳液聚合生产的丁苯橡 胶。主要产品有：低温丁苯橡胶、高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶炭黑母炼胶、低温充油丁苯 橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、液体丁苯橡胶等。 采用溶液聚合生产的丁苯橡胶有烷基锂引发、醇烯络合物引发、锡偶联、高反式等丁苯 橡胶。下面重点介绍低温丁苯橡胶的生产工艺技术。 一、主要原料 1、1,3-丁二烯 1，3-丁二烯的结构式为：CH2＝CH－CH ＝CH2 1，3-丁二烯是最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，有特殊气味，有 麻醉性，特别刺激粘膜。容易液化，易溶于有机溶剂。相对分子质量为 54.09，相对密度 0.6211，熔点－108.9℃，沸点－4.5℃。性质活泼，容易发生自聚反应，因此在贮存、 运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂。与空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限为 2.16%～11.47%（体积）。是合成橡胶、合成树脂等的原料。 2 丁苯橡胶 1，3-丁二烯主要由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。 2、苯乙烯 二、丁苯橡胶的 生产原理与工艺 1、聚合原理 丁二烯与苯乙烯在乳液中按自由基共聚合反应机理 进行聚合反应。在典型的低温乳液聚 合共聚物大分子链中顺式约占 9.5%，反式约占 55%，乙烯基约占12%。如果采用高温 乳液聚合，则其产物大分子链中顺式约占 16.6%，反式约占 46.3%，乙烯基约占 13.7%。 2．低温乳液聚合生产丁苯橡胶工艺 （1）典型配方
---------------材料科学与工程专业成型加工工艺课程设计题目：丁苯橡胶的增强改性 姓名：季赛 学号： 150412108 班级： 2012级材料（1）班 指导老师：张建耀职称：高级工程师\教授 起止日期： 2015.11.23——2015.12.6
目录 1.设计背景 (4) 1.1改性加工目的 (4) 1.2乳聚丁苯橡胶 (6) 1.3溶聚丁苯橡胶 (6) 1.4粉末丁苯橡胶 (8) 2.丁苯橡胶增强改性加工工艺原理 (8) 2.1炭黑增强丁苯橡胶应用 (8) 2.2炭黑的补强机理 (8) 3.丁苯橡胶改性原料、助剂及设备介绍 (9) 3.1原料及助剂 (9) 1）原料 (9) 2）炭黑 (10) 3）硬脂酸 (10) 4）氧化锌 (11) 6）防老剂 (11) 7)石蜡油 (11) 8)防焦剂 (12) 9)促进剂 (12) 10)硫化剂 (13) 3.2主要设备与仪器 (13) 3.2.1混炼机 (13) 3.2.2拉伸试验机 (14) 4.加工工艺及加工流程图 (14) 4.1 配方设计 (14) 4.2加工方法 (15) 1）炼前处理 (15) 2）炭黑-橡胶混炼 (15) 3）后加工工艺 (16)
4）强度测量 (16) 4.2产品性能测试项目、性能及测试标准 (16) 1）性能指标 (16) 2）性能参数标准 (18) 4.3加工流程图 (18) 5. 设计总结 (18)
1.设计背景 丁苯橡胶（SBR) ，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。 中文名: 丁苯橡胶外文名: Polymerized Styrene Butadiene Rubber 密度: 1.04 g/mL 性状: 白色疏松柱状固体 1.1改性加工目的 炭黑增强丁苯橡胶是以橡胶为基体，以炭黑颗粒为增强相的复合材料。炭黑在橡胶体系中起补强和填充作用，以改善橡胶制品性能。纯丁苯橡胶拉伸强度只有3.5MPa，没有应用价值，加入炭黑补强后，其拉伸强度提高到25MPa左右。 按聚合工艺，丁苯橡胶分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR）。与溶聚丁苯橡胶工艺相比，乳聚丁苯橡胶工艺在节约成本方面更占优势，全球丁苯橡胶装置约有75%的产能是以乳聚丁苯橡胶工艺为基础的。乳聚丁苯橡胶具有良好的综合性能，工艺成熟，应用广泛，产能、产量和消费量在丁苯橡胶中均占首位。充油丁苯橡胶具有加工性能好、生热低、低温屈挠性好等优点，用于胎面橡胶时具有优异的牵引性能和耐磨性，充油后橡胶可塑性增强，易于混炼，同时可降低成本，提高产量。目前，世界上充油丁苯橡胶约占丁苯橡胶总产量的 50-60%。 乳聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，配以其他辅助化工原料，在一定工艺条件下，经乳液法聚合首先生成丁苯胶浆，脱除胶浆中未转化的单体后，再经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。 溶聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，在烃类溶剂中，采用有机锂化合物作为引发剂，引发阴离子聚合制得的聚合物胶液，加入抗氧剂等助剂后，经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。
工学学士学位毕业设计 课题名称：年产4万吨丁苯橡胶生产工 艺设计 2012年 06月 01日
摘要 本设计是以丁二烯和苯乙烯为原料，年产4万吨丁苯橡胶的工艺设计。通过比较目前丁苯橡胶的聚合生产方法，最后确定以低温乳液聚合法作为聚合的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，进行了较为详细的物料恒算和能量恒算，对设备进行了工艺计算和选型，同时对聚丁苯橡胶生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明。综合上述工艺计算和设计结果，绘制出了工艺流程图、主要设备图以及厂区布置图。 关键词:丁苯橡胶乳液聚合工艺设计丁二烯苯乙烯
A bstract The design is based on butadiene and styrene as raw materials, with an annual output of 40000tons of SBR process design. By comparing with the present SBR polymerization production method, we make a decision to treat emulsion polymerization at low temperature as polymerization production method at last. In the design process, in accordance with the requirements of the mission design, a more detailed material balance and energy balance, equipment for the calculation and selection process, at the same time on styrene butadiene rubber production in the process of attention to safety issues and the "three wastes" management should be made a note. Drawing the process flow diagram, the main equipment and plant layout according to the process design and calculation results,. Key words: SBR , Emulsion polymerization, Process design, butadiene, styrene monomer
摘要 本设计主要是对溶液丁苯橡胶聚合工艺进行设计，它的聚合机理为阴离子聚合，其目的是为了进一步明确S-SBR 的聚合工艺，掌握其聚合机理，并选取适当的配方，降低耗能，提高产率，提高其性能。文献部分对溶液丁苯橡胶的发展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。在设计部分对聚合过程的物料平衡，热量平衡进行了计算，以及聚合反应器和搅拌桨的设计计算。整个过程参考了大量的相关文献，并对各类搅拌器和反应釜进行了比较，综合各搅拌器和聚合釜的优点，对已有的工艺进行了改进，提高了聚合效率。 关键词：S-SBR，阴离子聚合，聚合工艺，间歇聚合，聚合釜 2
Abstract The design is mainly to design the solution styrene-butadiene rubber polymerization process. It’s polymerization mechanism is anion polymerization. The purpose of the design is to further catch on the S-SBR polymerization technics, master the mechanism, choice proper formulation, lease the using power, improve the yield, and improve it’s performance. The literature is including the development history of the S-SBR, polymerization mechanism, different kinds of formulation, polymerization process, flowed produce technics, categories, property, construction, and application and so on. Besides, in the design part, include the polymerization process’s materiel balance, quantity of the heat balance, and polymerization kettle’s beater design calculation. During the whole course, with amount of correlative literature, after comparing with the different beaters and polymerization kettle, improve the past mechanism and improve the polymerization efficiency. Keywords: S-SBR, anion polymerization, polymerization mechanism intermittent polymerization, polymerization kettle III
设计任务书 1.课程设计的目的 通过课程设计，旨在使学生了解聚合物配方设计的方法、过程及意义，初步掌握聚合物配方设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、收集和查阅文献资料的能力、分析和解决工程实际问题的能力、独立工作和创新能力。 课程设计的任务是学生能综合运用所学理论知识和所掌握的各种技能，通过独立思考和锐意创新，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明书。 3.设计要求 3.1设计说明书的内容与顺序： 1、封面<包括题目、学生班级、学生姓名、指导教师姓名等） 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<带控制点的工艺流程图）及其说明 4.6 设计结果概要 4.7 设计体会及今后的改进意见 5、参考文献 6、主要符号说明<必须注明意义和单位）
说明书必须书写工整、图文清晰。说明书中所有公式必须写明编号。 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，图纸大小为A2。 本图应表示出装置、单元设备、辅助设备和机器、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。辅助物料的管线以较细的线条表示。 工艺物料管道用粗实线，辅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。辅助物料<如冷却水、加热蒸汽等）的管线以较细的线条表示。 图表和表格中的所有文字写成长仿宋体。 设备以细实线绘制，画出能够显示形状特征的主要轮廓。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。
目录 1.产品概述………………………………………………………1. 2.产品分类 (2) 3.单体及生产 (3) 4.低温乳聚丁苯橡胶 (7) 5.乳聚丁苯橡胶的技术进展 (8) 6乳聚丁苯橡胶的发展趋势 (9) 7.对乳聚丁苯橡胶生产的建议 (10) 8.参考文献 (11)
产品概述：丁苯橡胶是最早工业化的合成橡胶。 ( SBR）是1，3-丁二烯和苯乙烯的共聚物，按聚合体系又可分为乳液聚合丁苯橡胶（ESBR,简称乳聚丁苯橡胶）和溶液聚合丁苯橡胶（SSBR,,简称溶液聚丁苯橡胶)两类，其中乳聚丁苯橡胶约占80%。自1937年乳聚丁苯橡胶实现工业化以来，由于产品综合性能良好，丁苯橡胶已成为合成橡胶种品种牌号最多、产量最大的胶种。目前丁苯橡胶产量约占总产量的1/3，总生产能力约为455万吨/，产品一半以上用于制造轮胎。 橡胶根据聚合温度的不同，分为高温乳聚丁苯橡胶和低温乳聚丁苯橡胶两大类。一般乳聚丁苯胶苯乙烯含量为23.5%，苯乙烯含量高于40%的称为高苯乙烯丁苯橡胶，结合苯乙烯达到70%--90%者则称为高苯乙烯树脂。此外，还有充油乳聚丁苯橡胶和充油充炭黑乳聚丁苯橡胶。 乳聚丁苯橡胶具有良好的综合性能，其加工性能、物理机械性能和制得的橡胶产品的使用性能均接近于天然橡胶，且耐老化、耐热性能和耐磨性优于天然橡胶，可与天然橡胶、聚丁二烯橡胶并用而改善加工性能和物理性能。但其弹性比天然橡胶低，滞后损失大，硫化胶生热高，收缩变形大，表面不光滑，黏性和自黏性差。 乳聚丁苯橡胶主要用于轮胎面胶、胎面胶，也广泛用于胶带、胶管、胶辊、胶布、鞋底、医疗用品及其他工业制品，并少量用于电线、电缆等非橡胶制品中。产品名称：乳聚丁苯橡胶 英文名Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber （E-SBR） 生产方法由丁二烯和苯乙烯在低温下进行自由基乳液聚合而制得。 丁苯橡胶依其结合苯乙烯的多少，性质有所差异，丁苯橡胶的品种大致划分为： 高温共聚丁苯橡胶（1000系列） 低温共聚丁苯橡胶（1500系列） 一般品种低温充炭黑丁苯橡胶（1600系列） 低温充油丁苯橡胶（1700系列） 低温充油充炭黑丁苯橡胶（1800系列）乳液聚合木质素丁苯橡胶 液体丁苯橡胶 特殊品种高苯乙烯丁苯橡胶 羟基丁苯橡胶