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合成橡膠生產工藝簡介
合成橡膠是由人工合成的高彈性聚合物。也稱合成彈性體,是三大合成材料之一,其產量僅低于合成樹脂(或塑料)、合成纖維。
合成橡膠的命名
許多國家都有各自的系統命名法。目前,世界上較為通用的命名法是按標準化組織制定的,此法是取相應單體的英文名稱或關鍵詞的*個大寫字母,其后綴以“橡膠”英文名*個字母R來命名。例如丁苯橡膠是由苯乙烯與丁二烯共聚而成的合成橡膠,故稱SBR;同理,丁腈橡膠稱NBR;氯丁橡膠稱CR等。中國的命名方法:對于共聚物是在相應單體之后綴以共聚物橡膠如丁二烯-苯乙烯共聚物橡膠,簡稱丁苯橡膠;對于均聚物,則在相應單體之前冠以“聚”字,而在聚合物之后綴以“橡膠”,如順式-1,4-聚異戊二烯橡膠(簡稱異戊橡膠),順式-1,4-聚丁二烯橡膠(簡稱順丁橡膠)等。此外,尚有通俗取名法,即取該聚合物除碳氫以外的*元素或基團來命名。如由α,ω-二氯代烴(或α,ω二氯代醚)和多硫化鈉形成的橡膠俗稱聚硫橡膠,而由異丁烯和少量異戊二烯共聚制得的橡膠常俗稱丁基橡膠等。
合成橡膠的分類
合成橡膠的分類方法很多。
按成品狀態
可分為液體橡膠(如端羥基聚丁二烯)、固體橡膠、乳膠和粉末橡膠等。
2.按橡膠制品形成過程
可分為熱塑性橡膠(如可反復加工成型的三嵌段熱塑性丁苯橡膠)、硫化型橡膠(需經硫化才能制得成品,大多數合成橡膠屬此類)。
3.按生膠充填的其他非橡膠成分
可分為充油母膠、充炭黑母膠和充木質素母膠。
4.按使用特性
分為通用型橡膠和特種橡膠兩大類。
通用型橡膠指可以部分或全部代替天然橡膠使用的橡膠,如丁苯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠等,主要用于制造各種輪胎及一般工業橡膠制品。通用橡膠的需求量大,是合成橡膠的主要品種。
特種橡膠是指具有耐高溫、耐油、耐臭氧、耐老化和高氣密性等特點的橡膠,常用的有硅橡膠、各種氟橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠和丁基橡膠等,主要用于要求某種特性的特殊場合。
合成橡膠生產工藝
合成橡膠的生產工藝大致可分為單體的合成和精制、聚合過程以及橡膠后處理三部分。
單體的生產和精制:
合成橡膠的基本原料是單體,精制常用的方法有精餾、洗滌、干燥等。
聚合過程:
聚合過程是單體在引發劑和催化劑作用下進行聚合反應生成聚合物的過程。有時用一個聚合設備,有時多個串聯使用。合成橡膠的聚合工藝主要應用乳液聚合法和溶液聚合法兩種。目前,采用乳液聚合的有丁苯橡膠、異戊橡膠、丁丙橡膠、丁基橡膠等。
后處理:
后處理是使聚合反應后的物料(膠乳或膠液),經脫除未反應單體、凝聚、脫水、干燥和包裝等步驟,zui后制得成品橡膠的過程。乳液聚合的凝聚工藝主要采用加電解質或高分子凝聚劑,破壞乳液使膠粒析出。溶液聚合的凝聚工藝以熱水凝析為主。凝聚后析出的膠粒,含有大量的水,需脫水、干燥。
合成橡膠的應用
橡膠是制造飛機、軍艦、汽車、拖拉機、收割機、水利排灌機械、醫療器械等所必需的材料。根據來源不同,橡膠可以分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠中有少數品種的性能與天然橡膠相似,大多數與天然橡膠不同,但兩者都是高彈性的高分子材料,一般均需經過硫化和加工之后,才具有實用性和使用價值。合成橡膠在20世紀初開始生產,從40年代起得到了迅速的發展。合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面,但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能,因而廣泛應用于工農業、國防、交通及日常生活中。
合成橡膠工業的建立和發展歷程
1927~1928年,美國的J.C.帕特里克首先合成了聚硫橡膠(聚四硫化乙烯)。W.H.卡羅瑟斯利用J.A.紐蘭德的方法合成了2-氯-1,3-丁二烯,制得了氯丁橡膠。1931年杜邦公司進行了小量生產。蘇聯利用С.Β.列別捷夫的方法從酒精合成了丁二烯,并用金屬鈉作催化劑進行液相本體聚合,制得了丁鈉橡膠,1931年建成了萬噸級生產裝置。在同一時期,德國從乙炔出發合成了丁二烯,也用鈉作催化劑制取丁鈉橡膠。30年代初期,由于德國H.施陶丁格的大分子長鏈結構
理論的確立(1932)和蘇聯H.H.謝苗諾夫的鏈式聚合理論(1934)的指引,為聚合物學科奠定了基礎。同時,聚合工藝和橡膠質量也有了顯著的改進。在此期間出現的代表性橡膠品種有:丁二烯與苯乙烯共聚制得的丁苯橡膠,丁二烯與丙烯腈共聚制得的丁腈橡膠。1935年德國法本公司首產丁腈橡膠,1937年法本公司在布納化工廠建成丁苯橡膠工業生產裝置。丁苯橡膠由于綜合性能優良,至今仍是合成橡膠的zui大品種,而丁腈橡膠是一種耐油橡膠,目前仍是特種橡膠的主要品種。40年代初,由于戰爭的急需,促進了丁基橡膠技術的開發和投產。1943年,美國開始試生產丁基橡膠,至1944年,美國和加拿大的丁基橡膠年產量分別為1320t和2480t。丁基橡膠是一種氣密性很好的合成橡膠,zui適于作輪胎內胎。稍后,還出現了很多特種橡膠的新品種,例如美國通用電氣公司在1944年開始生產硅橡膠,德國和英國分別于40年代初生產了聚氨酯橡膠(見聚氨酯)等。第二次世界大戰期間,由于日本占領了馬來西亞等天然橡膠產地,更加促使北美和蘇聯等加速合成橡膠的研制和生產,使世界合成橡膠的產量從1939年的23.12kt劇增到1944年的885.5kt。戰后,由于天然橡膠恢復了供應,1945~在1952年間,合成橡膠的產量在432.9~893.9kt范圍內波動。
50年代中期,由于發明了齊格勒-納塔和鋰系等新型催化劑;石油工業為合成橡膠提供了大量高品級的單體;人們也逐漸認識了橡膠分子的微觀結構對橡膠性能的重要性;加上配合新型催化劑而開發的溶液聚合技術,使有效地控制橡膠分子的立構規整性成為可能。這些因素使合成橡膠工業進入生產立構規整橡膠的嶄新階段。代表性的產品有60年代初投產的高順式-1,4-聚異戊二烯橡膠,簡稱異戊橡膠又稱合成天然橡膠;高反式-1,4-聚異戊二烯,又稱合成杜仲膠;及高順式、中順式和低順式-1,4-聚丁二烯橡膠,簡稱順丁橡膠。此外,尚有溶液丁苯和乙烯-丙烯共聚制得的乙丙橡膠等。在此期間,特別橡膠也獲得了相應的發展,合成了耐更高溫度、耐多種介質和溶劑或兼具耐高溫、耐油的膠種。其代表性品種有氟橡膠和新型丙烯酸酯橡膠等。60年代,合成橡膠工業以繼續開發新品種與大幅度增加產量平行發展為特征,出現了多種形式的橡膠,如液體橡膠、粉末橡膠和熱塑性橡膠等,其目的是簡化橡膠加工工藝,降低能耗。到70年代后期,合成橡膠已基本上可代替天然橡膠制造各種輪胎和制品,某些特種合成橡膠的性能是天然橡膠所不具備的。
合成橡膠的命名
許多國家都有各自的系統命名法。目前,世界上較為通用的命名法是按標準化組織制定的,此法是取相應單體的英文名稱或關鍵詞的*個大寫字母,其后綴以“橡膠”英文名*個字母R來命名。例如丁苯橡膠是由苯乙烯與丁二烯共聚而成的合成橡膠,故稱SBR;同理,丁腈橡膠稱NBR;氯丁橡膠稱CR等。中國的命名方法:對于共聚物是在相應單體之后綴以共聚物橡膠如丁二烯-苯乙烯共聚物橡膠,簡稱丁苯橡膠;對于均聚物,則在相應單體之前冠以“聚”字,而在聚合物之后綴以“橡膠”,如順式-1,4-聚異戊二烯橡膠(簡稱異戊橡膠),順式-1,4-聚丁二烯橡膠(簡稱順丁橡膠)等。此外,尚有通俗取名法,即取該聚合物除碳氫以外的*元素或基團來命名。如由α,ω-二氯代烴(或α,ω二氯代醚)和多硫化鈉形成的橡膠俗稱聚硫橡膠,而由異丁烯和少量異戊二烯共聚制得的橡膠常俗稱丁基橡膠等。
合成橡膠的分類
合成橡膠的分類方法很多。
按成品狀態
可分為液體橡膠(如端羥基聚丁二烯)、固體橡膠、乳膠和粉末橡膠等。
2.按橡膠制品形成過程
可分為熱塑性橡膠(如可反復加工成型的三嵌段熱塑性丁苯橡膠)、硫化型橡膠(需經硫化才能制得成品,大多數合成橡膠屬此類)。
3.按生膠充填的其他非橡膠成分
可分為充油母膠、充炭黑母膠和充木質素母膠。
4.按使用特性
分為通用型橡膠和特種橡膠兩大類。
通用型橡膠指可以部分或全部代替天然橡膠使用的橡膠,如丁苯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠等,主要用于制造各種輪胎及一般工業橡膠制品。通用橡膠的需求量大,是合成橡膠的主要品種。
特種橡膠是指具有耐高溫、耐油、耐臭氧、耐老化和高氣密性等特點的橡膠,常用的有硅橡膠、各種氟橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠和丁基橡膠等,主要用于要求某種特性的特殊場合。
合成橡膠生產工藝
合成橡膠的生產工藝大致可分為單體的合成和精制、聚合過程以及橡膠后處理三部分。
單體的生產和精制:
合成橡膠的基本原料是單體,精制常用的方法有精餾、洗滌、干燥等。
聚合過程:
聚合過程是單體在引發劑和催化劑作用下進行聚合反應生成聚合物的過程。有時用一個聚合設備,有時多個串聯使用。合成橡膠的聚合工藝主要應用乳液聚合法和溶液聚合法兩種。目前,采用乳液聚合的有丁苯橡膠、異戊橡膠、丁丙橡膠、丁基橡膠等。
后處理:
后處理是使聚合反應后的物料(膠乳或膠液),經脫除未反應單體、凝聚、脫水、干燥和包裝等步驟,zui后制得成品橡膠的過程。乳液聚合的凝聚工藝主要采用加電解質或高分子凝聚劑,破壞乳液使膠粒析出。溶液聚合的凝聚工藝以熱水凝析為主。凝聚后析出的膠粒,含有大量的水,需脫水、干燥。
合成橡膠的應用
橡膠是制造飛機、軍艦、汽車、拖拉機、收割機、水利排灌機械、醫療器械等所必需的材料。根據來源不同,橡膠可以分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠中有少數品種的性能與天然橡膠相似,大多數與天然橡膠不同,但兩者都是高彈性的高分子材料,一般均需經過硫化和加工之后,才具有實用性和使用價值。合成橡膠在20世紀初開始生產,從40年代起得到了迅速的發展。合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面,但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能,因而廣泛應用于工農業、國防、交通及日常生活中。
合成橡膠工業的建立和發展歷程
1927~1928年,美國的J.C.帕特里克首先合成了聚硫橡膠(聚四硫化乙烯)。W.H.卡羅瑟斯利用J.A.紐蘭德的方法合成了2-氯-1,3-丁二烯,制得了氯丁橡膠。1931年杜邦公司進行了小量生產。蘇聯利用С.Β.列別捷夫的方法從酒精合成了丁二烯,并用金屬鈉作催化劑進行液相本體聚合,制得了丁鈉橡膠,1931年建成了萬噸級生產裝置。在同一時期,德國從乙炔出發合成了丁二烯,也用鈉作催化劑制取丁鈉橡膠。30年代初期,由于德國H.施陶丁格的大分子長鏈結構
理論的確立(1932)和蘇聯H.H.謝苗諾夫的鏈式聚合理論(1934)的指引,為聚合物學科奠定了基礎。同時,聚合工藝和橡膠質量也有了顯著的改進。在此期間出現的代表性橡膠品種有:丁二烯與苯乙烯共聚制得的丁苯橡膠,丁二烯與丙烯腈共聚制得的丁腈橡膠。1935年德國法本公司首產丁腈橡膠,1937年法本公司在布納化工廠建成丁苯橡膠工業生產裝置。丁苯橡膠由于綜合性能優良,至今仍是合成橡膠的zui大品種,而丁腈橡膠是一種耐油橡膠,目前仍是特種橡膠的主要品種。40年代初,由于戰爭的急需,促進了丁基橡膠技術的開發和投產。1943年,美國開始試生產丁基橡膠,至1944年,美國和加拿大的丁基橡膠年產量分別為1320t和2480t。丁基橡膠是一種氣密性很好的合成橡膠,zui適于作輪胎內胎。稍后,還出現了很多特種橡膠的新品種,例如美國通用電氣公司在1944年開始生產硅橡膠,德國和英國分別于40年代初生產了聚氨酯橡膠(見聚氨酯)等。第二次世界大戰期間,由于日本占領了馬來西亞等天然橡膠產地,更加促使北美和蘇聯等加速合成橡膠的研制和生產,使世界合成橡膠的產量從1939年的23.12kt劇增到1944年的885.5kt。戰后,由于天然橡膠恢復了供應,1945~在1952年間,合成橡膠的產量在432.9~893.9kt范圍內波動。
50年代中期,由于發明了齊格勒-納塔和鋰系等新型催化劑;石油工業為合成橡膠提供了大量高品級的單體;人們也逐漸認識了橡膠分子的微觀結構對橡膠性能的重要性;加上配合新型催化劑而開發的溶液聚合技術,使有效地控制橡膠分子的立構規整性成為可能。這些因素使合成橡膠工業進入生產立構規整橡膠的嶄新階段。代表性的產品有60年代初投產的高順式-1,4-聚異戊二烯橡膠,簡稱異戊橡膠又稱合成天然橡膠;高反式-1,4-聚異戊二烯,又稱合成杜仲膠;及高順式、中順式和低順式-1,4-聚丁二烯橡膠,簡稱順丁橡膠。此外,尚有溶液丁苯和乙烯-丙烯共聚制得的乙丙橡膠等。在此期間,特別橡膠也獲得了相應的發展,合成了耐更高溫度、耐多種介質和溶劑或兼具耐高溫、耐油的膠種。其代表性品種有氟橡膠和新型丙烯酸酯橡膠等。60年代,合成橡膠工業以繼續開發新品種與大幅度增加產量平行發展為特征,出現了多種形式的橡膠,如液體橡膠、粉末橡膠和熱塑性橡膠等,其目的是簡化橡膠加工工藝,降低能耗。到70年代后期,合成橡膠已基本上可代替天然橡膠制造各種輪胎和制品,某些特種合成橡膠的性能是天然橡膠所不具備的。
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