新编项目23丁苯橡胶课件

1、【学习目标】【知识目标】1.了解丁苯橡胶生产的原料、助剂的选择和应用2.理解丁二烯与苯乙烯共聚合的反应原理3.掌握丁苯橡胶生产工艺及设备【能力目标】1.能正确辨识SBR产品的牌号、性能、用途2.能收集资料，进行编制SBR生产岗位的生产方案；3.初步具备参与组织装置相关岗位开停车工作能力；4.能对生产设备进行操作，对一些常见的电气仪表故障进行判断；5.能判断并处理生产岗位常见的工艺、设备故障。【学习目标】【素质目标】1.进入职业角色形成基本职业观念2.SBR产品辨识3.设备使用及维护4.小组成员分工合作，共同解决问题，体现出集体工作的团队精神和合作意识。5.事故判断和处理及安全生产意识【工作任务

2、】1.SBR产品辨识2.SBR聚合工艺操作3.生产设备使用及维护4.工艺、设备的事故判断及处理单元1 丁苯橡胶产品概述丁苯橡胶(SBR)是以丁二烯和苯乙烯为单体，采用自由基引发的乳液聚合或阴离子溶液聚合工艺制得的，是目前世界上产量最高、消费量最大的通用合成橡胶(SR)品种，其物理性能、加工性能和制品的使用性能接近于天然橡胶(NR)，但耐磨性、耐热性、耐老化性优于NR，可与NR以及多种SR并用，广泛用于生产轮胎与轮胎制品、鞋类、胶管、胶带、医疗器械、汽车零部件、电线电缆以及其他多种工业橡胶制品。橡胶制品种类P7页按生产工艺，丁苯橡胶(SBR)通常可分为乳液聚合丁苯橡胶(ESBR)和溶液聚合丁苯橡

3、胶(SSBR)两大类。ESBR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SBR中均占首位，产品结构见表5-1-1，SSBR是兼具多种综合性能的橡胶品种，其生产工艺与ESBR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。主要产品牌号和性能SBR1712：为污染型充油丁苯橡胶，以混合皂作乳化剂，100份橡胶中加有37.5份高芳烃油的污染型充油橡胶。该胶种具有优良的加工性能和耐磨性，广泛用于制造轮胎胎面、胶管和其它黑色制品。丁苯橡胶产品性能1. 外观非污染型橡胶为无色至浅黄色，污染型橡胶为褐色至棕色的弹性体。与天然橡胶

4、相比，产品的耐磨、耐老化、耐臭氧、耐水、气密及均一性能较好，但硫化速度较慢，生热量大，耐寒性及黏结性较差。2.溶解性能生胶能溶于苯、甲苯、汽油和氯仿等有机溶剂。3.稳定性在储存过程中，物理和化学变化较小。加有防老剂的生胶，在阴暗地方储存期可达数年之久。4.氧、热和光的作用丁苯橡胶在氧、热和光的作用下，会发生降解和解聚作用。开始时降解占优势，随着时间的延长和温度的升高，解聚过程加速。降解过程使生胶的可塑性增加，因而硫化胶的扯断力和硬度降低。5.补强剂对强度的影响没有填加补强剂的丁苯橡胶的抗张强度和伸长率都比较低，只有加入补强剂后（碳黑），才具有应用的物理机械性能。丁苯橡胶的制备及应用乳液聚合 (

5、ESBR)属于无定形聚合物，其中耐磨、耐热、耐自然老化、气密性、永久变形。通过塑炼、混炼、压延与压出硫化工艺加工制成各种橡胶制品，因此丁苯橡胶在汽车、电器、制鞋等行业已获得了广泛的应用。溶液聚合生产的SSBR）阴离子主要是以丁基锂作为引发剂使用烷烃或环烷烃为溶剂，醇类为终止剂，四氢呋喃。但由于SSBR的加工性能较差，其应用并没有得到较快的发展。70年代末期，对轮胎的要求越来越高，对橡胶的结构和性能也提出了更高的要求，加之聚合技术的进步，使SSBR得到较快的发展。单元2 丁苯橡胶（SBR）产品生产工艺乳液聚合定义乳液聚合的特点乳液聚合体系的主要组成及其作用低温乳液聚合生产丁苯橡胶典型的乳液聚合丁

6、苯橡胶生产1、乳液聚合法生产丁苯橡胶的物料体系原料规格用量（）单体丁二烯纯度9972苯乙烯纯度99.628反应介质水杂质10mg/kg200分子量调节剂叔十二硫醇0.16典型的乳液聚合丁苯橡胶生产乳液聚合法生产丁苯橡胶的乳化体系: 乳化剂：歧化松香酸钾和脂肪酸钾（碳数为1618)； 助乳化剂（提高胶乳的稳定性 ）：萘磺酸钠或烷基萘磺酸钠与甲醛缩合物的钠盐 ； 电解质(调节CMC，减小胶乳的表面张力,缓冲PH和粘度 )：K3PO4或KCL ；典型的乳液聚合丁苯橡胶生产乳液聚合法生产丁苯橡胶的引发剂体系（氧化还原体系) : 氧化剂：有机过氧化物（锰烷过氧化氢、过氧化氢二异丙苯） 还原剂：亚铁盐（硫

7、酸亚铁） 助还原剂：甲醛合次硫酸氢钠（雕白粉） 螯合剂：乙二胺四乙酸钠（EDTA） 链转移剂：正烷基硫醇、十二烷基硫醇 终止剂：二硫代氨基甲酸钠（辅以：多硫化 钠和亚硝酸钠以及多乙烯胺 ）乳液聚合丁苯橡胶生产工序 乳液聚合丁苯橡胶生产包括单体贮存及配制工序、化学品配制工序、聚合工序、单体回收工序、胶乳贮存及掺混工序、凝聚工序、干燥工序及包装工序、氨冷冻工序、产品贮存及装车设施工序。丁二烯苯乙烯乳化剂无离子水氧-还引发剂分子量调节剂闪蒸终止剂回收丁二烯混合罐防老剂回收苯乙烯凝聚干燥器盐水、硫酸包 装闪蒸泄料罐苯乙烯脱气塔丁二烯罐倾析槽调节器转化率聚合釜聚合釜丁苯橡胶乳液聚合反应流程5 OC710

8、hC% 60%乳液聚合反应的应用典型的乳液聚合丁苯橡胶生产丁苯乳液聚合法的主要工艺聚合反应终点控制：单体转化率和门尼粘度；聚合：釜式反应器，多釜串联，连续操作；脱单：闪蒸脱丁二烯 汽提塔脱苯乙烯分离：食盐破乳，（真空）篩分过虑；干燥：箱式干燥，风温90。 利用压力突然降低过热液体发生自蒸发，部分液体气化。气液二相在分离器中分开，气相中易挥发成份较为富集，液相中难挥发成份增浓。典型的乳液聚合丁苯橡胶生产丁苯乳液聚合法的主要设备聚合反应器反应釜（串联）数量： 812台（决定停留时间分布）聚合釜形式：釜式反应器；聚合釜容积：1426 M3，大型设备已经达到3045M3。聚合釜的长径比：11.5:1搅

9、拌器的形式：板框搅拌器和Brumagin型搅拌器（片状平板以一定角 度按照在支臂上）。搅拌转速：70100rpm。反应器的传热：夹套内冷凝管冷却介质：一般采用液氨典型的乳液聚合丁苯橡胶生产氨冷却式聚合釜及温度自动记录调节系统 TRCA-温度自动记录调节仪典型的乳液聚合丁苯橡胶生产丁苯乳液聚合法的主要设备汽提塔汽提塔塔高：1620M汽提塔设计塔径：2.53.0M汽提塔容积为100120M3汽提介质：蒸汽换热（质）方式：逆流塔内温度：塔顶温度为50 ，塔低温度为60塔内压力：塔顶13.33kPa(绝对压力) ，塔底30kPa任务1 生产原料-两种单体的贮存与配制、回收工序任务2 化学品配制工序 （

10、引发体系）任务3 化学品配制工序 （乳化体系）任务4 低温乳液聚合工序（聚合原理）任务5 低温乳液聚合工序（聚合工艺流程）任务6 胶乳后处理工序及安全生产与环保具体任务武汉软件工程职业学院单体贮存及配制工序 接收新鲜丁二烯、苯乙烯，接收回收工序送来的回收丁二烯、苯乙烯。 1.丁二烯罐区2.苯乙烯罐区精丁回丁静态混合器1静态混合器3精苯回苯静态混合器21. 原料配制化学品配制工序 根据乳液聚合需要，将各种固体、液体化学品按配方要求配制成溶液，供生产时使用。1.脱盐水接收、输送及热脱盐水的配制、输送2.氢氧化钠的接收与输送3.皂液接收、配制与输送4.活化剂的配制与输送5.终止剂的配制和输送6.除氧

11、剂的配制与输送7.扩散剂的接收与输送8.氯化钾的配制及输送9.消泡剂的配制与输送10.阻聚剂的配制与输送11.凝聚剂的接收、配制与输送12. AM-2的接收、配制与输送13.非污染性防老剂的接收、配制与输送14. 污染性防老剂的接收、配制与输送15. 60冷凝液的配制、接收与输送化学品配制工序 根据乳液聚合需要，将各种固体、液体化学品按配方要求配制成溶液，供生产时使用。1.脱盐水接收、输送及热脱盐水的配制、输送在聚合中作为单体的分散介质，借助乳化剂的作用，使单体均匀地分散在水中呈稳定状态，同时还帮助排出聚合反应放出的热量。2.氢氧化钠的接收与输送3.皂液接收、配制与输送乳化剂（歧化松香酸钾皂、

12、脂肪酸钾皂）的作用使碳氢相溶于水中形成稳定乳液体系，并借助于它形成的胶囊作为聚合反应场所，使反应生产成的聚合物颗粒不因相互碰撞而结成胶团析出体系。 只有那些对聚合物乳液体系有着有效的稳定作用，同时又不影响聚合反应的表面活性剂，才适合作乳液聚合的乳化剂亲水的极性基团亲油的非极性基团 如长链脂肪酸钠盐：亲油基（烷基）亲水基（羧酸钠）是否表面活性剂都可用作乳化剂？分子通常由两部分组成亲水的极性基团亲油的非极性基团亲油基亲水基分子通常由两部分组成乳化剂的分类阴离子型、阳离子型、非离子型和两性乳化剂乳化剂的类型乳化剂的类型阴离子型乳化剂羧酸盐COONa硫酸盐SO4Na磺酸盐SO3Na亲水基团亲油基团C1

13、1-17直链烷烃C3-8烷基与苯基、萘基结合体（用于碱性介质）阳离子型乳化剂伯胺盐仲胺盐季胺盐叔胺盐（用于酸性介质）非离子型乳化剂聚环氧乙烷类（酸碱不敏感）两性乳化剂羧酸型乳化剂硫酸酯型乳化剂磷酸酯型乳化剂磺酸型乳化剂（自身带酸碱基团）磷酸盐类ROPO(OM)2酯结构胺的盐酰胺结构胺的盐烷基双胍盐酸盐高分子乳化剂聚合型乳化剂在乳液聚合中乳化剂的作用一降低表面张力二 降低界面张力三 乳化作用四 分散作用五 增溶作用六 导致按胶束机理生成乳胶粒七 发泡作用固体以极细小的颗粒形式均匀地悬浮在液体介质中叫作分散。 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体

14、，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。 随着亲水基不同和浓度不同，形成的胶束可呈现棒状、层状或球状等多种形状。 棒状胶束层状胶束脂质双层与细胞膜化学品配制工序 4.活化剂的配制与输送活化剂中的还原剂硫酸亚铁与激发剂的过氧键反应，发生电子转移而形成初级游离基后进行链引发。5.终止剂的配制和输送在丁苯乳液聚合中,当聚合转化率达到64%68%后,如果再继续反应会导致橡胶性能发生变化,产生支化、交联现象。因此在转化率达到一定值后要加入终止剂,以终止聚合反应。终止剂的作用:与残余的引发剂作用,把未反应的残余引发剂破坏掉；使增长着的聚合物自由

15、基变成稳定的化合物,不再进行聚合反应。 6.除氧剂的配制与输送除氧剂以消除氧对聚合反应的影响，它的反应方程式为：2Na2S2O4+O2+4NaOH=4Na2SO3+2H2ONa2S2O4+O2+2NaOH=Na2SO4+Na2SO3+H2O化学品配制工序 7.扩散剂的接收与输送主要在于进一步提高胶乳体系的稳定性，保证胶乳颗粒能稳定地分散于体系之中，不出现絮凝现象。8.氯化钾的配制及输送可以降低体系表面张力，增大胶乳颗粒粒度，使体系粘度降低，达到改善流动性目的。同时，电解质的加入可以降低乳化剂临界胶束浓度，提高乳化剂的乳化能力。有利于提高乳液、胶乳体系的稳定性和聚合反应后期的反应速度。9.消泡剂

16、的配制与输送消除或减少胶乳在正压、真空闪蒸和真空蒸馏时产生的泡沫。化学品配制工序 10.阻聚剂的配制与输送阻止丁二烯端基聚合物的生成。阻止苯乙烯自聚。11.凝聚剂的接收、配制与输送高分子凝聚剂的作用 胶浆凝聚使用的高分子凝聚剂是二腈二胺甲醛缩合物,分子量数万至数十万。它的分子内部带有许多正电荷,在水中由于电荷的相互作用形成扩散蔓延的趋势,其分子上的正电荷与聚合物乳胶粒子表面所带负电荷中和,乳胶粒的双电层被破坏,使胶浆变成极不稳定的乳液体系。12. AM-2的接收、配制与输送硫化促进剂 作助凝剂和予硫化剂用，它可以加快橡胶硫化速度，提高橡胶300%定伸强度。化学品配制工序 13.非污染性防老剂的

17、接收、配制与输送14. 污染性防老剂的接收、配制与输送防老剂的作用老化反应多为自由基反应，加入能吸收自由基形成稳定物质，可以起到防老化作用。防老剂对氧、热、光照引起的橡胶老化、龟裂现象有防护效能。对橡胶硫化和可塑度均无影响。15. 60冷凝液的配制、接收与输送氨冷冻工序 该工序负责向聚合及单体回收工序送液氨，将聚合与单体回收工序的气氨循环压缩使用。聚合工序 将丁二烯、苯乙烯按一定比例连续配制成碳氢相，与活化剂、除氧剂、歧化松香酸钾皂、脂肪酸皂、氯化钾、扩散剂、脱盐水、调节剂按一定比例混合配制成乳液，通过乳化剂的作用,将难溶于水的碳氢相单体分散在水相介质中进行乳化,首釜加入激发剂，同时实行调节剂

18、分点加入，进入聚合釜在温度下进行聚合反应。调节剂终止剂静态混合器活化剂混合单体丁苯橡胶聚合装置乳液聚合反应 机理典型配方及反应条件 原料及辅助材料冷法热法单体丁二烯（重量）7275苯乙烯（重量）2825分子量调节剂叔十二碳硫醇0.160.50反应介质水200180除氧剂保险粉0.0250.04乳化剂脂肪酸钠歧化松香酸钠4.62扩散剂亚甲基双萘磺酸钠0.15引发剂体系过氧化物K2S2O80.3过锰烷过氧化氢0.060.12活化剂还原剂硫酸亚铁0.01雕白粉0.040.10络合物EDTA0.010.025电解质K3PO4 0.240.45终止剂二硫代氨基甲酸钠0.10NaNO20.020.04Na

19、2Sx0.020.05其他多乙烯胺0.02氢醌0.1反应条件聚合温度，550转化率，6072聚合时间，h 71012原料及辅助材料冷法热法单体丁二烯（重量）7275苯乙烯（重量）2825分子量调节剂叔十二碳硫醇0.160.50反应介质水200180除氧剂保险粉0.0250.04乳化剂脂肪酸钠歧化松香酸钠4.62扩散剂亚甲基双萘磺酸钠0.15引发剂体系过氧化物K2S2O80.3过锰烷过氧化氢0.060.12活化剂还原剂硫酸亚铁0.01雕白粉0.040.10络合物EDTA0.010.025电解质K3PO4 0.240.45终止剂二硫代氨基甲酸钠0.10NaNO20.020.04Na2Sx0.020

20、.05其他多乙烯胺0.02氢醌0.1反应条件聚合温度，550转化率，6072聚合时间，h 71012 丁苯橡胶的生产配方 Production formulation丁二烯与苯乙烯的配料重量7:3单体回收工序 单体丁二烯的回收 将聚合岗位送来的含有未反应单体的胶乳经加热，采用“正压”闪蒸，“真空”闪蒸方法以脱出其中绝大部分丁二烯。分离出的气相丁二烯经加压升温冷凝后重新供单体贮存及配制工序使用。单体苯乙烯的回收 经闪蒸脱出丁二烯后的胶乳、借真空水蒸汽蒸馏法以脱除其中的苯乙烯，苯乙烯蒸汽和工艺蒸汽冷凝后形成液相苯乙烯和冷凝水，经过沉降分离后，将回收的苯乙烯重新供单体配制工序使用。丁二烯脱气罐闪蒸器1闪蒸器2废气回丁煤油压缩机泵饱和蒸汽脱ST气液分离器冷凝器废水回苯ST倾析槽冷凝器升压分离器喷射泵苯乙烯蒸馏塔胶乳掺混工序 脱气胶乳的物理、化学性能随聚合原料、助剂、工艺条件的变化而变化，为使产品质量均匀稳定，本岗位对脱气后胶乳进行必要的掺混。胶乳的混合是物理混合的过程，混合胶乳的门尼为混合前各胶乳门尼的加权平均值。 凝聚工序 聚合后的胶浆,是聚合物乳胶粒在乳化剂的作用下与水形成的稳定的乳液体系。在胶浆中,聚合物乳胶粒表面被一层乳化剂分子包围着,乳化剂