Бутадиен-стирольные каучуки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский технологический университет»

ИТХТ

Кафедра химии и технологии переработки эластомеров имени Ф.Ф. Кошелева (ХТПЭ)

Реферат на тему

«Каучуки»

Выполнила студентка группы ХЕБО-02-14:

Сергеева Н.А.

Москва 2017

Содержание

1. Свойства БСК

2. Ассортимент БСК

3. Технологическая схема производства БСК в эмульсии

4. Свойства СКМС - 30 АРК

5. Свойства каучуков и резин на основе БСК

6. Рецептуростроение эластомерных материалов на основе БСК

стирольный каучук эмульсия резина

1. Свойства БСК

Каучуки - это натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами; путем специальной обработки из каучуков получают резину [1]. В начале 30-х годов в Советском Союзе впервые было начато промышленное производство синтетического каучука общего назначение. В то время он назывался GR-S (сокр. от англ. Government Rubber-Styrene), а в дальнейшем переименовался в SBR (сокр. от англ. Styrene Butadiene Rubber). В Германии он же известен под названием Buna-S. Бутадиен-стирольные каучуки - семейство синтетических каучуков, полученных путем сополимеризации стирола и 1,3-бутадиена. Эти материалы имеют хорошую резистентность к истиранию и не менее хорошую устойчивость к старению при различных добавках. Более 51% всех шин для автомобилей изготовлены из БСК различных типов, кроме того, благодаря электроизоляционным свойствам могут быть изготовлена изоляция и защитная оболочка для кабелей, также в США занимаются получением транспортерных лент. Не стоит забывать, что современная обувная промышленность не может обойтись без данного типа синтетического каучука: цветные и прозрачные подошвы, черные каблуки.

Бутадиен-стирольные каучуки (дивинил-стирольные каучуки, БСК, СКС, СКМС, ДССК, америпол, интол, карифлекс, крилен, нипол, плайофлекс, SBR, синпол, солпрен, стереон, тьюфден, филпрен, юниден) - синтетические каучуки, продукты сополимеризации бутадиена (I) и стирола (II) общей формулы:

Бутадиен-стирольный каучук, выпускается в широком ассортименте и большом объеме, что объясняется относительной доступностью исходных мономеров (бутадиена и стирола), высокой однородностью свойств и хорошим качеством получаемого полимера, а также освоенной технологией производства.

Мощности производства Б.-с. к. составляют около 50% всех мощностей по синтетическому каучуку, их ежегодное производство в капиталистических странах составляет 2-2,5 млн. т.

Основная масса БСК получается эмульсионной сополимеризацией бутадиена стирола.

В зависимости от условий полимеризации и состава применяемых компонентов выпускают бутадиен-стирольные каучуки, различающиеся по составу и свойствам. Распределение звеньев бутадиена и стирола в макромолекуле полимера - нерегулярное, статистическое. Каучуки выпускают с содержанием связанного стирола 10, 30 или 50%.

Свойства синтетических каучуков определяют их области применения. Создание рецептуры резинотехнического изделия сопровождается подбором различных видов каучуков, наполнителей, мягчителей и др. Правильное сочетание всех компонентовв рецептуре позволяет получить резинотехническое изделие с заданными свойствами.

Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным сочетанием функциональных свойств в различных областях применения. Этот каучук считают лучшим каучуком общего назначения благодаря отличным свойствам высокой стойкости к истиранию и высокому проценту наполняемости. С увеличением содержания звеньев стирола (б-метилстирола) в сополимере снижается эластичность каучука, ухудшается морозостойкость, но увеличиваются прочностные показатели. Характерной особенностью бутадиен-стирольных (б-метилстирольных) каучуков является низкое сопротивление разрыву ненаполненных вулканизатов. Эти каучуки имеют более высокую температуру стеклования по сравнению с натуральным каучуком и уступают натуральному каучуку по морозостойкости. Важным преимуществом бутадиен-стирольных каучуков перед натуральным каучуком является меньшая склонность к образованию трещин, более высокая износостойкость, паро- и водонепроницаемость, лучшее сопротивление тепловому, озонному и световому старению. Хорошими диэлектрическими свойствами обладают каучуки с высоким содержанием стирола (количество стирола в смеси мономеров 50 вес. % и выше).

Бутадиен-стирольный каучук, эмульсионный и растворный, остается основным в индустрии синтетических каучуков и занимает около 50% всего мирового потребления синтетических каучуков. 75% объема потребления бутадиен-стирольного каучука приходится на сектор шин с максимальной долей потребления в легковых шинах. Значительное количество также используется для производства компонентов автомобилей и резинотехнических изделий. Бутадиен-стирольный каучук с высоким содержанием стирола используются в изготовленииподошвы в обувной промышленности.

2. Ассортимент БСК

Бутадиен- стирольные каучуки делятся на 2 типа:

· Бутадиен- стирольные каучуки растворной полимеризации (ДССК-2560-М27 Марка А; ДССК-4040-М27)

· Бутадиен- стирольные каучуки эмульсионной полимеризации (Бутадиен-стирольный (эмульсионный) маслонаполненный каучук [СКМС-30 АРКМ-15/SBR-1705 HI-AR; СКС-30 АРКМ-15/SBR 1705 HI-AR or TDAE; СКС-30 АРКМ-27/SBR-1723 TDAE И SBR-1712 HI AR] ; Бутадиен-стирольный (эмульсионный) немаслонаполненный каучук [БСК-1502/SBR-1502; СКС-30 АРК/SBR-1500; СКС-30АРКПН / SBR-1502].

Бутадиен-стирольные каучуки производятся преимущественно по технологии эмульсионной полимеризации и, в заметно меньшем объеме, по технологии растворной полимеризации. Достоинства эмульсионных БСК более низкая, чем у растворных БСК, энергоемкость производства, хорошие технологические свойства, высокие прочностные характеристики, динамические свойства, износостойкость вулканизатов. Весомый недостаток технологии - образование значительного количества сточных вод. Растворные БСК имеют лучшие механические характеристики, и, например, предпочтительнее в производстве шин, т.к. обеспечивает улучшенное сцепление с мокрой дорогой и сопротивления качению.

Области применения ДССК-2560-М27 Марка А и ДССК-4040-М27:

· Производство шин: протектор

· Конвейерные ленты

· Обувное производство

· Технические пластины

Производители:

· Воронежсинтезкаучук, АО

Области применения бутадиен- стирольных каучуков эмульсионной полимеризации:

· Цветные резинотехнические изделия

· Изоляция кабелей

· Рукава (рукавные изделия)

· Товары народного потребления

· Обувное производство

· Изделия медицинского назначения

· Рукава (рукавные изделия)

· Цветные резинотехнические изделия и др.

В России выпускаются следующие марки каучуков (в том числе и б-метилстирольные):

Высокотемпературные: СКМС-10, СКМС-50, СКМС-ЗОРП, БС-45АК

Низкотемпературные: СКС-30 АРКП, СКС-30 АРПД, СКМС-30 АРК, СКМС-30 АРКМ-15, СКМС-30 АРКМ-27, СКС-30 АР КМ-15.

На предприятии ОАО «Воронежсинтезкаучук» выпускаются бутадиен-стирольные синтетические каучуки СКС-30 АРКМ-15 (ГОСТ 11138-78, ТУ 38.403121-98), СКС-30 АРКПН (ТУ 38.40384-99), СКС-30 АРКМ-27 (ТУ 38.303-03070-2001), СКС-30 АРК (ТУ 38.40355-99).

Эти каучуки не требуют специальной пластикации. Они хорошо смешиваются с различными ингредиентами резиновых смесей, а также хорошо совмещаются с другими типами каучуков общего назначения (полибутадиеновыми, полиизопреновыми). Они используются в шинной промышленности для приготовления протекторов и других деталей шин.

3. Технологическая схема производства БСК в эмульсии

Технологический процесс получения бутадиен-стирольных каучуков, осуществляемый по непрерывной схеме, состоит из следующих стадий:

1. приготовление углеводородной и водной фаз;

2. приготовление растворов инициатора, активатора, регулятора и стоппера и дисперсии антиоксиданта;

3. полимеризация и ее обрыв;

4. отгонка незаполимеризовавшихся мономеров из латекса; выделение и сушка каучука.

Схема установки для получения низкотемпературных бутадиен-стирольных каучуков непрерывной полимеризацией в эмульсии показана на рис. 4.

Водная фаза, включающая раствор основного эмульгатора, электролита и второго эмульгатора (лейканола), готовится в аппарате 1 смешением указанных компонентов, дозируемых в соответствии с заданной рецептурой, и имеет рН 10-11. Готовая водная фаза насосом 2 через холодильник 3, охлаждаемый рассолом, подается на смешение с углеводородной фазой в диафрагмовый смеситель 6.

Рис. 4. Схема полимеризации при получении низкотемпературных бутадиен-стирольных эмульсионных каучуков: 1 - емкость для приготовления водной фазы, 2, 7, 9, 11, 13, 15 - насосы; 3, 5 - холодильники; 4, 6 - диафрагмовые смесители; 8, 10, 12, 14 - аппараты для приготовления компонентов; 161 -1612 - полимеризаторы; 17 - фильтр; I - бутадиен; II - стирол; III - умягченная вода; IV - эмульгаторы; V - инициатор; VI - комплекс железа; VII - ронгалит; VIII - регулятор молекулярной массы; IX - стоппер; X - рассол; XI - латекс на дегазацию.

Углеводородная фаза готовится непрерывным смешением бутадиена и стирола, подаваемых в заданном соотношении дозировочными насосами в диафрагмовый смеситель 4, охлаждается в рассольном холодильнике 5, смешивается с водной фазой в диафрагмовом смесителе 6, после чего насосом 7 подается в первый по ходу аппарат батареи полимеризаторов, состоящей, как правило, из 12 стандартных полимеризаторов объемом 12 или 20м3. Эмульсия инициатора готовится в аппарате 8 из умягченной воды, инициатора и эмульгатора, дозируемых из соответствующих мерников, и насосом 9 подается на смешение с эмульсией углеводородов в воде в линию шихты перед первым полимеризатором 16.

Регулятор молекулярной массы каучука (трет-додецилмеркаптан) применяется в виде раствора в стироле. Комплекс железа готовится в отсутствие воздуха в виде тонкой взвеси в воде при нагревании смеси растворов пирофосфата калия и сульфата железа (II) при перемешивании или в виде раствора омылением этилендиаминтетрауксусной кислоты едким калием с последующим взаимодействием образовавшейся соли с рассчитанным количеством сульфата железа (II). Ронгалит растворяется в воде при перемешивании. Приготовленные в соответствии с рецептом полимеризации растворы подаются на смешение в линию шихты перед первым полимеризатором. Все растворы исходных компонентов готовятся и хранятся в атмосфере азота.

Полимеризаторы в батарее соединены так, что полимеризуемая шихта поступает в нижнюю часть аппарата через сифон и направляется в следующий аппарат из верха. Полимеризатор представляет собой автоклав с рубашкой и встроенными пучками труб, через которые рассолом отводится теплота, выделяющаяся при полимеризации. Аппарат имеет мешалку рамного типа. Все полимеризаторы (аппараты 161-1612) связаны между собой тремя линиями: по одной из них - основной - продукт передается из одного аппарата в другой, вторая - шунтовая линия - предназначена для вывода любого аппарата в случае отключения его из батареи на ремонт и чистку, третья - разгрузочная - служит для разгрузки выключенного из работы полимеризатора. Обычно в работе находится 10-11 полимеризаторов.

При достижении конверсии мономеров 60-70% (время полимеризации обычно 10-11ч) в латекс вводят 1%-ный водный раствор стоппера - диметилдитиокарбамата натрия. Стоппер подается в линию латекса после последнего по ходу полимеризатора, затем латекс проходит через фильтр 17, где отделяются твердые включения, и поступает на дегазацию. При необходимости одновременно со стоппером в латекс вводят антиоксидант.

4. Свойства СКМС - 30АРК

Каучук СКМС-30 АРК ГОСТ 15627-79

Описание

Бутадиен-альфаметилстирольный (бутадиен-стирольный) синтетический каучук получают совместной полимеризацией бутадиена с альфаметилстиролом (стиролом) в эмульсии при низкой температуре и применением в качестве эмульгатора смеси канифоли и синтетических жирных кислот. В качестве антиоксиданта применяется ВТС-150.

Применение

Каучук СКМС-30 АРК (СКС-30 АРК) является сополимерным каучуком общего назначения и может быть широко использован в шинной, резинотехнической, обувной, кабельной и других отраслях промышленности. По техническим свойствам, методам переработки, ассортименту и качеству применяемых ингредиентов каучук СКМС-30 АРК (СКС-30 АРК) аналогичен каучуку типа SBR-1500.

Технические характеристики

Внешний вид -- брикеты светлого цвета массой нетто около 30 кг, упакованные в полиэтиленовую пленку и четырехслойный бумажный мешок. Поставка осуществляется в ж/д вагонах, контейнерах, автотранспортом.

5. Свойства каучуков и резин на основе БСК

Характеристики БСК существенно зависят от технологии производства, содержания стирола и введенных наполнителей, но, в общем, близки по свойствам к натуральному каучуку (НК).

Резины из бутадиен-стирольных каучуков достаточно стойки к действию концентрированных растворов щелочей и кислот, а также спиртов, кетонов и эфиров. Набухают в бензине, бензоле, толуоле, четырёххлористом углероде, в растительных и животных маслах и жирах. По водостойкости и газопроницаемости резины из бутадиен-стирольных каучуков практически равноценны резинам из натурального каучука. В бензине, бензоле, минеральных маслах, растительных и животных жирах бутадиен-стирольные каучуки набухают меньше, чем натуральный каучук. БСК проявляет отличную устойчивость к тормозной жидкости.

Резины на основе бутадиен-стирольных каучуков, содержащие активные наполнители, характеризуются достаточно высокими прочностными свойствами, износостойкостью и эластичностью.

6. Рецептуростроение эластомерных материалов на основе БСК

Типовая рецептура протекторных смесей из натурального и синтетических каучуков приведена в табл. 1.

Таблица 1. Типовая рецептура смесей для протектора и боковины покрышек (в вес. ч.)

Оптимальные свойства протекторных смесей достигаются при использовании двух или трех каучуков и комбинации нескольких ускорителей. В основном применяют сульфенамидные ускорители с небольшими добавками дифенилгуанидина или тиурама, соответственно 0,25 или 0,1% от массы основного ускорителя.

В промышленности применяются смеси на основе комбинации из НК и БСК. Для всех типов БСК применяются те же основные ингредиенты, что и для НК, т. е. для смесей из БСК необходимы сера, ускорители, противостарители (или антиозонанты), активаторы, наполнители и мягчители. Тем не менее существуют определенные различия о типах и дозировках ингредиентов, применяемых для смесей из натурального и синтетического каучуков.

Принципы построения рецептуры смесей применимы в общем к полимерам как высокотемпературной, так и низкотемпературной полимеризации, а также к маслонаполненным полимерам. Однако при этом следует учитывать различия в свойствах полимеров этих трех типов.

В смесях на основе БСК требуется применение меньшего количества основного вулканизующего агента -- серы, чем в смесях из НК. Обычные дозировки составляют 1,5--2,0 вес. ч. серы на 100 вес. ч. каучука. Многие смеси на основе БСК содержат 2 вес. ч. серы. Однако следует отметить, что чем меньше содержание серы, тем выше сопротивление резин тепловому старению. При использовании полимеров, содержащих в качестве эмульгатора жирную кислоту, возможно снизить содержание серы до 1,75 вес. ч. При этом допускается некоторое увеличение дозировки ускорителя.

Использованием в качестве вулканизующих агентов перекисей также достигается улучшение сопротивления тепловому старению резин. Типичным примером может служить применение 1,5--2,0 вес. ч. перекиси дикумила.

Лучшим активатором для смесей на основе БСК является стеарат цинка, вводимый в виде окиси цинка и стеариновой кислоты. Полагают, что необходимо не менее 5 вес. ч. окиси цинка. Однако обычно достаточно введение 3,0-4,0 вес. ч.

В смесях на основе БСК возможно избежать применения замедлителей, так как в общем смеси из БСК обладают достаточной стойкостью к подвулканизации. Однако на многих резиновых заводах предпочитают вводить в смеси на основе комбинации БСК и НК замедлители подвулканизации.

Вначале в качестве замедлителей подвулканизации вводили в смесь слабые кислоты, такие, как салициловая кислота или фталевый ангидрид. Эти вещества в дозировке 0,25-1,0 вес. ч. широко применяются и до настоящего времени.

Резины на основе БСК, так же как резины из НК, разрушаются под действием кислорода. озона, тепла и многократных деформаций. Для защиты резин от действия одного или нескольких из этих факторов применяется ряд синтетических продуктов. В БСК на стадии коагуляции латекса вводят противостарители. Противостарители могут: вызывать сильное изменение окраски резин (ароматические амины-неозон Д., дегидрохинолин и др.), вызывать незначительное изменение окраски (производные дифениламина) или не вызывать изменение окраски светлых резин (ароматические фосфиты и др.).

Лучшими наполнителями для БСК являются сажи. Вследствие большой скорости вулканизации БСК 1000 в смесях на его основе обычно используется канальная газовая сажа или сажа FEF. Может быть использована также и сажа HAF, если смесь имеет меньшую скорость вулканизации.

Размещено на Allbest.ru