Промышленное получение изопренового каучука

МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт тонких химических технологий

Допущен(а) к защите Заведующий кафедрой Химии и технологии переработки эластомеров имени Кошелева Ф.Ф. _________ Л.Р. Люсова

 

 

Мельников Василий Сергеевич

Влияние типа системы ускорителей на свойства резиновых смесей и резин из СКИ-3 для изготовления слоев каркаса диагональных шин

Выпускная квалификационная работа бакалавра

по направлению 18.03.15 «Химическая технология»

 

 

Руководитель (научный)		ассистент А.А. Ильин

 

 

МОСКВА 2016

Электронная версия ВКР передана на выпускающую кафедру

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………………...4

1 Литературно-реферативный обзор.......................................................................................................... 5

1.1 Изопреновый каучук......................................................................................................................... 5

1.1.1 Промышленное получение изопренового каучука.................................................................. 5

1.1.2 Полимеризация изопрена…………………………………………………………………..5

1.1.3 Физические свойства и структура изопренового каучука....................................................... 7

1.1.4 Химические свойства изопренового каучука........................................................................... 7

1.1.5 Технологические свойства изопренового каучука.................................................................. 8

1.1.6 Вулканизация изопренового каучука...................................................................................... 8

1.1.7 Свойства вулканизатов на основе изопренового каучука....................................................... 9

1.1.8 Применение изопренового каучука........................................................................................ 10

1.2 Ускорители..................................................................................................................................... 10

2 Объекты и методы исследования.......................................................................................................... 17

2.1 Объекты исследования................................................................................................................... 17

2.1.1 СКИ-3....................................................................................................................................... 17

2.1.2 Стеариновая кислота.............................................................................................................. 18

2.1.3 Оксид цинка (II)...................................................................................................................... 19

2.1.4 Сульфенамид Ц...................................................................................................................... 20

2.1.5 Каптакс.................................................................................................................................... 20

2.1.6 Альтакс.................................................................................................................................... 21

2.1.7 Дифенилгуанидин................................................................................................................... 21

2.1.8 Нафтам-2................................................................................................................................. 22

2.1.9 Ацетонанил Р.......................................................................................................................... 22

2.1.10 Тех.углерод П-514................................................................................................................ 23

2.1.11Сера.......................................................................................................................................... 24

2.2 Методы исследования........................................................................................................................ 27

2.2.1 Метод определения пластоэластических свойств на пластометре...... 27

2.2.2 Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении……………………………………………………………………………………………….28

2.2.3 Метод определения сопротивления раздиру......................................................................... 32

2.2.4 Метод определения сопротивления истиранию при скольжении………………………32

2.2.5 Методы испытаний на многократный продольный изгиб образцов…………………..34

2.2.6 Метод определения твердости по Шору А………………………………………………35

2.2.7 Метод определения эластичности на упругомере……………………………………….35

2.2.7 Метод определения вулканизационных характеристик на реометре RPA-2000………..35

2.3 Изготовление резиновых смесей на вальцах................................................................................ 36

2.4 Вулканизация резиновых изделий в вулканизационных прессах................................................ 37

3 Экспериментальная часть и обсуждение результатов…………………………………………….40

3.1 Технологические и вулканизационные характеристики резиновых смесей............................... 40

3.2 Физико-механические характеристики......................................................................................... 49

3.3 Эксплуатационные свойства резин............................................................................................... 50

4. Резиновые изделия................................................................................................................................ 52

5. Выводы.................................................................................................................................................. 56

6. Список литературы………………………………………………………………………….58

 

Введение

Серная вулканизация используется со времен открытия ее Ч.Гудьиром. Система органических ускорителей оказывает значительное влияние на свойства резин.

Изопреновый каучук отличается довольно высокой стойкостью к остаточной деформации и высокой стойкостью тепловому старению. Поэтому резины на его основе нашли широкое применение в производстве слоев каркаса диагональных шин.

Применение органических ускорителей внесло самые существенные изменения в процесс вулканизации каучука. Они значительно улучшают технические свойства вулканизатов, повышают сопротивляемость резиновых изделий старению, создают возможность получения однородных массивных изделий, сокращают продолжительность вулканизации, в результате чего в несколько раз уменьшается потребность в оборудовании и расход энергии, увеличивается производительность труда.

Целью данной работы было определение влияние типа ускорителя на свойства резиновых смесей и резин на основе изопренового каучука СКИ-3, с использованием разных комбинаций ускорителей. Смеси предназначены для изготовления слоя каркаса диагональных шин.

Литературно-реферативный обзор

Изопреновый каучук

Промышленное получение изопренового каучука

Изопрен применяют для синтеза изопреновых каучуков, содержащий не менее 99% по массе основного вещества; количество примесей (простых эфиров, карбонильных, ацетиленовых, серосодержащих соединений,воды и особенно циклопентадиена) строго установлено. Растворителями являются алифатические углеводороды (изопентан, гексан, бензины). Исходная концентрация изопрена в р-ре 10-15% по массе. Непрерывным способом осуществляют полимеризацию в батарее последовательно соединенных реакторов емкостью 16-20 м3, снабженных скребковыми мешалками и рубашкой, через которую циркулирует хладагент (энтальпия полимеризации 1050 кДж/кг). Продолжительность процесса при 20-25 °С обычно составляет 2-6 ч, конверсия изопрена может достигать 95%. Конечными операциями технологического процесса: 1) дезактивация катализатора (спиртами или др. соединениями с подвижным атомом водорода; остатки отмывают водой в колоннах противоточного типа); 2) введение антиоксиданта; 3) выделение полимера из раствора методом водной дегазации (отгонкой растворителя и незаполимеризовавшегося мономера с острым паром; для предотвращения слипания образующейся крошки каучука вводят ПАВ); 4) отделение крошки от воды; сушка каучука, брикетирование его и упаковка. Выделение изопреновых каучуков, получаемых в присутствии литиевых катализаторов, можно осуществлять "безводным" способом с использованием, например, герметичных вальцов. В раствор каучукам. введены нафтеновое масло и водная или углеводородная дисперсия технического углерода (сажи). Такие масло- и саженаполненные каучуки обладают улучшенными технологическими свойствами.

Весь процесс получения промышленных цис-изопреновых каучуков включает следующие основные стадии (без учета подготовительных и вспомогательных операций):

- приготовление каталитического комплекса;

- полимеризацию изопрена;

- дезактивацию катализатора;

- стабилизацию каучука;

- выделение каучука из раствора (водную дегазацию каучука);

- сушку каучука;

- очистку возвратных углеводородов.

Полимеризация изопрена

Полимеризация изопрена с титановыми катализаторами проводится в изопентане, вязкость растворов полимера в котором минимальна. Осушенная изопентан-изопреновая фракция подпитывается изопреном до его содержания 12—15% и подается в холодильник 1 (рис. 1), охлаждаемый испаряющимся при температуре —20 °С пропаном. Модифицированный каталитический комплекс (до 1% в расчете на изопрен) подается на полимеризацию с помощью специального дозирующего устройства, регулирующего автоматически подачу катализатора в зависимости от вязкости полимеризата, через холодильник 2. Полимеризация изопрена осуществляется в батарее, состоящей из двух последовательно соединенных полимеризаторов 3₁ и 3₂ объемом 20 м3. При использовании двухкомпонентного каталитического комплекса полимеризация осуществляется в батарее из 4—6 аналогичных аппаратов.

Полимеризаторами служат аппараты с мешалками, снабженными лопастями и скребками, обеспечивающими интенсивное равномерное перемешивание во всем объеме полимеризатора и непрерывную очистку поверхности теплообмена, что необходимо для достижения высокого коэффициента теплопередачи. Съем теплоты, выделяющейся при полимеризации изопрена (удельная теплота реакции полимеризации 1050 кДж/кг) осуществляется через рубашку полимеризатора, охлаждаемую рассолом. Температуру полимеризации повышают по ходу процесса с 45 ± 5 °С в полимеризаторе 3₁ до 55 ± 5 °С в полимеризаторе 3₂, что обеспечивает конверсию изопрена 85—90% при достаточно низкой вязкости полимеризата. Известен также метод охлаждения реакционной массы за счет частичного испарения растворителя и мономера. Давление в полимеризаторах 1—1,2 Мпа.

Рис. 1. Схема полимеризации, дезактивации, отмывки полимеризата и стабилизации кау­чука при получении СКИ-3:

1, 2 — холодильники; 3₁,3₂ — полимеризаторы, 4, 7, 10, 13 — интенсивные смесители; 3 — аппаратc мешалкой; 6, 9, 12 — насосы; 8, 11 — отстойники.

/ — изопентан- II — изопрен; III — каталитический комплекс, IV — пропан; V — рас­сол; V/ — этилен; V// — стоппер, VIII — обессоленная вода, /X — суспензия стабилиза­тора; X — полимеризат на дегазацию, XI — вода на отпарку органических соединений.