Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Сентябрь » 23 » Производство бутадиен-нитрильных каучуков (БНК)
22:56
Производство бутадиен-нитрильных каучуков (БНК)

    В прошлый раз мы коснулись особенностей и применения бутадиен-нитрильных каучуков, являющихся основой многих резиновых смесей, главным образом, технического назначения. Сегодня остановимся на синтезе и выделении каучуков в промышленном масштабе.

   Как и большинство каучуков, БНК получают сополимеризацией мономеров в водной эмульсии под действием персульфата калия или различных ОВИС. Различают высоко- и низкотемпературную полимеризацию Высокотемпературная полимеризация производится при температуре около 30*С и инициируется персульфатом или любым ОВИС. Такой процесс отличается большей производительностью, но, качество полученного полимера несколько ниже. Низкотемпературная полимеризация проводится при 5*С и требует более дорогой и эффективной системы охлаждения. Этот вид полимеризации БНК приводит к более качественному полимеру, отличающемуся высокой молекулярной массой и стереорегулярностью, но, имеет меньшую производительность.

    Из ОВИС используют следующие системы: 1.) персульфат калия + триэтаноламин, 2.) перекись водорода + пирофосфат натрия + сульфат железа (II), 3.) гидроперекись изопропилбензола + комплексы железа (II) с пирофосфатом натрия или Трилон Б. Третью систему обычно применяют для низкотемпературной полимеризации.

   Для регулировки молекулярной массы БНК используют диизопропилксантогендисульфид или трет-додецилмеркаптан. Обрыв цепи на заданной степени полимеризации обеспечивает добавка тетросульфида натрия, гидрохинона или диметилдитиокарбамат натрия.

    Повышение устойчивости эмульсии достигают добавкой эмульгаторов, чаще всего, это натриевая соль дибутилнафталинсульфокислоты (“некаль”) с добавкой 30-35% смеси сульфата и хлорида натрия (по массе 9:1). Менее эффективным, но, более дешевым эмульгатором служит смесь натриевых или калиевых солей жирных кислот или канифоли. Из природного сырья используют смесь натриевых солей кокосового масла, чаще всего, из непищевых отходов кокосовой стружки или пальмового масла.

    Наиболее классический состав реакционной среды (в массовых частях) для высокотемпературной полимеризации приведен в таблице.

    Обе рецептуры требуют следующего времени ведения процесса: около 28 часов для смеси I и 24 часа для смеси II. Степень полимеризации при этом, соответственно равна 75% и 90%.

    Пирофосфат натрия иногда вносят для поддержания кислотности водной фаза с целью предотвращения омыления акрилонитрила. Хлористый калий вносят для понижения вязкости латекса из технологических соображений.

   Процесс синтеза может проводится как непрерывным, так и периодическим методом. Непрерывное производство наиболее экономически целесообразно и реализовано на всех современных предприятиях в мире. Периодический метод применяют лишь на отсталых предприятиях в странах “третьего мира”, так как, он выгоден лишь при малотоннажном производстве. Для полноты обзора и из исторической ценности, рассмотрим оба метода.

    При периодическом методе производства БНК обычно используют рецептуру смеси I из приведенной выше таблицы. Процесс ведут в автоклавах с мешалкой и рубашкой охлаждения, которая служит для отвода теплоты реакции. В начале в реактор загружают водную фазу, содержащую: некаль, гидроксид и пирофосфат натрия. При работающей мешалке производят загрузку мономеров через расходомеры, при этом получается равномерная эмульсия. Одновременно начинается процесс роста ММ. Если это необходимо, то один из компонентов ОВИС предварительно растворяют в мономерах или вносят после приготовления эмульсии.

    Регулятор длины полимерной цепочки вносят поэтапно, обычно в три приема: в начале реакции, при 20% степени полимеризации и при 40% степени полимеризации. Это обеспечивает максимальную производительность процесса при соблюдении хорошего качества продукта.

    В конце процесса вводят реагент для обрыва цепи, на этом процесс полимеризации заканчивается. Сразу добавляют антиоксидант и отгоняют непрореагировавшие мономеры. Все стадии производство вплоть до слива латекса производят при работающей мешалке.

    Из реактора латекс сливают в струйный аппарат для коагуляции. Из названия аппарата понятно, что коагуляцию производят в устройстве, отдаленно напоминающем инжектор, в центр подается струя латекса, по периметру концентрированный раствор хлорида натрия. Этот аппарат обеспечивает высокую производительность при равномерном качестве коагуляции. Взвесь крошки каучука в смеси водной фазы с коагулирующим раствором подают в лентоотливочную машину, где раствор фильтрую, полученную крошку промывают и подвергают горячему вальцеванию для получения тонкой ленты. Полученную ленту промывают теплой водой и сушат в сушилке непрерывного действия. Затем ленту опудривают тальком и сворачивают в рулоны. Рулоны упаковывают в водонепроницаемые пакеты из полиэтилена или водонепроницаемые тканевые мешки.

    Непрерывная линия производства принципиально отличается лишь реактором для синтеза, который представляет собой колонный аппарат или батарею аппаратов с круговоротом непрореагировавших мономеров. Устройство и технические особенности аппаратов для непрерывного синтеза БНК и других каучуков мы, пожалуй рассмотрим в отдельной беседе.

   Для коагуляции латекса из смеси по рецептуре II используют последующее смещение с тремя реагентами: р-р хлорида натрия, р-р серной кислоты и р-р щелочи. Хлорид натрия за счет повышения ионной силы водной среды, вызывает укрупнение (агрегацию) частиц каучука. Кислота заканчивает коагуляцию, а щелочь вызывает связывание выделившихся под действием серной кислоты жирных кислот.

   Данный метод коагуляции позволяет получить достаточно низкую зольность полимера, но, обработка кислотой создает некоторые трудности, расход реагентов необратим, а БНК склонен к ускоренному старению. Поэтому в середине 1970-х годов в СССР был разработан альтернативный метод коагуляции латексов под действием концентрированного раствора хлорида кальция.

    Имея больший заряд на катионе, чем хлорид натрия, кальциевая соль к тому же, связывала жирные кислоты в вязкие, нерастворимые в воде кальциевые соли. Соли кальция несколько загрязняют полученный каучук и в ряде случаев их содержание достигает 5-6%. Но, повышение зольности БНК и содержащиеся в них соли кальция играют заметную роль только для высокопрочных шлангов топливных систем, а так же, сильно вулканизованных композиций. Поэтому хлорид кальция сегодня наиболее часто используется для коагуляции латексов БНК и многих других каучуков.

   Наиболее распространенной товарной формой БНК являются прессованные из крошки брикеты или лента, полученная на лентоотливочных агрегатах. Оба вида продукции имеют светло-коричневую или желтую окраску и упаковываются запаянный полиэтиленовый пакет с последующей зашивкой в мешок из полимерной ткани. Вес брутто в пределах 40-80 кг.

   Для производства некоторых видов продукции применяют другие товарные формы БНК: крошку, порошок, пластины, раствор в органических растворителях (для изготовления клеев) и др.

   Классификация БНК предусматривает их деление по жесткости (таблица) и содержанию акрилонитрила (цифра в процентах из маркировки) в реакционной среде.

    Жесткость (в н или (гс)) некоторых БНК, производимых в России приведена ниже.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 1993 | Добавил: Chemadm | Теги: синтез полимеров, коагуляция, латекс | Рейтинг: 4.7/7
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]