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1、溶液丁苯橡胶聚合工艺设计摘要本设计要紧是对溶液丁苯橡胶聚合工艺进行设计，它的聚合机理为阴离子聚 合，其目的是为了进一步明确 S-SBR 的聚合工艺，把握其聚合机理，并选取适当 的配方，降低耗能，提高产率，提高其性能。文献部分对溶液丁苯橡胶的进展史， 聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺，种类与性能，结构及应用等方 面进行了阐述。在设计部分对聚合过程的物料平稳，热量平稳进行了运算，以及 聚合反应器和搅拌桨的设计运算。整个过程参考了大量的相关文献，并对各类搅 拌器和反应釜进行了比较，综合各搅拌器和聚合釜的优点，对已有的工艺进行了 改进，提高了聚合效率。关键词：S-SBR，阴离子聚合，聚合工艺
2、，间歇聚合，聚合釜AbstractThe design is mainly to design the solution styrene-butadiene rubber polymerization process. Its polymerization mechanism is anion polymerization. The purpose of the design is to further catch on the S-SBR polymerization technics, master the mechanism, choice proper formulation, lea
3、se the using power, improve the yield, and improve its performance. The literature is including the development history of the S-SBR, polymerization mechanism, different kinds of formulation, polymerization process, flowed produce technics, categories, property, construction, and application and so
4、on. Besides, in the design part, include the polymerization processs materiel balance, quantity of the heat balance, and polymerization kettles beater design calculation. During the whole course, with amount of correlative literature, after comparing with the different beaters and polymerization ket
5、tle, improve the past mechanism and improve the polymerization efficiency.Keywords:S-SBR,anionpolymerization,polymerizationmechanism intermittent polymerization, polymerization kettle目录第一章前言111 总述112 内容简介2第二章总论421 文献4211S-SBR 聚合反应机理阴离子聚合：4212S-SBR 的进展简史及与 E-SBR 的比较5213 溶聚丁苯的结构、性能及应用：8214 溶液丁苯橡胶的聚合工艺
6、：9215 生产操纵因素14第三章设计2031 物料衡算20311 设计要求：20312 原料要求：203.1.3 配方要求:203.1.4 反应时刻及操纵温度.203.1.5 运算过程：213.2 设备运算23321 釜式聚合反应器的结构24322 确定反应釜釜身与封头形式24323 搅拌器的选择与确定24324 运算与设计部分2533 热量衡算30331 数据整理30332 运算过程30第四章问题与进展前景33第五章 设计体会与收成34参 考 文 献35致谢37附图A 溶液丁苯橡胶 生产工艺流程图 B 溶液丁苯橡胶 聚合釜总图第一章前言11 总述溶液丁苯橡胶于 60 年代初由 Firest
7、one 公司和 Phillips 公司领先实现工业化 生产，最初的目的是因苯乙烯价格上升，想生产能达到乳液丁苯橡胶性能水平的低 苯乙烯含量的溶液丁苯橡胶。但专门快就发觉溶液丁苯橡胶具有比乳液丁苯橡胶更优 异的机械性能，因而引起广泛的重视。目前世界溶液丁苯橡胶总消费量大约占丁苯 橡胶总消费量的 40左右。差不多生产技术：溶液丁苯橡胶的工业生产中，通常使用烷基锂，要紧是丁基锂 为引发剂，烷烃或环烷烃为溶剂，四氢呋喃为无规剂，醇类为终止剂。其差不多技术 路线有两种：1Phillips 法：该公司专利覆盖了连续聚合工艺和间歇聚合工艺，但 以间歇工艺为主；2Firestone 法：其差不多工艺与 Phi
8、llips 法相同，以连续聚合为主， 也可用间歇聚合工艺。这两种工艺所生产的聚合物微观结构为：顺式 1，4含量 3550，反式 1，4含量 3555，1，2含量 10左右。Phillips 公司 目前差不多不生产溶液丁苯橡胶，但其技术仍被欧洲许多公司所采纳，如 Enichem 和 Petrochem 公司等。其它技术差不多上在上述两种差不多技术的基础上进展的。最早生产的溶液丁苯橡胶，其玻璃化温度低Tg 为70左右，乙烯基结构 含量只有 1013，分子量分布窄且呈单峰分布，尽管其耐磨性和耐寒性比乳 液丁苯橡胶好，但粘着性能与加工性能稍差。作为轮胎用胶没有表现出明显的优越 性。70 年代中期，石油
9、危机使汽车的节能成为突出的问题。汽车的耗能中专门大一 部分用于克服轮胎的滚动阻力，小汽车总能耗的 20用于克服轮胎的滚动阻力。 而轮胎滚动阻力的将近 40产生于轮胎的胎面。尽管轮胎的滚动阻力能够通过改 进轮胎结构设计和改变胶料配方等手段得到改善，然而降低轮胎滚动阻力最全然的 途径依旧改善基础胶的性能，加之国外对轮胎在高速行驶下的安全和舒服性的要求 也越来越高。因此，开发既有低滚动阻力又有高抗湿滑性和耐磨性的新型胎面用合 成橡胶成为国外合成橡胶生产者的研究开发重点。由于锂系催化剂制备的合成橡 胶，专门是溶液丁苯橡胶生产灵活性大，聚合物结构与性能易调剂，便于通过高分 子设计手段开发具有专门性能的合
10、成橡胶新品种，因而成为开发新型轮胎胎面用胶 的重点目标。品种：1937 年德国第一投入工业生产，是一种综合性能较好的通用型品种，依照生产丁苯橡胶时所用聚合反应的温度，助剂及单体配比等的不同，丁苯橡胶的 种类专门多，要紧者见表 1-1。表 11 丁苯橡胶种类品名特点高温丁苯 低温丁苯充油丁苯在 50 度左右聚合在 5 度左右聚合，弹性大强度大，耐磨耗性好 加有含芳烃或环烷烃的石油馏分，易加工较耐寒，成本低充碳黑丁苯加有碳黑，生胶混炼时的电力消耗少充油-碳黑丁苯 充树脂丁苯加有碳黑和石油，兼有充油，充碳黑丁苯的特色加有树脂，物理性能比一样丁苯好丁苯橡胶外观是浅黄褐色的弹性体，微有苯乙烯那种气味。商
11、品丁苯橡胶除含 生胶之外，还含有多种助剂之类的非胶成分。丁苯橡胶的介电性能较好，和其他通用橡胶一样，它在空气中长期受氧的作用 后，性能会逐步变坏，专门是在高温顺光线的照耀下更是如此。1丁苯橡胶的粘结性不行，在用它制造多层制品如轮胎，帘布，运输带，胶管等 时成型过程中的贴合就有些困难。制品在多次变形时如轮胎行驶过程中的发热量大，相对地将缩短使用寿命。 此外，它的弹性也较差。丁苯橡胶的硫化速度较慢，因此，硫化促进剂的用量要大些。丁苯橡胶的组成 结构与天然橡胶不同。天然橡胶不同。天然橡胶要紧是由有规那么的聚异戊二稀顺 式-1.4链组成，而丁苯橡胶那么是丁二稀与苯乙烯的不规整共聚物。12 内容简介本文
12、包括文献和设计两部分，文献部分从理论上对溶液丁苯橡胶进行阐述，具 体讲为对溶液丁苯橡胶的进展史，聚合机理，各种配方，聚合过程，流程生产工艺， 种类与性能，结构及应用等方面进行了阐述。而设计部分那么针对物料，设备，热量衡算来进行，通过依照额定年产量，反应 时刻，进料温度的运算，选取适当的聚合温度，完成聚合反应器和搅拌桨的设计计算，并运算出换热面积及电机的功率，设计出一个较完整的流程，进行一万五千吨 溶液丁苯橡胶的设计生产。设计目的是，了解并把握溶液丁苯橡胶的聚合机理，聚 合工艺，并对已有的工艺进行了改进，提高聚合效率。第二章总论21 文献211S-SBR 聚合反应机理阴离子聚合：能够发生阴离子聚
13、合的单体要紧有两类：一是乙烯基或二烯烃单体它们须带 有可使负电荷稳固的吸电子取代基二是环状单体如内酰胺、内酯、环氧杂烷、异 氰酸酪等。阴离子聚合引发剂为碱、路易士碱等碱金属、金属碳基物、胺、磷化氢 以及格氏试剂等。多数情形下，所加入的引发剂本身含有聚合的引发种(中心)；但 有些情形下实际聚合引发种和所加入的引发剂是不同的，是引发剂与溶剂的作用产 物，例如在二甲基亚矾溶剂中阴离子聚合通常在极性溶剂中进行。这种情形下，对 应阳离子的阻碍可减少，有机碱专门适合。因此四氢映喃、乙二醇甲醚、等常用作 阴离子聚合引发剂，阴离子聚合反应历程包括链引发与链增长，依照需要，链终止能够幸免。 链引发和增长聚合引发
14、种和单体发生反应时有二种情形：一是聚合引发剂和单体分子之间有两个电子转移而生成一个键；二是单电子转移而不生成键，链引发 后即与单体连续作用而链增长。由于阴离子聚合反应能够生成稳固的增长链因此必须加入含有亲电基团的 链终止剂，才可使之链终止。现在亲电基团结合于端基上，依照链终止剂的官能数 可分为单分子终止，双分子终止或引入第二种单体进行嵌段共聚。反应历程如以下图 2.1。阴离子聚合反应要紧特点：不存在链终止过程、阴离子聚合反应生成的增长链 端基是稳固的状态分子量随单体用量的增多而增加同时分子量分布狭窄。对应离子对链段结构产生的阻碍，与游离基聚合反应不同。阴离子引发剂中对应 离子对主链结构产生阻碍
15、。溶剂对反应条件的阻碍，与自由基聚合反应不同，阴离 子聚合过程中溶剂以及溶剂中的少量杂质可不能阻碍链增长过程。而是阻碍反应速度 相链增长的模式。在工业上的应用：由于阴离子聚合过程中能够产生活性增长链合成分子量甚为 狭窄的聚合物。因此它为高分子提供了持殊的合成。结合成利用先后加入不同种类 单体进行阴离子聚合的方法合成 AB 型，ABA 型以及多嵌段、星形、梳形等不同形式的嵌段共聚物。热塑性橡胶的生产是工业上重要成就。利用在聚合反应终止时需 加入终止剂这一特点，合成某些具有适当功能团端基的聚合物。图 2.1 阴离子聚合反应历程212S-SBR 的进展简史及与 E-SBR 的比较进展历史：SBR 的生产已有 50 年的历史。起初,乳液聚合是生产商品 SBR 的 唯独方法。这种聚合过程是:单体在皂类、促进剂及其它改性剂的水溶液中进行聚 合。该聚合进行得不完全,剩余单体必须被提纯再利用。聚合物胶乳经凝固、烘干 后形成
