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1、 B线项目 B线题目： 丁腈橡胶的生产设计专业： 高 聚 物 生 产 技 术 班级： 高 化 0911 学号： 学生姓名： 指导教师： 目录第一章 工艺背景 1.丁腈橡胶的发展简介.4 2.丁腈橡胶的性能用途.4 3.工艺的研究意义.4第二章 设计思路及要解决的问题 1.橡胶的合成设计思路.52.丁腈橡胶需解决的问题.5第三章 丁腈橡胶的化学组成及结构.6第四章 丁腈橡胶的合成工艺1. 主原料及其规格.7 2.消费定额7 3.丁腈橡胶的聚合机理和工艺流程8 4.丁腈橡胶过程及影响因素11第五章 丁腈橡胶的性能 1.耐油和耐溶剂性.12 2.对化学物质的稳定性.13 3.耐氧化和耐日光作用.13
2、 4.耐热及耐寒性.13 5.物理机械性能.14 6.电性能和透气性.14第六章 丁腈橡胶的加工工艺及用途 1.丁腈橡胶的加工工艺.15 2.丁腈橡胶的应用.15第七章 丁腈橡胶的新发展 1.新发展.16 2.新品种.18设计总结19参考文献20丁腈橡胶的制备的工艺流程第一章 、 工艺背景1.丁腈橡胶的发展简介丁腈橡胶初始研究于德国， l931 年首先报导了丁二烯与丙烯腈的共聚物， 在 并对得到的共聚物做了性能鉴定。结果发现，它在耐老化、耐日光、耐热、耐油 以及气密性等方面均优于天然橡胶。 因而引起人们对这个新问世的高分子材料以 极大的注意。时至 1937 年德国出于发动侵略战争的需要，积极支
3、持和鼓励国内 合成橡胶的生产，致使丁腈橡胶的工业化生产首先在德国获得成功，并出法本 (IGFarban)公司投入正式生产。2.丁腈橡胶的性能与用途丁腈橡胶具有优良的耐油性,其耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，并且具有 的耐磨性和气密性。丁晴橡胶的缺点是不耐臭氧及芳香族、卤代烃、酮及酯类 溶剂，不宜做绝缘材料。 丁腈橡胶主要用于制作耐油制品， 如耐油管、 胶带、 橡胶隔膜和大型油囊等， 常用于制作各类耐油模压制品，如 O 形圈、油封、皮碗、膜片、活门、波纹管 等，也用于制作胶板和耐磨零件。3.合成工艺的意义 丁腈胶因耐油、耐热性能和物理机械性能优异，已经成为耐油橡胶制品的标 准弹性体，广泛用于汽车、
4、航空航天、石油开采、石化、纺织、电线电缆、印刷 和食品包装等领域，目前国内产不足需，年进口量约 4 万吨。2001 年全球丁腈 胶总年产能力约 65 万吨，分布在 17 个国家和地区。其中，中国周边地区年产能 力约 27 万吨，占世界总年产能力的 40，除印度外均是中国主要进口来源地。 中国目前有 3 套装置：一是中石油兰化公司早期从前苏联引进采用高温间歇乳 液聚合技术的硬胶装置，年产能力约 0.45 万吨，可生产 3 个牌号；二是中石油 吉化公司从日本引进丁苯胶装置的 1 条生产线改造而成的丁腈胶装置，采用多 釜串联、低温乳液聚合工艺，年产能力为 1 万吨，可生产 5 个牌号；三是兰化公 司
5、近年从日本引进的年产 1.5 万吨低温乳液聚合装置，可生产高、中、低含腈量 的 9 个牌号软胶。 2002 年， 中国丁腈胶生产能力为 2.95 万吨， 产量为 2.5 万吨， -2- 开工率约 85。所以，产量不能满足国内实际生产的需求，每年都要大量进口， 开发利用前景广阔。第二章 设计思路及要解决的问题1.丁腈橡胶的合成设计思路 丁腈橡胶多采用乳液聚合连续生产，也有研究溶液聚合法的，但是本课程 设计主要介绍乳液聚合法。一般标准型的丁腈橡胶，是丁二烯与丙烯腈乳液聚合 的共聚物，其工艺过程与丁苯橡胶类似。用这种方法制得的丁腈橡胶，分子结构 中丁二烯和丙烯腈的排列结合呈无现状态，因此丁腈橡胶不易
6、结晶，强度不高。 但由于这种方法在工业生产上较为成熟，工艺简单，至今还在广泛应用。现多采 用连续生产过程，以提高生产能力。温度可采用 30或约 5,转化率一般维持 在 7085。2.制备丁腈橡胶需解决的问题 生产工艺中需要解决的问题：单体丙烯腈极性较强，致使在聚合过程中胶 乳不太稳定，丙烯腈用量越大，胶乳的稳定性就越差。介质的碱性或酸性太强 或聚合温度过高都会引起氰基的水解，即：生成的酸会破坏乳化剂，这也是导致 乳胶不稳定的原因之一。 上述水解反应的中间产物酰胺基和聚合物链中的氰基 在较高温度下，都可能进行交联反应，使产品质量变坏。丁二烯与丙烯腈的竞 聚率相差颇远（在 40时分别为 0.3 和
7、 0.02）,因此，共聚物中单体的组成及分 布，对转化率的依赖性较大。采用分批加入丙烯腈的办法可以改善氰基分布。第三章 丁腈橡胶的化学组成和结构 一般标准型丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈的共聚物，其化学组成的通式为 (CH2CH=CHCH2)M (CH2CH)N | CN 丁腈橡胶为浅褐色弹性体，由于在大分子结构中含有强极性的-CN 基团，所 以对汽油及脂肪烃油类，有优异的稳定性。此外，丁腈橡胶性质与分子量及其分 布和大分子单元结构亦有关系。 丁腈橡胶的分子量可由数千到数十万，数千分子量的丁腈橡胶呈液体状态,固体丁肪橡胶分于量则高达数十万以上。工业生产中，通常采用与分子量密切相 关的门尼粘度来表示。
8、一般标准型丁腈橡胶门尼粘度在 30130ML1+4l00之间， 其中在 45 左右者称为低门尼粘度，60 左右者称为中门尼粘度，80 以上者称为高 门尼粘度。第四章 丁腈橡胶的合成工艺1. 主原料及其规格： 规格： 丁二烯 纯度 99% 乙醛 0.12% 轻组分 0.15% 重组分 0.12% 水 0.05% 丙烯腈 纯度 99.8% 过氧化物 0.110-6 铁 0.310-6 醛 1010-6 氢氰酸 510-6 乙腈 5010-62.消耗定额：（以生产1t胶计） 视牌号不同而异。 丁二烯 590714Kg 丙烯腈 300410Kg 工艺水 6t 电 270350KWh 蒸汽 2.22.6
9、t 冷却水 300t3.丁腈橡胶的聚合机理和工艺流程 1.聚合机理和工艺流程：原料： 一般标准型的丁腈橡胶，是丁二烯与丙烯腈乳液聚合的共聚物，共聚反应式 如下： CH2=CH-CH=CH2+CH2=CHCN（ CH2-CH=CH-CH2）CH2-CH）- CN 聚合用辅助原料有如下几种： 聚合引发剂为：热聚合采用无机过氧化物（如过硫酸盐） ；冷聚合采用氧化还原 引发剂（如过氧化氢和二价铁盐共存的催化体系） 。聚合度调节剂为长链烷基硫 酸等乳化剂为阴离子表面活性剂、松香酸皂和脂肪酸皂等。电解质为氯化钾、磷 酸钠和硫酸钠等。聚合终止剂为氢醌类、二甲基二硫代氨基甲酸盐类等。 用这种方法制得的丁睛橡胶
10、，分子结构中丁二烯和丙烯睛的排列结合呈无现状态，因此丁睛橡胶不易结晶，强度不高。但由于这种方法在工业生产上较为成熟，工艺简单，至今还在广泛应用。现多采用连续生产过程，以提高生产能力。聚合前，先按聚合配方配制好单体及各种助剂溶液，再将聚合釜抽真空并通入氯气以排除空气。然后在减压下，物料经计量投入具有玻璃衬里或不锈钢的聚合釜内进行聚合，并不断搅拌。聚合釜夹套或列管中通入热水或冷却介质，以控制聚合温度。当转化率达到70一75肘，聚合即告终止。按聚合配方及工艺条件，聚合温度若控制在30一40范阔，称为高温聚合控制在5-10范围，称为低温聚合。据此所得产物分别称为热聚丁睛橡胶和冷聚丁睛橡胶。2.丁腈橡胶
11、的生产流程如下：3.聚合工艺过程 1. （1）碳氢相、水相、助剂的配制将一定比例的丁二烯、丙烯腈混合均匀，制成 碳氢相。在乳化剂中加入氢氧化钠、焦磷酸钠、三乙醇胺、软水等制成水相。并 配制引发剂等待用。将碳氢相和水相按一定比例混合后送入乳化槽，在搅拌下经 充分乳化后送入聚合釜。 2. 聚合往聚合釜内直接加入引发剂，在一定温度的釜内进行聚合反应,尔后分 批加入调节剂，以调节橡胶的分子量。当转化率达到 70 一 75时，加入终止剂 终止反应，并将胶浆卸入中间贮槽。按聚合配方及工艺条件，聚合温度若控制在 30 一 40范阔，称为高温聚合；控制在 510范围，称为低温聚合。据此所得产物分别称为热聚丁腈
12、橡胶和冷聚丁腈橡胶。 3. 脱气经过终止后的胶浆，送至脱气塔，减压闪蒸出丁二烯，然后借水蒸汽 加热及真空脱出游离的丙烯腈。丁二烯经压缩升压后循环使用，丙烯腈经回收处 理后再使用。 4. 后处理经脱气后的胶浆加入防老剂 D，过滤除去凝胶后，用食盐水凝聚成 颗粒胶，经水洗后挤压除去水分，再用干燥机干燥，然后包装即得成品橡胶。经 干燥后的橡胶含水量应低于 1，成品胶一般每包重 25kg。4.影响因素 丁腈橡胶 丁二烯同丙烯腈乳液聚合中主要影响因素有单体用量比、引发剂、调节剂、 单体转化率和电解质等。单体用量比主要由产品的性能要求确定的，要求丁腈橡 胶的耐油性能好，丙烯腈用量增多，要求耐寒性能好的丁腈胶，丙烯腈的含量相 对减少。单体用量比的变化，还影响反应速度。随丙烯腈用量增加，反应速度加 速，聚合时间缩短，反之，丙烯腈用量少，聚合反应速度变慢，单位时间内转化 率低，聚合时间增加。
