第11讲合成橡胶课件.pptx
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- 11 合成橡胶 课件
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1、第三章第三章 橡橡 胶胶 合成橡胶2022-10-19通用通用合成橡胶合成橡胶1 1 丁苯橡胶丁苯橡胶2 2 聚丁二烯橡胶聚丁二烯橡胶(顺丁橡胶顺丁橡胶)3 3 丁基橡胶丁基橡胶4 4 乙丙橡胶乙丙橡胶主要主要原料原料1,3-丁二烯CH2CHCHCH21苯乙烯 CH2CH2 最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体,性质活泼,容易发生自聚反应,在贮存、运输过程中要加入阻聚剂。无色或微黄色易燃液体,化学性质非常活泼,能进行均聚合,也能与其他单体如丁二烯、丙烯腈等发生共聚合反应。3.1 丁苯橡胶丁苯橡胶(styrene butadiene rubber,SBR)43.1 丁苯橡胶丁苯橡胶(st
2、yrene butadiene rubber,SBR)这种这种丁二烯丁二烯和苯乙烯的共聚物,是最早工业化的合成橡和苯乙烯的共聚物,是最早工业化的合成橡胶;胶;2014年年,SBR约占合成橡胶总产量约占合成橡胶总产量的的60,是产量和消耗是产量和消耗量最大的合成橡胶胶种。量最大的合成橡胶胶种。(1)制备和品种)制备和品种2022-10-19 丁苯橡胶按其合成方法通常分为:丁苯橡胶按其合成方法通常分为:乳液聚合丁苯橡胶(简称乳聚丁苯橡胶,乳液聚合丁苯橡胶(简称乳聚丁苯橡胶,ESBR)溶液聚合溶液聚合丁苯橡胶(简称溶聚丁苯橡胶,丁苯橡胶(简称溶聚丁苯橡胶,SSBR)(xy)CH2CHCHCH2zCH
3、2CHCH2CHCHCH2CH2CHCH2CHCHCH2(1)制备和品种)制备和品种6乳液聚合丁苯橡胶乳液聚合丁苯橡胶溶液聚合溶液聚合丁苯橡胶丁苯橡胶50高温高温丁苯橡胶(丁苯橡胶(1000系列)系列)5低温低温丁苯橡胶(丁苯橡胶(1500系列)系列)烷基锂溶聚丁苯橡胶烷基锂溶聚丁苯橡胶高苯乙烯丁苯橡胶高苯乙烯丁苯橡胶低温低温充油丁苯充油丁苯橡胶(橡胶(1700系列)系列)低温丁苯橡胶炭黑母炼胶(低温丁苯橡胶炭黑母炼胶(1600系列)系列)醇烯溶聚橡胶醇烯溶聚橡胶锡偶联溶聚丁苯橡胶锡偶联溶聚丁苯橡胶高反式丁苯橡胶高反式丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶羧基丁苯橡胶羧基丁苯橡胶2022-10-19生产工艺
4、生产工艺发展:发展:19331933年德国采用乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡年德国采用乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡胶;胶;19371937年由德国年由德国FarbenFarben公司首先实现工业化;公司首先实现工业化;5050年代初,出现了性能优异的低温年代初,出现了性能优异的低温(5-8)(5-8)丁苯橡胶丁苯橡胶;目前目前,低温,低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量的乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量的80%80%。2022-10-19乳聚丁苯橡胶(ESBR)乳聚丁苯橡胶是自由基聚合,自工业化生产以来,己过其鼎盛时期,生产技术成熟,产品质量稳定,品种牌号齐全。ESBR
5、工业化初期,采用高温(50)聚合工艺合成的产品凝胶含量高,相对分子质量分布变宽度可达7.5 以上,称为硬橡胶。随着氧化-还原引发体系的开发,使得低温(5)ESBR软胶产品的性能优于高温硬胶,低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。2022-10-19优点:胶料不易焦烧和过硫。耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性好,适用于乘用胎。加工中分子量降到一定程度后不再降低,因而不易过炼,可塑度均匀。硫化胶硬度变化小。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用,尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用,经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。2022-10
6、-19缺点:丁苯橡胶纯胶强度低,需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加配合剂的难度比天然橡胶大,配合剂在橡胶中分散性差。反式结构多,侧基上带有苯环,因而滞后损失大,生热高,弹性低,耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。收缩大,生胶强度低,粘着性差。硫化速度慢。耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速度快,热撕裂性能差。2022-10-19溶溶 聚聚 丁丁 苯苯 橡橡 胶胶(SSBRSSBR)由于由于阴离子聚合技术的发展,溶聚丁苯橡胶(阴离子聚合技术的发展,溶聚丁苯橡胶(SSBRSSBR)开开始问世始问世。19641964年,由美国费尔斯通轮胎和橡胶公司、壳年,由美国费尔斯通轮胎和橡胶公司、壳牌化学
7、公司开始生产。牌化学公司开始生产。8080年代,世界的年产量已达数十年代,世界的年产量已达数十万吨万吨。溶溶聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合,分子量分布窄、聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合,分子量分布窄、顺式含量高优异顺式含量高优异,滚动阻力小滚动阻力小,抗湿滑性和耐磨性能优异抗湿滑性和耐磨性能优异,是轮胎面胶理想的材料。其发展正处于稳步上升阶段是轮胎面胶理想的材料。其发展正处于稳步上升阶段。合成合成SSBRSSBR的基本工艺:以烷基锂为引发剂,烷烃或环的基本工艺:以烷基锂为引发剂,烷烃或环烷烃为溶剂,烷烃为溶剂,THFTHF为无规剂,醇类为终止剂。为无规剂,醇类为终止剂。12CH2CCH2CHHCH
8、2CCH2CHHxyzCHCH(2)丁苯橡胶的结构与丁苯橡胶的结构与性能关系性能关系宏观结构:宏观结构:单体比例、平均分子量、分子量分布、分子结单体比例、平均分子量、分子量分布、分子结构的线性和非线性、凝胶的含量等;构的线性和非线性、凝胶的含量等;微观结构:微观结构:顺式、反式顺式、反式-1,4、1,2-结构的比例以及结构的比例以及 St 和丁和丁二烯单元的分布等二烯单元的分布等结构结构13单体比例直接影响聚合物的单体比例直接影响聚合物的Tg。随着。随着St含量增加,含量增加,Tg升高,弹性升高,弹性模量增加。模量增加。St含量为含量为25%时,时,Tg约为约为-65;St含量为含量为50%时
9、,时,Tg为为-55;St含量为含量为75%时,时,Tg约为约为0。侧乙烯基及苯乙烯含量增加,溶聚丁苯橡胶的磨耗指数下降侧乙烯基及苯乙烯含量增加,溶聚丁苯橡胶的磨耗指数下降,但加,但加工工性能和抗湿滑性能提高性能和抗湿滑性能提高;乳聚丁苯橡胶苯乙烯含量一般为乳聚丁苯橡胶苯乙烯含量一般为23.5%,其综合性能最好,其综合性能最好。大多数大多数溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为18%或或23.5%-25%之间。之间。(2)丁苯橡胶的结构与性能关系丁苯橡胶的结构与性能关系性能:性能:丁丁苯胶的性能是由其宏观、微观结构共同苯胶的性能是由其宏观、微观结构共同决定决定。14丁苯橡胶因分子
10、结构不规整,属于不能结晶的非极性橡胶。苯环和丁苯橡胶因分子结构不规整,属于不能结晶的非极性橡胶。苯环和侧乙烯基的存在使大分子链柔性较差,分子内摩擦增大。因此,丁苯侧乙烯基的存在使大分子链柔性较差,分子内摩擦增大。因此,丁苯橡胶的纯胶强度低,须加炭黑等增强剂,才具有使用价值橡胶的纯胶强度低,须加炭黑等增强剂,才具有使用价值。分分子结构不规整,不能结晶,侧基的存在使大分子链柔性较差子结构不规整,不能结晶,侧基的存在使大分子链柔性较差生胶强度低生胶强度低,不,不饱和度比饱和度比NR低,双键的反应活性也略低于低,双键的反应活性也略低于NR,因此,因此SBR的耐热性、耐老化性、耐磨性均优于的耐热性、耐老
11、化性、耐磨性均优于NR;(2)丁苯橡胶的结构与性能关系丁苯橡胶的结构与性能关系性能性能2022-10-19但弹性、耐寒性较差,耐屈挠龟裂、耐撕裂性和粘附性能均较但弹性、耐寒性较差,耐屈挠龟裂、耐撕裂性和粘附性能均较NR橡胶差。橡胶差。SBR加工性能不如加工性能不如NR,不容易塑炼,对炭黑浸润性差,不容易塑炼,对炭黑浸润性差抗湿滑性能好,对路面的抓着力大,且具有一定的耐磨性,是轮胎胎面胶抗湿滑性能好,对路面的抓着力大,且具有一定的耐磨性,是轮胎胎面胶的好材料的好材料。丁苯橡胶价格较低,其力学性能和工艺加工性能的不足可以通过调整配方丁苯橡胶价格较低,其力学性能和工艺加工性能的不足可以通过调整配方(
12、如与天然胶并用)和工艺条件得到改善或克服。(如与天然胶并用)和工艺条件得到改善或克服。高苯乙烯丁苯橡胶(高苯乙烯丁苯橡胶(80%)对橡胶具有补强作用,可与天然橡胶、丁苯橡)对橡胶具有补强作用,可与天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶及氯丁橡胶等二烯烃类橡胶共混,可用硫磺进行硫化;可提高胶、丁腈橡胶及氯丁橡胶等二烯烃类橡胶共混,可用硫磺进行硫化;可提高橡胶硬度;耐老化性好;耐磨性好;电绝缘性好。橡胶硬度;耐老化性好;耐磨性好;电绝缘性好。2022-10-19(3 3)丁苯橡胶的应用)丁苯橡胶的应用 乳聚丁苯橡胶的物理机构性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度
13、较天然橡胶更为优良,可与天然橡胶及多种合成橡胶并用,广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。(3 3)丁苯橡胶的应用)丁苯橡胶的应用 SSBR SSBR 是综合性能介于是综合性能介于ESBR ESBR 和和BR BR 之间的一种通用之间的一种通用SRSR。可大量用于轮胎胎面胶、制鞋工业及其它橡胶工可大量用于轮胎胎面胶、制鞋工业及其它橡胶工业制品。业制品。SSBR SSBR 的生产成本略高于的生产成本略高于ESBR,ESBR,但其性能要比但其性能要比ESBR ESBR 优优越得多越得多,因此从性能价格比来看因此从性能价格比来看,SSBR SSBR 比比ESBR E
14、SBR 有更大有更大的优势的优势,这促使这促使SSBR SSBR 得到迅速发展。得到迅速发展。2022-10-1918主要应用于轮胎工业,也适合于胶管、胶带、胶鞋以主要应用于轮胎工业,也适合于胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品。及其他橡胶制品。高高St的的SBR适合制造高硬度质轻的制品,如鞋底、滑适合制造高硬度质轻的制品,如鞋底、滑冰轮、铺地材料、硬质胶管等。冰轮、铺地材料、硬质胶管等。(3 3)丁苯橡胶的应用)丁苯橡胶的应用192014年产量年产量占到合成橡胶产量的占到合成橡胶产量的23聚合方法:乳液聚合、聚合方法:乳液聚合、溶液聚合溶液聚合(1,2-加成、顺式加成、顺式1,4-加成、加成、反
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