Styrén-butadiénový kaučuk sa považuje za jednu z najpoužívanejších možností pre polymérne materiály. Je vhodný na výrobu pneumatík a iných gumených výrobkov s vysokou kvalitou.
Pomenovaný polymérny materiál sa vyrába z lacných surovín a jeho výrobná technológia sa považuje za celkom dostupnú s jasným algoritmom akcií. Výsledný styrén-butadiénový kaučuk má vynikajúce vlastnosti a chemické vlastnosti. Vyrába sa vo významných objemoch a výrobca ho prezentuje v širokom sortimente.
Suroviny na výrobu
Pozrime sa bližšie na výrobu styrén-butadiénových kaučukov. Ako surovina pre tento polymérny materiál je zvolený butadién-1, 3- alebo alfa-metylstyrén. Získajte styrén-butadiénový kaučuk technológiou roztoku alebo emulznou kopolymerizáciou. Pri druhom spôsobe sa vytvárajú styrén-butadiénové roztokové kaučuky.
Emulzná polymerizácia
Ako sa vyrába styrénbutadiénový kaučuk? Reakcia zahŕňa kopolymerizáciu styrénu abutadién v emulzii. Konečný produkt, ktorý je výsledkom tejto interakcie, sa nazýva styrén-butadiénový kaučuk (SBR).
V súčasnosti domáci gumárenský priemysel vyrába rôzne polymérne produkty založené na tejto chemikálii.
Ako sa klasifikuje styrén-butadiénový kaučuk? Výrobcovia ponúkajú nasledujúce možnosti:
- gumy, ktoré neobsahujú olej (SKS-ZOARK);
- materiály s priemerným percentom oleja (SKM-ZOLRKM-15);
- so zvýšeným množstvom oleja (SKS-ZODRKM-27);
- s vynikajúcimi dielektrickými vlastnosťami (SKS-ZOARPD).
Špecifické pomenovanie
Prvé číslice vo vyššie uvedených názvoch hovoria o kvantitatívnom obsahu styrénu v počiatočnej dávke vybranej pre proces polymerizácie:
- "A" zahŕňa implementáciu procesu nízkoteplotnej polymerizácie (nie viac ako +5 stupňov).
- „M“znamená, že obsahuje olej, nielen styrén.
- Styrén-butadiénový kaučuk s písmenom „P“hovorí o polymerizačnej reakcii bez prítomnosti regulátora.
- "K" označuje použitie kolofónneho emulgátora pri výrobe gumy.
- Písmeno "P" symbolizuje materiál získaný v prítomnosti solí mastných, syntetických kyselín, ktoré sú produktmi čiastočnej oxidácie nasýtených parafínov vo východiskovej zmesi.
Čo charakterizuje styrén-butadiénový kaučuk? Jeho príprava je založená na procese polymerizácie,ktorý poznajú aj stredoškoláci študujúci na stredných a vysokých školách.
Na výrobu podrážkovej gumy v priemysle sa teda používa styrén-butadiénová guma plnená živicou, ktorej vzorec sa nelíši od bežného diénového uhľovodíka. Gumy vyrobené na báze styrén-butadiénovej živice majú zvýšenú odolnosť proti mechanickému oderu a dobré vlastnosti podobné koži.
Vykonajte proces emulznej polymerizácie na špeciálnom priemyselnom zariadení. Čo charakterizuje tento styrén-butadiénový kaučuk? Jeho príjem sa vykonáva podľa jasnej a osvedčenej technológie. Priemerná doba trvania chemickej reakcie je 12-15 hodín. Po ukončení polymerizácie sa vytvorí latex, ktorý obsahuje približne 30-35 percent polymérnej látky. Neon D. sa pridáva do latexu ako antioxidant
Z latexu sa kaučuk vyrába koaguláciou elektrolytov, ktoré obsahujú kyselinu sírovú. Vzhľadom na to, že kolofónny olej a mydlo na báze syntetických mastných kyselín pôsobia ako emulgátory, okrem koagulácie sa pozoruje aj tvorba mastných kyselín, ktoré majú pozitívny vplyv na technologické vlastnosti hotového výrobku.
Vďaka prídavku kyseliny sírovej sa mydlo premieňa na voľné organické kyseliny, dokončuje sa koagulácia latexu a vzniká styrén-butadiénový kaučuk. Použitie hotového materiálu je mnohostranné v závislosti od typu výroby. V podstate je to gumabežná surovina v chemickom priemysle.
Štruktúra gumy
Aká je štruktúra styrénbutadiénového kaučuku? Fyzikálne vlastnosti danej látky sú určené vlastnosťami jej štruktúry. Po prijatí polyméru ozonizáciou sa vytvorí polymér nepravidelnej štruktúry. V kaučuku sú monomérne jednotky rozdelené náhodne, molekula má rozvetvenú formu.
Takmer 80 percent všetkých jednotiek je trans a iba 20 percent je cis.
Funkcie
Poďme analyzovať styrén butadiénový kaučuk. Vlastnosti tejto látky sú spojené s jej vysokou molekulovou hmotnosťou. V priemere je to 150 000 – 400 000. A technológia výroby kaučukov plnených olejom zahŕňa výber materiálov s vysokou relatívnou molekulovou hmotnosťou. Táto možnosť vám umožňuje eliminovať negatívny vplyv oleja na kvalitu gumy, zachovať vynikajúce technologické vlastnosti gumy po dlhú dobu.
Z etylénu je možné získať styrén-butadiénový kaučuk vedením technologického reťazca s použitím aktivátorov, emulgátorov, regulátorov, ako aj iných látok, čiastočne v procese interakcie prechádzajúcich do zloženia výsledného kaučuku.
Rozlišovacie vlastnosti
Poďme charakterizovať styrén-butadiénový kaučuk. Vzorec tejto látky naznačuje, že je odolná voči mechanickej deformácii, agresívnym rozpúšťadlám. Na zvýšenie mrazuvzdornosti a elasticityguma znižuje množstvo styrénu v počiatočnej zmesi. Výsledný polymér sa rozpúšťa v benzíne a aromatických rozpúšťadlách.
V čom ešte vyniká styrén-butadiénový kaučuk? Vlastnosti a vzťah ku koncentrovaným kyselinám, ketónom, alkoholu sú stabilné, okrem toho má polymér výbornú priepustnosť pre plyny a vodu. Počas zahrievania gumy sú pozorované vážne štrukturálne zmeny, ktoré negatívne ovplyvňujú fyzikálne a mechanické vlastnosti výslednej gumy.
Tepelná oxidácia pri teplotách nad 125 °C spôsobuje zníženie tuhosti a deštrukciu. Následná oxidácia znamená vážne štruktúrovanie polyméru, ovplyvňuje zvýšenie jeho tuhosti.
Funkcie aplikácie
Styrén-butadiénový kaučuk sa používa na vytvorenie gumovej zmesi. Vlastnosti, použitie tohto zástupcu triedy diénových uhľovodíkov plne zodpovedá vlastnostiam jeho štruktúrneho vzorca.
Prítomnosť vedľajších fenylových skupín ovplyvňuje zvýšenú odolnosť voči negatívnym účinkom vystavenia žiareniu v porovnaní s inými druhmi týchto polymérov.
Gumové zmesi, ktoré sú vyrobené na báze styrén-butadiénového kaučuku, majú nízku lepivosť, zvýšené zmrštenie pri kalandrovaní a vytláčaní. To negatívne ovplyvňuje realizáciu technologických procesov, ako aj pri lepení (montáži) gumových prírezov.
Nízkoteplotné kaučuky majú vylepšené technologické vlastnosti, sú tzv"horúce" gumy.
Rôzne kaučuky
Mäkké styrén-butadiénové nízkoteplotné kaučuky majú nízku viskozitu, takže nie sú plastifikované.
Tuhé kaučuky sa vyrábajú v malých množstvách, pričom sa podrobujú termooxidačnej plastifikácii na vzduchu pri teplote asi 1400 °C pomocou aktivátorov degradačných procesov.
Neplnené vulkanizéry majú nízku pevnosť v ťahu. S poklesom množstva viazaného styrénu v polymérnej zmesi klesá odolnosť a odolnosť proti oderu, zvyšuje sa mrazuvzdornosť a zvyšuje sa elasticita.
Vulkanizéry zo styrén-butadiénového kaučuku s čiernou náplňou (sadzami) majú vynikajúce parametre z hľadiska tepelnej odolnosti a odolnosti proti opotrebeniu, ale do určitej miery sú horšie v elasticite a odolnosti proti deformácii ako bežné gumy. Použité vulkanizéry majú dodatočnú odolnosť voči koncentrovaným a zriedeným kyselinám, alkoholom, zásadám, éterom. Napučiavajú v gumových rozpúšťadlách.
Všetky získané polyméry sa používajú pri výrobe pneumatík, výrobe rôznych nelisovaných a lisovaných produktov. Napríklad zo styrén-butadiénového kaučuku sa vyrábajú dopravné pásy na ťažbu dreva a vyrábajú sa gumené topánky. Vďaka zvýšenej odolnosti voči žiareniu sa všetky tieto kaučuky používajú pri výrobe gúm, ktoré majú optimálnu odolnosť voči gama žiareniu.
Na výrobu produktov s vynikajúcimi mrazuvzdornými vlastnosťami sa používajú suroviny, vktorý obsahuje minimálny obsah styrénu.
Charakteristika roztokovej polymerizácie styrén-butadiénových kaučukov
V domácom priemysle bola spustená výroba styrén-butadiénových kaučukov roztokovej polymerizácie s rôznym obsahom styrénu:
- DSSK-10.
- DSSK-25.
- DSSK-18.
- DSSK-50.
- DSSK-25D (má vylepšené dielektrické vlastnosti).
V predaji je aj guma, ktorá obsahuje aromatické styrénové mikrobloky, určené na spracovanie odliatkov.
Okrem toho existujú kaučuky na polymerizáciu v roztoku, ktoré obsahujú až 27 % oleja. Vďaka roztokovej polymerizácii v prítomnosti organolítnych katalyzátorov sa upravia hlavné parametre molekulárnej štruktúry:
- pobočky reťazca;
- molekulová hmotnosť;
- makroštruktúry.
Významnými vlastnosťami takýchto kaučukov je významná prítomnosť samotného polyméru (až 98 %), minimálne množstvo nečistôt. Polyméry majú lineárnu štruktúru v porovnaní so styrén-butadiénovými emulznými kaučukami.
Výsledné polymérne materiály majú vyššiu ťažnosť, odolnosť proti opotrebovaniu, mrazuvzdornosť a zvýšenú odolnosť proti praskaniu. Zaznamenávame tiež vysokú dynamickú odolnosť týchto materiálov. Pri menšom zmrštení majú vyššiu Mooneyovu viskozitu, keďže makromolekuly majú lineárnu štruktúru, sú schopné naplniť veľké množstvosadze (sadze) a olej bez nepriaznivej zmeny mechanických a fyzikálnych vlastností vulkanizátorov.
Pri výrobe roztokových kaučukov existujú určité technologické výhody v porovnaní s emulznými možnosťami, ale existuje oveľa viac požiadaviek na čistotu použitých monomérov. Polymerizačné kaučuky v roztoku sa používajú v pneumatikárskom priemysle na výrobu odolných dopravných pásov, podrážok topánok, gumových návlekov a mnohých gumených častí. Styrén a buadién-1, 3 sa považujú za počiatočné zložky na výrobu polymérnych materiálov tohto typu Kaučuky sa získavajú roztokovou alebo emulznou kopolymerizáciou.
V modernej výrobe sa využíva nielen technológia výroby neplnených gúm, ale etablovala sa aj výroba polymérov, ktoré obsahujú živice, sadze a olej. Spomedzi všetkých vyrobených polymérnych materiálov predstavuje styrén-butadiénový kaučuk viac ako polovicu celkovej výrobnej kapacity.
Dôvodom tohto rozsahu je vysoká homogenita fyzikálnych a chemických vlastností vyrábaného produktu, dostupnosť východiskových monomérov (styrén a butadién), ako aj dobre zavedená výrobná linka.
Veľká masa styrén-butadiénového kaučuku v modernej výrobe sa získava emulznou kopolymerizáciou styrénu a butadiénu.
Klasifikácia gúm podľa štruktúry
Vzhľadom na podmienky polymerizácie a zloženie použitých komponentov je výroba styrén-butadiénových kaučukov, ktoré sa líšia vvlastnosti a zloženie. Štatistická, nepravidelná distribúcia štruktúrnych jednotiek styrénu a butadiénu v makromolekule je povolená.
S klesajúcou teplotou je pozorovaný pokles kvantitatívneho obsahu frakcií s nízkou molekulovou hmotnosťou vo vytvorenej gume. Okrem toho sa znižuje štrukturálne vetvenie, zvyšuje sa pravidelná štruktúra polyméru, čo pozitívne ovplyvňuje technické a prevádzkové vlastnosti hotového výrobku.
Vo vývoji domácej výroby syntetických materiálov bolo dôležitým bodom etablovanie sa výroby styrén-butadiénových materiálov radikálovou polymerizáciou. V súčasnosti sa takéto materiály vysokej kvality a za prijateľnú cenu vyrábajú v továrňach v Krasnojarsku, Omsku, Tolyatti, Sterlitamaku, Voroneži.
Technologické funkcie
Na želanie môžete získať polymér s určitými parametrami. Napríklad s danou priemernou molekulovou hmotnosťou, ktorá sa počas polymerizácie riadi zavedením regulátorov schopných prenosu reťazca. Keď sa kvantitatívny obsah regulátorov zvyšuje, pozoruje sa pokles molekulovej hmotnosti polyméru.
Čo možno považovať za emulgátory vhodné na výrobu stabilných emulzií monomérov, ako aj na tvorbu finálnych produktov polymerizácie, latexov? Za hlavné chemické zložky sa považujú draselné alebo sodné soli mastných syntetických karboxylových kyselín, hydrogenovaná kolofónia, ako aj soli alkylsulfonátov.
Pri výbere kolofónie je potrebné najprvpodrobené špeciálnemu ošetreniu. V procese disproporcionácie s katalyzátorom (paládium) získava vlastnosti potrebné pre technologický reťazec výroby gumy.
Výrobné špecifiká
Na uskutočnenie kopolymerizácie sa používa batéria polymérov. Pri príprave zmesi sa zmieša čistený a predsušený styrén, butadién, rozpúšťadlo (môže to byť cyklohexán) v pomere 5/1. Ďalej sú zložky pôvodnej náplne privádzané do membránového mixéra pre vysoko kvalitné miešanie. Potom sa zmes odošle na jemné chemické čistenie od rôznych malých nečistôt.
Aparatúra je naplnená organolítnymi zlúčeninami titrovanými pri 25 °C počas 20 minút. Stupeň čistenia je určený farbou náplne. Ak nie sú žiadne nečistoty, zmes má mierne hnedú farbu. Pred polymerizáciou sa zmes zmieša s katalyzátorom, polárnymi prísadami.
Proces prebieha v batérii, ktorá pozostáva z troch štandardných zariadení, postupným dodávaním náboja. Teplota vo vnútri polymerizátorov sa udržiava v rozmedzí od 50 do 80 °C. Priemerná dĺžka celého chemického procesu je 6 hodín.
Záver
V každej sfére života a činnosti moderného človeka existujú materiály na báze styrén-butadiénového kaučuku. V prvom rade si všimneme vytvorenie gumených podrážok do topánok, automobilových gumených pneumatík, rôznych zavlažovacích hadíc.
Štatistické kopolyméry styrénu abutadién je široko používaný pri výrobe elektrických izolačných materiálov, rôznych produktov pre automobilový priemysel, vrátane výroby vysoko kvalitných pneumatík. Inovatívne technológie používané modernými výrobcami styrén-butadiénových kaučukov im umožňujú vytvárať produkty so špecifikovanými fyzikálnymi a chemickými parametrami a požadovanými úžitkovými vlastnosťami.
Medzi znaky tejto výroby patrí použitie vysokokvalitných katalyzátorov. V závislosti od štruktúry syntetizovaných kaučukov sa dĺžka procesu ich tvorby, ako aj konečná cena gumových výrobkov vyrábaných na báze kaučuku výrazne líšia.
