Kauczuk butadienowo-styrenowy jest uważany za jedną z najczęściej używanych opcji materiałów polimerowych. Nadaje się do produkcji opon i innych wyrobów gumowych o wysokiej jakości.
Wymieniony materiał polimerowy jest wytwarzany z niedrogich surowców, a jego technologia produkcji jest uważana za dość przystępną cenowo, z jasnym algorytmem działania. Powstały kauczuk styrenowo-butadienowy ma doskonałe właściwości użytkowe i chemiczne. Jest produkowany w znacznych ilościach i prezentowany przez producenta w szerokim asortymencie.
Surowce do produkcji
Przyjrzyjmy się bliżej produkcji kauczuków butadienowo-styrenowych. Jako surowiec dla tego materiału polimerowego wybiera się butadien-1, 3 lub alfa-metylostyren. Uzyskaj kauczuk butadienowo-styrenowy za pomocą technologii rozpuszczania lub kopolimeryzacji emulsyjnej. W drugiej metodzie powstają kauczuki butadienowo-styrenowe.
Polimeryzacja emulsyjna
Jak produkowany jest kauczuk butadienowo-styrenowy? Reakcja obejmuje kopolimeryzację styrenu ibutadien w emulsji. Produkt końcowy powstały w wyniku tej interakcji nazywa się kauczukiem butadienowo-styrenowym (SBR).
Obecnie krajowy przemysł gumowy produkuje różnorodne produkty polimerowe na bazie tej substancji chemicznej.
Jak klasyfikowany jest kauczuk butadienowo-styrenowy? Producenci oferują następujące opcje:
- gumy niezawierające oleju (SKS-ZOARK);
- materiały o średniej zawartości oleju (SKM-ZOLRKM-15);
- ze zwiększoną ilością oleju (SKS-ZODRKM-27);
- o doskonałych właściwościach dielektrycznych (SKS-ZOARPD).
Konkretne nazewnictwo
Pierwsze cyfry w powyższych nazwach informują o ilościowej zawartości styrenu we wsadzie wstępnym wybranym do procesu polimeryzacji:
- „A” polega na realizacji procesu polimeryzacji w niskiej temperaturze (nie więcej niż +5 stopni).
- Litera „M” oznacza, że zawiera olej, a nie tylko styren.
- Kauczuk butadienowo-styrenowy z literą „P” mówi o reakcji polimeryzacji bez obecności regulatora.
- "K" wskazuje na użycie emulgatora kalafonii w produkcji gumy.
- Litera „P” symbolizuje materiał uzyskany w obecności w początkowej mieszaninie soli kwasów tłuszczowych, syntetycznych, które są produktami częściowego utleniania nasyconych parafin.
Co charakteryzuje kauczuk butadienowo-styrenowy? Jego przygotowanie opiera się na procesie polimeryzacji,który jest znany nawet licealistom uczącym się w szkołach ogólnokształcących i kolegiach.
Tak więc do produkcji gumy podeszwowej w przemyśle stosuje się wypełniony żywicą kauczuk butadienowo-styrenowy, którego formuła nie różni się od zwykłego węglowodoru dienowego. Kauczuki produkowane na bazie żywicy styrenowo-butadienowej charakteryzują się podwyższoną odpornością na ścieranie mechaniczne oraz dobrymi właściwościami skóropodobnymi.
Przeprowadź proces polimeryzacji emulsyjnej na specjalnym zakładzie przemysłowym. Co charakteryzuje ten kauczuk butadienowo-styrenowy? Odbiór odbywa się według przejrzystej i sprawdzonej technologii. Średni czas trwania reakcji chemicznej wynosi 12-15 godzin. Po zakończeniu polimeryzacji powstaje lateks, który zawiera około 30-35 procent substancji polimerowej. Neon D. jest dodawany do lateksu jako przeciwutleniacz
Kauczuk z lateksu jest wytwarzany przez koagulację elektrolitów zawierających kwas siarkowy. Biorąc pod uwagę, że olej kalafoniowy i mydło na bazie syntetycznych kwasów tłuszczowych działają jak emulgatory, oprócz koagulacji obserwuje się również powstawanie kwasów tłuszczowych, które mają pozytywny wpływ na właściwości technologiczne gotowego produktu.
Dzięki dodatkowi kwasu siarkowego mydło jest przekształcane w wolne kwasy organiczne, koagulacja lateksu jest zakończona i powstaje kauczuk butadienowo-styrenowy. Zastosowanie gotowego materiału jest wieloaspektowe, w zależności od rodzaju produkcji. Zasadniczo guma jestpowszechny surowiec w przemyśle chemicznym.
Struktura gumy
Jaka jest struktura kauczuku butadienowo-styrenowego? O właściwościach fizycznych danej substancji decydują cechy jej struktury. Po otrzymaniu polimeru przez ozonowanie powstaje polimer o nieregularnej strukturze. W gumie jednostki monomeryczne są rozmieszczone losowo, cząsteczka ma postać rozgałęzioną.
Prawie 80 procent wszystkich jednostek to osoby trans, a tylko 20 procent to cis.
Funkcje
Przeanalizujmy kauczuk butadienowo-styrenowy. Właściwości tej substancji związane są z jej wysoką masą cząsteczkową. Średnio jest to 150 000-400 000. A technologia produkcji kauczuków wypełnionych olejem polega na doborze materiałów o dużej względnej masie cząsteczkowej. Ta opcja pozwala wyeliminować negatywny wpływ oleju na jakość gumy, aby zachować doskonałe właściwości technologiczne gumy przez długi czas.
Kauczuk butadienowo-styrenowy można otrzymać z etylenu prowadząc łańcuch technologiczny z użyciem aktywatorów, emulgatorów, regulatorów, a także innych substancji, częściowo w procesie interakcji przechodzących w skład powstałego kauczuku.
Wyróżniające cechy
Scharakteryzujmy kauczuk butadienowo-styrenowy. Formuła tej substancji wskazuje, że jest odporna na odkształcenia mechaniczne, agresywne rozpuszczalniki. Aby zwiększyć mrozoodporność i elastycznośćkauczuk zmniejsza ilość styrenu w początkowej mieszaninie. Powstały polimer rozpuszcza się w benzynie i rozpuszczalnikach aromatycznych.
Co jeszcze wyróżnia kauczuk butadienowo-styrenowy? Właściwości i stosunek do stężonych kwasów, ketonów, alkoholu są stabilne, poza tym polimer ma doskonałą przepuszczalność dla gazów i wody. Podczas nagrzewania gumy obserwuje się poważne zmiany strukturalne, które negatywnie wpływają na właściwości fizyczne i mechaniczne powstałej gumy.
Utlenianie termiczne w temperaturach powyżej 125°C powoduje zmniejszenie sztywności i zniszczenie. Późniejsze utlenianie pociąga za sobą poważną strukturę polimeru, wpływa na wzrost jego sztywności.
Funkcje aplikacji
Kauczuk butadienowo-styrenowy jest używany do tworzenia mieszanki gumowej. Właściwości, zastosowanie tego przedstawiciela klasy węglowodorów dienowych w pełni odpowiada cechom jego wzoru strukturalnego.
Obecność bocznych grup fenylowych wpływa na zwiększoną odporność na negatywne skutki ekspozycji na promieniowanie w porównaniu z innymi odmianami tych polimerów.
Mieszanki gumowe, które powstają na bazie kauczuku butadienowo-styrenowego, charakteryzują się niską lepkością, zwiększonym skurczem podczas kalandrowania i wytłaczania. Wpływa to negatywnie na realizację procesów technologicznych, a także podczas klejenia (montażu) wykrojek gumowych.
Kauczuki niskotemperaturowe mają ulepszone właściwości technologiczne, nazywane są"gorące" gumki.
Odmiany gum
Miękkie kauczuki styrenowo-butadienowe do niskich temperatur mają niską lepkość, więc nie są plastyfikowane.
Kauczuki sztywne produkowane są w niewielkich ilościach, poddając je termooksydacyjnej plastyfikacji w powietrzu w temperaturze około 1400 °C przy użyciu aktywatorów procesu degradacji.
Niewypełnione wulkanizatory mają niską wytrzymałość na rozciąganie. Wraz ze spadkiem ilości styrenu związanego w mieszance polimerowej spada odporność i odporność na ścieranie, wzrasta mrozoodporność i wzrasta elastyczność.
Wulkanizatory z kauczuku butadienowo-styrenowego z czarnym wypełniaczem (sadzą) mają doskonałe parametry w zakresie odporności na ciepło i zużycie, ale w pewnym stopniu są gorsze pod względem elastyczności i odporności na odkształcenia niż zwykłe kauczuki. Używane wulkanizatory posiadają dodatkową odporność na stężone i rozcieńczone kwasy, alkohole, zasady, etery. Pęcznieją w rozpuszczalnikach do gumy.
Wszystkie uzyskane polimery są wykorzystywane do produkcji opon, wytwarzania różnorodnych produktów nieformowanych i formowanych. Na przykład kauczuk styrenowo-butadienowy jest używany do produkcji taśm przenośnikowych do produkcji drewna, a produkowane są buty gumowe. Ze względu na podwyższoną odporność na promieniowanie, wszystkie te gumy są wykorzystywane do produkcji gum, które charakteryzują się optymalną odpornością na promieniowanie gamma.
Do produkcji wyrobów o doskonałych właściwościach mrozoodpornych wykorzystywane są surowce, wktóry zawiera minimalną zawartość styrenu.
Charakterystyka kauczuków butadienowo-styrenowych do polimeryzacji w roztworze
W przemyśle krajowym uruchomiono produkcję kauczuków butadienowo-styrenowych metodą polimeryzacji roztworowej o różnej zawartości styrenu:
- DSSK-10.
- DSSK-25.
- DSSK-18.
- DSSK-50.
- DSSK-25D (ma ulepszone właściwości dielektryczne).
W sprzedaży jest również kauczuk, który zawiera mikrobloki aromatycznego styrenu, przeznaczone do przetwarzania odlewów.
Ponadto istnieją wypełnione olejem kauczuki do polimeryzacji w roztworze, które zawierają do 27% oleju. Dzięki polimeryzacji w roztworze, w obecności katalizatorów litoorganicznych, dobierane są główne parametry struktury molekularnej:
- rozgałęzienia łańcucha;
- masa cząsteczkowa;
- makrostruktury.
Wyróżniające cechy takich kauczuków to znaczna obecność samego polimeru (do 98%), minimalna ilość zanieczyszczeń. Polimery mają strukturę liniową w porównaniu do kauczuków emulsyjnych styrenowo-butadienowych.
Otrzymane materiały polimerowe mają wyższą ciągliwość, odporność na zużycie, mrozoodporność i zwiększoną odporność na pękanie. Zwracamy również uwagę na wysoką wytrzymałość dynamiczną tych materiałów. Przy mniejszym skurczu mają wyższą lepkość Mooneya, ponieważ makrocząsteczki mają strukturę liniową, są w stanie wypełnić dużą liczbąsadza (sadza) i olej bez niekorzystnej zmiany właściwości mechanicznych i fizycznych wulkanizatorów.
Istnieją pewne zalety technologiczne w produkcji kauczuków rozpuszczalnych w porównaniu z opcjami emulsyjnymi, ale istnieje znacznie więcej wymagań dotyczących czystości stosowanych monomerów. Kauczuki do polimeryzacji w roztworze są stosowane w przemyśle oponiarskim do tworzenia wytrzymałych taśm przenośnikowych, podeszew butów, gumowych rękawów i wielu części gumowych. Jako składniki wyjściowe do produkcji tego typu materiałów polimerowych uważa się styren i buadien-1, 3. Kauczuki otrzymywane są przez kopolimeryzację w roztworze lub emulsji.
W nowoczesnej produkcji stosowana jest nie tylko technologia wytwarzania kauczuków bez wypełniaczy, ale także ustanowiono produkcję polimerów zawierających żywice, sadzę i olej. Spośród wszystkich produkowanych materiałów polimerowych kauczuk butadienowo-styrenowy stanowi ponad połowę wszystkich zdolności produkcyjnych.
Powodem tej skali jest wysoka jednorodność właściwości fizycznych i chemicznych wytwarzanego produktu, dostępność wyjściowych monomerów (styrenu i butadienu), a także ugruntowana linia produkcyjna.
Duża masa kauczuku butadienowo-styrenowego w nowoczesnej produkcji jest uzyskiwana przez kopolimeryzację emulsyjną styrenu i butadienu.
Klasyfikacja gum według struktury
Biorąc pod uwagę warunki polimeryzacji i skład użytych komponentów, produkcja kauczuków butadienowo-styrenowych, różniących sięwłaściwości i skład. Dopuszcza się statystyczny, nieregularny rozkład jednostek strukturalnych styrenu i butadienu w makrocząsteczce.
Wraz ze spadkiem temperatury obserwuje się spadek ilościowej zawartości frakcji niskocząsteczkowych w wytworzonej gumie. Ponadto następuje zmniejszenie rozgałęzień strukturalnych, wzrost regularnej struktury polimeru, co pozytywnie wpływa na właściwości techniczne i użytkowe gotowego produktu.
W rozwoju krajowej produkcji materiałów syntetycznych ważnym punktem było ustanowienie produkcji materiałów styrenowo-butadienowych metodą polimeryzacji rodnikowej. Obecnie takie materiały o wysokiej jakości i przystępnej cenie są produkowane w fabrykach w Krasnojarsku, Omsku, Togliatti, Sterlitamak, Woroneżu.
Funkcje technologiczne
W razie potrzeby możesz otrzymać polimer o określonych parametrach. Na przykład o danej średniej masie cząsteczkowej, którą kontroluje się podczas polimeryzacji przez wprowadzenie regulatorów zdolnych do przenoszenia łańcucha. Wraz ze wzrostem ilościowej zawartości regulatorów obserwuje się spadek masy cząsteczkowej polimeru.
Co można uznać za emulgatory odpowiednie do produkcji stabilnych emulsji monomerów, a także do tworzenia końcowych produktów polimeryzacji, lateksów? Za główne składniki chemiczne uważa się sole potasowe lub sodowe tłuszczowych syntetycznych kwasów karboksylowych, uwodornioną kalafonię, a także sole alkilosulfonianów.
Wybierając kalafonię, należy najpierwpoddane specjalnej obróbce. W procesie dysproporcjonowania z katalizatorem (palladem) nabiera właściwości niezbędnych w łańcuchu technologicznym produkcji gumy.
Szczegóły produkcji
Do przeprowadzenia kopolimeryzacji używa się baterii polimeryzatorów. Podczas przygotowywania mieszaniny oczyszczony i wstępnie wysuszony styren, butadien, rozpuszczalnik (może to być cykloheksan) miesza się w stosunku 5/1. Następnie składniki oryginalnego wsadu są podawane do mieszalnika membranowego w celu uzyskania wysokiej jakości mieszania. Następnie mieszanina jest wysyłana do chemicznego dokładnego oczyszczenia z różnych drobnych zanieczyszczeń.
Aparat jest zasilany związkami litoorganicznymi, miareczkowanymi w temperaturze 25 °C przez 20 minut. Stopień oczyszczenia zależy od koloru ładunku. Jeśli nie ma zanieczyszczeń, mieszanina ma lekko brązowy kolor. Przed polimeryzacją mieszaninę miesza się z katalizatorem, dodatkami polarnymi.
Proces odbywa się w baterii, która składa się z trzech standardowych urządzeń, poprzez sukcesywne dostarczanie ładunku. Temperatura wewnątrz polimeryzatorów utrzymywana jest w zakresie od 50 do 80 °C. Średni czas trwania całego procesu chemicznego wynosi 6 godzin.
Wniosek
W każdej sferze życia i działalności osoby w odpowiednim czasie istnieją materiały na bazie kauczuku butadienowo-styrenowego. Przede wszystkim zwracamy uwagę na tworzenie gumowych podeszew butów, gumowych opon samochodowych, różnych węży do podlewania.
Statystyczne kopolimery styrenu ibutadien jest szeroko stosowany w tworzeniu materiałów elektroizolacyjnych, różnorodnych produktów dla przemysłu motoryzacyjnego, w tym w tworzeniu wysokiej jakości opon. Innowacyjne technologie stosowane przez współczesnych producentów kauczuków styrenowo-butadienowych pozwalają na tworzenie produktów o określonych parametrach fizykochemicznych i pożądanych właściwościach użytkowych.
Wśród cech tej produkcji zwracamy uwagę na zastosowanie wysokiej jakości katalizatorów. W zależności od struktury syntetyzowanych kauczuków czas trwania procesu ich powstawania, a także koszt finalny wyrobów gumowych wytwarzanych na bazie kauczuków znacznie się różnią.
