聚合温度对丁腈橡胶性能的影响.docxVIP

第 29 卷 第 4 期2014 年 12 月合 成 技 术 及 应 用SYNTHETIC TECHNOLOGY AND APPLICATIONVol． 29 No． 4 Dec． 2014聚合温度对丁腈橡胶性能的影响李冬红，范永将，高卫光，李彤霞，齐永新( 中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州 730060)摘 要: 采用兰州石化公司生产的丁腈橡胶 N41 乳液聚合配方，考察了不同聚合温度对反应时间的影响，测定了橡 胶链化学结构组成、凝胶含量、生胶门尼粘度和硫化胶力学性能。结果表明: 随聚合温度的升高，反应时间缩短，硫化胶的 拉伸强度和 300% 定伸应力提高，扯断伸长率降低。反应后期聚合温度的升高，导致凝胶含量增加，生胶门尼粘度升高。关键词: 聚合温度 乳液聚合 橡胶性能中图分类号: TQ333． 7文献标识码: B文章编号: 1006-334X( 2014) 04-0043-03丁腈橡胶( NBＲ) 是丁二烯和丙烯腈两种单体 经自由基引发聚合制得的一种无规共聚物，广泛应 用于各种耐油制品。目前国内丁腈橡胶生产主要采 用低温乳液聚合法，聚合温度一般控制在 5 ～ 8 ℃ ， 转化率 最 高 控 制 在 82% ～ 86% ，聚 合 时 间 约 24 h［1］。提高聚合反应温度，可以加快聚合反应速率， 减少反应导出热，节省能量，提高装置生产能力， 降低助剂消耗，达到增产降耗的目的，但是易引起 NBＲ 的支化交联，使橡胶性能下降［2］。笔者在兰州石化公司生产的丁腈橡胶 N41 乳 液聚合配方条件下，考察了不同聚合温度对反应时 间、结构组成、凝胶含量、生胶门尼粘度和硫化胶力 学性能的影响，为进一步增产降耗提供了基础数据 和技术支持。1试验1． 1原材料丁二烯、丙烯腈、松香酸皂、油酸皂、萘磺酸钠甲 醛缩合物、叔十二碳硫醇、硫酸羟胺及氢氧化钠等均 为工业级产品，过氧化氢二异丙苯、甲醛次硫酸氢 钠、乙二胺四乙酸 － 铁钠盐和乙二胺四乙酸 － 四钠 盐为化学纯试剂，以上原料均由中国石油兰州石化 公司合成橡胶厂提供。1． 2试验过程试验配方为: 丁二烯 69 份( 质量，下同) 、丙烯 腈 31 份、乳化剂 2． 66 份、相对分子质量调节剂0． 38 份、活化剂 0． 033 份、引发剂 0． 0135 份、除氧剂 0． 02 份和软 水 220 份。 聚合最终目标转化率控制在 83% ～ 88% 。首先将各种助剂分别配制好，然后按聚合配方分别将准确称量好的一定量的脱盐水、乳化剂、活化 剂( 甲醛次硫酸氢钠、乙二胺四乙酸 － 铁钠盐) 、分 子质量调节剂( 叔十二碳硫醇) 、单体( 丙烯腈) 加入 到聚合釜中，抽真空，氮气置换两次，加入除氧剂，加 入单体( 丁二烯) 。打开搅拌，并冷却到 8 ℃ 以下， 加入引发剂( 过氧化氢二异丙苯) 于( 8 ± 1 ) ℃ 下进 行反应。反应开始后，每隔一段时间取样测其干物 质，计算转化率，并根据需要在反应过程中补加部分 助剂，至转化率达到控制指标后，加入终止剂( 硫酸 羟胺) 终止反应，降温出料，制得丁腈胶乳。在制备 的胶乳中加入适量的防老剂，混合均匀后转至凝聚 釜中，在搅拌过程中加入凝聚剂进行凝聚。将凝聚 好的胶块用软水洗涤数次，放入真空干燥箱中烘干 制得 NBＲ 生胶。按照 GB / T6038 － 1993 的程序制 备硫化胶。1． 3分析与测试橡胶链化学结构用德国布鲁克公司生产的 Ver- tex70 红外光谱仪进行测定，分辨率 2 cm － 1 ，扫描范 围 4 000 ～ 500 cm － 1 ;凝胶含量按照 SH / T 1050-91 进行测试; 生胶的门尼粘度按照 GB / T 1232． 1—2000 进行测试;硫化 胶 力 学 性 能 按 照 GB / T 528—1998 进 行 测试。2结果与讨论2． 1聚合温度对反应时间的影响收稿日期: 2014 － 11 － 23作者简介: 李冬红( 1984—) ，男，山西霍州人，硕士研究生，工程师， 主要从事乳液聚合方面研究。44合成技术及应用第 29 卷图 1 为不同聚合温度下的反应时间，由图中数 据可以看出，随着聚合温度的升高，反应时间缩短， 这是由于聚合温度升高，引发剂分解速度加快，反应 体系中的自由基浓度增加。同时可以看出，前 10 后 5 和前 5 后 10 分段控温的反应时间接近，较 7 ℃ 下 的反应时间短。图 1 聚合温度与反应时间的关系2． 2聚合温度对丁腈橡胶结构组成的影响不同聚合温度下的丁腈橡胶结构组成见表 1， 由表中数据可以看出，聚合温度在实验范围内的变 化对丁腈橡胶链化学结构组成的影响不明显。表 1 聚合温度与丁腈橡胶结构组成的关系图 2 聚合温度与凝胶含量