Styreenibutadieenikumia pidetään yhtenä polymeerimateriaalien eniten käytetyistä vaihtoehdoista. Se soveltuu renkaiden ja muiden korkealaatuisten kumituotteiden valmistukseen.
Nimitty polymeerimateriaali on valmistettu edullisista raaka-aineista, ja sen valmistustekniikkaa pidetään varsin edullisena, ja siinä on selkeä toiminta-algoritmi. Tuloksena olevalla styreenibutadieenikumilla on erinomaiset suorituskyky ja kemialliset ominaisuudet. Sitä valmistetaan merkittäviä määriä ja valmistaja esittelee sitä laajassa valikoimassa.
Raaka-aineet tuotantoon
Katsotaanpa tarkemmin styreenibutadieenikumien tuotantoa. Tämän polymeerimateriaalin raaka-aineeksi valitaan butadieeni-1, 3 tai alfa-metyylistyreeni. Hanki styreeni-butadieenikumi liuosteknologialla tai emulsiokopolymeroinnilla. Toisessa menetelmässä muodostetaan styreeni-butadieeniliuoskumit.
Emulsiopolymerointi
Miten styreenibutadieenikumi valmistetaan? Reaktioon kuuluu styreenin kopolymerointi jabutadieeni emulsiossa. Tästä vuorovaikutuksesta syntyvää lopputuotetta kutsutaan styreenibutadieenikumiksi (SBR).
Tällä hetkellä kotimainen kumiteollisuus tuottaa erilaisia tähän kemikaaliin perustuvia polymeerituotteita.
Miten styreenibutadieenikumi luokitellaan? Valmistajat tarjoavat seuraavat vaihtoehdot:
- öljyttömät kumit (SKS-ZOARK);
- materiaalit, joissa on keskimääräinen öljyprosentti (SKM-ZOLRKM-15);
- suurennetulla öljymäärällä (SKS-ZODRKM-27);
- erinomaisilla dielektrisillä ominaisuuksilla (SKS-ZOARPD).
Erityinen nimeäminen
Yllä olevien nimien ensimmäiset numerot kertovat styreenin kvantitatiivisesta pitoisuudesta polymerointiprosessiin valitussa alkupanoksessa:
- "A" sisältää matalan lämpötilan polymerointiprosessin toteuttamisen (enintään +5 astetta).
- "M" tarkoittaa, että se sisältää öljyä, ei vain styreeniä.
- Styreeni-butadieenikumi kirjaimella "P" kertoo polymerointireaktiosta ilman säätimen läsnäoloa.
- "K" tarkoittaa hartsin emulgointiaineen käyttöä kumin valmistuksessa.
- P-kirjain symboloi materiaalia, joka on saatu synteettisten rasvahappojen suolojen alkuseoksessa, jotka ovat tyydyttyneiden parafiinien osittaisen hapettumisen tuotteita.
Mikä on ominaista styreenibutadieenikumille? Sen valmistus perustuu polymerointiprosessiin,joka on tuttu myös peruskouluissa ja korkeakouluissa opiskeleville lukiolaisille.
Teollisuuden pohjakumin valmistukseen käytetään siis hartsilla täytettyä styreenibutadieenikumia, jonka kaava ei eroa tavallisesta dieenihiilivedystä. Styreeni-butadieenihartsista valmistetuilla kumeilla on lisääntynyt mekaanisen kulutuksenkestävyys ja hyvät nahkamaiset ominaisuudet.
Suorita emulsiopolymerointi erityisellä teollisuuslaitoksella. Mikä on ominaista tälle styreenibutadieenikumille? Sen vastaanotto tapahtuu selkeän ja todistetun tekniikan mukaisesti. Kemiallisen reaktion keskimääräinen kesto on 12-15 tuntia. Polymeroinnin päätyttyä muodostuu lateksi, joka sisältää noin 30-35 prosenttia polymeeriaineesta. Neon D. lisätään lateksiin antioksidanttina
Lateksista kumia tuotetaan rikkihappoa sisältävien elektrolyyttien koaguloimalla. Koska hartsiöljy ja synteettisiin rasvahappoihin perustuva saippua toimivat emulgointiaineina, havaitaan koagulaation lisäksi myös rasvahappojen muodostumista, joilla on positiivinen vaikutus valmiin tuotteen teknisiin ominaisuuksiin.
Rikkihapon lisäyksen ansiosta saippua muuttuu vapaiksi orgaanisiksi hapoiksi, lateksin koaguloituminen saatetaan loppuun ja muodostuu styreeni-butadieenikumia. Valmiin materiaalin käyttö on monipuolista tuotantotyypistä riippuen. Pohjimmiltaan kumi onyleinen raaka-aine kemianteollisuudessa.
Kumirakenne
Mikä on styreenibutadieenikumin rakenne? Tietyn aineen fysikaaliset ominaisuudet määräytyvät sen rakenteen ominaisuuksien mukaan. Kun polymeeri on vastaanotettu otsonoinnin avulla, muodostuu epäsäännöllisen rakenteen omaava polymeeri. Kumissa monomeeriyksiköt jakautuvat satunnaisesti, molekyylillä on haarautunut muoto.
Lähes 80 prosenttia kaikista yksiköistä on transja ja vain 20 prosenttia cis.
Ominaisuudet
Analysoidaan styreenibutadieenikumia. Tämän aineen ominaisuudet liittyvät sen korkeaan molekyylipainoon. Keskimäärin se on 150 000-400 000. Ja öljytäytteisten kumien valmistustekniikkaan kuuluu materiaalien valinta, joilla on korkea suhteellinen molekyylipaino. Tämän vaihtoehdon avulla voit poistaa öljyn kielteisen vaikutuksen kumin laatuun ja säilyttää kumin erinomaiset tekniset ominaisuudet pitkään.
Eteenistä on mahdollista saada styreeni-butadieenikumia suorittamalla teknologinen ketju käyttämällä aktivaattoreita, emulgaattoreita, säätelyaineita sekä muita aineita, osittain vuorovaikutusprosessissa siirtyen tuloksena olevan kumin koostumukseen.
Erottuvat ominaisuudet
Luonnehditaan styreeni-butadieenikumia. Tämän aineen kaava osoittaa, että se kestää mekaanisia muodonmuutoksia, aggressiivisia liuottimia. Lisää pakkaskestävyyttä ja joustavuuttakumi vähentää styreenin määrää alkuperäisessä seoksessa. Syntynyt polymeeri liukenee bensiiniin ja aromaattisiin liuottimiin.
Millä muulla styreenibutadieenikumilla erottuu? Ominaisuudet ja suhde väkeviin happoihin, ketoneihin, alkoholiin ovat stabiileja, lisäksi polymeerillä on erinomainen kaasun ja veden läpäisevyys. Kumin kuumentamisen aikana havaitaan vakavia rakenteellisia muutoksia, jotka vaikuttavat negatiivisesti syntyvän kumin fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin.
Terminen hapettuminen yli 125 °C:n lämpötiloissa vähentää jäykkyyttä ja tuhoaa. Myöhempi hapettuminen merkitsee polymeerin vakavaa strukturoitumista, vaikuttaa sen jäykkyyden lisääntymiseen.
Sovellusominaisuudet
Styreeni-butadieenikumia käytetään kumiseoksen luomiseen. Ominaisuudet, tämän dieenihiilivetyluokan edustajan käyttö vastaa täysin sen rakennekaavan ominaisuuksia.
Sivufenyyliryhmien läsnäolo vaikuttaa lisääntyneeseen vastustuskykyyn säteily altistuksen negatiivisia vaikutuksia vastaan verrattuna näiden polymeerien muihin lajikkeisiin.
Styreeni-butadieenikumin pohj alta valmistetuilla kumiyhdisteillä on alhainen tahmea, lisääntynyt kutistuminen kalanteroinnin ja suulakepuristuksen aikana. Tämä vaikuttaa negatiivisesti teknisten prosessien toteuttamiseen sekä kumiaihioiden liimaamisen (kokoonpanon) aikana.
Matalissa lämpötiloissa käytettävillä kumeilla on parantuneet tekniset ominaisuudet, niitä kutsutaan ns."kuumat" kumit.
kumityypit
Pehmeillä styreeni-butadieenikumeilla on alhainen viskositeetti, joten niitä ei pehmitetä.
Jäykkiä kumeja valmistetaan pieniä määriä, jolloin ne altistetaan lämpöhapettavalle pehmitetylle ilmassa noin 1400 °C:n lämpötilassa käyttämällä hajoamisprosessin aktivaattoreita.
Täyttämättömillä vulkanisoijilla on alhainen vetolujuus. Kun sitoutuneen styreenin määrä polymeeriseoksessa vähenee, kestävyys ja kulutuskestävyys heikkenevät, pakkaskestävyys kasvaa ja elastisuus kasvaa.
Mustatäytteisillä (hiilimustalla) styreeni-butadieenikumivulkanointilaitteilla on erinomaiset parametrit lämmönkestävyyden ja kulutuskestävyyden suhteen, mutta ne ovat jossain määrin huonompia elastisuudessa ja muodonmuutoskestävyydessä kuin perinteisillä kumeilla. Käytetyillä vulkanointiaineilla on lisäkestävyys tiivistetyille ja laimeille hapoille, alkoholeille, emäksille, eettereille. Ne turpoavat kumiliuottimissa.
Kaikki saatuja polymeerejä käytetään renkaiden valmistuksessa, erilaisten ei-muovattujen ja muovattujen tuotteiden valmistuksessa. Esimerkiksi styreenibutadieenikumista valmistetaan hakkuutuotannon kuljetinhihnoja ja kumikenkiä. Lisääntyneen säteilynkestävyyden vuoksi kaikkia näitä kumeja käytetään sellaisten kumien valmistukseen, joilla on optimaalinen gammasäteilyn vastustuskyky.
Erittäin pakkasenkestävyysominaisuuksien omaavien tuotteiden valmistuksessa käytetään raaka-aineita,joka sisältää vähimmäismäärän styreeniä.
Styreenibutadieenikumien liuospolymeroinnin karakterisointi
Kotimaan teollisuudessa on käynnistetty liuospolymeroitujen styreeni-butadieenikumien valmistus eri styreenipitoisuuksilla:
- DSSK-10.
- DSSK-25.
- DSSK-18.
- DSSK-50.
- DSSK-25D (sillä on parannetut dielektriset ominaisuudet).
Alennuksessa on myös kumia, joka sisältää aromaattisia styreenimikroblokkeja, jotka on tarkoitettu valukäsittelyyn.
Lisäksi on olemassa öljytäytteisiä liuospolymerointikumeja, jotka sisältävät jopa 27 % öljyä. Liuospolymeroinnin ansiosta organolitiumkatalyyttien läsnäollessa molekyylirakenteen pääparametrit säädetään:
- ketjun haarat;
- molekyylipaino;
- makrorakenteet.
Tällaisten kumien erottuva ominaisuus on itse polymeerin huomattava läsnäolo (jopa 98 %), epäpuhtauksien vähimmäismäärä. Polymeereillä on lineaarinen rakenne verrattuna styreeni-butadieeni-emulsiokumiin.
Saaduilla polymeerimateriaaleilla on parempi sitkeys, kulutuskestävyys, pakkaskestävyys ja parempi halkeilunkestävyys. Panemme myös merkille näiden materiaalien korkean dynaamisen kestävyyden. Vähemmän kutistumista niillä on korkeampi Mooney-viskositeetti, koska makromolekyyleillä on lineaarinen rakenne, ne pystyvät täyttymään suurella määrällänoki (hiilimusta) ja öljy muuttamatta haitallisesti vulkanointilaitteiden mekaanisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.
Liuoskumien valmistuksessa on joitain teknologisia etuja verrattuna emulsiovaihtoehtoihin, mutta käytettyjen monomeerien puhtaudelle on asetettu paljon enemmän vaatimuksia. Liuospolymerointikumeja käytetään rengasteollisuudessa kestävien kuljetushihnojen, kengänpohjien, kumiholkkien ja lukuisten kumiosien luomiseen. Styreeniä ja buadieeni-1, 3:a pidetään tämän tyyppisten polymeerimateriaalien tuotannon alkukomponentteina. Kumit saadaan liuos- tai emulsiokopolymeroinnilla.
Nykyaikaisessa tuotannossa ei käytetä ainoastaan täyttämättömien kumien valmistustekniikkaa, vaan myös polymeerien tuotantoa, jotka sisältävät hartseja, nokea ja öljyä, on perustettu. Kaikista valmistetuista polymeerimateriaaleista styreenibutadieenikumin osuus koko tuotantokapasiteetista on yli puolet.
Syynä tähän mittakaavaan on valmistetun tuotteen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien korkea homogeenisuus, lähtömonomeerien (styreeni ja butadieeni) saatavuus sekä vakiintunut tuotantolinja.
Suuri massa nykyaikaisessa tuotannossa styreenibutadieenikumia saadaan styreenin ja butadieenin emulsiokopolymeroimalla.
Kumien luokitus rakenteen mukaan
Polymerointiolosuhteet ja käytettyjen komponenttien koostumus huomioon ottaen styreenibutadieenikumien valmistus, jotka eroavat toisistaanominaisuuksia ja koostumusta. Styreenin ja butadieenin rakenneyksiköiden tilastollinen, epäsäännöllinen jakautuminen makromolekyylissä on sallittu.
Lämpötilan laskeessa havaitaan pienen molekyylipainon omaavien fraktioiden kvantitatiivisen sisällön laskua luodussa kumissa. Lisäksi rakenteellinen haarautuminen vähenee, polymeerin säännöllinen rakenne lisääntyy, mikä vaikuttaa myönteisesti valmiin tuotteen teknisiin ja toiminnallisiin ominaisuuksiin.
Synteettisten materiaalien kotimaisen tuotannon kehittämisessä tärkeä kohta oli styreenibutadieenimateriaalien tuotannon perustaminen radikaalipolymeroinnilla. Tällä hetkellä tällaisia korkealaatuisia ja kohtuuhintaisia materiaaleja valmistetaan Krasnojarskin, Omskin, Toljatin, Sterlitamakin, Voronežin tehtailla.
Teknologiset ominaisuudet
Voit halutessasi saada polymeerin, jolla on tietyt parametrit. Esimerkiksi tietyllä keskimääräisellä molekyylipainolla, jota kontrolloidaan polymeroinnin aikana lisäämällä ketjunsiirtoon kykeneviä säätelijöitä. Kun säätelijöiden määrällinen pitoisuus kasvaa, havaitaan polymeerin molekyylipainon lasku.
Mitä voidaan pitää emulgointiaineina, jotka soveltuvat stabiilien monomeeriemulsioiden valmistukseen sekä lopullisten polymerointituotteiden, lateksien, valmistukseen? Synteettisten rasvahappojen kalium- tai natriumsuoloja, hydrattua hartsia sekä alkyylisulfonaattien suoloja pidetään tärkeimpinä kemiallisina komponentteina.
Kun valitset hartsia, sen täytyy ensinjoutunut erityiskohteluun. Katalyytin (palladiumin) kanssa tapahtuvan epäsuhtautumisprosessin aikana se saa ominaisuudet, jotka ovat tarpeen kuminvalmistuksen teknologiselle ketjulle.
Tuotantotiedot
Kopolymeroinnin suorittamiseen käytetään polymerointiakkua. Seosta valmistettaessa puhdistettua ja esikuivattua styreeniä, butadieenia, liuotin (voi olla sykloheksaania) sekoitetaan suhteessa 5/1. Seuraavaksi alkuperäisen panoksen komponentit syötetään kalvosekoittimeen korkealaatuista sekoitusta varten. Sitten seos lähetetään kemialliseen hienopuhdistukseen erilaisista pienistä epäpuhtauksista.
Laitteeseen syötetään organolitiumyhdisteitä, titrataan 25 °C:ssa 20 minuutin ajan. Puhdistusaste määräytyy panoksen värin mukaan. Jos epäpuhtauksia ei ole, seoksella on hieman ruskea väri. Ennen polymerointia seokseen sekoitetaan katalyyttiä, polaarisia lisäaineita.
Prosessi suoritetaan akussa, joka koostuu kolmesta vakiolaitteesta, lataamalla peräkkäin. Lämpötila polymeraattoreiden sisällä pidetään välillä 50 - 80 °C. Koko kemiallisen prosessin keskimääräinen kesto on 6 tuntia.
Johtopäätös
Millä tahansa ajantasaisen ihmisen elämän ja toiminnan alueella on styreeni-butadieenikumiin perustuvia materiaaleja. Ensinnäkin panemme merkille kumipohjien luomisen kenkiin, autojen kumirenkaisiin ja erilaisiin kasteluletkuihin.
Styreenin tilastolliset kopolymeerit jabutadieenia käytetään laaj alti sähköisten eristysmateriaalien, erilaisten autoteollisuuden tuotteiden luomiseen, mukaan lukien korkealaatuisten renkaiden luomiseen. Nykyaikaisten styreenibutadieenikumien valmistajien käyttämien innovatiivisten tekniikoiden avulla ne voivat luoda tuotteita, joilla on tietyt fysikaaliset ja kemialliset parametrit ja halutut suorituskykyominaisuudet.
Tämän tuotannon ominaisuuksien joukossa huomaamme korkealaatuisten katalyyttien käytön. Syntetisoitujen kumien rakenteesta riippuen niiden valmistusprosessin kesto sekä kumista valmistettujen kumituotteiden lopulliset kustannukset vaihtelevat merkittävästi.
