CN109320659A - 一种低腈非交联型粉末丁腈橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,包括以下步骤:首先以丁二烯和丙烯腈为单体经过乳液聚合合成丁腈胶乳,然后将所述丁腈胶乳凝聚成粉、离心脱水和干燥,获得低腈非交联型粉末丁腈橡胶,在合成丁腈胶乳阶段,以重量份计,丙烯腈5~10份、丁二烯80~85份,加入过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢二异丙苯中的任一种与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物作为引发剂。本发明的优点在于:生产工艺简单,易于操作;聚合转化率提高,降低了丁二烯和丙烯腈单体回收装置的投资成本;使得丙烯腈结构单元分布更加均匀;便于在较低的温度下提高聚合反应转化率;解决了低腈含量非交联型丁腈胶乳难以成粉的难题。
Description
技术领域
本发明涉及粉末丁腈橡胶技术领域,更具体涉及一种低腈非交联型粉末丁腈橡胶及其制备方法。
背景技术
粉末丁腈橡胶是由丁二烯、丙烯腈及助剂经过乳液聚合反应而合成出的一种高分子橡胶乳液,再经过凝聚、成粉和干燥而得到粉末状的橡胶。
粉末丁腈橡胶具有粒径小,与其它树脂共混时分散性好,可以直接通过塑料成型工艺进行加工,有利于实现加工过程连续化、自动化的优点。目前,粉末丁腈橡胶根据交联类型可以分为非交联型(凝胶含量<1%)、微交联型(凝胶含量5-30%)和交联型(凝胶含量75-95%)三种类型,其用途也有所不同,其中非交联型主要应用于胶黏剂、密封胶、手套等行业;微交联型主要应用于PVC改性领域,如密封条、地板、电线电缆等;交联型主要应用于摩擦材料领域,如刹车片、火车闸瓦、砂轮等。
生产粉末丁腈橡胶所需的丁腈乳液,根据反应温度不同,一般有低温法反应、中温法反应、中高温和高温法反应四种。另外,根据结合腈含量不同,可以分为低腈(结合腈含量24%以下)、中腈(结合腈含量25-30%)、中高腈(结合腈含量31-35%)、高腈(结合腈含量36-41%)、极高腈丁腈橡胶(结合腈含量42%以上)。通常,不同结合腈含量的粉末丁腈橡胶,其聚合配方和工艺差异较大,最终产品性能也有较大差异。
目前,国内粉末丁腈橡胶生产厂家,主要生产的粉末丁腈橡胶有中腈、中高腈粉末丁腈橡胶。如中国发明专利申请(公开号:CN101643528)公开了一种中高腈含量交联型粉末丁腈橡胶的生产方法,该方法采用丁二烯和丙烯腈单体一次性投料,高温法分阶段升温反应控制,最高温度达到63℃,转化率达到96%以上时,加入终止剂,最后通过无机盐氯化钠凝聚、干燥成粉末丁腈橡胶,其结合腈含量为31-35%。中国发明专利申请(专利号:CN102942720A)公开了一种中腈微交联型粉末丁腈橡胶的生产方法,该方法采用丁二烯和丙烯腈单体一次性投料,中高温法反应温度控制,最高温度35℃,转化率达到90-96%时,加入终止剂,最后通过无机盐氯化钠凝聚、干燥成粉末丁腈橡胶,其结合腈含量为26-29%。根据上述专利方法,可以生产出中腈、中高腈两种不同种类的粉末丁腈橡胶。而低腈非交联型粉末丁腈橡胶还未有生产,主要由于聚合反应通常在低温条件下进行,转化率一般为70%,还有大量的单体需要回收,投资大,安全风险高,另外低腈含量胶乳由于韧性好、粘性大,常用的成粉方法,难以形成粉末颗粒。但该种粉末丁腈橡胶由于具有特殊的性能,具有优异的低温柔韧性,稳定性好,加工性能好,主要应用于胶黏剂、密封圈、密封垫等领域。因此,该种低腈非交联型粉末丁腈橡胶也是一种必不可少的粉末橡胶材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种生产工艺简单、转化率高、成本低,具有优异的耐低温柔韧性、稳定性和加工性能的低腈非交联型粉末丁腈橡胶及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:
一方面,提供一种低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,包括以下步骤:首先以丁二烯和丙烯腈为单体经过乳液聚合合成丁腈胶乳,然后将所述丁腈胶乳凝聚成粉、离心脱水和干燥,获得低腈非交联型粉末丁腈橡胶;在合成丁腈胶乳阶段,以重量份计,丙烯腈5~10份、丁二烯80~85份,加入过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢二异丙苯中的任一种与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物作为引发剂。
优选地,在合成丁腈胶乳阶段,依次投入去离子水、乳化剂、电解质、分子量调节剂、丙烯腈、引发剂和丁二烯,升温至10~15℃,开始反应3~4小时;当转化率达到30~35%时,开始同时补加丙烯腈、引发剂和乳化剂,补加时间3~4小时,然后继续反应3~4小时;当转化率达到96%以上时,停止反应,加入福美钠,合成丁腈胶乳。
优选地,按重量份计,丙烯腈5~10份、丁二烯80~85份、乳化剂2.0~3.0份、电解质0.3~1.0份、分子量调节剂0.5~1.5份、引发剂0.1~0.4份、去离子水180~230份、补加丙烯腈5~10份、补加引发剂0.3~0.5份、补加乳化剂1.0~2.0份。
优选地,所述乳化剂选自歧化松香酸钾、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或油酸钾中的一种或多种;所述电解质选自碳酸钾、氯化钾、碳酸钠、碳酸氢钠或磷酸钾中的一种或多种;所述分子量调节剂选自叔十二烷基硫醇和/或正十二烷基硫醇。
优选地,在丁腈胶乳凝聚成粉阶段,向丁腈胶乳中加入去离子水、隔离剂、防老剂,搅拌10~30分钟后,再加入高分子絮凝剂、凝聚剂和隔离剂,凝聚获得细颗粒状的淤浆。
优选地,按重量份计,丁腈胶乳100份、去离子水30~40份、防老剂0.5~1.5份、高分子絮凝剂2~5份、凝聚剂2~6份、第一次添加隔离剂0.5~2份、第二次添加隔离剂1~2份。
优选地,所述防老剂选自DLTP、1076或对甲酚和双环戊二烯丁基化产物中的一种或多种;所述高分子絮凝剂选自聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚环氧氯丙烷二甲胺中的一种或多种;所述凝聚剂为硫酸镁或氯化钙;所述隔离剂为脂肪酸盐。
优选地,所述干燥的方式为气流干燥。
另一方面,还提供上述制备方法制成的低腈非交联型粉末丁腈橡胶,该低腈非交联型粉末丁腈橡胶中水分含量<1.0%,结合腈含量为16~20%,门尼40~50,凝胶含量<1.0%。
本发明相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明在低温聚合反应温度的基础上提升了5-10℃,改进为中温反应,使聚合反应更加容易,生产工艺简单,易于操作;(2)聚合转化率由现有的70%提高到96%以上,无需丙烯腈和丁二烯回收提纯装置,安全性大大提高,降低了投资成本;(3)通过连续补加丙烯腈,有效的控制了丙烯腈的单体浓度,使得丙烯腈结构单元分布更加均匀,产品性能更好;(4)通过连续补加引发剂,不断形成活性自由基,便于在较低的温度下,提高聚合反应速度和聚合转化率;(5)通过连续补加乳化剂,提高乳液的稳定性,同时也是加快后期的聚合反应速率,使得聚合反应更加完全;(6)由于低腈非交联型丁腈胶乳成粉困难,凝聚时容易结块,通过凝聚前先加入隔离剂进行搅拌均匀,起到破乳时橡胶防粘的作用,再开始加入高分子絮凝剂,这样可以同时进行凝聚成粉和粉末隔离,解决了低腈、低门尼非交联型粉末丁腈橡胶的成粉难问题。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(1)丁合成腈胶乳:首先将聚合釜抽真空,按照重量比依次投入去离子水180份、乳化剂歧化松香酸钾2.0份、电解质碳酸钾0.4份、分子量调节剂叔十二烷基硫醇0.5份、丙烯腈5份、引发剂(过硫酸铵与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)0.2份,充氮气抽真空反复两次,加入丁二烯85份,开启搅拌,开始升温至10~15℃,反应3~4小时,当聚合反应转化率达到30~35%时,开始进行连续同时补加丙烯腈10份、引发剂(过硫酸铵与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)0.2份、乳化剂歧化松香酸钾1.0份,补加持续时间3小时,继续反应3~4小时,当聚合转化率达到96%以上时,停止反应,加入终止剂福美钠。
(2)丁腈胶乳凝聚成粉:按照重量比依次加入丁腈胶乳100份、去离子水35份、隔离剂脂肪酸钾0.6份、防老剂DLTP 1.0份,搅拌10~30分钟后,再加入高分子絮凝剂聚丙烯酰胺2.5份、凝聚剂硫酸镁2.5份、隔离剂脂肪酸钾1.5份,凝聚成细小的颗粒状淤浆,再经过离心机脱水、气流干燥,最终得到粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合丙烯腈含量为16.3%,门尼46,凝胶含量为0.4%。
实施例2
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,加入去离子水190份、丙烯腈8份、丁二烯82份、乳化剂十二烷基苯磺酸钠3.0份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.7%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为17.2%,门尼45,凝胶含量0.6%。
实施例3
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,丙烯腈10份、丁二烯80份、乳化剂十二烷基硫酸钠3.0份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为18.5%,门尼47,凝胶含量0.5%。
实施例4
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,乳化剂油酸钾3.0份,丙烯腈5份,丁二烯90份,连续补加丙烯腈5份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.2%,门尼43,凝胶含量为0.3%。
实施例5
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,乳化剂2.5份,连续补加引发剂(过硫酸钾与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)0.3份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.5%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.7%,门尼46,凝胶含量为0.4%。
实施例6
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,分子量调节剂叔十二烷基硫醇为0.8份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.4%,门尼44,凝胶含量0.6%。
实施例7
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,引发剂(过氧化氢二异丙苯与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)为0.4份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.7%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.8%,门尼46,凝胶含量0.5%。
实施例8
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,连续补加引发剂(过硫酸钾与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)为0.3份、十二烷基苯磺酸钠-油酸钾复合乳化剂1.2份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.5%,门尼46,凝胶含量为0.3%。
实施例9
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,电解质氯化钾为0.8份,分子量调节剂正十二烷基硫醇为0.7份,连续补加引发剂(过氧化氢二异丙苯与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)为0.3份、歧化松香酸钾-十二烷基苯磺酸钠复合乳化剂1.5份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.6%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.6%,门尼45,凝胶含量0.5%。
实施例10
将实施例1中丁腈胶乳的合成步骤中,分子量调节剂叔十二烷基硫醇为0.7份,连续补加引发剂(过硫酸铵与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物)为0.3份、十二烷基硫酸钠-油酸钾复合乳化剂2.0份,其他工艺配方同于实施例1。
再经凝聚成粉、离心脱水和干燥后,获得粉末状丁腈橡胶,水分0.5%。
取样分析,所得粉末丁腈橡胶的指标为:结合腈含量为16.5%,门尼46,凝胶含量0.5%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,包括以下步骤:首先以丁二烯和丙烯腈为单体经过乳液聚合合成丁腈胶乳,然后将所述丁腈胶乳凝聚成粉、离心脱水和干燥,获得低腈非交联型粉末丁腈橡胶,其特征在于:
在合成丁腈胶乳阶段,以重量份计,丙烯腈5~10份、丁二烯80~85份,加入过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢二异丙苯中的任一种与吊白块、硫酸亚铁、EDTA二钠按重量比为1:0.5:0.25:0.1的复合物作为引发剂。
2.根据权利要求1所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,在合成丁腈胶乳阶段,依次投入去离子水、乳化剂、电解质、分子量调节剂、丙烯腈、引发剂和丁二烯,升温至10~15℃,开始反应3~4小时;当转化率达到30~35%时,开始同时补加丙烯腈、引发剂和乳化剂,补加时间3~4小时,然后继续反应3~4小时;当转化率达到96%以上时,停止反应,加入福美钠,合成丁腈胶乳。
3.根据权利要求2所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,按重量份计,丙烯腈5~10份、丁二烯80~85份、乳化剂2.0~3.0份、电解质0.3~1.0份、分子量调节剂0.5~1.5份、引发剂0.1~0.4份、去离子水180~230份、补加丙烯腈5~10份、补加引发剂0.3~0.5份、补加乳化剂1.0~2.0份。
4.根据权利要求2所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,所述乳化剂选自歧化松香酸钾、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或油酸钾中的一种或多种;所述电解质选自碳酸钾、氯化钾、碳酸钠、碳酸氢钠或磷酸钾中的一种或多种;所述分子量调节剂选自叔十二烷基硫醇和/或正十二烷基硫醇。
5.根据权利要求1所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,在丁腈胶乳凝聚成粉阶段,向丁腈胶乳中加入去离子水、隔离剂、防老剂,搅拌10~30分钟后,再加入高分子絮凝剂、凝聚剂和隔离剂,凝聚获得细颗粒状的淤浆。
6.根据权利要求5所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,按重量份计,丁腈胶乳100份、去离子水30~40份、防老剂0.5~1.5份、高分子絮凝剂2~5份、凝聚剂2~6份、第一次添加隔离剂0.5~2份、第二次添加隔离剂1~2份。
7.根据权利要求5所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,所述防老剂选自DLTP、1076或对甲酚和双环戊二烯丁基化产物中的一种或多种;所述高分子絮凝剂选自聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵或聚环氧氯丙烷二甲胺中的一种或多种;所述凝聚剂为硫酸镁或氯化钙;所述隔离剂为脂肪酸盐。
8.根据权利要求1所述的低腈非交联型粉末丁腈橡胶的制备方法,其特征在于,所述干燥的方式为气流干燥。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制备方法制成的低腈非交联型粉末丁腈橡胶,其特征在于,所述低腈非交联型粉末丁腈橡胶中水分含量<1.0%。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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