CN110144073A - 一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺，包括采用苯乙烯和丁二烯作为聚合单体，加入正己烷有机溶剂和四氢呋喃加入干聚合反应器中，随后加入引发剂反应，随后加入硅烷偶联剂反应，得到丁苯橡胶溶液；采用高压橡胶凝聚釜进行高速凝聚，凝聚釜胶液入口之前设有增压设备，使胶液在高压下进入釜体的混合室，热水同样通过增压设备增压进入混合室进行凝聚；选择凝聚后的溶聚橡胶溶液，白炭黑粉和炭黑进行混合并分散，得到填料分散的溶聚橡胶溶液；将溶聚橡胶溶液进行两次混炼，在开炼机上过辊得到预混胶，随后进行硫化得到成品橡胶。本发明通过增压的方式，使胶液和热水在高能流动情况下高速混合，显著提高了凝聚过程的效率。

Description

一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺

技术领域

本发明涉及橡胶领域，特别涉及一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。

按聚合工艺，丁苯橡胶分为乳聚丁苯橡胶(ESBR)和溶聚丁苯橡胶(SSBR)。溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高、硫化速度快、滚动阻力小，抗湿滑性和耐磨性能优异等优点，在轮胎工业，尤其是绿色轮胎、防滑轮胎、超轻量轮胎等高性能轮胎中具有广泛的应用。

溶聚丁苯橡胶的聚合工艺主要有间歇聚合工艺和连续聚合工艺两种。聚合法生产的橡胶中除了胶液外，还含有大量的溶剂和未反应单体和残存催化剂等，因此，将橡胶从溶剂中分离出来的工艺即为凝聚工艺，目前大多采用的湿式凝聚工艺中，由于溶剂气化速度慢，胶液粘度较大，在搅拌下很容易粘结在一起，使胶粒粘结成块，对设备造成影响，且溶剂和未反应的单体不能脱离完全。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺。针对自身设计的溶聚丁苯橡胶生产工艺和特点，开发出新的凝聚设备，使高压输送的胶液在高能流动情况下与水蒸气和热水高速混合，改善凝聚状态，提高凝聚效率。

本发明完整的技术方案包括：

一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)溶聚橡胶溶液制备：

采用苯乙烯和丁二烯作为聚合单体，加入正己烷有机溶剂和四氢呋喃加入干聚合反应器中，随后加入引发剂反应，随后加入硅烷偶联剂反应，得到丁苯橡胶溶液；

(2)溶聚橡胶溶液高速凝聚：

采用高压橡胶凝聚釜进行高速凝聚，凝聚釜包括釜体，釜体上设有胶液入口，在胶液入口之前设有增压设备，使胶液在高压下进入釜体的混合室，同时混合室连接有热水入口，热水同样通过增压设备增压进入混合室，与胶液在高能流动情况下高速混合，使胶液变成分散到热水中的液滴，加入水蒸气，使溶剂和未反应单体快速蒸出并进行冷凝；

(3)选择凝聚后的溶聚橡胶溶液，白炭黑粉和炭黑进行混合并分散，得到填料分散的溶聚橡胶溶液；

(4)将上面得到溶聚橡胶溶液和防老剂、氧化锌、硬脂酸等加入密炼机进行两次混炼，随后加入促进剂在开炼机上过辊得到预混胶，随后进行硫化得到成品橡胶。

本发明相对于现有技术的改进为：针对现有技术中湿式凝聚工艺中，由于溶剂气化速度慢，胶液粘度较大，在搅拌下很容易粘结在一起，使胶粒粘结成块，对设备造成影响，且溶剂和未反应的单体不能脱离完全的问题，开发了高压橡胶凝聚釜进行高速凝聚，通过增压的方式，使胶液和热水在高能流动情况下高速混合，显著提高了凝聚过程的效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

(1)填料的选择和加工：选择炭黑和白炭黑粉作为橡胶填料：

本发明的橡胶生产中，采用炭黑以及白炭黑作为填料混炼可以提高强度、耐磨性、降低滚动阻力等机械性能。但对于填料的生产方法中，目前均是采用商用的填料进行橡胶生产，其性能参数等与我们自身设计的橡胶生产工艺，存在着针对性不强，适配性不强，且成本较高，易造成浪费等问题。因此基于此，我们开发了适合自身生产的填料生产方法，其中生产方法为：采用雾化法，具体为配置100份质量百分白炭黑比浓度为20％的水玻璃溶液，加入0.02份的CTMAB(分子式为：C₁₉H₄₂BrN)在85℃下以400rpm的速度搅拌10min，随后送入雾化塔中，雾化塔中央设有高速离心转盘，离心转盘外侧设有多个出口，水玻璃溶液通过管道进入高速离心转盘以1200转的速度进行旋转，并在离心力作用下由多个出口甩出，雾化塔内壁上环绕设置有多个对准出口的喷气嘴，并通过喷气嘴对准甩出的水玻璃溶液喷出高速的二氧化碳气体，使二氧化碳气体与甩出的水玻璃溶液接触并雾化，采用上述方法增大了水玻璃溶液和二氧化碳气体的接触面积，使在2-3s内即可完成反应生成白炭黑。

本发明的上述制备方法在一定程度上参考了现有技术中的采用雾化盘进行雾化的方法，但现有技术中的雾化盘雾化法是将水玻璃溶液直接喷淋到高速旋转的雾化盘盘面上，并在离心力作用下形成小液滴，与雾化塔中的二氧化碳气体反应。上述过程中二氧化碳气体压力较小，且和水玻璃液滴为静态的接触，反应不够充分，本发明的方式，采用离心水玻璃溶液和二氧化碳气流直接高速接触的方式实现雾化，提高了雾化效率。将得到的白炭黑浆液收集、固液分离、干燥、后续处理，得到橡胶生产所需的白炭黑填料。所制备的白炭黑粉成本较低，制备效率较高，虽然存在粒径分布较宽的问题，但满足了对于溶聚丁苯橡胶的性能强化需求，适合生产实际需求。

(2)溶聚丁苯橡胶溶液制备：

采用苯乙烯和丁二烯作为聚合单体，将30份苯乙烯、45份丁二烯、70份正己烷有机溶剂、0.12份四氢呋喃加入干燥除氧的聚合反应器中，随后在进行搅拌的情况下，以喷雾的方式加入0.15份有机锂化合物引发剂，在30～50℃条件下反应6h。随后加入硅烷偶联剂偶联剂，硅烷偶联剂包括A组分和B组分，其中A组分为乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷，B组分为乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷，A组分和B组分的质量比为(1～2)：5。偶联剂用量与引发剂的质量比为0.4：1，偶联温度80℃，偶联时间1h。随后加入反应完全后，对聚合物溶液加入100份水，得到溶聚丁苯橡胶溶液。

(3)溶聚丁苯橡胶高速凝聚：

采用高压橡胶凝聚釜进行高速凝聚，凝聚釜包括釜体，釜体上设有胶液入口，在胶液入口之前设有增压设备，使胶液在高压下进入釜体的混合室，同时混合室连接有热水入口，热水同样通过增压设备增压进入混合室，与胶液在高能流动情况下高速混合，使胶液变成分散到热水中的液滴，加入水蒸气，使溶剂和未反应单体快速蒸出并进行冷凝。

(4)选择溶聚丁苯橡胶溶液100-120份，白炭黑粉4～6份，炭黑12～15份，进行混合并分散，得到填料分散的溶聚丁苯橡胶溶液。

(5)将上面得到溶聚丁苯橡胶溶液和防老剂、氧化锌、硬脂酸等加入密炼机进行两次混炼，随后加入促进剂在开炼机上过辊得到预混胶，随后进行硫化得到成品橡胶。

将上述得到的成品橡胶进行检测，与采用商用填料的橡胶相比，成本降低了5％，但拉伸长度仅降低0.4％，回弹性减低1.1％，硬度增加0.15％，充分说明了本发明的方法在保证基本性能稳定的前提下提高了生产效率，降低了成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (1)

1.一种橡胶的高速凝聚方法与生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)溶聚橡胶溶液制备：

采用苯乙烯和丁二烯作为聚合单体，加入正己烷有机溶剂和四氢呋喃加入干聚合反应器中，随后加入引发剂反应，随后加入硅烷偶联剂反应，得到丁苯橡胶溶液；

(2)溶聚橡胶溶液高速凝聚：

采用高压橡胶凝聚釜进行高速凝聚，凝聚釜包括釜体，釜体上设有胶液入口，在胶液入口之前设有增压设备，使胶液在高压下进入釜体的混合室，同时混合室连接有热水入口，热水同样通过增压设备增压进入混合室，与胶液在高能流动情况下高速混合，使胶液变成分散到热水中的液滴，加入水蒸气，使溶剂和未反应单体快速蒸出并进行冷凝；

(3)选择凝聚后的溶聚橡胶溶液，白炭黑粉和炭黑进行混合并分散，得到填料分散的溶聚橡胶溶液；

(4)将上面得到溶聚橡胶溶液和防老剂、氧化锌、硬脂酸等加入密炼机进行两次混炼，随后加入促进剂在开炼机上过辊得到预混胶，随后进行硫化得到成品橡胶。