способ получения наполненного бутадиен-стирольного каучука

Формула изобретения

Способ получения наполненного бутадиен-стирольного каучука путем сополимеризации бутадиена со стиролом в эмульсии в присутствии радикальных инициаторов, стопперирования процесса, введения наполнителя и антиоксиданта, дегазации и выделения каучука из латекса методом коагуляции, отличающийся тем, что в качестве наполнителя и антиоксиданта используют волокнополимерно-антиоксидантный композит, полученный предварительным смешением измельченных разволокненных волокон, с углеводородным раствором низкомолекулярного полимерного материала, полученного на основе кубового остатка очистки возвратного растворителя - толуола производства полибутадиенового каучука и стирола, содержащего антиоксидант аминного или фенольного типа, перетиром полученного композита, диспергированием его в водной фазе, содержащей поверхностно-активные вещества, отгонкой низкокипящей углеводородной фракции и введением в количестве 2-6% низкомолекулярного полимерного материала и 0,1-1,0% волокнистого наполнителя на каучук.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству бутадиен-стирольных каучуков, получаемых эмульсионной (со)полимеризацией, в частности к способам наполнения их на стадии латексов, и может быть использовано в нефтехимической промышленности.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения наполненных бутадиен-стирольных каучуков на стадии латекса с использованием в качестве наполнителей нафтеновых, парафиновых масел с последующим выделением наполненного каучука водно-солевыми растворами и подкисляющим агентом. [Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1987. - 424 с., ил.].

Основными недостатками данного способа получения наполненных бутадиен-стирольных каучуков являются:

- образование мелкодисперсной крошки каучука, которая уносится с серумом и промывными водами из цехов выделения, что приводит к снижению производительности процесса;

- нарушение стабильности процесса;

- загрязнение окружающей среды каучуковыми продуктами;

- невысокая устойчивость термоокислительному воздействию.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является стабилизация процесса выделения каучука из латекса, уменьшение потерь каучука с образовавшейся крошкой из цехов выделения, снижение загрязнения окружающей среды каучуковыми продуктами, улучшение физико-механических показателей вулканизатов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения наполненного бутадиен-стирольного каучука путем сополимеризации бутадиена со стиролом в эмульсии в присутствии радикальных инициаторов, стопперировании процесса, введении наполнителя и антиоксиданта, дегазации и выделении каучука из латекса методом коагуляции, согласно изобретения в качестве наполнителя и антиоксиданта используют волокнополимерноантиоксидантный композит, полученный предварительным смешением измельченных разволокненных волокон, с углеводородным раствором низкомолекулярного полимерного материала, полученного на основе кубового остатка очистки возвратного растворителя - толуола производства полибутадиенового каучука и стирола, содержащего антиоксидант аминного или фенольного типа, перетиром полученного композита, диспергированием его в водной фазе, содержащей поверхностно-активные вещества, отгонкой низкокипящей углеводородной фракции и введением в количестве 2-6% низкомолекулярного полимерного материала и 0,1-1,0% волокнистого наполнителя на каучук.

Предлагаемый способ получения наполненного бутадиен-стирольного каучука позволяет стабилизировать процесс коагуляции, уменьшить потери каучука, снизить загрязнение окружающей среды и повысить физико-механические показатели вулканизатов.

Способ осуществляется следующим образом

Сополимеризацию бутадиена со стиролом осуществляют в батарее, состоящей из 10-12 полимеризационных аппаратов, в присутствии инициаторов радикального типа (например гидропероксида пинана). После достижения конверсии 65-70% в систему вводится стоппер радикального процесса (нитрит натрия, ронгалит и др.) и полученный латекс подается на дегазацию, где происходит отгонка незаполимеризовавшихся мономеров (стирол, бутадиен и других низкокипящих продуктов. Из отделения дегазации латекс поступает на коагуляцию, где смешивается с масляноантиоксидантной эмульсией и агентами, обеспечивающими выделение каучука из латекса (водный раствор хлорида натрия и серной кислоты). Образующаяся крошка каучука подается на промывку, обезвоживание, сушку и упаковку (Распопов И.В., Никулин С.С., Гаршин А.П. и др. Совершенствование оборудования и технологии выделения бутадиен-( -метил)стирольных каучуков из латексов. М.: ЦНИИТЭ-нефтехим, 1997. 68 с.). Данный процесс соответствует ограничительной части формулы изобретения.

Низкомолекулярный полимерный материал (НПМ) получали сополимеризацией непредельных соединений (4-винилциклогексена; циклододекатриена-1,5,9; н-додекатетраена-2,4,6,10), содержащихся в кубовом остатке очистки возвратного растворителя - толуола со стиролом в присутствии алюмосиликатных катализаторов. Данный процесс был реализован в промышленных масштабах, а получаемый НПМ использовался в производстве лакокрасочных материалов (Сидоров С.Л., Шаповалова Н.Н., Молодыка А.В. и др. // Производство и использование эластомеров. 1993. N 4. С.11-14). Свойства НПМ полученного на основе кубового остатка очистки возвратного растворителя - толуола производства полибутадиенового каучука и стирола: цвет по йодометрической шкале (ИМШ) - 200-500; массовая доля остаточного стирола - не более 0,1%; содержание связанного стирола - 65-70%; условная вязкость по ВЗ-4 - 42-46 с, молекулярная масса - 1300-1700.

Волокнистые материалы, являющиеся отходами различных производств (обрезки тканей, нитей, путанки и др.), подвергают разволокнению и измельчению до размера 2-10 мм и смешивают с углеводородным раствором низкомолекулярного полимерного материала (НПМ), полученного на основе кубового остатка очистки возвратного растворителя - толуола и стирола, содержащего аминные или фенольные антиоксиданты. Полученный композит перемешивают на высокоскоростной мешалке в течение 10-15 минут при 60-90°С и подвергают дополнительному перетиру в течение 1-3 часов. В результате данных технологических операций происходит втирание масла в волокнистый материал и его обезвоживание. Полученный композит при постоянном высокоскоростном перемешивании диспергируется в водной фазе, содержащей поверхностно-активные вещества при 40-60°С в течение 1-3 часов. Дозировку волокнистого наполнителя выдерживают 0,1-1,0% на каучук, НПМ - от 2 до 6% на каучук. Применение более высоких дозировок волокнистого наполнителя (более 1,0% на каучук) приводит к резкому увеличению вязкости системы, что отрицательно влияет на ее подвижность и транспортабельность по трубопроводам. После отгонки низкомолекулярной углеводородной фракции (растворителя, незаполимеризовавшихся мономеров и других низкокипящих продуктов) водноволокнополимерноантиоксидантную дисперсию (ВВПАД) смешивают с латексом СКС-30 АРК. Каучуковый латекс, содержащий ВВПАД, подают на коагуляцию.

Бутадиен-стирольный латекс СКС-30 АРК, содержащий ВВПАД, заливают в емкость для коагуляции, снабженную перемешивающим устройством и помещенную в термостат для поддержания заданной температуры. Выдерживают при заданной температуре 10-15 минут, вводят коагулирующий агент - 24% водный раствор хлорида натрия и перемешивают 5-10 минут. Процесс выделения завершают вводом 2% водного раствора серной кислоты. рН коагуляции выдерживают 2,0-2,5. Образующийся коагулюм отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80-85°С. Полноту коагуляции оценивают визуально серум прозрачный - коагуляция полная), а также по массе образующегося коагулюма.

Способ поясняется следующими примерами

Сополимеризация бутадиена со стиролом осуществляется по непрерывной схеме на батарее, состоящей из 12 полимеризаторов. В первый по ходу процесса полимеризатор подается водная и углеводородная фазы (смесь 70% бутадиена и 30% стирола), радикальный инициатор (гидропероксиды изопропилбензола, пинана и др.) и регулятор молекулярной массы (третичный додецилмеркаптан). Дополнительные количества регулятора молекулярной массы вводятся в процесс перед пятым и девятым полимеризаторами. Полимеризаторы оборудованы мешалками. Сополимеризацию бутадиена со стиролом проводят при 4-8°С. Процесс ведут до конверсии 65-68%. При выходе из последнего полимеризатора латекс непрерывно заправляется стоппером - раствором диметилдитиокарбаматом натрия с нитритом натрия. Заправленный стоппером латекс проходит через фильтр и направляется на отгонку незаполимеризовавшихся мономеров в верхнюю часть колонны предварительной дегазации, где происходит отгонка основного количества бутадиена. После колонны предварительной дегазации латекс направляется в вакуумный отгонный аппарат, где происходит отгонка стирола и оставшегося бутадиена. Латекс из отделения дегазации подается на коагуляцию.

В емкость, снабженную перемешивающим устройством, вводят 70 г НПМ, 30 г растворителя (толуол) и антиоксиданты аминного или фенольного типа в количествах, соответствующих требованиям ТУ на выпускаемую марку каучука. Смесь при постоянном перемешивании нагревают до температуры 60-90°С и вводят волокнистый наполнитель (хлопок, вискоза, капрон), подвергнутый разволокнению и измельчению, перемешивают полученную смесь еще 10-15 минут. Перетир полученного композита проводят в шаровой мельнице в течение 1-3 часов. После перетира полученный композит смешивают с водным раствором, содержащим поверхностно-активные вещества - канифольное мыло, мыла на основе жирных кислот, таллового масла в количествах 6% и лейканол 0,5% на диспергируемую фазу и гомогенизируют в течение 1-3 часов при 40-60°С на оборудовании, снабженном высокоскоростным перемешивающим устройством. Одновременно с этим проводят отгонку под вакуумом легкокипящей углеводородной фракции (растворителя -толуола и др.) из полученной дисперсии. Сухой остаток находится в пределах 30-50%.

Полученную дисперсию подают на смешение с латексом бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК в емкость для коагуляции, снабженную перемешивающим устройством и помещенную для поддержания заданной температуры в термостат. Выдерживают при заданной температуре 10-15 минут и при постояном перемешивании вводят 24% водный раствор хлорида натрия. Для завершения процесса коагуляции вводят подкисляющий агент, в виде 1-2% водного раствора серной кислоты. Расход серной кислоты - 15,0 кг/т каучука. рН коагуляции 2-2,5. После коагуляции образующийся коагулюм отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80-85°С. Полноту коагуляции оценивают визуально (серум прозрачный - коагуляция полная), а также по массе образующегося коагулюма.

В таблице 1 приведены примеры по влиянию температуры, дозировки НПМ и волокнистого материала (% на каучук) на процесс выделения каучука из латекса. Экспериментальные данные, представленные в табл.1, показывают, что дополнительное введение ВВПАД в латекс перед подачей его на коагуляцию позволяет повысить массу (выход, %) образующегося коагулюма, что может быть связано как с дополнительным введением НПМ и волокнистого материала, а также за счет уменьшения потерь с образующейся мелкодисперсной крошкой, уносимой со стадии выделения и отмывки серумом и промывными водами.

Выделенная после коагуляции крошка каучука СКС-30 АРК, наполненная НПМ и волокнистыми наполнителями, подвергалась сушке в сушильном шкафу при температуре 80-85°С. В дальнейшем на основе наполненного каучука СКС-30 АРК была приготовлена резиновая смесь по стандарной рецептуре и вулканизаты на ее основе.

В таблице 2 приведены показатели каучуков, резиновых смесей и вулканизатов стандартных резин на основе выделенных каучуков СКС-30 АРК.

Из приведенных результатов видно, что дополнительное введение в состав образующегося коагулюма волокнополимерного композита из расчета волокнистого материала в количестве 0,1-1,0% на каучук и НПМ в количестве 2-6% на каучук позволяет получить наилучший эффект, заключающийся в достижении максимального выхода коагулюма и улучшении таких свойств вулканизатов как сопротивление многократному растяжению, тепловое старение и температуростойкость.

Таблица 1
Влияние дозировки волокнистого наполнителя и НПМ, температуры коагуляции на расход хлорида натрия и выход образующегося коагулюма
Номер опытов	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Массовая доля волокна, % на
каучук:
Хлопкового	0	0,05	0,1	0,5	1,0	1,2	-	-	0,5	0,5	0,5
Вискозного	0	-	-	-	-	-	0,5	-	-	-	-
Капронового	0	-	-	-	-	-	-	0,5	-	-	-
Массовая доля НПМ, % на каучук	0	1	2	4	6	8	4	4	4	4	4
Температура коагуляции, °С	60	60	60	60	60	60	60	60	40	80	60
Расход хлорида натрия, кг/т каучука	175	175	176	179	174	178	178	175	176	177	175
Выход образующегося коагулюма, мас.%	94,7	94,8	96,1	97,5	97,1	97,7	96,3	97,4	97,0	96,9	97,6
Массовая доля антиоксиданта, %: ВТС-150	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	-
ВС-30А	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,5

Таблица 2
Свойства каучуков, резиновых смесей и вулканизатов приготовленных на основе каучука СКС-30 АРК, наполненного НПМ с волокнистыми наполнителями
Показатели	Вид волокнистого наполнителя и его дозировка, % на каучук
	Контроль, масло ПН-6 без волокна			хлопок			вискоза			капрон
				0,1	0,5	1,0	0,1	0,5	1,0	0,1	0,5	1,0
	2,0	4,0	6,0
Дозировка НПМ, % на каучук	-	-	-	2,0	4,0	6,0	2,0	4,0	6,0	2,0	4,0	6,0
Вязкость по Муни
Каучука	53,0	50,0	47,0	53,5	50,5	48,0	52,0	49,5	47,5	54,0	53,0	49,0
резиновой смеси	56,0	55,0	52,0	58,0	57,0	55,0	56,0	55,0	52,0	60,0	59,0	55,0
Пластичность по Карреру р/см усл.ед.	0,36	0,38	0,41	0,36	0,38	0,40	0,33	0,35	0,36	0,34	0,35	0,39
Условная прочность при растяжении, МПа	24,1	22,0	20,7	26,7	25,2	24,2	26,9	25,1	23,9	27,1	25,8	24,6
Относительное удлинение при разрыве, %	660	690	680	670	670	710	650	680	690	660	685	700
Относительная остаточная деформация, %	11	12	12	10	10	10	12	11	10	12	11	12
Сопротивление многократному растяжению, тыс.циклов	62,9	60,2	64,2	65,1	72,5	69,8	66,9	75,1	76,8	82,6	79,3	77,0
Коэффициент старения (100°С, 72 ч):
- по прочности	0,50	0,49	0,52	0,58	0,61	0,62	0,60	0,63	0,59	0,68	0,66	0,71
- по относительному удлинению	0,35	0,37	0,34	0,38	0,40	0,42	0,37	0,41	0,40	0,42	0,41	0,43