合成橡膠的概述課件

合成橡膠的概述材料化學(xué)二班崔文鵬滿金龍摘要：簡要敘述了合成橡膠的定義及分類；羅列了一些常用的橡膠名稱；介紹了通用的合成橡膠的方法。在后面還簡要介紹了橡膠的合成歷史介紹了中國合成橡膠工業(yè)的生產(chǎn)消費現(xiàn)狀、生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展前景，并對橡膠業(yè)的未來進(jìn)行展望。序言:由于本專業(yè)——材料化學(xué)專業(yè)與合成橡膠息息相關(guān)，而本課程——高分子科學(xué)基礎(chǔ)中很重要的一部分就是合成橡膠；所以，在此對合成橡膠進(jìn)行簡單的介紹，希望對同學(xué)們以后的學(xué)習(xí)方向的選擇上有所幫助。合成橡膠（syntheticrubber）指任何人工制成的，用于彈性體的高分子材料。合成橡膠是人工合成的高彈性聚合物，以煤、石油、天然氣為主要原料，所以價格也與三種主要原料的價格息息相關(guān)。品種很多，并可按需求之不同合成各種具有特殊性能的橡膠，因此目前世界上的合成橡膠總產(chǎn)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然橡膠。二、科技名詞定義中文名稱：合成橡膠英文名稱：syntheticrubber定義：以合成高分子化合物為基礎(chǔ)具有可逆變形的高彈性材料。應(yīng)用學(xué)科：水利科技（一級學(xué)科）；工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料（二級學(xué)科）；建筑材料（水利）（三級學(xué)科）法是取相應(yīng)單體的英文名稱或關(guān)鍵詞的第一個大寫字母，其后綴以“橡膠”英文名第一個字母R來命名。例如丁苯橡膠是由苯乙烯與丁二烯共聚而成的合成橡膠，故稱SBR；同理，丁腈橡膠稱NBR；氯丁橡膠稱CR等。中國的命名方法：對于共聚物是在相應(yīng)單體之后綴以共聚物橡膠如丁二烯－苯乙烯共聚物橡膠，簡稱丁苯橡膠；對于均聚物，則在相應(yīng)單體之前冠以“聚”字，而在聚合物之后綴以“橡膠”如順式-1,4-聚異戊二烯橡膠（簡稱異戊橡膠）順式-1,4-聚丁二烯橡膠（簡稱順丁橡膠）等。此外，尚有通俗取名法，即取該聚合物除碳?xì)湟酝獾奶赜性鼗蚧鶊F來命名。如由αω-二氯代烴（或α，ω-二氯代醚）和多硫化鈉形成的橡膠俗稱聚硫橡膠，而由異丁烯和少量異戊二烯共聚制得的橡膠常俗稱丁基橡膠等分類合成橡膠的分類方法很多。按成品狀態(tài)可分為液體橡膠（如端羥基聚丁二烯）、固體橡膠、乳膠和粉末橡膠等。按橡膠制品形成過程可分為熱塑性橡膠（如可反復(fù)加工成型的三嵌段熱塑性丁苯橡膠）、硫化型橡膠（需經(jīng)硫化才能制得成品，大多數(shù)合成橡膠屬此類）。按生膠充填的其他非橡膠成分可分為充油母膠、充炭黑母膠和充木質(zhì)素母膠。常見合成橡膠名稱表ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼學(xué)名（英文）通稱BIIR溴化丁基橡膠（BromoIsobutyleneIsoprenerubber）Bromobutyl（Lanxess公司產(chǎn)品）BR聚丁二烯、順丁橡膠（Polybutadiene）BunaCB（Lanxess公司產(chǎn)品）CIIR氯化丁基橡膠（ChloroIsobutyleneIsoprenerubber）丁基橡膠（butylrubber）、chlorobutylCR氯丁橡膠（Polychloroprenerubber）Neoprene、ChloropreneCSM氯磺化聚乙烯橡膠（ChlorosulphonatedPolyethylene）海霸龍（杜邦公司產(chǎn)品Hypalon）ECO環(huán)氧氯丙烷（Epichlorohydrin）ECO、Epichlorohydrin、Epichlore、Epichloridrine、Herclor（Hercules公司產(chǎn)品）、Hydrin（B.F.Goodrich公司產(chǎn)品）EP乙烯丙烯橡膠（EthylenePropylene）EPDM三元乙丙橡膠（EthylenePropyleneDieneMonomer）EPDM、Nordel（陶氏化工公司產(chǎn)品）FKM氟化烴橡膠（FluorinatedHydrocarbonrubber）Viton、Kalrez（二者皆為杜邦公司產(chǎn)品）、Fluorel（3M公司子公司Dyneon產(chǎn)品）、Chemraz（GreeneTweed公司產(chǎn)品）四、生產(chǎn)工藝合成橡膠的生產(chǎn)工藝大致可分為單體的合成和精制、聚合過程以及橡膠后處理三部分

單體的生產(chǎn)和精制

合成橡膠的基本原料是單體，精制常用的方法有精餾、洗滌、干燥等。

聚合過程

聚合過程是單體在引發(fā)劑和催化劑作用下進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚合物的過程。有時用一個聚合設(shè)備，有時多個串聯(lián)使用。合成橡膠的聚合工藝主要應(yīng)用乳液聚合法和溶液聚合法兩種。目前，采用乳液聚合的有丁苯橡膠、異戊橡膠、丁丙橡膠、丁基橡膠等。后處理

后處理是使聚合反應(yīng)后的物料（膠乳或膠液），經(jīng)脫除未反應(yīng)單體、凝聚、脫水、干燥和包裝等步驟，最后制得成品橡膠的過程。乳液聚合的凝聚工藝主要采用加電解質(zhì)或高分子凝聚劑，破壞乳液使膠粒析出。溶液聚合的凝聚工藝以熱水凝析為主。凝聚后析出的膠粒，含有大量的水，需脫水、干燥。從發(fā)展趨勢來看，現(xiàn)今橡膠基納米復(fù)合材料的研究指向一方面為傳統(tǒng)橡膠制品的高性能化，諸如輪胎、密封制品，注重于提高制品的基體強度、耐磨性、耐老化性、耐油性、耐熱降解性、耐腐蝕性、無鹵阻燃等性能；另一方面向功能多樣化、復(fù)合化轉(zhuǎn)移，開始應(yīng)用于具有聲損耗、光識別、光轉(zhuǎn)換、導(dǎo)熱導(dǎo)電、高能射線屏蔽、電磁屏蔽等要求的生物醫(yī)學(xué)、航空航天等方面。面對國內(nèi)外技術(shù)的巨大差距，深入研究橡膠基納米復(fù)合材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用顯得尤為重要。納米CaCO3又稱為超細(xì)CaCO3，是典型的已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的納米材料，其顆粒尺寸10nm-100nm，粒徑分布較窄，晶體形狀可控，作為橡膠納米增強填料具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于納米CaCO3粒徑較小，表面能高，在橡膠基體中難以分散，因此須進(jìn)行表面改性處理。經(jīng)表面改性處理后，部分單分散的CaCO3納米粒子可形成鏈枝狀結(jié)構(gòu)，同時表面活性及與橡膠分子鏈之間的相容性和結(jié)合力增加，具有增強、填充、調(diào)色、改善加工工藝和制品質(zhì)量的性能。納米CaCO3填充的硫化膠表面光滑，扯斷伸長率高，抗張強度高，永久變形小，耐彎曲性能好，撕裂強度高，而且耐磨性、致密性、抗劃痕性有明顯提高。六合成橡膠在中國中國合成橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代末期,經(jīng)過近50年的發(fā)展,歷經(jīng)國內(nèi)自主研究開發(fā)和引進(jìn)世界先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的歷程,已成為產(chǎn)品體系較完整、年產(chǎn)量超過百萬噸以上的重要產(chǎn)業(yè)。目前,中國已經(jīng)建成丁苯橡膠(SBR)[包括乳聚丁苯橡膠(ESBR)和溶聚丁苯橡膠(SSBR)]、聚丁二烯橡膠(PBR)、丁基橡膠(IIR)、氯丁橡膠(CR)、丁腈橡膠(NBR)和乙丙橡膠(EPR)等基本膠種的產(chǎn)品生產(chǎn)體系合成橡膠的誕生

1900年И.Л.孔達(dá)科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯聚合成革狀彈性體。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國的海上運輸被封鎖，切斷了天然橡膠的輸入，他們于1917年首次用2，3-二甲基-1，3-丁二烯生產(chǎn)了合成橡膠，取名為甲基橡膠W和甲基橡膠H。甲基橡膠W是2，3-二甲基-1，3-丁二烯在70℃熱聚合歷經(jīng)5個月后制得的，而甲基橡膠H是上述單體在30～35℃聚合歷經(jīng)3～4個月后制成的硬橡膠。在戰(zhàn)爭期間，甲基橡膠共生產(chǎn)了2350t。這種橡膠的性能比天然橡膠差得多，而且當(dāng)時單體的合成和聚合技術(shù)都很落后，故戰(zhàn)后停止生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展史人工合成橡膠的思路淵源于人們對天然橡膠的剖析和仿制，合成橡膠工業(yè)的誕生和發(fā)展取決于原料來源、單體制造技術(shù)的成熟程度，以及單體、催化劑和聚合方法的選擇。此外，由于橡膠是交通運輸工具（汽車、飛機的輪胎等）的主要材料，因而它的發(fā)展又和戰(zhàn)爭對橡膠的需求密切相關(guān)。第一次世界大戰(zhàn)期間誕生了合成橡膠，并且有少量生產(chǎn)以應(yīng)戰(zhàn)爭急需。20世紀(jì)30年代初期建立了合成橡膠工業(yè)。第二次世界大戰(zhàn)促進(jìn)了多品種、多性能合成橡膠工業(yè)的飛躍發(fā)展。50年代初，發(fā)明了齊格勒-納塔催化劑，單體制造技術(shù)也比較成熟，使合成橡膠工業(yè)進(jìn)入合成立構(gòu)規(guī)整橡膠的嶄新階段。60年代以后，合成橡膠的產(chǎn)量開始超過了天然橡膠。發(fā)展新階段

50年代中期，由于發(fā)明了齊格勒-納塔和鋰系等新型催化劑；石油工業(yè)為合成橡膠提供了大量高品級的單體；人們也逐漸認(rèn)識了橡膠分子的微觀結(jié)構(gòu)對橡膠性能的重要性；加上配合新型催化劑而開發(fā)的溶液聚合技術(shù)，使有效地控制橡膠分子的立構(gòu)規(guī)整性成為可能。這些因素使合成橡膠工業(yè)進(jìn)入生產(chǎn)立構(gòu)規(guī)整橡膠的嶄新階段。代表性的產(chǎn)品有60年代初投產(chǎn)的高順式-1，4-聚異戊二烯橡膠，簡稱異戊橡膠又稱合成天然橡膠；高反式-1，4-聚異戊二烯，又稱合成杜仲膠;及高順式、中順式和低順式-1，4-聚丁二烯橡膠，簡稱順丁橡膠。此外，尚有溶液丁苯和乙烯-丙烯共聚制得的乙丙橡膠等。在此期間，特別橡膠也獲得了相應(yīng)的發(fā)展，合成了耐更高溫度、耐多種介質(zhì)和溶劑或兼具耐高溫、耐油的膠種。其代表性品種有氟橡膠和新型丙烯酸酯橡膠等60年代，合成橡膠工業(yè)以繼續(xù)開發(fā)新品種與大幅度增加產(chǎn)量平行發(fā)展為特征，出現(xiàn)了多種形式的橡膠，如液體橡膠、粉末橡膠和熱塑性橡膠等，其目的是簡化橡膠加工工藝，降低能耗。到70年代后期，合成橡膠已基本上可代替天然橡膠制造各種輪胎和制品，某些特種合成橡膠的性能是天然橡膠所不具備的。合成橡膠的產(chǎn)量，1950年約達(dá)600kt，50年代以后，由于石油化工高速度發(fā)展，相應(yīng)的合成橡膠產(chǎn)量也幾乎是每5年增加1000kt左右(見表)。到1979年突破了9000kt，達(dá)到高峰，1980年產(chǎn)量開始下降，以后幾年穩(wěn)定在8000kt左右，約為天然橡膠產(chǎn)量的兩倍，合成橡膠的年產(chǎn)能力約達(dá)12Mt。同時中國合成橡膠的主要品種BR已經(jīng)能夠滿足國內(nèi)需求,SBR裝置建設(shè)也在加快,未來幾年也將滿足國內(nèi)市場需求,甚至有一定過剩。這一切都預(yù)示著未來中國合成橡膠