Page 68 - 《橡塑技术与装备》2022年9期
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橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
其他设备为化工厂常见设备，如：反应釜、球罐、 要求为，要求丁二烯的含量为 97% 以上，同时为了防
卧罐、离心泵、屏蔽泵、管道设备、散热器、流量计、 止丁二烯的自聚合，往往在其中加入阻聚剂，该阻聚
换热器等，化工厂使用动力源为电、蒸汽、水等。 剂在使用前必须脱除，否则会影响反应过程，丁二烯
1.3 NBR 橡胶的聚合原理 在使用前也需要进行冷却。
NBR 乳液聚合的机理其实为连锁聚合，连锁聚合 水的制备 ：工厂中使用普通水进行粗过滤，然后
的反应主要是通过单体和反应活性中心的反应来进行， 使用超高压过滤系统过滤去除水中颗粒粒径大于 4 um
活性中心通常不能由单体直接产生，需要在聚合体系 的杂质制备成超滤水，最后使用 RO 反渗透系统制备
中加入某种化学物质，该种化学物质在一定的条件下 RO 水，对 RO 水要求较为严格，RO 水中不能允许出
形成反应活性中心，通过与单体的加成形成新的活性 现重金属离子和氧气。
中心，单体活性中心按照上述机理继续与新的单体进 乳化剂的制备 ：每种乳化剂的纯度和杂质含量都
行反应，从而形成高分子。 必须控制在合适的范围内，同时为了防止氧气，必须
连锁聚合一般由链引发、链增长、链终止等基元 隔氧操作，在进行反应前，除了预降温，还需要进行
反应组成。 脱氧处理。
丙烯腈单体和丁二烯单体都含有双键，具备连锁 所有原料按照比例通入到反应釜中，保持反应釜
聚合的反应条件，同时采用乳液聚合技术，使得连锁 的压力在 10 bar 左右，控制温度在 3 ℃左右，严格控
反应发生在单体构成的小液滴之中，产生的热量可以 制 PH，最后反应时间到达后，转移胶乳进行下一步的
被周围的水迅速带走，从而避免了爆聚，而作为提供 处理，直至形成 NBR 橡胶块。
反应场所的水，具有廉价与来源广泛的特点。同时我 1.5 NBR 聚合配方简介
们可以控制乳液中单体胶束的数量和温度来控制聚合 乳化剂的选择 ：一般而言，乳化剂的选用原则为
的反应速度，因此乳液聚合反应具有极佳的可操作性 一端亲水，一端亲油，也即双极性分子，常见的有油酸、
和适应性，具有本体聚合和其他聚合方式不可比拟的 硬脂酸、脂肪酸、萘磺酸等，可以分为 13~20 个碳原
优点。 子的链烷烃类乳化剂和带有苯环的苯环类乳化剂，本
丁二烯由于具有两个双键，在聚合的过程中容易 文分别选用链烷烃类和带有苯环的烷烃类作为乳化剂。
发生 1~2 聚合，从而形成支链，同时如果温度过高， 选定好乳化剂后，不能直接用于聚合反应，因
高分子链容易发生链转移和部分的交联，从而影响最 为乳化剂中的氢原子导致体系中 PH 偏低，因此还需
终产品的性能，同时如前文所述，温度变高难以控制 要加入一定的碱性物质中和，本文实验采用氢氧化钠
聚合速度，因此采用低温聚合。 作为中和剂，控制链烷烃类聚合体系 PH 在 3~4 左右，
NBR 中丙烯腈含量的控制 ：低温情况下，丙烯腈 苯类聚合体系的 PH 在 4~6 之间。
单体的竞聚率和丁二烯单体的竞聚率接近，原则上只 引发剂的选择 ：引发剂的种类有很多，对于链烷
需要控制丁二烯和丙烯腈的加料比例就能够控制 NBR 烃类聚合体系采用过氧化物引发，对于苯类聚合体系
最终产品中的丙烯腈含量，但实际过程还有部分调整 采用过氧化氢化合物与某种物质复配体系进行。
措施。 1.6 实验与测试
NBR 聚合反应的核心是乳化剂体系的选择，本文 硫化性能 ：按 GB/T 16584—1996 测试，使用无
使用两种乳化剂，制备了两种体系，共计 4 个牌号的 转子流变仪测定硫化曲线，温度设定为 160 ℃。各符
NBR。 号表示 ：
1.4 NBR 聚合过程的工艺控制 M H — 最高扭矩值 ；
单体的准备 ：丙烯腈的单体沸点为 77 ℃左右， M L — 最低扭矩值 ；
常温常压下是液体，对丙烯腈的技术要求为，要求丙 T 10 — 焦烧时间 ；
烯腈的含量为 99% 以上，常温于储存罐中进行储放， T 90 — 工艺正硫化时间。
当进行使用时，将丙烯腈通过换热器冷却到 10 ℃以 力学性能 ：拉伸性能采用电子拉力试验机，按
下备用；丁二烯的沸点为 -4.5 ℃，常温常压下为其气， 照 GB/T 528—2008 进行测试，拉伸速度为 500 mm/
通过冷却加压的方式储存于高压容器中，对丁二烯的 min，测试温度为室温。
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·18· 第 48 卷 第 期
