《合成橡膠的概述》PPT課件

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1、合成橡膠的概述材料化學(xué)二班崔文鵬 滿金龍 摘要：簡(jiǎn)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(jiǎn)要介紹了橡膠的合成歷史介紹了中國(guó)合成橡膠工業(yè)的生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀、生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀及其發(fā)展前景，并對(duì)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(duì)合成橡膠進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，希望對(duì)同學(xué)們以后的學(xué)習(xí)方向的選擇上有所幫助。 一、概述 橡膠是制造飛機(jī)、軍艦、汽車、拖拉機(jī)、收割機(jī)、水利排灌機(jī)械、醫(yī)療器械等所必需的材料。根據(jù)來源不同，橡膠可以分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠中有少數(shù)品

2、種的性能與天然橡膠相似，大多數(shù)與天然橡膠不同，但兩者都是高彈性的高分子材料，一般均需經(jīng)過硫化和加工之后，才具有實(shí)用性和使用價(jià)值。合成橡膠在20世紀(jì)初開始生產(chǎn)，從40年代起得到了迅速的發(fā)展。合成橡膠一般在性能上不如天然橡膠全面，但它具有高彈性、絕緣性、氣密性、耐油、耐高溫或低溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通及日常生活中。 合成橡膠（synthetic rubber）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(jià)格也與三種主要原料的價(jià)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

3、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： synthetic rubber 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(jí)學(xué)科）；工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料（二級(jí)學(xué)科）；建筑材料（水利）（三級(jí)學(xué)科） 命名許多國(guó)家都有各自的系統(tǒng)命名法。目前，世界上較為通用的命名法是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的，此 合成橡膠 法是取相應(yīng)單體的英文名稱或關(guān)鍵詞的第一個(gè)大寫字母，其后綴以“橡膠”英文名第一個(gè)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(guó)的命名方法：對(duì)于共聚物是

4、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(jiǎn)稱丁苯橡膠；對(duì)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(jiǎn)稱異戊橡膠）順式-1,4-聚丁二烯橡膠（簡(jiǎn)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(tuán)來命名。如由 -二氯代烴（或，-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

5、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。 實(shí)際應(yīng)用中又按使用特性分為通用型橡膠和特種橡膠兩大類。通用型橡膠指可以部分或全部代替天然橡膠使用的橡膠，如丁苯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠等，主要用于制造各種輪胎及一般工業(yè)橡膠制品。通用橡膠的需求量大，是合成橡膠的主要品種。 特種橡膠是指具有耐高溫、耐油、耐臭氧、耐老化和高氣密性等特點(diǎn)的橡膠，常用的有硅橡膠、各種氟橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠和丁基橡膠等，主要用于要求某種特性的特殊場(chǎng)合。 常見合成橡膠名稱表 ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼學(xué)名（英

6、文）通稱BIIR溴化丁基橡膠（Bromo Isobutylene Isoprene rubber）Bromobutyl（Lanxess公司產(chǎn)品）BR聚丁二烯、順丁橡膠（Polybutadiene）Buna CB（Lanxess公司產(chǎn)品）CIIR氯化丁基橡膠（Chloro Isobutylene Isoprene rubber）丁基橡膠（butyl rubber）、chlorobutylCR氯丁橡膠（Polychloroprene rubber）Neoprene、ChloropreneCSM氯磺化聚乙烯橡膠（Chlorosulphonated Polyethylene）海霸龍（杜邦公司產(chǎn)品Hyp

7、alon）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（Ethylene Propylene）EPDM三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer）EPDM、Nordel（陶氏化工公司產(chǎn)品）FKM氟化烴橡膠（Fluorinated Hydrocarbon rubber）Viton、Kalrez（二者皆為杜邦公司產(chǎn)品）、Fluorel （3M公司子公司Dyne

8、on產(chǎn)品）、Chemraz （Greene Tweed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(shí)用一個(gè)聚合設(shè)備，有時(shí)多個(gè)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

9、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。 五、納米粒子在橡膠中的應(yīng)用橡膠基納米復(fù)合材料是以橡膠為連續(xù)相，以無機(jī)或有機(jī)納米粒子為分散相而制備的復(fù)合材料。由于分散相的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)，橡膠基納米復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用方面優(yōu)于傳統(tǒng)的橡膠復(fù)合材料，為制備高性能、多功能的復(fù)合材料提供了新途徑。本論文以高性能橡膠基納米復(fù)合胎面材料、功能材料、密封材料為應(yīng)用指向，研究了基于纖維狀無機(jī)納米填料、層狀無機(jī)納米填料、顆粒狀無機(jī)納米填料、功能化無機(jī)納米復(fù)合填料以及聚合物納

10、米填料的橡膠基納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能。 從發(fā)展趨勢(shì)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(qiáng)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(shí)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(duì)國(guó)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(gè)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(shí)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

11、納米增強(qiáng)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(shí)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(qiáng)、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(zhǎng)率高，抗張強(qiáng)度高，永久變形小，耐彎曲性能好，撕裂強(qiáng)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(guó)中國(guó)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(guó)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、

12、年產(chǎn)量超過百萬噸以上的重要產(chǎn)業(yè)。目前,中國(guó)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 。此外,中國(guó)也大量生產(chǎn)丁苯熱塑性彈性體(SBS)和丁苯膠乳,亦生產(chǎn)丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠以及氯化聚氯乙烯等特種橡膠產(chǎn)品。目前,中國(guó)合成橡膠裝置生產(chǎn)能力和生產(chǎn)量均位居世界第三,約占世界合成橡膠裝置總生產(chǎn)能力的9.9%,總產(chǎn)量的14.5%;消費(fèi)量則居世界第一,約占世界總消費(fèi)量的21.8%,是世界上最具活力的合成橡膠市場(chǎng)。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展

13、,將極大地推動(dòng)以輪胎為代表的橡膠工業(yè)的快速發(fā)展,中國(guó)合成橡膠的產(chǎn)量和消費(fèi)量將得到進(jìn)一步增長(zhǎng),在世界總量中所占的比例將進(jìn)一步上升。中國(guó)合成橡膠工業(yè)發(fā)展前景十分廣闊 合成橡膠的誕生 1900年.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(guó)的海上運(yùn)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(gè)月后制得的，而甲基橡膠 H是上述單體在3035聚合歷經(jīng)34個(gè)月后制成的硬橡膠。在戰(zhàn)爭(zhēng)期間，甲基橡膠共生產(chǎn)了 2350t。這種

14、橡膠的性能比天然橡膠差得多，而且當(dāng)時(shí)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(duì)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(yùn)輸工具（汽車、飛機(jī)的輪胎等）的主要材料，因而它的發(fā)展又和戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)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(zhēng)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

15、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。 天然橡膠的剖析和仿制 1826年，M.法拉第首先對(duì)天然橡膠進(jìn)行化學(xué)分析，確定了天然橡膠的實(shí)驗(yàn)式為C5H8。 1860年，C.G.威廉斯從天然橡膠的熱裂解產(chǎn)物中分離出C5H8，定名為異戊二烯，并指出異戊二烯在空氣中又會(huì)氧化變成白色彈性體。1879年，G.布查德用熱裂解法制得了異戊二烯，又把異戊二烯重新制成彈性體。盡管這種彈性體的結(jié)構(gòu)、性能與天然橡膠差別很大，但至此人們已完全確認(rèn)從低分子單體合成橡膠是可能的。 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(jí)的單體；人們也逐漸認(rèn)識(shí)

16、了橡膠分子的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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)

17、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(jiǎn)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。 未來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈世界合成橡膠工業(yè)的增長(zhǎng)潛力在亞洲,尤

18、其是中國(guó),將成為世界合成橡膠的消費(fèi)中心。國(guó)外主要合成橡膠生產(chǎn)國(guó)紛紛看好和重視中國(guó)市場(chǎng)的開發(fā)與爭(zhēng)奪,隨著中國(guó)合成橡膠市場(chǎng)需求的增加,國(guó)外主要合成橡膠生產(chǎn)國(guó)還將繼續(xù)加大對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的拓展力度。中國(guó)周邊的日本、俄羅斯,其合成橡膠年產(chǎn)能均超過100萬t;韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣省及東南亞地區(qū)部分國(guó)家的合成橡膠工業(yè)亦發(fā)展迅猛 同時(shí)中國(guó)合成橡膠的主要品種BR已經(jīng)能夠滿足國(guó)內(nèi)需求,SBR裝置建設(shè)也在加快,未來幾年也將滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求,甚至有一定過剩。這一切都預(yù)示著未來中國(guó)合成橡膠工業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈。從近年來國(guó)內(nèi)對(duì)進(jìn)口合成橡膠不斷提出反傾銷訴訟,也可以看出一些端倪。盡管國(guó)內(nèi)采取多種措施來保證中國(guó)合成橡膠工業(yè)的健康發(fā)展,但是歸根結(jié)底還是要不斷加大自身的技術(shù)進(jìn)步,加大高性能品種的開發(fā),不僅要做大更要做強(qiáng),才能從容面對(duì)未來激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面。 資料來源百度百科維基百科中國(guó)知網(wǎng)于清溪合成橡膠發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)（上）崔曉明 中國(guó)合成橡膠概況 第36卷第10期2009年10月世界橡膠工業(yè)