《《合成橡膠的概述》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《合成橡膠的概述》PPT課件.ppt（31頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、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(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。 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
2、，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)
3、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） 命名 許多國家都有各自的系統(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)鍵詞的第一個大 寫字母，其后綴以“橡膠”英文名第一
4、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?元素 或基團(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
5、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。 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
6、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合。 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（ 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
7、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 Hypalon） ECO環(huán)氧氯丙烷（ Epichlorohydrin） ECO、 Epichlorohydrin、 Epichlore、 Epichloridrine、 Herclor （ Hercules公司產(chǎn)品）、 Hydrin（
8、 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 Dyneon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
9、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)用一個聚合設(shè)備， 有時(shí)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，
10、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)展趨勢來看，現(xiàn)今橡膠基納米復(fù)合材料
11、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(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， 作為橡膠納米增強(qiáng)填 料具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于納米 C
12、aCO3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 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
13、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 。此外 ,中國也大量生產(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 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
14、具活力的合成橡膠市場。隨 著中國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ,將極大地推動以輪胎 為代表的橡膠工業(yè)的快速發(fā)展 ,中國合成橡膠的產(chǎn) 量和消費(fèi)量將得到進(jìn)一步增長 ,在世界總量中所占 的比例將進(jìn)一步上升。中國合成橡膠工業(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個月后制得的，而
15、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(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
16、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。 天然橡膠的剖析和仿制 1826年， M.法拉第首先對 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)、
17、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，
18、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
19、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。 未來市場競爭將更加激烈世界合成橡膠工 業(yè)的增長潛力在亞洲 ,尤其是中國 ,將成為世 界合成橡膠的消費(fèi)中心。國外主要合成橡 膠生產(chǎn)國紛紛看好和重視中國市場的開發(fā) 與爭奪 ,隨著中國合成橡膠市場需求的增加 , 國外主要合成橡膠生產(chǎn)國還將繼續(xù)加大對 中國市場的拓展力度。中國周邊的日本、 俄羅斯 ,其合成橡膠年產(chǎn)能均超過 100萬 t;韓 國、中國臺灣省及東南亞地區(qū)部
20、分國家的 合成橡膠工業(yè)亦發(fā)展迅猛 同時(shí)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 未來中國合成橡膠工業(yè)市場的競爭將日趨激烈。 從近年來國內(nèi)對進(jìn)口合成橡膠不斷提出反傾銷訴 訟 ,也可以看出一些端倪。盡管國內(nèi)采取多種措施 來保證中國合成橡膠工業(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) ,才能從容面對未來 激烈的競爭局面。 資料來源 百度百科 維基百科 中國知網(wǎng) 于清溪 合成橡膠發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢 （上） 崔曉明 中國合成橡膠概況 第 36卷第 10 期 2009年 10月世界橡膠工業(yè)
《合成橡膠的概述》PPT課件.ppt
