Получение СКИ на катализаторах Циглера-Натта

Процесс получения каучука обычно складывается из нескольких основных стадий:

подготовка растворителя, в том числе азеотропная осушка возвратной изопентан-изопреновой фракции;

приготовление компонентов каталитического комплекса и получение каталитической системы на их основе;

полимеризация;

дезактивация катализатора и отмывка раствора полимера от продуктов дезактивации катализатора;

отгонка мономера и растворителей (дегазация);

выделение, сушка и упаковка каучука;

регенерация возвратных продуктов и очистка сточных вод.

В России наиболее распространенной каталитической системой при получении 1,4- цис -изопренового каучука СКИ-3 является титановая, получаемая из TiCl₄ и алюминийорганического соединения (АОС).

Полимеризация изопрена может проводиться в различных алифатических и ароматических углеводородах, хорошо растворяющих образующийся каучук. Из известных растворителей наилучшими являются пентан, гексан, гептан. За ними следуют изопентан, бутан, изооктан. Для промышленного использования наиболее удобным растворителем оказался изопентан.

Полимеризацию изопрена в изопентане осуществляют непрерывным методом в параллельно работающих батареях, состоящих из 3–4 последовательно соединенных полимеризаторов, охлаждаемых через рубашку рассолом с температурой минус 15^оС. Для более эффективного отвода тепла (тепловой эффект при полимеризации изопрена составляет 1,04 МДж/кг) полимеризаторы оборудованы спирально-ленточными мешалками со скребками, интенсивно перемешивающими реакционную массу и хорошо очищающими поверхность теплообмена. Обвязка полимеризаторов выполнена так, что можно исключить из работы любой аппарат, не останавливая процесс.

Для приготовления подаваемой на полимеризацию шихты свежие мономер и растворитель смешивают в рассчитанных количествах с возвратной изопентан-изопреновой фракцией, прошедшей необходимую очистку и осушку. Контроль за составом шихты осуществляют хроматографически. Шихту охлаждают до температуры минус 7 – минус 10^оС и смешивают с каталитическим комплексом, после чего подают на полимеризацию. С целью снижения тепловой нагрузки на первые аппараты возможно разделение потока на два, которые перед вторым полимеризатором объединяют. Температура полимеризации в первых аппаратах составляет 55–60^оС, а в последующих – может снизиться до 35–40^оС. При общем времени полимеризации около 2 часов обычно достигается степень превращения изопрена 85–90%.

Регулировать молекулярную массу каучука (и, следовательно, его пластоэластические свойства) можно меняя дозировку катализатора, либо вводя в систему такие регуляторы, как водород или олефины.

Перед дегазацией в полимеризат вводят противостаритель, применяемый либо в виде водной суспензии, либо в виде раствора в подходящем растворителе.

Стабилизированный полимеризат, направляют на отмывку водой, осуществляемую в две ступени. окончательно отмытый от остатков катализатора полимеризат откачивают в усреднитель.

Для освобождения полимера от растворителей (толуола и изопентана) и незаполимеризовавшегося изопрена полимеризат после усреднения направляют на водную дегазацию. Вначале полимеризат подают в эжекторный смеситель, где происходит его смешение с частью циркуляционной воды и антиагломератором и образование эмульсии. Эмульсия полимеризата далее поступает в крошкообразователь, куда подают острый пар с давлением 1,0 МПа с целью нагрева эмульсии полимеризата и образования крошки каучука. Другую часть циркуляционной воды вводят в трубопровод после крошкообразователя, чтобы получить пульпу с концентрацией крошки 5–8%.

Дегазацию проводят по непрерывной схеме и, как правило, с использованием двух ступеней дегазации, работающих противоточно. Пары растворителя, изопрена и воды из верхней части дегазатора направляют в нижнюю часть аппарата циклонного типа, где происходит улавливание унесенной парами крошки каучука, и после фильтров поступают на конденсацию (сюда же присоединяются отдувки от сборников крошки). После расслоения конденсата верхний углеводородный слой (изопентан-изопреновая фракция) подают на отмывку и осушку, а водный – используют для отмывки полимериазата.

После дегазатора второй ступени водную дисперсию направляют на отделение и сушку каучука.

После экспандера крошка каучука поступает на виброконвейер сушильной камеры (вибросушилку), в которой поддерживается непрерывный воздухообмен. Продув камеры осуществляют горячим воздухом с температурой не более 160^оС по ходу движения крошки каучука. Крошка каучука с содержанием остаточной влаги не более 0,6% масс. по вибролотку сушильной камеры поступает на нижние витки спиральных виброподъемников. При движении крошки по виброподъемникам происходит окончательная ее сушка и постепенное снижение температуры до 80^оС.

С виброподъемника крошка каучука поступает на горизонтальный вибропитатель и далее – на взвешивание в бункер дозирующего устройства.При наборе заданной массы крошки каучука в бункере дозирующего устройства (30±0,1 кг), крошка каучука сбрасывается в камеру прессования брикетирующего пресса.

Спрессованные брикеты каучука от нескольких одновременно работающих прессов подают на собирающий конвейер, а затем – на узел упаковки.

Типы и свойства изопреновых каучуков

Синтетические изопреновые каучуки отличаются от НК, главным образом по когезионной прочности и клейкости сырых резиновых смесей, кроме того, имеются различия и в свойствах вулканизатов.

СКИ-1 – каучук, получаемый газофазной полимеризацией на металлическом литии качестве катализатора;

СКИ-2 – каучук, получаемый полимеризацией в растворе с использованием в качестве катализатора бутиллития;

СКИ-3 – основной тип изопренового немодифицированного каучука, получаемый полимеризацией в растворе на катализаторах Циглера-Натта (тетрахлорид титана, триизобутилалюминий и дифенилоксид);

СКИ-3Д – каучук диэлектрического назначения, при его получении проводят более тщательную отмывку полимеризата от примесей ионов металлов;

СКИ-3В – вакуумированный каучук с пониженным содержанием летучих примесей;

СКИ-3П – пищевой каучук, не содержащий противостарителей аминного типа и других вредных примесей;

СКИ-3С – светлый каучук, в его состав входит нетемнеющий противостаритель фенольного типа – Агидол-2.

На основе каучука СКИ-3 разработаны различные модифицированные варианты 1,4- цис -полиизопренов, причем, как правило, при их получении сохраняется технология синтеза и выделения каучука - СКИ-3-01 – модифицирован п -нитрозодифениламином (ПНДФА), вводимым в количестве 0,2–0,3% масс.; такой каучук близок к НК по клейкости сырых резиновых смесей, но характеризуется нестабильностью пластичности при хранении. Введение специальной стабилизирующей добавки позволяет устранить этот недостаток, и такой каучук выпускают для использования в составе резин для крупногабаритных шин под торговой маркой СКИ-3-01 КГШ.

Свойства: не маслобензостоек, но не растворяется в полярных растворителях; возможность вулканизации серой, нестойкость к воздействию агрессивных сред; температура стеклования минус 65 – минус 70 С; высокая динамическая выносливость; высокая прочность (самый прочный из всех каучуков специального назначения).

Дата добавления: 2015-08-17