Современные синтетические каучуки (СК) чрезвычайно разнообразны как по использованию разного исходного сырья, так и по получаемым физи-ко-химическим характеристикам. Полимеризация на заводах СК осуществляется чаще всего в эмульсии мономера и в растворе мономера. Сополимеризация в эмульсии ведется при температуре 5-50 °С при получении бутадиен-сти-рольных, бутадиен-нитрильных, хлоропреновых и других каучуков. При эмульгировании мономера в воде образующаяся при полимеризации суспензия полимера в воде имеет невысокую вязкость. В качестве эмульгаторов часто применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), эмульсия образуется при тщательном и непрерывном перемешивании механическими мешалками. Непрерывный процесс полимеризации осуществляется в батарее полимеризаторов, имеющей 6-12 аппаратов. Каждый полимеризатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с внутренним перемешивающим устройством. Полимеризатор имеет две теплообменные поверхности - наружную «рубашку» и встроенный трубный змеевик, в качестве хладоагентов при высокотемпературной полимеризации (50 °С) применяют воду, а при низкотемпературной (5 °С) - рассолы (водные растворы солей) температурой минус 5 °С. Может применяться и другой хладоагент - сжиженный аммиак. Объем полимеризаторов от 3-6 до 12-20 м3.

Полимеризация в растворе - более распространенный вариант получения полимеров в производстве СК. Это связано с тем, что только в сухом неводном растворителе возможно осуществление полимеризации на комплексных катализаторах с получением стереорегулярных каучуков: полиизопреновых (марок СКИ), полибутадиеновых, или полидивиниловых (СКД), этиленпропиленовых сополимеров (СКЭП, ЭПТ), бутилкаучука и полиизобутилена. Полимеризация в растворе может проводиться как при повышенных температурах, так и при весьма низких (до минус 100 °С). Аппаратурное оформление полимеризации в растворе более сложно и дорого по сравнению с эмульсионными полимеризаторами. Вязкость получаемого раствора каучука примерно на три порядка больше, чем вязкость суспензии каучука при эмульсионной полимеризации. В полимеризаторе при низких температурах процесса функционируют перемешивающее устройство и мощная трубчатая теплообменная поверхность для отвода тепла. Часто необходимо скребковое устройство для удаления образовавшегося слоя крошки полимера на стенках аппарата. Применяют также ленточные и шнековые полимеризаторы, например, для синтеза полиизобутилена.

В червячном полимеризаторе удается избежать разбрызгивания на стенки аппарата крошки каучука. Мономер и катализатор поступают в нарезку вращающегося червяка через отверстия с одной стороны корпуса машины. При вращении червяка реакционная смесь, состоящая, в основном, из полученного каучука и непрореагировавшего мономера, движется вперед вдоль оси червяка. Реакция полимеризации при этом продолжается, полимер попадает затем в вакуумную коробку (зону), в которой из полимера отводятся газообразные продукты. Окончательная дегазация каучука осуществляется в других дегазационных машинах, стоящих после полимеризатора. Важным является процесс дегазации полимеризата для удаления из него непрореагировавшего мономера и расворителей. При эмульсионной полимеризации образуется латекс, содержащий 20-25 % каучука и 60-75 % воды, размер частиц каучука около 0,1 мкм; именно в каучуке остается до 40 % непрореагировавшего мономера. Разные конструкции колонных аппаратов для дегазации латексов используют как нагрев латекса, так и проведение его дегазации в вакууме. Каучук из латекса выделяют двумя методами: применением коагулянтов или вымораживанием водной фазы при низких температурах (минус 5-10 °С) в специальных вращающихся барабанах. Замороженный латекс срезают ножом. Скоагулированный каучук формуют в виде ленты на лентоотливной машине.

При дегазации каучуков, получаемых полимеризацией в растворе, происходят более сложные процессы разложения и отмывки катализатора, отделения мономера и растворителя. Эти процессы проводят как в одном аппарате -дегазаторе, так и в различных аппаратах. После отделения растворителя и мономера из капель полимеризата образуются пористые частицы каучука -крошка, которая отделяется от воды (при водной дегазации) и подается на дальнейшую переработку. Водная дегазация применяется для всех стереоре-гулярных каучуков. Колонные дегазаторы обычно имеют перемешивающее устройство, распределители ввода водяного пара для повышения температуры дегазации до 140 °С, крошкообразователь для дробления полимеризата на капли для получения мелкой однородной крошки каучука, которая потом выводится из аппарата, отжимается и сушится.

При безводной дегазации стереорегулярных каучуков применяются валковые и червячные машины. Процесс дегазации на валковых дегазаторах осуществляется за счет создания тонкой пленки полимеризата на поверхности вращающихся валков. Поверхность пустотелых валков нагревается, для ускорения процесса дегазации валки помещают в герметичный кожух, внутри которого создается вакуум. Образовавшаяся на поверхности каждого валка (одно- и двухвалковые машины) пленка каучука толщиной 0,10-0,25 мм снимается специальным ножом. Дегазированный каучук выводится из машины и собирается в накопительной емкости. Дальнейшая переработка эмульсионных и растворных каучуков обычно проводится на технологических линиях из следующего оборудования: вибросито - отжимная червячная машина -червячная сушилка (или конвективная ленточная сушилка, или вибросушилка). Используются также транспортеры и подъемники разной конструкции.

В качестве примера приведем краткую информацию о многотоннажном производстве синтетического изопренового каучука марки СКИ-3. Резины на основе каучука СКИ-3 по многим физико-механическим характеристикам близки (но не идентичны) к вулканизатам натурального каучука. В макромолекуле каучука СКИ-3 содержится до 97 % стереорегулярных структур, его средняя молекулярная масса достигает 1 ООО ООО. Каучук СКИ-3 успешно применяется вместо натурального при изготовлении практически всех резиновых изделий как самостоятельно, так и в сочетании с другими СК в производстве шин, разнообразных технических изделий, резиновой обуви и др. Полимеризацию мономера-изопрена проводят на комплексных стереоспеци-фических катализаторах, содержащих тетрахлортитан и трибутилалюми-ний. Скорость полимеризации в растворе и молекулярная масса полимера зависят от соотношения этих компонентов в катализаторе. Каталитический комплекс готовят в среде азота, тщательно очищенного от влаги, и кислорода (каталитических ядов). По окончании полимеризации для разрушения каталитического комплекса применяют метиловый и этиловый спирты. Для полимеризации в растворе в качестве растворителя используют часто пентан-пентеновую фракцию, тщательно очищенную на адсорбенте от влаги. Скорость полимеризации растет с увеличением концентрации мономера в растворе (обычно не выше 15 %).

Молекулярная масса полиизопрена повышается при использовании более чистого мономера. Полимеризация протекает в батарее нескольких последовательно соединенных полимеризаторов при температуре 20-40 °С и концентрации изопрена в растворе 15 мае. %. Степень превращения изопрена достигает 95 % за 2-4 ч, содержание полимера в полимеризате до 15 мае. %. Каталитический комплекс в полимеризате после завершения полимеризации разрушают метиловым спиртом, затем его отмывают водой от продуктов разложения. После очистки от газов (дегазация) получается пульпа с 5 % каучука. Образующаяся после первичного отделения воды крошка каучука влажностью 10 % поступает в сушильный пресс. Там за счет обогрева водяным паром и тепла, выделяющегося при деформации (сжатии) каучука и при его трении о поверхности шнека (червяка) и корпуса пресса, каучук нагревается до температуры до 180 °С и высушивается. Из пресса выводят жгуты (ленты) каучука, которые затем разрезают на куски (пластины), их дополнительно сушат, брикетируют и упаковывают.


ПОДЕЛИСЬ!