Шины. Некоторые проблемы эксплутации и производства - Ильясов Р.С.
ISBN 5-7882-0140-3
Скачать (прямая ссылка):
2.2.2.3. Бутадиен-стирольные каучуки
Доля потребления бутадиен-стирольных каучуков (БСК или иногда СКС) в зарубежной шинной промышленности составляет около 30 %. На сегодня 80-90 % производимого БСК составляет эмульсионный, хотя тенденция к снижению его потребления в пользу растворного очевидна. Основные производители эмульсионного БСК за рубежом это фирмы "Америпол Синпол Кол" (США), "Гудьир Тайр энд Рабер" (Франция) и "Ниппон Зеон Компани" (Япония), а растворного БСК - "Асахи" (Япония), "ЭНИ" (Великобритания), "Файерстоун" (США), "Репсол" (Испания), "Шелл" (Нидерланды).
Эмульсионный БСК в основном идет в протектора легковых шин, обеспечивая им высокие механические свойства, хорошую технологичность и, что немаловажно, низкую цену.
С целью улучшения качества шин и безопасности движения при очень высоких скоростях шинные заводы Европы стали добавлять в протекторные смеси растворный БСК, винил-полибутадиен, винилрастворный БСК с высоким содержанием винильных звеньев и сополимеры бутадиена, стирола и изопрена [50]. При этом надо помнить, что растворный БСК,
97
наряду с бутадиеновым каучуком, является хорошим каучуком для снижения сопротивления качению шины, а эмульсионный БСК с высоким содержанием стирола и растворный БСК с повышенной концентрацией винильных звеньев в макромолекулах обеспечивают высокое сцепление шины с дорогой.
Дальнейшего снижения сопротивления качению при использовании в протекторе растворного БСК можно достигнуть придавая ему звездчатую структуру, но такие каучуки очень дороги и их внедрение даже в зарубежную технологию затруднительно.
Растворный БСК, не содержащий эмульгаторов и при производстве которого можно контролировать уровень 1,2-звеньев, имеет одно важное эксплуатационное преимущество перед эмульсионным БСК. Зависимость tg 6 от температуры для резин из этих двух эластомеров как с техуглеродом, так и с кремнеземом не показывают никакого улучшения в показателях сцепления с мокрой дорогой при 0° С и значительное уменьшение величины сопротивления качению при использовании растворного БСК (tg 5 при 50-70° С) (Рисунок 4). tg6
температура
Рисунок 4. Изменение tg 5 в зависимости от температуры для эмульсионного и растворного каучуков
98
Эксплуатационные и экологические преимущества растворного БСК перед эмульсионным очевидны, однако в настоящее время он дорог. Попытку спрогнозировать ситуацию по выпуску обоих типов БСК в начале следующего столетия сделали Грив Н. и Мурвид Г. в своем докладе на конференции по каучукам, прошедшей в 1995 году в Турине, Италия. В таблице 2.58 дано сравнение возможностей регулирования характеристик БСК в ходе проведения двух разных технологических процессов, а в таблице 2.59 приведены характеристики технологических параметров этих процессов.
Из рассмотрения таблицы 2.58 совершено очевидно, что за исключением регулирования содержания стирольных звеньев растворная технология позволяет гораздо шире варьировать химическую и физико-химическую структуру БСК.
Таблица 2.58 Сравнение возможностей регулирования характеристик БСК в ходе процессов производства эмульсионного и растворного каучуков
Характеристика БСК Технология получения эмульсионного БСК Технология получения растворного БСК
Молекулярная масса +++ +++
ММР 0 +++
Температура стеклования 0 ++
Содержание 1,2-звеньев 0 ++
Содержание стирольных звеньев +++ +
Содержание функциональных групп 0 +
Сравнение приведенных в таблице 2.59 данных показывает, что эмульсионная полимеризация проходит в течении длительного времени, что приводит к потреблению большого количества энергии. Далее, цепь реакторов полимеризации очень велика (рисунки 5,6).
99
Таблица 2.59 Параметры процесса производства эмульсионного и растворного БСК
Показатели процесса Эмульсионная технология Растворная технология
Содержание полимера, % 20-25 15-20
Длительность процесса, час 5-7 1-2
Температура полимеризации, °С 10-20 50-100
Конверсия, % 60-70 >98
Тонна отработанной воды /
тонна каучука 4-6 0,1-1
Технологическая гибкость процесса минимальная большая
7
8
9
Рисунок 5. Растворный процесс производства БСК
1 - стирол
2 - бутадиен
3 - сушка изомера
4 - реактор 1-ый
5 - реактор 2-ой
6 - продувка
7 - смесь
8 - испарительный
сосуд
9 - рециклизация
растворителя
10 - окончание процесса
11 - катализатор
12 - растворитель
13 - рандомизатор
100
Рисунок 6. Процесс производства эмульсионного БСК
1 - стирол 8 - каскад 13 - промывка
2 - бутадиен реакторов 14 - рециклизация
3 - эмульсия 9 - стоппер мономеров
4 - активатор 10 - испарение 15 - конечная
5 - модификатор 11 - ёмкость стадия процесса
6 - вода для хранения 16 - отработанная
7 - щёлочь 12 - коагуляция вода
Следующим отрицательным фактором является большой объем отработанной воды, загрязненной мономерами, эмульгаторами, солями и олигомерами. Величина конверсии при эмульсионной полимеризации примерно в 1,5 раза ниже, чем при растворной. Однако для производства растворного каучука требуются дополнительно растворители и мономеры более высокой степени чистоты. В добавление ко всему необходима рециклизация растворителей. В пользу эмульсионного процесса можно отнести более высокий выход каучука и низкую вязкость латекса. Дополнительными преимуществами растворного процесса являются высокая конверсия полимеризации, протекание адиабатического/ изотермического процесса.
