氧对丁苯橡胶SBR1500乳液聚合速率的影响

石捷强，李 莉，赵胜利，杨静涛

(1.中国石油吉林石化公司 研究院， 吉林 吉林 132021；2.中国石油吉林石化公司 动力厂，吉林 吉林 132021)

丁苯橡胶SBR1500是一种通用的合成橡胶，广泛用于生产轮胎、鞋底、汽车零部件、胶管、胶带等橡胶制品。由于橡胶聚合过程中所用的水、单体和化学品中均不同程度地夹帯溶解氧，同时配制化学品和聚合操作中也可能混入氧气[1-4]。聚合系统中氧的存在会直接破坏氧化还原体系的平衡，阻碍和延缓聚合反应，或使聚合反应出现诱导期，因此在聚合系统中需加入除氧剂[5-7]。同时丁苯橡胶SBR1500乳液聚合采用的是亚铁盐的氧化还原体系，聚合速率受系统氧含量的影响颇为显著[7-9]，为此必须在配方中加入适量连二亚硫酸钠(SHS,俗称保险粉)作为除氧剂。

聚合系统中氧含量和除氧剂用量都会对聚合速率产生很大影响，因此除尽系统中氧和控制除氧剂加入量就显得十分重要。本文以丁苯橡胶SBR1500乳液瓶聚合为研究对象，系统研究了聚合时间与系统中氧含量关系及除氧剂用量对聚合时间的影响因素。

1 实验部分

1.1 原料

丁二烯(Bd)、苯乙烯(St):工业品，质量分数大于99%,吉林石化公司有机合成厂产品；硫醇(TDDM，相对分子质量调节剂):质量分数大于99%,工业品,美国Philips石化公司产品；岐化松香酸钾皂(K-15)：质量分数大于85%,稀释到质量分数为15%,广西梧州松脂厂产品；过氧化氢对孟烷(PMH)：质量分数大于52.5%，吉林市新文助剂厂产品；EDTA铁钠盐(Fe-Na，质量分数大于10%)、甲醛次硫酸氢钠(SFS，质量分数大于98%)、SHS(连二亚硫酸钠质量分数大于87.9%)、磷酸(PPA，质量分数大于75%)、氢氧化钾(质量分数大于20%)、乙二胺四乙酸四钠盐(EDTA，质量分数100%)、间次甲基二萘磺酸钠(TAMOL-N，质量分数大于32%)：均为吉化集团公司吉林市龙山化工厂产品；软水：吉林石化公司有机合成厂产品。以上均为吉林石化公司有机合成厂丁苯橡胶SBR1500聚合所用原料。

1.2 主要仪器

聚合用的恒温水浴：L-701，北京拓川公司；分析天平：DT-100，海恒平科技仪器有限公司。

1.3 基本配方

基本配方为：丁二烯 58.2 g,苯乙烯24.5 g，歧化松香酸钾皂3.36 g，电解质1.416 g，活化剂0.088 g,相对分子质量调节剂 TDDM 0.096 g,氧化剂0.088 g,软水151.36 g,除氧剂0.01～0.06 g。

1．4 实验方法

把聚合瓶分成两组，依次加入丁苯橡胶SBR1500配方量的软水、乳化剂、电解质、活化剂、相对分子质量调节剂和苯乙烯封闭盖，并用氮气置换，然后加入丁二烯、除氧剂和氧化剂，第一组中加入不同量的氧气，第二组中加入不同量的除氧剂，把聚合瓶放入聚合水浴中，开启搅拌，控制反应温度(5±0.5)℃，记录反应开始时间定时取样，测定固含量(TSC)，计算转化率。

1.5 分析测试

固含量按照GB2958—82进行测定,用称量瓶准确称取1 mL左右胶乳，在102 ℃下恒温2 h后称重，固体物与胶乳质量之比即为总固物含量；转化率由固含量计算得到，转化率=干燥后固含量/理论总固物含量。

2 结果与讨论

2.1 氧气含量对聚合反应的影响

表1为聚合瓶号与氧气加入量的对应表。标准配方条件下氧气加入量对转化率的影响见表2。

表1 瓶号与氧气加入量对应表

表2 标准配方条件下氧气加入量对转化率的影响

从表2可以看出，在丁苯橡胶标准配方条件下，随着氧气加入量的增加，转化率不断下降，表明氧气含量对聚合转化率影响很大。

2.2 除氧剂含量对聚合反应的影响

表3为瓶号与除氧剂含量对应表。表4为标准配方条件下转化率达到60%时所需的反应时间。

表3 瓶号与除氧剂含量对应表

表4 标准配方条件下转化率达到60%时的反应时间

从表4可以看出，在丁苯橡胶标准配方条件下，随着加入除氧剂量的增加，聚合时间先缩短后延长，表明除氧剂含量对聚合时间影响很大，要达到有机合成厂SBR1500配方要求的转化率60%、转化时间(8.5±0.5)h,且保证产品质量的条件下(见表5)，最佳除氧剂质量为0.04 g。

表5 SBR1500产品技术标准

3 结 论

(1) 在丁苯橡胶标准配方条件下，不除尽系统中的氧气将大大延长聚合反应时间。当聚合时间同为8 h，转化率由不加氧条件下的52.18%降为加入氧气体积为10 mL下的3.37%。

(2) 在不改变原体系的条件下，只有加入适量的除氧剂才能保证聚合反应在要求的时间内完成。当除氧剂质量为0.04 g时，可达到标准配方条件下的60%转化率的聚合时间要求，且聚合时间最短，为8.2 h。

参 考 文 献：

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