СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНОГО КАУЧУКА ИЗ ЛАТЕКСА
METHOD OF EXTRACTING BUTADIENE-STYRENE RUBBER FROM LATEX

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к производству бутадиен-стирольных каучуков, получаемых эмульсионной (со)полимеризацией, и может быть использовано для выделения каучуков, получаемых эмульсионной полимеризацией из латексов.
В связи с тем, что традиционно применяемые промышленные способы выделения бутадиен-стирольных каучуков из латексов предполагают использование больших количеств хлористого натрия или других неорганических солей, а также минеральных кислот, попадающих вместе со сточными водами в водоемы, актуальным является поиск более экологичных способов выделения каучуков из латексов, позволяющих снизить вредную экологическую нагрузку на окружающую среду.
В основе этих способов лежит применение органических коагулянтов (флокулянтов), в частности синтетических высокомолекулярных катионных полиэлектролитов, среди которых особое внимание привлекает четвертичная аммонийная полимерная соль поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ), выпускаемая в промышленных масштабах под маркой ВПК-402, а также сополимер на его основе с оксидом серы (СПДМДААХОС).
Известен способ выделения бутадиен-(α-метил)-стирольного каучука, в котором в качестве коагулирующего агента используют минеральные соли (хлориды натрия, магния и др.), вводимые в латекс в количестве 140-160 кг/т каучука в расчете на сухое вещество, затем вводят подкисляющий агент и серум до создания рН среды 3,5-4,5 и выделение крошки каучука.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ выделения бутадиен-(α-метил)-стирольного каучука «Влияние концентрации дисперсной фазы на закономерности выделения каучука из латекса», путем коагуляции каучукового латекса в кислой среде с использованием в качестве коагулирующего агента полимерных четвертичных солей аммония, расход которых составляет от 3,0 до 5,0 кг/т каучука. [Никулин С.С., Вережников В.Н., Пояркова Т.Н., Вострикова Г.Ю. Влияние концентрации дисперсной фазы на закономерности выделения каучука из латекса. Журнал прикладной химии, т. 73, Вып. 10, 2000 г., С.1720-1724].
Недостатком данного способа является то, что полимерные четвертичные соли аммония обладают высокой антисептической активностью, и в случае их проскока на очистные сооружения могут приводить к гибели активного ила и к нарушению работы очистных сооружений, данные полимерные катионные коагулянты обладают высокой стоимостью.
Технической задачей изобретения является разработка способа выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса, позволяющего снизить расход коагулирующих агентов (четвертичных солей аммония), снизить себестоимость продукции, повысить качество вулканизатов и резиновых смесей, снизить водопотребление цехами выделения каучуков из латексов, что приводит к уменьшению экологической напряженности в регионе.
4
-1
°
Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса, включающем использование четвертичных солей аммония в качестве коагулирующих агентов и серной кислоты в качестве подкисляющего агента, новым является то, что в качестве коагулирующих агентов используют N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорид (ДМДААХ), поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ, ВПК-402), а латекс, перед смешением с растворами коагулирующих и подкисляющих агентов, обрабатывают постоянным магнитным полем с напряженностью от 8,0-22,0·10 А·м в течение 5-15 минут, при температуре 20-60С.
Технический результат изобретения заключается в использовании предварительной обработки латекса бутадиен-стирольного каучука магнитным полем, в снижении расхода коагулирующих агентов (четвертичных солей аммония), в снижении себестоимости продукции, в повышении качества вулканизатов и резиновых смесей, в снижении водопотребления цехами выделения каучуков из латексов, что приводит к уменьшению экологической напряженности окружающей среды.
В качестве продукта, содержащего полимерный катионный флокулянт используют N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорид (ДМДААХ), поли-N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ, ВПК-402), содержащий, согласно ТУ, не менее 25 масс.% основного вещества, а также сополимер ДМДААХ с оксидом серы (СПДМДААХОС) . Полиэлектролит ВПК-402 применяют в нефтегазодобывающей промышленности, в технологиях водоочистки для очистки природных и сточных вод.
На фиг.1. представлена принципиальная схема установки для обработки латекса бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК. Установка представляет собой: 1 - обмотка электромагнита; 2 - башмаки электромагнита; 3 - нагревательное устройство с образцом; 4 - ярмо; 5 - блок питания; 6 - потенциометр; 7 - источник питания нагревательного устройства; 8 - источник питания. Установка состоит из электромагнитного индуктора, выполненного в переносном варианте. Магнитное ярмо из стали марки 10880 (ГОСТ 11036-75) смонтировано из двух подвижных башмаков. Намагничивающие катушки, изготовленные из провода марки ПСД, соединены между собой последовательно. Электромагнит подключен к специальному блоку питания, от которого на обмотку катушек подается ток силой до 12 А.
4
-1
Напряженность магнитного поля регулируется величиной подаваемого тока и расстоянием между полюсами электромагнита. Установка позволяет создавать магнитное поле напряженностью от 8,0 до 22,0·10 А·м. Для создания необходимого теплового режима в зоне рабочей ячейки применяется специальный нагревательный элемент с универсальным источником питания. Информация о тепловом режиме в рабочей ячейке поступает от двух хромель - копелевых термопар через потенциометр. Специальное устройство в комплекте с потенциометром позволяет осуществить одновременно фиксацию температуры в зоне расположения образца и автоматическую регулировку температурного режима.
Способ осуществляют следующим образом.
Бутадиен-стирольный латекс, заправленный антиоксидантом, вводят в коагуляционную емкость, выполненную из стекла или пластика, и помещают в вышеприведенную установку для воздействия на образец постоянным магнитным полем: при заданной температуре 20°С или 40°С или 60°С и выдерживают 5-15 мин. После чего при постоянном перемешивании вводят коагулирующие агенты - водные растворы ДМДААХ, или ПДМДААХ, или СПДМДААХОС и перемешивают 2-3 минуты. Далее, не прекращая перемешивания, в коугуляционную емкость с латексом и коагулирующим агентом вводят подкисляющий агент - 1-2%-ный водный раствор серной кислоты - до достижения рН 2,5-3,5. Расход серной кислоты - 15,0 кг/т каучука. Образующуюся крошку каучука отделяют от водной фазы (серума) и после промывки и отжатия обезвоживают в сушильном щкафу. Полноту коагуляции определяют гравиметрически - по массе выделяемой крошки каучука, и визуально - по прозрачности серума. В таблице 1 представлены результаты влияния напряженности магнитного поля, продолжительности обработки латекса на расход коагулирующего агента. В таблице 2 представлены результаты влияния продолжительности обработки магнитным полем и температуры на расход коагулирующего агента.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1 (контроль)
-1
о
В емкость размером 25×40×70 мм загружают 50 мл латекс бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК (сухой остаток 19,8%), полученный сополимеризацией бутадиена со стиролом по непрерывной схеме, после чего в латекс вводили 28 кг·т коагулирующего агента ДМДААХ (водный раствор с концентрацией 5,2%). После перемешивания в течение 2 минут в латекс вводили 12 кг/т каучука водного раствора серной кислоты с концентрацией 2,0% и перемешивали еще 2 минуты. Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы, промывали теплой водой, отжимали и обезвоживали в сушильном шкафу при температуре 80С.
-1
Полное выделение каучука из латекса достигается при расходе коагулирующего агента 28 кг·т каучука. Полученные из крошки каучука резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Данные анализа представлены в таблице 3.
Пример 2
о
-1
-1
о
В емкость размером 25×40×70 мм загружали 50 мл латекс бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК (сухой остаток 19,8 %), помещали в установку для воздействия на него постоянным магнитным полем (фиг. 1) и выдерживали при температуре 20С в течение 15 минут. Напряженность магнитного поля 8,0 А·м. После чего в латекс вводили 16,8 кг·т коагулирующего агента ДМДААХ (водный раствор с концентрацией 5,2%). После перемешивания в течение 2 минут в латекс вводили 12 кг/т каучука водного раствора серной кислоты с концентрацией 2,0% и перемешивали еще 2 минуты. Образующуюся крошку каучука отделяли от водной фазы, промывали теплой водой, отжимали и обезвоживали в сушильном шкафу при температуре 80С.
В качестве коагулирующего агента использовали ДМДААХ (водный раствор с концентрацией 5,2%). Данные анализа представлены в таблице 3.
-1
4
-1
Полное выделение каучука из латекса, обрабатываемого магнитным полем, достигается при расходе коагулирующего агента 16,8 кг·т каучука с напряженностью магнитного поля 8,0·10 А·мпри продолжительности обработки 15 минут.
Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели.
В таблице 3 представлены результаты испытаний в сравнении с соответствующими показателями контрольного образца (прототип) каучука СКС-30 АРК по ТУ 38.40355-99.
Как видно из таблицы 3, вулканизаты, полученные из каучука, выделенного из латекса с применением обработки латекса магнитным полем имеют улучшенные по сравнению с контрольным образцом (пример 1): более высокую прочность при растяжении и большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Таким образом, предлагаемый способ выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса обеспечивает полную коагуляцию латекса при сниженных по сравнению с контрольным образцом расходах четвертичных солей аммония, и при этом позволяет получить вулканизаты с улучшенными физико-механическими свойствами.
Пример 3
Способ выделения каучука из латекса проводили аналогично примеру 2. В качестве коагулирующего агента использовали водный раствор ДМДААХ с концентрацией 5,2%.
-1
4
-1
Данные анализа представлены в таблице 3. Анализ экспериментальных данных показывает, что расход коагулирующего агента 18,0 кг·т достигается при использовании напряженности магнитного поля 22,0·10 А·мпри продолжительности обработки 5 минут.
Полученную крошку каучука отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80ºС. Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Вулканизаты обладают более высокими прочностными показателями при растяжении и имеют большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Пример 4
Способ выделения проводили аналогично примеру 2. В качестве коагулирующего агента использовали водный раствор ПДМДААХ с концентрацией 2,1%. В качестве источника ПДМДААХ использован Полиэлектролит ВПК-402.
Данные анализа представлены в таблице 3.
-1
4
-1
Анализ экспериментальных данных показывает, что полнота коагуляции достигается при расходе коагулирующего агента 2,3 кг·т , напряженность магнитного поля 8,0·10 А·м, продолжительность обработки 15 минут.
Полученную крошку каучука отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80ºС. Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Вулканизаты обладают более высокими прочностными показателями при растяжении и имеют большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Пример 5
Выделение проводили аналогично примеру 2. В качестве коагулирующего агента использовали водный раствор ПДМДААХ с концентрацией 2,1%. В качестве источника ПДМДААХ использован Полиэлектролит ВПК-402.
-1
4
-1
Анализ экспериментальных данных показывает (таблица 3), что полнота коагуляции достигается при расходе коагулирующего агента 2,6 кг·т , напряженность магнитного поля 22,0·10 А·м, продолжительность обработки 5 минут.
После проведения процесса коагуляции крошку каучука отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80ºС. Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Вулканизаты обладают более высокими прочностными показателями при растяжении, и имеют большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Пример 6
Процесс коагуляции проводили согласно методике, описанной в примере 2. В качестве коагулирующего агента использовали водный раствор СДМДААХОС с концентрацией 1,8%.
-1
4
-1
Анализ экспериментальных данных показывает (табл.3), что расход коагулирующего агента 3,8 кг·т достигается при использовании напряженности магнитного поля от 8,0·10 А·мпри продолжительности обработки 15 минут.
Выделенную крошку каучука отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80ºС. Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Вулканизаты обладают более высокими прочностными показателями при растяжении и имеют большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Пример 7
Процесс коагуляции проводили согласно методике, описанной в примере 2. В качестве коагулирующего агента использовали водный раствор СДМДААХОС с концентрацией 1,8%.
-1
4
-1
Анализ экспериментальных данных показывает (табл.3), что расход коагулирующего агента 2,8 кг·т достигается при использовании напряженности магнитного поля от 22,0·10 А·мпри продолжительности обработки 5 минут.
Выделенную крошку каучука отделяют от серума, промывают водой и высушивают при температуре 80ºС. Полученные из крошки резиновые смеси после вулканизации испытывают на физико-механические показатели. Вулканизаты обладают более высокими прочностными показателями при растяжении и имеют большую устойчивость к термоокислительному воздействию (коэффициенты старения).
Как видно из таблицы 3, способ дает возможность снизить расход коагулирующих агентов (четвертичных солей аммония), снизить себестоимость продукции, и при этом обеспечивает получение продукта с улучшенными физико-механическими свойствами.
4
-1
4
-1
Если напряженность постоянного магнитного поля менее 8·10 А·м, то не происходит значительного снижения коагулирующего агента. Если напряженность постоянного магнитного поля более 22·10 А·м, то не происходит уменьшения расхода коагулирующего агента (Таблица 1).
Предложенный способ выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса позволяет:
- снизить расход коагулирующих агентов (четвертичных солей аммония);
- снизить себестоимость продукции;
- обеспечивает получение продукта с улучшенными физико-механическими свойствами;
- снизить водопотребление цехами выделения каучуков из латексов;
- уменьшить экологическую напряженность в регионе.