硅橡胶开题报告.docx

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硅橡胶开题报告

硅橡胶开题报告

篇一：

开题报告

　　广西科技大学

　　毕业设计开题报告

　　课题名称年产2万吨顺丁橡胶聚合车间工艺设计英文名称

　　系别生化学院

　　专业化学工程与工艺

　　班级化工092班

　　学号XX00601060

　　姓名陈启杰

　　指导教师柯勇

　　二0一三年五月二十日

　　1前言

　　1.1选题依据

　　顺式-1,4-聚丁二烯橡胶简称顺丁橡胶、顺丁胶，又称顺式聚丁二烯橡胶、聚丁二烯橡胶，英文名为：

polybutadienerubber、Poly（butadiene），其分子式为（C4H6）n，

　　分子量：

54.0904，属于混合物，国际通用代号为BR，根据顺丁橡胶顺式结构的含量主要分为高顺丁橡胶（顺式结构占97～99%）、中顺丁橡胶（顺式结构占90～95%）和低顺丁橡胶（顺式结构占32～40%）三种。

结构式如下图：

CH2CH2n

　　图1.1顺丁橡胶分子结构式

　　顺丁橡胶是1,3-丁二烯采用定向溶液聚合方法得到的高顺式1,4结构含量的聚丁二烯，称为聚丁二烯橡胶，是有规立构橡胶，高分子量的顺丁橡胶分子量为（80～120）×104，中高分子量的顺丁橡胶分子量为（25～40）×104，分子量分布较窄。

玻璃化温度Tg＝-110℃。

顺丁橡胶具有弹性高、低温性能好、耐磨性优异、耐曲挠性良好等特点。

顺丁橡胶的缺点是拉伸强度、撕裂强度较低，抗湿滑性差，冷流性大，加工性能稍差。

溶解度参数δ＝8.3～8.6，溶于环己烷、正庚烷、正己烷、苯、甲苯等。

　　顺丁橡胶是结晶性橡胶，但结晶能力不强，所以自补强能力较小。

另外，顺丁橡胶的结晶对应变得敏感性低，这也是使顺丁橡胶的自补强性比天然橡胶的低得多的原因之一。

　　由于顺丁橡胶的分子结构主要是顺式1,4-结构，分子排列规整，所以其弹性比天然橡胶还好。

顺丁橡胶的玻璃化温度Tg＝-110℃，故它的低温物理性能很好，耐寒温度低于-55℃。

弹性是通用橡胶中最好的一种。

耐热性与天然橡胶相同，都为120℃，但耐热老化性能却优于天然橡胶。

拉伸强度比天然橡胶、丁苯橡胶都低，因此必须加入炭黑等补强剂。

撕裂强度也比天然橡胶低，抗湿滑性能不好，用于轮胎胎面、鞋底时，在湿路上易打滑。

顺丁橡胶的耐磨性优异，滞后损失小，生热低，这对制品在多次变形下的生热和永久变形的降低都十分有利。

　　顺丁橡胶在混炼前不需要塑炼。

混炼胶的压出性能良好，适于注压成型，但粘着性差。

顺丁橡胶对加工温度的变化较敏感，当开炼机辊温在60℃以上时，胶料易脱辊，给

　　加工带来一定的困难。

一般需要与天然橡胶或丁苯橡胶并用，以改善工艺加工性能。

并且顺丁橡胶的冷流性较大，这对生胶的包装、贮存和半成品的存放都提出了较高的要求。

　　顺丁橡胶是利用1,3-丁二烯单体在镍、钴、钛、锂、稀土等不同催化剂下，进行溶液聚合而成的橡胶总称，根据所利用催化体系的不同，可分为镍胶、钴胶、钛胶、锂胶、稀土胶。

按其微观结构及其含量分类有：

高顺式、中顺式、低顺式、中乙烯基、高乙烯基等各种聚丁二烯橡胶。

高、中顺式顺丁橡胶主要用来生产轮胎。

　　用锂系制得的聚丁二烯其顺式1,4含（本文来自：

小草范文网:

硅橡胶开题报告）量只有35～40%，故称低顺式顺丁橡胶，由钛系制得的顺式1,4含量在90%左右，称中顺式顺丁橡胶；而由钴和镍催化体系所制得的顺丁橡胶，顺式1,4含量达96～98%，故称高顺式顺丁橡胶。

镍胶、钴胶产品性能较好，产量也较大；钛胶已逐渐被淘汰而改生产性能较好之稀土胶。

锂系催化剂生产的低顺式丁二烯橡胶的优点是：

催化剂是单一组成丁基铝，聚合反应容易控制，催化剂活性高、用量少，聚合后不必从产品中除去催化剂的残渣，工艺简单，适用于单釜聚合，从而能提高生产效率，降低成本。

低顺式顺丁橡胶的缺点是分子量分布窄，物理机械性能较差，加工较困难，冷流倾向大，故一般只和聚苯乙烯树脂等混炼作改性树脂使用。

　　用钛、钴和镍催化体系制得的顺丁橡胶，它们的物理机械性能很类似，所不同的是钛系顺丁胶的分子量分布较窄，冷流倾向大，加工性能也不如钴系和镍系催化剂所制得的好。

用钴系和镍系催化剂的优点是：

催化剂活性高，产品中顺式1,4结构含量高，质量均匀，因此橡胶的综合物理机械性能较好，分子量大，较易调节，分子量分布较宽，加工性能较好，冷流倾向也较小。

　　至于镍系和钴系比较，镍系的优点主要表现在可以提高聚合系统中单体的浓度，而对产物性能无不良影响，所以可以节约溶剂和减少溶剂回收费用，同时提高了聚合釜的利用率。

而以钴系作催化剂时，如果提高聚合时的单体浓度，则得到的聚合物的顺式1,4含量会下降，凝胶含量也增加。

此外，用镍系催化剂时，聚合反应能在较高的温度下进行，生成的聚合物的顺式1,4含量几乎不受反应温度的影响，这样，聚合比较容易操作，适应性也强些。

但在以钴为催化剂的情况下，如提高聚合温度会导致聚合物中顺式1,4含量的下降，故操作要求比较严格。

　　稀土胶主要是钕系，相对镍系顺丁橡胶，稀土顺丁的抗湿滑性明显改善，滚动阻力小，综合性能显著优于镍系顺丁橡胶。

该胶种市场前景看好，属于镍系顺丁橡胶升级换代的一种产品。

　　顺丁橡胶的用途主要是用于制造轮胎，还可用于制造耐磨制品（如胶鞋、胶辊）、耐寒制品和防震制品，可作为塑料的改性剂。

顺丁橡胶可与多种橡胶并用，制造乘用汽车轮时，可与丁苯橡胶并用，并用量为35%～50%。

制造载重汽车轮时，常与天然橡胶并

　　用，并用量为25%～50%。

用于重型越野汽车轮胎胎面时，天然橡胶75份，顺丁橡胶25份较好。

用于胶布时，一般与丁苯橡胶并用，并用量为15%～30%。

用于制造轮胎胎侧时可与氯丁橡胶并用，以提高耐低温性能。

顺丁橡胶也可与氯磺化聚乙烯并用。

（1）国外现状及发展

　　顺丁橡胶是顺式1，4-聚丁二烯橡胶的简称，国际通用代号为BR，是目前仅次于丁苯橡胶的世界第二大通用合成橡胶。

其具有弹性好，耐磨性强和耐低温性能好，生热低，滞后损失小，耐屈挠性、抗龟裂性及动态性能好等优点，可与天然橡胶、氯丁橡胶以及丁腈橡胶等并用，在轮胎、抗冲击改性、胶带、胶管以及胶鞋等橡胶制品的生产中具有广泛的应用。

　　XX年世界顺丁橡胶产能364万吨/年，产量287万吨，开工率为79%，比XX年提高了4个百分点；消费量为287万吨，同比增加8.1%。

目前世界顺丁橡胶的主要供应地区为亚洲、北美及西欧，XX年三地区总能力占世界的81.5%。

其中，亚洲为最大供应地，XX年产能为168万吨/年，占世界总能力的46.1%；其次是北美及西欧地区，产能分别为80万吨/年和49万吨/年。

从消费状况看，亚洲、北美和西欧仍是主要的消费地区。

XX年，亚洲、北美、西欧消费量分别为161万吨、41万吨、42万吨，分别占世界消费总量的56.3%、14.4%、14.6%。

　　XX年，世界顺丁橡胶产能最大的15家公司合计产能达295.7万吨/年，占世界总产能的81.2%。

位居前3位的企业分别为朗盛公司（46万吨/年）、中国石化（34.3万吨/年）及米其林公司（27.5万吨/年），三家合计产能占世界总产能的29.6%。

XX年中国石油顺丁橡胶产能为18万吨/年，位居世界第七。

XX年世界顺丁橡胶消费量为287万吨。

其中，70.7%用于轮胎及其制品，11.6%用于高抗冲聚苯乙烯（HIPS），3.6%用于生产ABS，14.1%用于其他领域。

　　未来几年，世界顺丁橡胶供需仍将快速增长，需求增速略快于产能增长，开工率将有小幅提高。

预计XX年世界顺丁橡胶产能和需求分别为439万吨/年和350万吨，开工率为79%，XX-XX年年均增速分别为3.8%和4%。

亚洲是未来几年产能和需求增长最快的地区，据有关资料显示，XX-XX年年均增长率分别为6.6%和4.9%，XX年产能和需求量为230万吨/年以上和205万吨，占世界总量的46%和53%，分别较XX年增长6个百分点和10个百分点。

未来几年，世界顺丁橡胶在轮胎领域的消费比例仍将小幅增加，而在HIPS和ABS领域的消费量仍继续增加，但所占比例将有所下降。

（2）国内现状及发展

　　顺丁橡胶是我国合成橡胶中技术开发最成熟的胶种，研发开始于20世纪60年代，1971年北京燕山石油化工公司合成橡胶厂建成投产了我国第一套镍系顺丁橡胶生产装置，年生产能力为1.5万t，质量具有国际领先水平。

目前我国顺丁橡胶共有8家生产企业，生产能力约占世界总产能的14%。

过去10年，我国顺丁橡胶产能增速相对较慢。

　　其中前5年没有新建装置，只是对老装置的扩能改造；后5年则先后有4套装置建成投产。

截止到XX年底，我国顺丁橡胶产能为65.3万吨/年，XX-XX年年均增速为5%。

随着需求的增加，装置开工率不断提高，由XX年的78.5%提高到XX年的99.2%，产量也由31万吨增加到XX年的65万吨。

过去10多年，我国汽车工业快速发展，轮胎等橡胶制品出口快速增加，顺丁橡胶需求也随之快速增加。

XX年我国顺丁橡胶消费量约88万吨，XX年以来年均增速为10.2%，其中XX-XX年年均增速高达13.2%。

由于供应增速不及需求增长，我国顺丁橡胶进口量快速增加。

我国顺丁橡胶进口量从XX年5.2万吨上升到XX年的26.2万吨，过去10年进口量年均增速为17.5%。

国内产品自给率从XX年的94.6%下降到XX年的73.7%。

　　在“十二五”期间，我国仍处于城市化和重化工业化双加速发展阶段，经济仍将以8%～9%的速度增长，汽车工业进入起飞期，汽车需求量及保有量将快速增加。

同时，我国橡胶加工及电子电器制造大国地位在“十二五”期间也不会发生较大的变化，出口仍将对国内顺丁橡胶需求产生较大的拉动作用。

从目前掌握的情况看，预计到XX年我国顺丁橡胶产能将突破150万吨/年大关，“十二五”期间将新增88万吨/年左右；产能也将远超美国，成为世界最大的顺丁橡胶生产国。

届时，顺丁橡胶产能在我国合成橡胶总量中所占比例将由XX年的23.2%提高到XX年的30.4%。

从总量上来看，国内顺丁橡胶产能将大于需求，同时由于国内以加工贸易方式进口的顺丁橡胶较多，以及高档次产品仍需进口，将导致某些装置开工负荷难以达到满负荷状况。

　　中国顺丁橡胶工业有着广阔的发展前景,中国地大物博、人口众多,为顺丁橡胶产品提供了广大的市场。

虽然我国镍系顺丁橡胶产品生产技术水平和产品质量处于世界先进水平，未来应继续重视顺丁橡胶产品整体质量及供应的稳定性，增加品种以应对周边国家和地区的进口冲击。

并且加快稀土顺丁橡胶的应用开发，力争在装置建成投产的同时提供相应的应用服务。

我们要发挥全行业的力量,克服前进过程中的各种困难,相信一定能够在较短的时间内赶上世界顺丁橡胶生产工业的先进水平。

　　1.2课题分析

　　课题来自于：

广西工学院生物与化学工程学院化学工程与工艺教研室。

　　课题的名称为：

年产两万吨的顺丁橡胶生产车间工艺设计。

　　本设计主要工作是2万吨/年顺丁橡胶聚合车间工艺设计。

聚合过程中要分别完成从聚合工段到后处理工段的物料衡算、聚合过程的热量衡算及产量核算。

在核算完成的前提下，继续完成聚合釜工艺设计、终止釜工艺设计，包括聚合釜的直径、高度等，编制设计说明书。

最后要用AutoCAD画出带控制点工艺流程图和主设备图。

篇二：

开题报告

　　安徽理工大学本科毕业设计（论文）开题报告

　　注：

此件由学生本人填写，一式二份，院（部）、指导教师各存一份。

篇三：

开题报告

　　毕业设计（论文）

　　本科毕业设计（论文）开题报告

　　题目：

疏水型白炭黑的制备及表征

　　课题类型：

设计□实验研究□论文□

　　学生姓名：

刘峰

　　学号：

09

　　专业班级：

应用化学102班

　　学院：

生物与化学工程学院

　　指导教师：

杭志喜（教授）

　　开题时间：

XX年2月20日

　　XX年3月10日

　　一、毕业设计（论文）内容

　　1、通过研究，以稻壳灰为原料，与碳酸钠溶液反应制备高纯度疏水型白炭黑，

　　2、通过研究，探索制备疏水型白炭黑的最佳条件，

　　3、对疏水型白炭黑进行表征。

　　二、研究意义

　　我国稻壳生成量约占全球三分之一以上，大多作为初级燃料利用，综合利用率不足10%，因其密度小、体积大，对环境造成了污染，且燃烧后的稻壳灰大都没有处理。

针对目前我国粮食加工行业所面临的这一问题，如果能够对稻壳灰综合利用，这样不仅解决了大量农业废弃物的污染问题，同时也充分利用了资源，变废为宝，为社会创造更多的财富。

　　白炭黑是二氧化硅的无定形结构又名水合二氧化硅由以Si原了为中心氧原了为顶点形成的四面体不规则地堆积而成，其分了式为SiO2·nH2O。

它是高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，化学性质稳定，具有多孔性、吸水性、良好的电绝缘性质轻等性能。

白炭黑原始颗粒粒径小于3mm[1]。

故比表面积大具有很好的补强和增稠作用。

一是孤立的、未受干扰的自由羟基；二是连生的、彼此形成氢键的缔合羟基；三是双生的，即两个羟基连在一个Si原子上的羟基。

孤立的和双生的羟基都没有形成氢键，这使得白炭黑具有亲水性疏油性[2]。

产品主要分为三大类第一代白炭黑或标准白炭黑，第二代白炭黑又称为易分散白炭黑或半分散白炭黑，第三代白炭黑亦即高分散白炭黑[3]。

白炭黑主要用作橡胶、塑料、合成树脂及油漆等产品的填充剂是橡胶工业重要的补强材料。

但白炭黑细小颗粒表面上存在较多羟基使得其呈亲水性，应用到橡胶产品中时不易分散，极大地削弱了其补强作用，因而必须对其进行改性。

　　可以在制备白炭黑时要加入一定量的改性剂以提高其附加值。

改性白炭黑产品是通过一定的工艺通常是加温加压条件利用改性剂与SiO2表面羟基发生反应，消除或减少表面硅醇基的量，使其由亲水变为疏水，提高其分散性。

　　白炭黑改性后结构发生很大的变化，不仅具有无机物的性质，同时由于接枝上了有机基团，也具有接枝上的有机基团的性质如耐久性、疏水性、补强性等，应用范围得到很大的扩展。

自产生以来，已成为材料科学中发展最快，应用前景最广，商业价值最大的品种之一。

　　三、毕业设计（论文）疏水型白炭黑的制备及表征

　　文献综述

　　摘要：

本文介绍了国内外白炭黑表面改性研究现状，并简单介绍了白炭黑的改性机理及其常见的改性方法。

　　关键词：

稻壳灰；白炭黑；疏水型

　　随着工业化的发展，资源使用得到更为充分合理的利用，但对农业废弃资源的开发和利用还未大规模的实行，农业废弃物秸秆中含有大量的可利用成分，如硅、纤维素、木质素等，尤其是稻壳，具有很高的二氧化硅含量，本文着重对近几年其他学者关于采用稻壳或稻壳灰中提取疏水型白炭黑的方法及其国内外现状进行详细阐述。

　　1、国内外白炭黑表面改性的研究现状

　　国外白炭黑的表面改性研究起步于20世纪60-70年代，Thammathadanukul[4]等人比较了几种表面改性的沉淀SiO2对天然橡胶混合物的补强性能。

ZurawakaJolanta等[5]研究了铵盐和表面活性剂对硅酸钠溶液沉淀SiO2理化性质的影响。

Jesionowski[6]以硅酸钠溶液和硫酸为原料，并用非离子表面活性剂RokafenolN-S、N-6、和N-9作乳化剂，制备出了高分散性能的二氧化硅。

　　1971年双官能团硅烷偶联剂TESPT出现后，人们开始研究硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果。

NorioTsubokawa等[7]选用硅烷偶联剂改性，增加SiO2表面引发基团，再加入可反应有机单体，经过多次处理以在其表面进行接枝。

刘艳山等[8]总结了多种无机表面接枝的化学引发方法。

Ou[9]等研究了烷基化白炭黑对橡胶增强效果的影响。

发现白炭黑烷基化后，胶料中键合橡胶的数量减少，但提高了白炭黑和橡胶基体的兼容性。

　　随看改性白炭黑产品在硅橡胶、胶粘剂、涂料、化妆品、医药、视频等领域的广泛应用，研究者们采用不同种类的改性剂和工艺方法改性白炭黑以达到使用要求。

　　伍林[10]等采用干法改性工艺，以六甲基二硅胺烷（HMDS）为改性剂，氮气为保护气，对纳米二氧化硅表面进行改性，改性后的试样与有机溶剂的相溶性明显增强，疏水性良好，纳米二氧化硅的团聚现象得到很好的改善。

　　欧阳兆辉[11]研究了乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂（A-151）改性纳米二氧化硅。

对改性前后的纳米二氧化硅表面进行表征，表明该工艺能够实现纳米二氧化硅的表面改性，能够有效分散纳米二氧化硅聚集体，并研究和分析了改性纳米二氧化硅与未碱化增强胶的兼容性。

结果证明硫化胶填充纳米二氧化硅后，耐酸性、耐碱性、耐水性得到了不同程度的提高，硫化胶浸出液离子降低。

Barthel[12]用二甲基甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅的表面，其改性效果比三甲基甲氧基硅烷改性好，研究表明气体吸附好。

揭露了微粒之间的相互作用是由聚合物在硅烷化时相互渗透作用形成的。

MathieuEtienne等[13]用氨基硅烷偶联剂（APS）改性纳米二氧化硅。

把APS和纳米SiO2分散在甲苯中回流搅拌2h，然后再高温固化2h，增加了接枝层的厚度、提高了复合材料的交联度。

　　何凯[14]等用表面活性剂聚乙二醇（PEG）原位有机湿法改性白炭黑，并考察了不同相对分子量的PEG对改性后白炭黑产率和性能的影响，还考察了PEG相对添加量对改性后的白炭黑的产率以及性能的影响。

姚英[15]在碳化法制备白炭黑的过程中分别选用聚乙二醇6000、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素等三种表面活性剂制备改性白炭黑，并得出：

以聚乙二醇6000作为表面活性剂时白炭黑的产率最高，比表面积最大，DBP吸着率最高，粒子直径最小，粒子分布更均匀。

　　纳米SiO2的改性方法很多，但在实际使用过程中，不一定只使用一种方法来改性，而往往综合利用几种方法来达到满意的效果。

如研究者们常先用偶联剂改性纳米SiO2，再在其表面接枝聚合物达到使用要求；或使用表面活性剂和表面接枝聚合物一起协同改性纳米SiO2。

　　陈云辉等[16]采用Ba2+预活化加阴离子型表面活性剂复合改性的方法对纳米SiO2进行了表面改性，并利用透射电镜、X射线和红外光谱、沉降体积等方法和手段对改性后SiO2性能进行了表征。

结果表明，利用该新型复合改性工艺对纳米SiO2颗粒具有一定的改性效果，改性后粉体能在特定有机溶剂中稳定分散，其中Ba2+预活化加十二烷基磺酸钠改性效果相对较好。

）、（1-2-吡啶偶氮）-萘酚（PAN）和8-羟基喹啉，研究了其反应条件和配比。

并用漫反射傅立叶红外变换光谱和紫外光谱对改性产物进行了表征。

接枝的最佳浓度分别是：

2.8×10-5及8.5×10-5及2.7×10-4mol/g。

　　从改性工艺角度看，早期对白炭黑的改性研究多采用湿法，但随着超微细粒

　　子流化态技术的发展，流化床反应器的操作控制己获得了较多的成功经验[18]，用干法同样可以达到湿法的物料接触状况，而且干法改性装置可以直接连在气相法白炭黑生产装置脱酸工序的前后，既经济又实用。

相比之下，湿法所采用的溶剂如苯、甲苯等有毒物质，产品的分离、提纯困难，成本高、污染严重。

目前世界发达国家的疏水白炭黑生产工艺均采用干法，尽管目前改性剂、辅助改性剂各不相同，设备构造及工艺条件千差万别，但主要工艺过程均由预处理、改性反应、后处理等步骤组成大致相同。

　　近年来，波兰的波兹南工程大学的TJesionowski和AKrysztafkiewicz教授[19]发表了多篇文章，介绍了他们在碳化法生产白炭黑的工艺过程中进行原位改性的研究。

研究表明，在碳化法生产白炭黑的反应阶段，直接向反应釜中加入改性剂，同样可以达到传统干法改性的效果。

他们所使用的改性剂为硅烷偶联剂，并且表明，在反应的最后阶段加入改性剂效果最好。

反应完成后，其它条件不变，经过滤、洗涤、干燥后，即可得到改性的白炭黑。

其优势在于，与干法改性相比不需要高温条件，节省能源，不需要反应釜以外的其它设备，生产成本较低；与湿法改性相比不需要有机溶剂，产品后处理简单，没有溶剂污染，更重要的是在制备过程中直接对其进行原位改性，有可能使超细粉体达到良好分散甚至纳米分散，并使所有粉体改性完全，是一种理想的表面改性方法。

　　2纳米白炭黑粉体表面改性剂和改性机理

　　纳米粒子的表面改性即纳米粒子表面与表面改性剂发生作用，改善纳米粒子表面的可润湿性，增强纳米粒子在介质中的界面相容性，使纳米粒子容易在有机化合物或水中分散，因此表面改性剂分子结构必须具有易与纳米粒子的表面产生作用的特征基团。

纳米白炭黑粉体的表面改性就是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使其与白炭黑表面上的羟基发生反应，消除或减少表面硅醇基的量，使其由亲水性变为疏水性，以达到改变表面性质的目的。

白炭黑的表面活性硅醇基可以同有机硅烷、醇等物质发生化学反应，以提高它同聚合物胶料的亲和性及反应活性。

根据改性剂的不同，常用的化学反应有以下7种[20-23]。

　　①醇酯化法