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水相法生产氯化橡胶的研究

徐威力  
【摘要】:氯化橡胶(CNR)是以天然橡胶或合成橡胶为原料经降解后氯化反应而制得的白色或浅黄色粉末。生产氯化橡胶的方法主要有溶剂法和水相法。根据《蒙特利尔议定书》的规定,发达国家已于1995年以来陆续关闭了溶剂法氯化橡胶生产装置,广大发展中国家亦在2006年之前淘汰溶剂法工艺。而国内水相法生产氯化橡胶工艺均未达到工业化生产,且中高黏度产品难以达到要求,因此加紧开发具有自主产权的生产工艺是十分必要的。实验通过天然胶乳在水中悬浮与氯气分别在20℃和高于70℃下连续反应制备氯化橡胶。研究了非离子、阳离子表面活性剂、盐酸用量及温度对氯化反应的影响;考察了干燥温度对产品性状的影响;测试了产品溶解性和黏度;并用红外、电镜及化学滴定对产品进行了分析。各实验结果如下: 1) 非离子表面活性剂中A_3活性最好,A_2次之,A_1最差。A_3用量不得低于0.01g/mL;合适用量为0.015g/mL;添加阳离子表面活性剂B_2有利于氯化反应的加速进行;在pH1的情况盐酸用量对第一阶段氯化反应基本无影响;第一阶段最佳反应温度为20℃;第二阶段随着反应温度的升高氯化速率加快。最佳干燥温度为70℃,真空干燥可大大缩短干燥时间;产品可全溶,黏度在3.0~630 cP不等,且氯含量达到要求。 2) 用红外及电镜分别对溶剂法CNR、产品及中间产物进行分析,发现与溶剂法不同的是在第一步氯化反应时就有少量氯化羧酸基存在,第二步氯化反应时增多;产品及中间产物的形状相似,都呈球状,不同于溶剂法CNR的蜂窝状。 3) 建立了第一阶段氯化反应的动力学方程,可以预测20℃氯化反应不同时间下的氯含量和胶乳浓度;对胶乳的氯化反应级数n=1,反应速率常数k=0.20198h~(-1); 4) 建立了第二阶段氯化反应的动力学方程,可以预测70、80、90℃下氯含量随时间的变化;对胶乳的反应级数为1,反应速率常数在70、80、90℃下分别为0.128h~(-1)、0.141h~(-1)、0.1481h~(-1);反应活化能E_a=7.360kJ/mol,指前因子k_0=1.705 h~(-1);并提出光氯化反应机理。


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