[发明专利]一种溴化丁基橡胶的生产工艺

说明书

技术领域

本发明属化学化工技术领域，具体涉及一种溴化丁基橡胶的生产工艺。

技术背景

溴化丁基橡胶是一种重要的橡胶产品，为了克服普通丁基橡胶硫化速度慢的问题，1953年人类研究出了丁基橡胶的溴化方法，溴化丁基橡胶较传统丁基橡胶在耐热、耐酸碱、硫化活性、与其他橡胶共混和再生性能方面具有明显的优势，是高品级汽车内胎、工程汽车内胎、无内胎论坛气密层的主要原料。随着我国汽车工业的发展，目前对于溴化丁基橡胶的需求量不断提升，但是目前我国尚无成熟的制备方法。

丁基橡胶的溴化反应机理是单质溴与橡胶接触迅速将橡胶双键上的仲位氢原子取代成为溴化丁基橡胶，反应同时形成溴化氢，未反应的溴单质和溴化氢最后经碱液中和。溴化丁基橡胶合成的难点主要在于反应过程特性和体系操作特性存在矛盾。在反应特性方面，产物溴化丁基橡胶在溴化氢存在的环境下易发生取代位由仲位向伯位的转化，同时溴化氢的加成也会使橡胶损失一定的双键，因此溴化丁基橡胶的合成需要反应迅速引发、迅速中和。在体系操作特性方面，反应物丁基橡胶的烷烃溶液的粘度很高（一般大于70cP），传统的溴源——溴烷烃溶液与丁基橡胶溶液的体积比悬殊（一般为1/10～1/20），反应物的快速混合不容易实现，反应局部微环境难以控制；中和液和溴化反应液为不互溶的油水体系，产物溴化氢从油溶液到水溶液之间的传递速率需要进一步加强，这些因素都严重影响着溴化丁基橡胶的产品质量。

基于溴化丁基橡胶合成反应的快速引发、快速终止的基本原理，本发明提出以溴-氮气的混合气体作为溴源进行溴化反应，通过将传统液液体系改为气液体系强化溴与丁基橡胶溶液、中和液与溴化反应液的混合过程；同时使用高效混合器串联反应管道的方法严格控制反应时间，利用溴化主反应和转位副反应的动力学差异及其时间序列关系，减少转位反应和加成反应的几率，从而获得高性能的溴化丁基橡胶产品。

发明内容

本发明的目的在于对现有溴化丁基橡胶生产技术的改进，提供中一种溴化丁基橡胶生产工艺。

一种溴化丁基橡胶生产工艺，该工艺包括液溴气化制溴-氮气混合气、溴-氮气混合气与丁基橡胶溶液的混合反应、中和液与溴化反应液混合反应以及尾气分离四个单元，包括步骤如下：

（1）以氮气为载气通入溴蒸发器内与液溴接触，利用液溴的挥发性制得溴-氮气的混合气；

（2）将溴-氮气混合气体通入溴化混合器内实现混合气体和丁基橡胶溶液的快速均匀混合，启动溴化反应，形成的溴化反应液在后续溴化反应管道内反应；

（3）将溴化反应液和中和液在中和混合器内液快速均匀混合，启动中和反应，形成的多相混合流体在后续中和反应管道内反应；

（4）溴化反应液和中和液形成的多相混合流体进入中和反应釜完成中和反应，产物溶液从釜底采出进行后处理，尾气（主要成分是氮气）从中和釜顶采出，经净化后可用于循环制备溴-氮气混合气体或进行放空处理。

所述溴化混合器和中和混合器选自微结构混合器、静态混合器、文丘里混合器或射流式混合器；操作温度控制在15℃～45℃。

所述中和釜为搅拌釜，操作温度控制在15℃～45℃。

所述丁基橡胶溶液的质量分数为3%～12%，溶剂选自正己烷、正庚烷或正辛烷，温度控制在15℃～45℃。

所述溴-氮气的混合气中溴的蒸汽压为19kPa～54kPa，总压为100kPa～300kPa；混合气温度控制在15℃～45℃，。

所述中和液为氢氧化钠和焦亚硫酸钠的混合水溶液，其中氢氧化钠的质量分数为0.1%～6%，焦亚硫酸钠的质量分数为0.05%～3%，温度控制在15℃～45℃。

溴化反应管道内物料的反应时间控制在0.2min～2min，溴-氮气混合气中溴单质与丁基橡胶的质量比在0.01～0.065。

中和反应管道内物料的反应时间控制在0.1min～1min，溴-氮气混合气中溴单质与中和液中氢氧化钠的质量比小于1.0～1.8。

中和釜中液体物料的反应时间控制在10min以上。

本发明的有益效果为：（1）以溴-氮气混合气取代传统溴丁基橡胶溶液作为原料，利用气液体系强化溴单质与丁基橡胶溶液、中和液与溴化反应液间的混合过程；（2）使用高效混合器串联反应管道的方法严格控制反应时间，减少转位反应和加成反应的几率。这些特点使新工艺可高效地得到高品质的溴化丁基橡胶产品。采用新工艺，产品溴化度可在0%～1.8%范围内调控、仲位溴含量大于97%，橡胶不饱和度在反应前后降低0%～0.9%，门尼粘度在反应前后降低0～10。