2. Этилен-пропиленді каучуктерді алу, құрылысы және қасиеттері

Этилен-пропиленді каучуктер – этилен мен пропиленнің сополимері – олар алюминийдің алкил өнімдерінің негізіндегі каталитикалық системасы және ванадий қосылыстары негізінде алынады. СКЭП макромолекулалары этилен мен пропиленнің статикалық бөлінген тізбектерінен тұрады, каучук түріндегі қасиеттермен құрамында 30% (мол.) пропилен тізбектері бар сополимерлерге тән.

Сополимерлеу реакциясында пропиленнің төмен белсенділігі оны инертті еріткіштерсіз – ақ жүргізуге болады, яғни СКЭП и СКЭПТ каучуктерін алу технологиясын әлдеқайда жеңілдетеді.Өндірісте СКЭП және СКЭПТ алудың сұйық пропилен және инертті еріткіш ортасында яғни осы екі әдісі де қолданады. Этилен-пропилендi сополимерлердiң қасиеттерi сополимер құрылы-мына, мономерлiк буындардың блоктарының ұзындығына, мономерлерлiк бу-ындардың таралуына, молекулалық-салмақтық таралу сипатына байланысты.

Этилен-пропиленді каучуктерді алу технологиясы. Көмірсутекті еріт-кіштер ортасында этилен-пропиленді каучуктерді алу технологиясының ерітіндіде полимерлеумен каучуктерді алу процесімен ортақ жайттары көп.

Полимерлеу процесінде негізгі заттың мөлшері 99,9% этилен, ал мөлшері 99,8% кем емес пропиленді қолданады. Полимерлену процесіне ацетилен, оттегі, ылғал және күкіртті қосылыстар қоспасы зиянды әсер етеді, сондықтан да мономерлердегі олардың шектеулі мөлшері 0,0001-0,0002% аспауы тиіс.

Этиленнің пропиленмен (және диенмен) сополимерленуін ауыр көмір-сутекті еріткіштер қатысуымен Циглер-Натт катализаторларында (VCl₃ және Al (алкил)₃ типтес) немесе сұйық пропиленде суспензияда өтеді. Катализаторлар – құрамында ванадий қосылыстары (VOC1₃, VC1₄, ванадийдің үшацетилацето-наты) және алюминийалкилдер немесе алюминий-галогеналкилдер [Al(C₂H₅)₂Cl, А1₂(С₂Н₅)₃С1₃] бар жүйелер.

Этилен мен пропиленнің активтілігі әртүрлі болғандықтан, сополимердегі мономерлер қатынасы реакция зонасындағы қатынастан ерекшеленеді. Берілген құрамдағы каучуктерді алу үшін реакция зонасының тұтас көлемі бойынша және уақыт бойынша бастапқы мономерлердің концентрацияларының тұрақты-лығын қамтамасыз ету қажет. Сондықтан да сополимерлегенде идеалды аралас-тыру реакторларын қолданады. Реакция жылуы мономерлер буланғанда реак-тордың жылу беретін беті арқылы шығарылады.

Өнеркәсіпте этилен-пропиленді каучуктерді алу процестері полимерлену сатысында алынатын полимер күйіне байланысты екі типке бөлінуі мүмкін – ерітінді түрінде немесе суспензия түрінде.

Мономерлерді буландыру есебінен реакция жылуы кететін пропиленнің артық мөлшері ортасында этилен-пропиленді каучуктерді алу процесінің схемасы 11 суретте келтірілген.

11 сурет. Инертті еріткіште этилен-пропиленді каучукті алу схемасы:

1 — реактор; 2 — конденсатор; 3 — араластырғыш; 4 — тұндырғыш; 5 — дегазатор; 6 — виброелек; 7 — червякті-сығу машинасы; 8 — ректификациялық колонна; 9 — азеотропты кептіру колоннасы; 10 — адсорбциялық кептіргіш

Реакторға 1 мономерлер (этилен, пропилен және үшінші мономер), каталитикалық кешен компоненттері, сондай-ақ айналымдағы газды-сұйық қоспа түседі. Полимерлену температурасын 0—20 °С температура аралығында, қысымды 0,3—0,6 МПа аралығында ұстап тұрады. Газды фаза этилен, пропи­лен және молекулалық массаны реттегіш қоспасынан тұрады. Олардың қатынасы реактордағы сұйық пен газ арасындағы динамикалық тепе-теңдікпен анықталады. Газды фаза үздіксіз реактордан шығарылады және суыту мен конденсациялау үшін конденсаторға 2 түседі. Полимер суспензиясы реактордан араластырғышқа 3 түседі, онда сумен араласады және каталитикалық кешен бұзылады. Араластырғыштан соң полимер суспензиясы сулы және көмірсутекті қабаттарға бөлу үшін тұндырғышқа 4 түседі. Каталитикалық кешенді бұзу өнімдерінің бір бөлігі су қабатымен бірге шаюға түседі, ал екінші бөлігі таза сумен араласқан соң араластырғышқа 3 қайта оралады. Шаюдан соң алынған полимер дегаза­торға 5 түседі, онда реакцияға түспеген мономерлерді бумен қуады. Дегазаторда полимер ұлпасына ұнтақтардың жабысып қалғанын болдырмау мақсатында антиагломераторды енгізеді. Дегазатордан 5 ұлпа полимер ұнтағынан суды бөліп алу үшін виброелекке 6 түседі. Су тұндырғышқа 4 оралады, ал полимер червякті-сығу машинасына 7 түседі. Онда алдымен полимерден ылғал сығылады, ал екінші сатысында — каучук толық кептіріледі. Реакцияға түспеген мономерлер ректификациялау колоннасы 8, азеотропты кептіру колоннасынан 9 және кептіргіштен 10 соң процеске қайта оралады. Пропиленнің артық мөлшерінде этилен-пропиленді каучукті алу процесінің артықшылығы технологиялық ресімделуінің қарапайымдығы және реакция массасындағы мономерлер қатынасын реттеудің жеңілдігі. Кемшіліктеріне полимердің молекулалық-массалық таралымын реттеу мүмкіндігінің шектеулі болуы жатады.

Физикалық қасиеттерi. СКЭП тығыздығы 0,86-0,87 г/см³, қатаңдығы – 980 гс, 100⁰С Муни бойынша тұтқырлығы – 53, жылу сыйымдылығы – 0,52 кал/г*град, жылу өткiзгiштiгi – 8,5*10^-4 кал/(см*сек*град), 20⁰С-дегi көлемдiк кедергiсi – 10¹⁶ ом*см, диэлектрлiк берiктiгi – 28*10³в/м тең.

Технологиялық қасиеттерi.Этилен-пропилендi каучуктердiң өңделгiш-тiгiне орташа молекулалық салмақ, молекулалық-салмақтық таралым, орташа құрам және құрамның бiркелкiлiгi үлкен әсер етедi.

Бұл каучуктер механикалық түрде де, жылумен де иiлiмденбейдi, сол себептi қоспаларды дайындау үшiн белгiлi бiр иiлiмдiлiктегi полимердi шығару қажет, яғни бұған тек полимерлеу барысында қол жеткiзуге болады.

Муни бойынша тұтқырлығы 45-70 (қатаңдығы 400-900 гс) полимерлер-ден, жабық араластырғышта қоспаны оңай дайындауға болатыны iс жүзiнде дәлелденген. Бiлiктер температурасы 40-тан 90⁰С дейiн болған жағдайда бiлiктерде қоспа дайындауға болады. Полимердi алдын ала 40-50⁰С дейiн қыздырып алу ұсынылады.

СКЭП және СКЭПТ негiзiндегi толықтырылмаған вулканизаттардың берiктiгi 35-40 кгс/см² аспайды, сол себептi толықтырғыштарды пайдаланады.

Этилен-пропилендi сополимерлер көмiртектi күйелермен, дисперстiлiгi әртүрлi коллоидты кремний қышқылымен және де басқа бейорганикалық заттармен, соның iшiнде ұсақ дисперстi талькпен күшейтiледi.

СКЭП үшiн вулканизаттардың созғандағы берiктiгiн 200 кгс/см² асыруға болатын, HAF және ДГ-100 күйелерi ең активтi күшейткiштер болып сана-лады; ТМ-70 және ТМ-50 күйелерiмен берiктiктiң ең жоғары мәнiн 180 кгс/см² жеткiзедi, ТМ-10 және ТеГ-10 күйелерiн пайдаланса бҮл мән 130-150 кгс/см² құрайды.