用于异戊橡胶中的环保型改性剂

用于异戊橡胶中的环保型改性剂

张书忠

天辰齐翔新材料有限公司 山东省淄博市 255000

摘要：异戊二烯橡胶(IR)为顺式1，4-聚异戊二烯橡胶，其分子结构与天然橡胶)NR相同，因此也称为合成天然橡胶，IR代替NR广泛用于轮胎、胶带、软管、胶鞋等橡胶制品中，用于合成本文主要分析异戊二烯橡胶中使用的环保型改性剂。

关键词:异戊橡胶;改性剂;性能

引言

截至2013年底，我国完成生产的异戊二烯橡胶装置总生产能力达到230kt/a，其中稀土异戊二烯橡胶195kt/a，锂基异戊二烯橡胶5kt/a，反式异戊二烯橡胶30kt/a。还有300kt/a左右的生产能力正在建设中，将分别于2014年和2015年建成生产。预计到2015年，我国的异戊二烯橡胶生产能力将达到500kt/a左右，有望超过俄罗斯成为世界上异戊二烯橡胶生产能力最高的国家。异戊二烯橡胶产业在国外已经有50多年的发展历史，其生产和应用技术比较成熟，但在国内只有三年多的时间。除此之外，我国的异戊二烯橡胶主要以稀土催化体系为主，与国外的钛系催化体系相比有所差别。因此，我国的异戊二烯橡胶产业在生产、应用等方面还有很多提高的空间。

1、我国异戊橡胶的生产发展

20世纪中期，吉林化工公司研究院和长春应用化学研究所率先开始了异戊二烯橡胶的合成研究，共同开发了钛系异戊二烯橡胶的合成技术，然后成功开发了稀土异戊二烯橡胶并构建了试制装置，合成了数十吨的异戊二烯橡胶。1980~1987年，吉化公司研究院进行了580升聚合釜试验，提高了橡胶的技术经济指标，顺式含量达到95%，1987年完成了1.3万吨/年异戊二烯橡胶装置的基础设计。1992年，上海高桥石化也提出了建设1万吨/年异戊二烯橡胶装置的预可行性报告。近年来，我国在异戊二烯橡胶特别是稀土异戊二烯橡胶的研究开发方面取得了很大的进展。)中国科学院应用化学研究所相继开发成功了利用钛系和稀土催化系的IR合成技术，且其稀土催化系的IR合成技术已应用于山东神驰石化有限公司年产3万吨的装置。(2)吉林石化公司研究院基于20世纪70年代的研究，从2006年开始加快IR的研发，完成了小测试、模测试、中测试技术的研究，产品达到国外同类产品水平，成功应用于全钢载重子午线轮胎胎面胶，国家橡胶轮胎质量监督检查2007年6月，有报道称，中科院长春应化所和吉化分公司合作完成了新型稀土异戊二烯橡胶小实验技术的开发研究。(3)2010年，茂名鲁华化工有限公司建成国内首个异戊二烯橡胶工业化生产装置，年产量1.5万吨。)2011年，青岛伊科思合成橡胶新材料产业园，新的3.0万吨/年装置投产。)从2006年开始，中石化北京化工研究院燕山分院对稀土异戊二烯橡胶进行了大量的研究，探索了工业化生产技术。2013年5月23日，自主开发的稀土异戊二烯橡胶3万吨/年的生产技术在燕山石化橡胶一厂试制成功。近两年来，我国新建的异戊二烯橡胶装置大部分采用稀土催化剂。

2、用于异戊橡胶中的环保型改性剂

2.1改性剂性质及对生胶性能评价

对改性剂样品进行分析测试，确定改性剂的基本物性如下:外观为乳白色液体，pH值10．44，密度1．0403g/mL，含水量为50%，凝固点＞5℃。

2.1.1对胶液黏度的影响

取一定量的胶体液，将其质量作为M1。使胶体液中的溶剂完全挥发，将得到的胶体切断成长方形，用真空烘箱干燥。干燥温度为50℃，干燥时间为48h。干燥浆料的样品质量为M2，干燥浆料的含量为M2/M1。取不同干气含量的胶液，按干气质量的2%加入改性剂，分析了对胶液粘度和相关指标的影响，分析数据如表1所示。从表1的数据可以看出，加入改性剂后的凝胶粘度明显下降。干胶含量为8%和12%的胶液，加入改性剂后，粘度分别降低到原来粘度的1/4和1/10。加入改性剂后胶体中灰分明显增加，从0.25%增加到0.33%。(产品指标要求(0.5%)。

表1黏度数据表

2.1.2对凝聚水及生胶的影响

将改性剂直接以1%和2%的干胶质量添加到胶液中，均匀混合后，用蒸馏水凝聚胶液进行干燥，对得到的凝聚水和橡胶进行基本测试。测试数据如表2所示。

表2分析数据表

表2的数据表明，添加1%的改性剂不会影响胶体液的尼美舒利，添加2%的改性剂会降低2~3个值。加入改性剂后灰分增加，但在指标要求范围内。即使加入改性剂，也几乎不会影响硬脂酸的含量(SKI-3中的硬脂酸含量在0.6%以上)。添加改性剂后，胶体液的酸性会下降。主要是因为这两种分散剂都是碱性的。

2.2橡胶硫化性能评价

GOTECHM2000AN无转子硫化仪测定硫化特性，表3中硫化性能为测试温度160℃、震荡频率1．7Hz、振幅1°的条件下测定的结果。U60系统拉力机测定硫化胶性能。

表3胶样门尼焦烧和硫化特性数据

从表3可以看出，改性剂2%的胶样焦烧时间、硫化速度以及正硫化时间与空白胶样相当，说明加入改性剂对胶样的硫化过程影响不大。

3、未来发展方向

目前，国外的IR溶液聚合生产技术基本成熟，其进展除了进一步改善催化剂体系外，主要是为了稳定控制生产和节能，以及更好地替代NR而进行改性技术研究。(1)本体聚合技术)目前，俄罗斯、美国、法国等国相继研究了IR本体聚合技术，但本体聚合技术不使用溶剂，可节能70%~80%，因此受到广泛重视。由于块状聚合技术不需要除去胶中残留的引发剂，因此Ln-IR和LiIR是有利的。本体聚合技术的核心是采用多级螺杆挤出式反应器，其中有单体和引发剂的添加混合段、反应气化冷凝段、抗老化剂的添加段、真空脱单体段和挤出段。中国、俄罗斯、美国、法国等正在对该技术进行研究。另外，通过尽可能提高单体浓度减少体系内的溶剂循环量，凝聚前在聚合后的材料温度和压力下进行闪蒸等方法达到了一定的节能目的。(2)改性技术)一是针对与NR的差异，改善IR生胶、混炼胶、硫化橡胶的性能以代替NR；二是通过卤化、氢化、环化等进行化学改性。)目前，我国在IR特别是稀土IR的研究开发方面取得了很大的进展。但是，合成IR技术还不完善，顺式-1、4结构含量、掺杂粘度、门尼粘度等性能指标尚未得到改善。因此，今后的研究重点是选择更合适的催化体系和国际先进的催化技术，进一步提高顺-1，4结构的含量，使IR产品具有结构高的链一致性、可控的相对分子量和极性化的高分子链特性，改善橡胶的综合性能，进一步实现工业化生产，满足国内市场的需求。

结束语

当前，全球经济危机的后续影响依然存在，欧美等发达国家经济复苏步伐缓慢，原油、金属、天然橡胶等自然资源价格大跌，整个异戊二烯橡胶行业惨淡经营。建议异戊橡胶行业不要等待市场回暖，而是抓住时机，加快新技术研究，降低橡胶生产成本，扭亏为盈。主要开展三个方面的工作，一是改进现有的催化剂体系或研制新型催化剂，降低催化剂成本；二是降低汤加的能源消耗、物质消耗；三、进行新品种的开发，通过对异戊二烯橡胶进行改性或添加更有效的耐老化助剂，使产品具有极强的耐老化性能，提高产品的市场竞争力。

参考文献

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