异戊橡胶应用技术及其发展前景分析

异戊橡胶应用技术及其发展前景分析

王宇宸、张力鹏

三橡股份有限公司 辽宁省沈阳市 110144

摘要：异戊橡胶应用为技术的进步、橡胶行业的经济发展提供了新的支持，成为增强橡胶行业发展水平的新兴材料基础。因此在未来发展的过程中应重点关注异戊橡胶应用技术的研究分析，为其后续的进步、发展夯实基础。

关键词：异戊橡胶；应用技术；发展前景

1国内异戊橡胶生产技术进展

中国在20世纪60年代开始研究异戊橡胶技术，中国科学院长春应化所在国际领域中最早发布关于稀土催化剂聚合双烯烃合成的顺式结构较高的聚合物研究成果，在20世纪70年代吉林石化公司研究院又开始进行异戊橡胶的研究，和其他的各大院校、研究所之间相互合作，实现了中试实验目的，并且针对燕山石化公司顺丁橡胶生产装置12m³聚合釜设备、后处理设备方面着重进行工业放大实验研究，开展轮胎加工实验活动、里程实验分析活动，能够确保催化剂生产性能、产品的质量指标、整体的生产流程等和当时阶段国外的水平不相上下。近年来中国已经开始重点研究稀土催化异戊橡胶技术，分析钛催化剂和稀土催化剂所生产异戊橡胶的技术特点，将稀土催化剂生产技术应用在石化公司装置领域。

当前中国已经有很多公司开始使用自主研发的技术建设异戊橡胶工业化设备，可以采用稀土催化生产技术，装置设备的总产能较高，生产技术的应用效果较好，例如：中国石化燕山石油化工公司采用稀土催化异戊橡胶生产技术和设备，产能可以达到30000t/a，所使用的技术有成套的装备，设置了不等温度、不等压力的三釜凝聚系统，和传统的技术相对比，不仅可以提升设备应用性能，还能减少蒸汽的能源损耗量，降低污染物的排放量。

2异戊橡胶的应用技术

2.1微观结构和硫化胶性能

分析异戊橡胶的结构特点可以发现其属于顺式、反式、3,4-结构，一般情况下合成天然橡胶主要就是高顺式的异戊橡胶，其具备和天然橡胶比较相似的化学组成、立体结构，所以可以将异戊橡胶作为是综合性能较高的通用合成橡胶材料。但是，由于异戊橡胶与天然橡胶的微观结构存在一定的差异性，天然橡胶的顺式1,4-结构的摩尔分数较高，甚至能够达到98%，而对于异戊橡胶来讲，采用各类催化剂进行合成，有着不同的微观结构，其顺式1,4-结构的摩尔分数比受一定的影响。例如：使用钛系催化剂进行合成，异戊橡胶的顺式1，4-结构中，摩尔分数在97%左右；通过锂系催化剂材料进行合成，顺式1,4-结构中的摩尔分数只有92%；通过稀土催化剂材料合成，异戊橡胶的分子结构参数和天然橡胶的分子结构参数较为接近；通过三氯化钒/烷基铝催化剂材料所制作的异戊橡胶，反式1,4-结构的摩尔系数为98%。由此可见，应用不同催化材料所合成的异戊橡胶微观结构参数和天然橡胶微观结构参数存在一定的差异性。从整体情况而言，天然橡胶在应用的过程中，主体规整度较为良好，结晶的性能高，相对分子的质量很大，凝胶的含量也很多，所以在应用期间需要采用塑炼的技术处理，确保门尼黏度值符合标准。而对于异戊橡胶，在合成期间就可以调节相对分子质量，无需前期进行预先的加工，但是由于结晶的性能较低，会导致异戊橡胶应用期间没有采用硫化胶加工技术和采用硫化胶加工技术之间出现力学性能差异性。在使用硫化胶技术的过程中，异戊橡胶和天然橡胶力学性能的对比分析，需要明确微观结构特点和结构参数情况，例如：异戊橡胶采用钛系列与稀土系列的催化剂材料合成加工，顺式微观结构与天然橡胶较为接近，而使用钛系列与稀土系列的催化剂材料合成进行异戊橡胶的加工，邵尔、硬度、伸应力、撕裂强度等都比天然橡胶低，但是拉伸强度方面、扯断伸长率方面、永久变形方面、回弹性方面没有很大的差异性。

和天然橡胶之间相互对比异戊橡胶能够进行直接加工处理，塑炼操作和混炼操作的时间很短，吃料的速度很快，负荷相对较小，能够降低能源的消耗量，减少具体的加工时间。从实际的配方而言异戊橡胶在混炼的过程中产生的热量很低，排胶的温度也很低，不容易发生烧焦的现象或是“喷霜”的现象。但是，异戊橡胶也存在很多缺点问题，例如：混炼的胶缺乏一定的挺性，生成的混炼胶胶材料强度较低，胶料挤出的环节很容易受到温度因素的影响，挤出物质会随着温度增加挺性变差，胶料非常软黏，所以需要严格进行工艺技术的控制。例如异戊橡胶加工中采用钛系催化剂制造，和天然橡胶的性能相比，混炼胶的黏度数据值有着不同程度的减小趋势，证明异戊橡胶混炼情况和天然橡胶相同或是相似，分子链呈现出降解的趋势。并且钛系催化剂加工的异戊橡胶的混炼胶黏稠度数据值下降幅度比稀土系催化剂加工制造的异戊橡胶低，接近于天然橡胶的数据值，证明其和天然橡胶的抗机械降解能力相近。

2.2技术的应用领域

虽然异戊橡胶和天然橡胶相比具有一定的性能差异性，但是从综合性能来讲，还是可以将其当作是天然橡胶的良好替代品，例如在汽车轮胎制造的领域中就可以使用锂系催化剂制作的异戊橡胶材料替代天然橡胶材料，将用量控制在25%～50%左右。也可以采用钛系催化剂、稀土系催化剂所制作的异戊橡胶，代替天然橡胶材料，应用比例可以适当增加。根据目前中国市场的实际情况可以了解到，进口的异戊橡胶类型主要为：通用类型的异戊橡胶，集中应用在轮胎制造和橡胶制品的行业领域；液体类型的异戊橡胶，也能够应用在轮胎制造与橡胶品的制造行业；氢化聚异戊二烯材料，则应用在特制类型的橡胶制品制造行业和油品添加剂制造行业，应用的数量很少。氢化聚异戊二烯在应用期间有液体类型也有固体类型的材料，可以作为是特殊性密封材料，耐热性能高，近年来我国主要是从日本或是俄罗斯少量进口。

3异戊橡胶生产技术未来发展趋势

3.1本体聚合技术的发展趋势

当前俄罗斯和法国等已经全面进行异戊橡胶本体聚合技术的研究开发，由于此类技术的应用不需要使用溶剂材料，节能效果在75%左右，因此受到了广泛的关注。使用本体聚合技术的过程中，Ln-IR与Li-IR都不需要进行残留引发剂的脱除处理，并且可以通过多段螺杆挤压类型的反应器设备操作，内部涉及到单体与引发剂材料混合的部分、反应汽化冷凝的部分、防老剂设置的部分、真空脱单体的部分、挤出的部分。当前我国对异戊橡胶生产的本体聚合技术研究很少，在未来发展期间需要积极借鉴其他国家先进、成熟的技术经验，重点进行本体聚合技术的研究开发，同时还需尽可能提高单体的浓度，降低系统内部溶剂的循环数量，在凝聚之前借助聚合操作之后的物料温度环境和压力环境开展闪蒸的处理工作，起到一定的节能作用。

3.2改性技术和其他技术的发展趋势

合成异戊橡胶技术缺乏完善性，顺式1，4-结构的分数较低，胶液与门尼的黏度还需要有所改善，所以在未来发展的过程中，需要重点研究开发出适合应用在我国异戊橡胶生产期间的现代化催化技术，不断增加顺式1，4-结构的分数指标，确保异戊橡胶产品结构中具备一定的链归整性与可控性，相对分子质量有所改善，极性高分子链的特征更为明显，最终使得异戊橡胶产品的性能可以满足高标准要求，更好地进行工业化生产，满足我国市场的材料需求，快速替代天然橡胶材料。

结语

综上所述，近年来中国已经开始重视异戊橡胶材料和技术的研究，但是由于中国所加工的异戊橡胶和其他国家的材料相比，顺式结构摩尔分数很低，难以满足材料应用的性能需求、强度需求。因此，在未来发展的过程中应重点研究和开发能够提升材料顺式结构摩尔分数的技术，为材料的良好应用夯实基础。

参考文献

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