乳液聚合和溶液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠的兩種工藝路線比較分析

侯智強(qiáng) 趙東（獨山子石化乙烯廠，新疆 獨山子 833699）

1.丁苯橡膠生產(chǎn)工藝

丁苯橡膠（SBR)，是由兩種單體（丁二烯和苯乙烯）經(jīng)共聚合反應(yīng)而生成的。按照不同的工藝方法，可以將丁苯橡膠分為兩類，一是采用自由基聚合，通過乳液聚合反應(yīng)生成的，被稱為乳聚丁苯橡膠(ESBR)，另一類是采用陰離子活性聚合，通過溶液聚合法生成的，被稱為溶聚丁苯橡膠(SSBR)。

乳液聚合是以水作溶劑，對環(huán)境十分有利，在乳化劑和誘發(fā)劑的作用下通過機(jī)械攪拌，使聚合單體在水中分散成乳狀液，而進(jìn)行的聚合反應(yīng)。經(jīng)乳液法聚合首先生成丁苯膠漿,脫除膠漿中未轉(zhuǎn)化的單體后,再經(jīng)凝聚、干燥等工序而生產(chǎn)出產(chǎn)品膠即為乳聚丁苯橡膠。

溶液聚合是采用陰離子型催化劑，使丁二烯與苯乙烯進(jìn)行溶液聚合的共聚物。以正己烷為溶劑進(jìn)行無規(guī)共聚而成，純膠含量高。擠出速度快，收縮較小。具有耐寒、耐磨、回彈性好、生熱低、收縮性低、硫化速度快、純度高、灰分少以及色澤好等優(yōu)點，主要用于生產(chǎn)輪胎、膠鞋及橡膠制品類。

2.乳聚橡膠和溶聚橡膠工藝性能比較

2.1 溶聚丁苯橡膠和乳聚丁苯橡膠兩種生產(chǎn)方法的原料和配置基本相同，主要原料都是丁二烯和苯乙烯，但是乳液聚合過程中需要幾十種助劑，而溶聚丁苯橡膠只需烷基鋰作催化劑，和少量幾樣助劑，溶液配置簡單操作方便。而且溶聚無規(guī)丁苯橡膠的分子量小，可以填充大量的炭黑和油墨。同時不需要塑煉，低溫性能良好，永久變形小，不需要使用，增塑劑，比較容易包錕，在添加原料以后，很容易形成帶狀，膠片十分光滑，收縮度小，加工過程也比較安全，比起乳聚丁苯橡膠的混煉容量大多了。

2.2 溶液聚合轉(zhuǎn)化率理論上可達(dá)百分百，反應(yīng)周期約為乳液聚合周期的一半；乳液聚合轉(zhuǎn)化率一般在70%左右，反應(yīng)周期約七個小時。

2.3 溶聚需要大量的溶劑，使用的催化劑也是不同的，主要產(chǎn)生的橡膠根據(jù)催化劑的不同分為幾種。分為醇烯系溶液共聚丁苯橡膠和鋰系溶液共聚丁苯像膠。鋰系溶聚丁苯橡膠可分為兩種類型:嵌段型、無規(guī)型。這里一般是指:無規(guī)型溶聚丁苯橡膠。在生產(chǎn)裝置上，需要增添一些設(shè)備，主要用于溶劑精制和回收，對水、電、氣的需求加大。

2.4 乳聚丁苯橡膠的生產(chǎn)過程中，排污量遠(yuǎn)高于溶聚丁苯橡膠，在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的污染。

2.5 采用溶液聚合法生產(chǎn)丁苯橡膠用到的生產(chǎn)裝置應(yīng)變能力強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，可迅速轉(zhuǎn)產(chǎn)，改產(chǎn)，可與SBS等共用一套生產(chǎn)裝置。

2.6 溶液聚合的生產(chǎn)過程較靈活，可以通過控制分子量、分布情況、支化度、苯乙烯含量及嵌段程度來生產(chǎn)各種產(chǎn)品，橡膠烴含量可高達(dá)98%。

2.7 溶聚丁苯橡膠硫化速度快，加工性能好，膠質(zhì)純，硫化劑和促進(jìn)劑的用量減少，溶聚丁苯橡膠的加工省時、省力、省能。

3.丁苯橡膠發(fā)展?fàn)顩r

乳液聚合生產(chǎn)丁苯橡膠最早是由德國開發(fā)，第二次世界大戰(zhàn)期間，美國用此技術(shù)生產(chǎn)丁苯橡膠，我國第一套丁苯橡膠生產(chǎn)裝置于1960年在蘭州合成橡膠廠建成，同年投入使用。1976年我國從日本引進(jìn)一套年產(chǎn)8萬噸的丁苯橡膠裝置，于1982年試車投入生產(chǎn)。那時候的丁苯橡膠是在高溫下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)產(chǎn)生的，經(jīng)過這么多年以來不斷進(jìn)行技術(shù)改造和革新,1947年前后出現(xiàn)低溫共聚丁苯橡膠，目前我國乳液聚合生成丁苯橡膠主要采用的是低溫乳液聚合法。

我國溶聚丁苯橡膠的開發(fā)較晚，1982年開始，燕山石化研究院開始以正丁基鋰為引發(fā)劑研究溶聚丁苯橡膠的生產(chǎn)過程，其后與大連理工大學(xué)化工學(xué)院共同合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，與普通溶聚丁苯橡膠相比，該共聚物具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，低滾動阻力的同時，也具備高抗?jié)窕阅?；蘭州石化公司下屬石化研究院經(jīng)過多年努力自行研制出丁苯橡膠粉末的制備技術(shù)，并通過200t/a規(guī)模的中試驗，證明了該項技術(shù)的凝聚工藝平穩(wěn)，生產(chǎn)過程方便控制，橡膠性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，屬國內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)，具有歷史性的意義，填補(bǔ)了我國粉末丁苯橡膠改性瀝青領(lǐng)域的空白。

4.結(jié)語

就生產(chǎn)工藝而言，溶聚相對乳聚是要稍微高出一籌，但溶聚丁苯橡膠不能等同于乳聚丁苯橡膠，它也無法完全取代乳聚丁苯橡膠。我國現(xiàn)有的乳聚丁苯生產(chǎn)裝置生產(chǎn)能力有限，每年僅能生產(chǎn)十幾萬噸,即便是加大壓力超負(fù)荷運行，丁苯橡膠在我國仍處于供不應(yīng)求的市場環(huán)境。因此，增加丁苯橡膠生產(chǎn)裝置是可以預(yù)見的，但在新技術(shù)的帶動下必然是溶聚丁苯橡膠生產(chǎn)裝置占據(jù)主流地位。

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[3]趙光賢.溶液聚合和乳液聚合的生產(chǎn)工藝流程[J].中國橡膠,2010,10:40.