順丁橡膠催化劑預混工藝研究

賈德隆++喻芳

摘 要：順丁橡膠是順式-1，4-聚丁二烯橡膠的簡稱，其分子式為（C4H6）n，順丁橡膠屬于通用合成橡膠，優勢顯著，如：良好的彈性與動態性能，較強的耐磨性、耐低溫性及耐曲揉性等，因此，在橡膠制品生產中的應用具有廣泛性與普遍性。本文以鎳系順丁橡膠為研究對象，探討了其催化劑預混工藝，旨在為生產實踐提供可靠的理論保障。

關鍵詞：順丁橡膠；催化劑；預混工藝

中圖分類號：TQ333 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0133-01

目前，在橡膠制品生產中順丁橡膠扮演著重要的角色，但實際生產存在諸多的問題，如：順丁橡膠生產能力偏低、新品種較少、質量不穩定，缺少競爭力與影響力，為了充分發揮順丁橡膠的作用，使其生產適應激烈的競爭，我國對其研究技術給予了高度關注。相關學者提出了催化劑預混工藝，不僅可提高產品質量，還可控制生產成本，利于保證企業綜合效益。

1 順丁橡膠的工藝研發概況

順丁橡膠中鎳系聚丁二烯橡膠（Ni2BR）的應用頻率最高，主要是因其擁有較高的彈性、良好的耐磨性、耐老化及耐熱性等，經過數十年的發展，其工藝日漸成熟。根據有關報道可知，Ni2BR的工藝研發主要體現為：一是，聚合物性能，雖然順丁橡膠擁有一系列的優點，如：耐熱、耐寒及耐磨等，但其也存在不足，如：較差的冷流行、較低的拉伸機撕裂強度等，而生產實踐對其性能提出了較高的要求，因此，有關學者[1]提出了改進催化劑體系、調整聚合物分子結構等方法，從而提高了橡膠物理及加工性能；二是，聚合反應，常見的工藝有本體聚合與氣相聚合，前者具有工藝簡單、操作簡便、成本低、投資少等特點，但催化劑分散、物料運輸等問題急需解決，后者因存在技術難題，使其仍處于中試時期；三是，凝聚與后處理，傳統凝聚需要消耗較多的蒸汽，同時后處理流程較長，經改進，在乳化凝聚工藝、新型分散劑等支持下，保證了凝聚效果，減少了耗能，簡化了后處理，具體技術有熱泵及螺桿擠壓等。

生產實踐中傳統的二元催化劑陳化法，需要較多的催化劑，同時產物中含有大量的凝膠、聚合釜存在明顯的掛膠問題，從而制約了生產。經探索發現，催化體系聚合活性主要受催化劑陳化影響，隨之提出了三元陳化法，其減少了催化劑使用量，提高了聚合活性，避免了掛膠問題，保證了設備長期、安全運行。為了進一步提高催化劑效率，有關學者改進了加水與終止技術。

2 順丁橡膠催化劑預混工藝研究

2.1 小試試驗

為了提升鎳系順丁橡膠的工業化水平，國內外學者均十分關注其催化劑體系，常見的三元陳化法，具體有兩種，一種為經預混釜，使引發劑、溶劑及單體等進入反應器，另一種為使用AL-Ni陳化，再單獨加入B稀釋。上述方法均保證了橡膠產品質量，提高了其穩定性。但經生產實踐可知，順丁橡膠催化劑預混工藝仍影響了聚合反應，主要是因微量催化劑未能有效混合接觸，陳化效果欠佳，隨之影響了催化劑活性中心均勻分布。為了扭轉此局面，國外學者提出了預混工藝技術，即：在聚合釜前增加預混釜，以此優化催化劑陳化及進料方式。本研究選用了環烷酸鎳、三異丁基鋁及三氟化硼乙醚絡合物，旨在有效研發順丁橡膠催化劑預混工藝。

試驗中選用的原材料均由國內石化公司提供，催化劑陳化：使用100mL玻璃瓶，抽真空、烘烤、利用氮氣循環，去除水分與雜質，將配置的催化劑放置在瓶內，陳化后，置入含有丁油的聚合瓶，以此誘發聚合，通過丁二烯聚合后，記錄聚合反應速率，分析原料與聚合物等。經研究發現，Ni-B-A1三元陳化的聚合反應活性高于A1-Ni二元陳化，同時稀B單加高于Ni-A1-B三元陳化，最佳陳化時間為30min左右；此外，三元陳化的聚合速率高于二元陳化及稀B單加，待加入微量水后，聚合反應速率明顯加快[2]。

2.2 中試試驗

對于傳統催化劑預混工藝而言，因催化體系具有較大的難度，使催化劑難以有效接觸，從而降低了其利用率，影響了局部反應效果，另外，因大量使用催化劑，使得凝膠含量過高，未能滿足生產需求。國外學者提出了預混工藝技術，通過預混釜的增加，提高了橡膠產品質量。

試驗研究中丁二烯、加氫汽油、環烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼乙醚絡合物為原材料，對其進行預混及陳化，同時，對丁二烯進行聚合與后處理，即：丁油在前兩釜停留3h，首釜溫度為80℃，二釜溫度為75℃，此時丁二烯轉化率超過85%，再利用分析儀對原料、聚合物等進行分析與測定。經研究發現，加入門尼調節劑后，增大了調節范圍，提高了對門尼粘度的靈敏性，摩爾比為0.8～1.0，同時使用160#芳烴油，滿足了生產需求。

2.3 試生產

在試生產中以丁二烯、溶劑油、填充油、引發劑與催化劑為原材料，工藝流程為：配置藥劑、聚合、充油、凝聚與后處理，其中預混工藝為，在聚合釜前加預混釜，聚合體系中丁二烯分別于催化劑鎳、硼與鋁組分，進入1號聚合釜，稀釋丁油后進入聚合釜，此后混合環烷酸鎳與三氟化硼乙醚絡合物，再混合丁油，形成三元陳液，進入預混釜，其中三異丁基鋁單獨進入。為了提高預混工藝質量，操作中應關注物料傳質及傳動，催化劑組分及預混丁油流量，預混釜溫度等，經試驗研究顯示，順丁橡膠產品性能優良，均符合合同要求[3]。

3 結語

綜上所述，本文介紹了順丁橡膠的工藝研究概況，重點闡述了其催化劑預混工藝研究，經小試、中試及試生產，保證了橡膠產品質量，增強了其穩定性，日后，實踐中應大力推廣。

參考文獻：

[1]張目.鎳系順丁橡膠的生產及應用[J].煉油與化工，2015，01：67.

[2]崔小明.聚丁二烯橡膠生產技術進展及市場分析[J].上海化工，2014，09：37-43.

[3]趙永兵.充油順丁橡膠工藝技術的研究與發展[D].東北石油大學，2010.