橡膠防護蠟的生產優化及性能評價

黃鵠，崔洪明，何峰

(中國石化荊門石化公司，湖北 荊門448039)

0 引言

隨著子午線輪胎的發展，作為物理防老劑的橡膠防護蠟逐步得到廣泛應用，國外最早應用的是德國，其后是美國霍尼韋爾公司開發OK1987、DO3205等五大系列產品，20世紀初英國ASTOR公司的Okerin系列蠟、德國萊恩公司的Antiluxlll蠟等占領橡膠防護蠟市場[1]。我國橡膠防護蠟的研制相對較慢，經過近幾十年的發展，形成撫順石油化工研究院的FLY型、D型、P型、南陽sinopec XJL系列蠟、荊門RPW型系列蠟等產品可替代進口，基本滿足生產高質量汽車輪胎的需要。

國內屈清州、齊霽等對大連石化、大慶石化等全精煉蠟生產、質量優化和降低含油量等進行過深入的報道[2-3]。荊門石化公司橡膠防護蠟開發之初以RPW型號生產，行業標準的頒布實施，對該公司的生產影響很大，為盡快適應標準要求，結合兄弟企業實踐經驗，經過幾年的摸索實踐，也積累了較豐富的生產經驗，實現了優化控制，產品性能滿足了市場需要。

1 橡膠防護蠟的生產過程優化

該公司生產橡膠防護蠟裝置有兩套常減壓裝置、兩套糠醛精制裝置、酮苯脫油脫蠟聯合裝置，白土精制和加氫補充精制裝置。近年由于高含蠟原油逐漸減少，為滿足生產負荷，不得已摻煉低含蠟原油，對石蠟、微晶蠟及橡膠防護蠟的質量控制帶來了較大困難。近年來該公司采取全流程優化，對裝置和工藝控制的各個環節進行優化調整，取得了較好的效果。

1.1 原料選擇

采用石蠟基和中間基混煉生產基礎油和蠟，關鍵是確定合適的混煉比，石蠟基比例增大會提高基礎油黏度指數，降低加氫改質裝置苛刻度，但會影響蠟的黏度等級，相反中間基比例大會影響防護蠟質量，對酮苯脫蠟負荷產生負面影響。為兼顧潤滑油基礎油、蠟的質量，該公司組織技術力量進行優化，通過分析南陽江漢原油的含蠟狀況和蠟晶體特征，設計出兩套蒸餾裝置生產橡膠防護蠟的合適比例，既能保證潤滑油基礎油黏度指數、黏度等級的達標，也能滿足防護蠟對碳數及碳分布的要求，為生產出較好高低溫防護性能的防護蠟打下了基礎。

1.2 蒸餾切割優化

常減壓裝置堅持做到高真空、低爐溫、窄餾分、淺顏色，對基礎油和蠟產品來說，都可以取得合適的餾分，窄餾程的防護蠟，性質更穩定。采取的措施有一是提高南蒸餾減三線干點,使減三線黏度在14～18 mm2/s；二是提高系統真空度,控制真空度95～98 kPa。三是北蒸餾減四線和南蒸餾減三線潤滑油料餾程控制，嚴格控制2%～98%餾分范圍。四是控制爐溫，減少熱裂解，既要保證蠟的滴熔點,又要保持潤滑油基礎油黏度范圍。通過有效的控制,保證了切割餾分的質量,為后續裝置操作創造了條件。

1.3 溶劑精制

碳原子數小的烷烴相對分子質量小，熔點低，支化度低，易從橡膠中遷移到橡膠表面，但溫度升高后低碳原子數烴類會溶解在橡膠中；當碳原子數過大時，則遷移速度更慢，產生的蠟膜很薄，不能形成保護層，對橡膠幾乎無保護作用。這種遷移的速度和質量對防護膜的致密性、黏附性、延展性和穩定性有較大的影響，因此獲得合適的碳原子數是溶劑精制的最大難點。

如果溶劑精制過深，小分子烷烴多，碳分布前移，在橡膠防護中遷移速度快，但蠟產品黏度和滴熔點受到影響，影響使用性能；精制過淺，石蠟顏色和光安也會受到影響，高碳數比例增加，在橡膠中遷移速度慢，不利于防護。為找到合適碳分布，一是通過加熱爐調節操作溫度；二是通過優化溶劑比、尋求收率和質量的平衡；三是通過固定糠醛裝置重套加工，保證防護蠟產品質量；四是采用熱進料方式，避免中間過程的氧化。通過對黏度、比色和黏度指數的控制，確定了溶劑比和相關工藝參數，使比色、黏度和瀝青質滿足了下游裝置加工要求。

1.4 加氫改質優化

加氫改質裝置主要功能是去除硫、氮、稠環芳烴等非理想組分，提高飽和烴含量，在改善油品黏溫性能的同時最大限度減少蠟裂解，保持產品中蠟的碳分布，增加了異構含量。主要措施是對加氫改質工藝參數進行優化。首先是改質反應器R-101床層溫度；其次根據氫氣純度和原料產品質量調整氫油比；三優化處理段和精制段空速和氫分壓；四是優化減壓精制段參數，保證蠟裂解程度最小。

1.5 脫蠟脫油優化

酮苯脫蠟脫油過程是橡膠防護蠟質量控制的關鍵階段，主要控制指標是蠟含油、收率和基礎油傾點。

該公司采用的是一段脫蠟兩段脫油工藝，其中蠟脫油是防護蠟生產的關鍵環節，直接影響蠟晶型和油含量，需重點優化。采取的方法一是根據濾機實際情況調整溫洗程序，定期校對濾機液位。 二是關注過濾機內蠟餅情況，及時溫洗和切換濾機；三是優化調整脫油一段一次、一段二次和二段稀釋溶劑加入量；通過有效的跟蹤調整，保證了蠟含油穩定在0.7%以下。同時通過優化蠟回收操作，降低回收和脫氣操作負荷，改善了蠟的顏色，減少了溶劑攜帶量，提高了蠟產品質量。

1.6 優化效果(見表1)

表1 優化前后主要指標達標情況

通過優化，黏度達標率可達100%，黏度范圍也從優化前的0.7 mm2/s降低到目前的0.54 mm2/s；滴熔點合格率達100%，波動范圍從6.9 ℃降低到4.1 ℃。效果較為明顯，生產的減四線蠟碳分布滿足SH/T 0871中3號防護蠟指標要求。

2 性能評價

2.1 實驗室評價

分別對橡膠防護蠟樣品-1、樣品-2型、樣品-3在北京某橡膠研究院進行使用性能評定，采用德國、意大利、英國蠟、國產RP-3、P-型等進行對比試驗。試驗材料采用全天然橡膠和天然橡膠/合成混合橡膠，分別進行了大氣老化試驗、室溫和40 ℃下臭氧老化試驗，膠料的硫化特性、力學和繞曲試驗等，結果見表2～表4。

從表2到表4可以看出：1)樣品-1的大氣暴曬老化和抗臭氧性能均優于從英國、意大利和德國進口的產品。樣品-2由于調入適量的輕組分蠟和微晶蠟，抗臭氧性能更全面。2)通常情況下靜態抗臭氧性能好的蠟，動態抗臭氧能力差，而樣品-2具有優異的靜態和動態抗臭氧能力。3)樣品-3由于含有高熔點微晶蠟，硫化膠性能不降低的前提下，熱空氣老化性能更顯優勢。

表2 樣品-1性能評定

表3 樣品-2性能評定

表4 樣品-3性能評定

2.2 工業性能試驗

選取樣品-1在銀川某廠用于攻關胎的胎面膠和胎側膠試制，試制工藝過程正常，壓出性能好，輪胎表面光滑，接頭牢固，無脫開現象，且膠料熱煉時不產生黏輥或脫輥。在廣州、海口、新疆進行室外性能試驗，里程達7萬公里后沒有發現裂紋等問題，防護效果較為明顯。

3 結語

橡膠防護對大氣暴曬老化和抗臭氧性能有較高要求，在追求靜態和動態抗臭氧能力上也是市場發展趨勢。通過生產裝置的優化即可滿足產品性能要求是最快捷、直接的方法，采用蒸餾-溶劑精制-加氫改質-脫蠟脫油老三套和加氫工藝相結合生產優質橡膠防護蠟不失為較好的工藝路線，有較好的發展前景。