異戊橡膠應用技術及其發展前景分析

狄仕海，趙鵬飛(新疆天利石化股份有限公司，新疆 克拉瑪依 833699)

0 引言

異戊橡膠應用為技術的進步、橡膠行業的經濟發展提供了新的支持，成為增強橡膠行業發展水平的新興材料基礎。因此在未來發展的過程中應重點關注異戊橡膠應用技術的研究分析，為其后續的進步、發展夯實基礎。

1 異戊橡膠技術的應用現狀

近年來中國異戊橡膠技術應用水平有所提升，在國際領域中的生產能力有所提升，總產能在全世界合成橡膠中排名漸躍居前列。但是和俄羅斯等國家相比，還是存在很大的技術差異性，因此需要根據異戊橡膠的特點、技術情況等，不斷深入、研究和開發現代化的應用技術，為我國橡膠產業的發展進步作出貢獻[1]。

2 異戊橡膠的應用技術

2.1 微觀結構和硫化膠性能

分析異戊橡膠的結構特點可以發現其屬于順式、反式、3,4-結構，一般情況下合成天然橡膠主要就是高順式的異戊橡膠，其具備和天然橡膠比較相似的化學組成、立體結構，所以可以將異戊橡膠作為是綜合性能較高的通用合成橡膠材料[2]。但是，由于異戊橡膠與天然橡膠的微觀結構存在一定的差異性，天然橡膠的順式1,4-結構的摩爾分數較高，甚至能夠達到98%，而對于異戊橡膠來講，采用各類催化劑進行合成，有著不同的微觀結構，其順式1,4-結構的摩爾分數比受一定的影響。例如：使用鈦系催化劑進行合成，異戊橡膠的順式1，4-結構中，摩爾分數在97%左右；通過鋰系催化劑材料進行合成，順式1,4-結構中的摩爾分數只有92%；通過稀土催化劑材料合成，異戊橡膠的分子結構參數和天然橡膠的分子結構參數較為接近；通過三氯化釩/烷基鋁催化劑材料所制作的異戊橡膠，反式1,4-結構的摩爾系數為98%。由此可見，應用不同催化材料所合成的異戊橡膠微觀結構參數和天然橡膠微觀結構參數存在一定的差異性。從整體情況而言，天然橡膠在應用的過程中，主體規整度較為良好，結晶的性能高，相對分子的質量很大，凝膠的含量也很多，所以在應用期間需要采用塑煉的技術處理，確保門尼黏度值符合標準。而對于異戊橡膠，在合成期間就可以調節相對分子質量，無需前期進行預先的加工，但是由于結晶的性能較低，會導致異戊橡膠應用期間沒有采用硫化膠加工技術和采用硫化膠加工技術之間出現力學性能差異性。在使用硫化膠技術的過程中，異戊橡膠和天然橡膠力學性能的對比分析，需要明確微觀結構特點和結構參數情況，例如：異戊橡膠采用鈦系列與稀土系列的催化劑材料合成加工，順式微觀結構與天然橡膠較為接近，而使用鈦系列與稀土系列的催化劑材料合成進行異戊橡膠的加工，邵爾、硬度、伸應力、撕裂強度等都比天然橡膠低，但是拉伸強度方面、扯斷伸長率方面、永久變形方面、回彈性方面沒有很大的差異性。同時采用硫化膠技術，無論單獨應用異戊橡膠還是和其他膠種相互并用，都能夠確保壓縮生熱性能比天然橡膠良好[3]。

異戊橡膠和其他類型的通用合成橡膠的加工性能較為相似，混煉的過程中有著很強的溫度敏感性，所以在加工期間，需要嚴格控制輥溫和距離。而和天然橡膠之間相互對比異戊橡膠能夠進行直接加工處理，塑煉操作和混煉操作的時間很短，吃料的速度很快，負荷相對較小，能夠降低能源的消耗量，減少具體的加工時間。從實際的配方而言異戊橡膠在混煉的過程中產生的熱量很低，排膠的溫度也很低，不容易發生燒焦的現象或是“噴霜”的現象。但是，異戊橡膠也存在很多缺點問題，例如：混煉的膠缺乏一定的挺性，生成的混煉膠膠材料強度較低，膠料擠出的環節很容易受到溫度因素的影響，擠出物質會隨著溫度增加挺性變差，膠料非常軟黏，所以需要嚴格進行工藝技術的控制。例如異戊橡膠加工中采用鈦系催化劑制造，和天然橡膠的性能相比，混煉膠的黏度數據值有著不同程度的減小趨勢，證明異戊橡膠混煉情況和天然橡膠相同或是相似，分子鏈呈現出降解的趨勢。并且鈦系催化劑加工的異戊橡膠的混煉膠黏稠度數據值下降幅度比稀土系催化劑加工制造的異戊橡膠低，接近于天然橡膠的數據值，證明其和天然橡膠的抗機械降解能力相近。雖然和天然橡膠相比鈦系、稀土系催化劑制作的異戊橡膠扯斷伸長率高，但是拉伸強度很低，也就是在異戊橡膠拉伸期間，分子鏈缺少結晶能力，比天然橡膠分子鏈拉伸期間的結晶能力低。正是由于異戊橡膠有此類缺點，所以降低單獨應用在輪胎生產領域，可能會導致出現成型期間取樣難度高、胎胚存儲期間塌陷的問題，因此在異戊橡膠實際加工的過程中應結合硫化膠性能、微觀結構特點等，合理選擇應用技術，以免出現應用問題[4]。

2.2 技術的應用領域

雖然異戊橡膠和天然橡膠相比具有一定的性能差異性，但是從綜合性能來講，還是可以將其當作是天然橡膠的良好替代品，例如在汽車輪胎制造的領域中就可以使用鋰系催化劑制作的異戊橡膠材料替代天然橡膠材料，將用量控制在25%～50%左右。也可以采用鈦系催化劑、稀土系催化劑所制作的異戊橡膠，代替天然橡膠材料，應用比例可以適當增加。根據目前中國市場的實際情況可以了解到，進口的異戊橡膠類型主要為：通用類型的異戊橡膠，集中應用在輪胎制造和橡膠制品的行業領域；液體類型的異戊橡膠，也能夠應用在輪胎制造與橡膠品的制造行業；氫化聚異戊二烯材料，則應用在特制類型的橡膠制品制造行業和油品添加劑制造行業，應用的數量很少[5]。氫化聚異戊二烯在應用期間有液體類型也有固體類型的材料，可以作為是特殊性密封材料，耐熱性能高，近年來我國主要是從日本或是俄羅斯少量進口[6]。

2.3 防老化技術的應用

異戊橡膠材料在應用的過程中防老化技術的運用非常重要，一般情況下沒有添加防老劑的稀土異戊橡膠，在150 ℃左右熱氧老化最初階段的降解反應發生速度很快，分子量也會有所降低，分子量的分布呈現出逐漸加寬的狀態，在老化30 min以后分子量越來越大，分布狀態也開始變窄，出現交聯反應，而交聯反應程度比降解反應低。沒有添加防老劑的稀土催化異戊橡膠在熱氧老化最初階段，沒有非常明顯的化學結構變化，但是在老化的后期階段，會生成雙鍵類型的化合物，還可能會生成含氧類型的化合物，對異戊橡膠的應用性能和效果造成不利影響。因此在使用異戊橡膠材料的過程中必須要合理添加防老劑，預防出現材料老化的問題，例如添加酚類、雙酚、硫代雙酚、丙酸、三嗪類防老劑，能夠改善材料的老化問題[7]。

2.4 國內外市場情況

近年來中國的異戊橡膠消費量有著巨大的變化，不同時間段的消費量有所不同，主要原因就是在異戊橡膠價格較低的情況下，會在斜交胎價格提升期間利用進口異戊橡膠替代天然橡膠，降低自身的加工成本，但是在異戊橡膠價格提升的情況下，一些輪胎加工企業會將異戊橡膠的生產配方改變成為天然橡膠的生產配方，導致出現異戊橡膠進口數量降低的現象。

從國外的情況而言，俄羅斯由于氣候原因缺少天然橡膠的栽培技術和條件，因此很重視對異戊橡膠的研究開發，在國際領域中異戊橡膠應用技術處于前沿的地位，因此成為了異戊橡膠生產大國。而俄羅斯的異戊橡膠市場份額和我國異戊橡膠與天然橡膠的應用狀況有著一定的反差，由于異戊橡膠材料集中應用在輪胎加工領域，應用的數量在總產量的71%以上，而異戊橡膠拉伸強度和撕裂強度等比天然橡膠低，在航空輪胎加工與大型工程輪胎加工方面無法完全取代天然橡膠，所以俄羅斯還需要進行天然橡膠材料的進口。另外，俄羅斯在異戊橡膠改性研究中取得了良好的成績，使得材料力學性能有所提升，改性的異戊橡膠材料能夠替代天然橡膠應用在很多加工領域，目前俄羅斯在異戊橡膠技術開發創新期間，開始使用新型的改性劑進行材料的改性，能夠增強材料的強度和抗撕裂性能，可以應用在大型輪胎的胎面膠料中，改善胎面的綜合性能，增強抗機械損傷的能力[8]。而從國際的異戊橡膠消費構成情況來講，日本的輪胎加工、膠鞋加工、黏合劑加工中也開始重點采用異戊橡膠材料，消費的數額有所增多。

3 我國異戊橡膠的發展前景

中國在20世紀60年代開始就重點進行了異戊橡膠的研究，20個世紀70年代中國科學院長春應用化學研究所等開展了稀土催化體系合成異戊橡膠的實驗活動，在此之后也有一些企業進行規模化生產，全面了解加工性能，將材料應用在輪胎生產領域。雖然中國相關技術的研究工作正在持續性進行，但是缺少大規模的實驗分析，不利于異戊橡膠技術在中國的良好應用。因此，在未來發展的進程中需要不斷做出努力，確保異戊橡膠技術在中國膠制品生產領域中的良好應用。

3.1 催化技術的發展趨勢

中國采用稀土系催化技術進行異戊橡膠產品的加工，主要是應用溶聚環烷酸稀土鹽材料、溶聚烷氧基稀土鹽材料、聚合稀土鹽材料，所存在的問題就是順式1,4-結構的摩爾分數很低，幾乎都在94%～97%之間，而當前國外在稀土系催化加工異戊橡膠的過程中，順式結構摩爾分數能夠達到98%，和天然橡膠的結構接近。所以在我國未來的技術研究過程中，需要積極借鑒國外的先進、現代化催化技術，合理設置催化體系，使得材料順式結構的摩爾分數有所提升，在98%之上，確保異戊橡膠材料應用的性能、強度，滿足當前技術應用的基本需求[9]。

3.2 低成本技術的研究開發

近年來異戊橡膠在市場中的定位就是取代部分天然橡膠材料，從產品的價格層面而言，異戊橡膠更具有優勢。為充分發揮異戊橡膠低成本的優勢，在未來發展的進程中，應盡可能研究如何降低加工成本，促使加工效率的提升，增加兩種材料應用的成本價格差異。雖然中國異戊橡膠材料的應用數量較少，但是多數都是應用在輪胎加工領域，應用的比例在80%左右，而如果我國的異戊橡膠材料價格比天然橡膠材料價格低，取代天然橡膠的可能性就很高，此情況下可以適當增加異戊橡膠應用的比例，研究開發出低成本應用的技術和措施。除此之外，在成功研發出異戊橡膠應用技術之后，如若市場價格和順丁橡膠持平，那么產品在市場中的定位，就不僅是對天然橡膠材料進行取代，還能夠占有一些順丁橡膠的市場，因此研究開發低成本價格技術勢在必行[10]。除此之外，在未來發展的過程中，通用異戊橡膠材料還會不斷提升市場的占有率，可以開發附加值很高、應用在特殊性領域中的加工技術，促使異戊橡膠技術的良好應用。

4 結語

綜上所述，近年來中國已經開始重視異戊橡膠材料和技術的研究，但是由于中國所加工的異戊橡膠和其他國家的材料相比，順式結構摩爾分數很低，難以滿足材料應用的性能需求、強度需求。因此，在未來發展的過程中應重點研究和開發能夠提升材料順式結構摩爾分數的技術，為材料的良好應用夯實基礎。