順丁橡膠催化劑預(yù)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(jiǎn)稱，其分子式為（C4H6）n，順丁橡膠屬于通用合成橡膠，優(yōu)勢(shì)顯著，如：良好的彈性與動(dòng)態(tài)性能，較強(qiáng)的耐磨性、耐低溫性及耐曲揉性等，因此，在橡膠制品生產(chǎn)中的應(yīng)用具有廣泛性與普遍性。本文以鎳系順丁橡膠為研究對(duì)象，探討了其催化劑預(yù)混工藝，旨在為生產(chǎn)實(shí)踐提供可靠的理論保障。

關(guān)鍵詞：順丁橡膠；催化劑；預(yù)混工藝

中圖分類號(hào)：TQ333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0133-01

目前，在橡膠制品生產(chǎn)中順丁橡膠扮演著重要的角色，但實(shí)際生產(chǎn)存在諸多的問(wèn)題，如：順丁橡膠生產(chǎn)能力偏低、新品種較少、質(zhì)量不穩(wěn)定，缺少競(jìng)爭(zhēng)力與影響力，為了充分發(fā)揮順丁橡膠的作用，使其生產(chǎn)適應(yīng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)對(duì)其研究技術(shù)給予了高度關(guān)注。相關(guān)學(xué)者提出了催化劑預(yù)混工藝，不僅可提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可控制生產(chǎn)成本，利于保證企業(yè)綜合效益。

1 順丁橡膠的工藝研發(fā)概況

順丁橡膠中鎳系聚丁二烯橡膠（Ni2BR）的應(yīng)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(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，其工藝日漸成熟。根據(jù)有關(guān)報(bào)道可知，Ni2BR的工藝研發(fā)主要體現(xiàn)為：一是，聚合物性能，雖然順丁橡膠擁有一系列的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)撕裂強(qiáng)度等，而生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)其性能提出了較高的要求，因此，有關(guān)學(xué)者[1]提出了改進(jìn)催化劑體系、調(diào)整聚合物分子結(jié)構(gòu)等方法，從而提高了橡膠物理及加工性能；二是，聚合反應(yīng)，常見(jiàn)的工藝有本體聚合與氣相聚合，前者具有工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、成本低、投資少等特點(diǎn)，但催化劑分散、物料運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題急需解決，后者因存在技術(shù)難題，使其仍處于中試時(shí)期；三是，凝聚與后處理，傳統(tǒng)凝聚需要消耗較多的蒸汽，同時(shí)后處理流程較長(zhǎng)，經(jīng)改進(jìn)，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(jiǎn)化了后處理，具體技術(shù)有熱泵及螺桿擠壓等。

生產(chǎn)實(shí)踐中傳統(tǒng)的二元催化劑陳化法，需要較多的催化劑，同時(shí)產(chǎn)物中含有大量的凝膠、聚合釜存在明顯的掛膠問(wèn)題，從而制約了生產(chǎn)。經(jīng)探索發(fā)現(xiàn)，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(wèn)題，保證了設(shè)備長(zhǎng)期、安全運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高催化劑效率，有關(guān)學(xué)者改進(jìn)了加水與終止技術(shù)。

2 順丁橡膠催化劑預(yù)混工藝研究

2.1 小試試驗(yàn)

為了提升鎳系順丁橡膠的工業(yè)化水平，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均十分關(guān)注其催化劑體系，常見(jiàn)的三元陳化法，具體有兩種，一種為經(jīng)預(yù)混釜，使引發(fā)劑、溶劑及單體等進(jìn)入反應(yīng)器，另一種為使用AL-Ni陳化，再單獨(dú)加入B稀釋。上述方法均保證了橡膠產(chǎn)品質(zhì)量，提高了其穩(wěn)定性。但經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐可知，順丁橡膠催化劑預(yù)混工藝仍影響了聚合反應(yīng)，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(zhuǎn)此局面，國(guó)外學(xué)者提出了預(yù)混工藝技術(shù)，即：在聚合釜前增加預(yù)混釜，以此優(yōu)化催化劑陳化及進(jìn)料方式。本研究選用了環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁及三氟化硼乙醚絡(luò)合物，旨在有效研發(fā)順丁橡膠催化劑預(yù)混工藝。

試驗(yàn)中選用的原材料均由國(guó)內(nèi)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?dú)庋h(huán)，去除水分與雜質(zhì)，將配置的催化劑放置在瓶?jī)?nèi)，陳化后，置入含有丁油的聚合瓶，以此誘發(fā)聚合，通過(guò)丁二烯聚合后，記錄聚合反應(yīng)速率，分析原料與聚合物等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，Ni-B-A1三元陳化的聚合反應(yīng)活性高于A1-Ni二元陳化，同時(shí)稀B單加高于Ni-A1-B三元陳化，最佳陳化時(shí)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(yīng)速率明顯加快[2]。

2.2 中試試驗(yàn)

對(duì)于傳統(tǒng)催化劑預(yù)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(yīng)效果，另外，因大量使用催化劑，使得凝膠含量過(guò)高，未能滿足生產(chǎn)需求。國(guó)外學(xué)者提出了預(yù)混工藝技術(shù)，通過(guò)預(yù)混釜的增加，提高了橡膠產(chǎn)品質(zhì)量。

試驗(yàn)研究中丁二烯、加氫汽油、環(huán)烷酸鎳、三異丁基鋁、三氟化硼乙醚絡(luò)合物為原材料，對(duì)其進(jìn)行預(yù)混及陳化，同時(shí)，對(duì)丁二烯進(jìn)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(shí)丁二烯轉(zhuǎn)化率超過(guò)85%，再利用分析儀對(duì)原料、聚合物等進(jìn)行分析與測(cè)定。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，加入門(mén)尼調(diào)節(jié)劑后，增大了調(diào)節(jié)范圍，提高了對(duì)門(mén)尼粘度的靈敏性，摩爾比為0.8～1.0，同時(shí)使用160#芳烴油，滿足了生產(chǎn)需求。

2.3 試生產(chǎn)

在試生產(chǎn)中以丁二烯、溶劑油、填充油、引發(fā)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(yù)混工藝為，在聚合釜前加預(yù)混釜，聚合體系中丁二烯分別于催化劑鎳、硼與鋁組分，進(jìn)入1號(hào)聚合釜，稀釋丁油后進(jìn)入聚合釜，此后混合環(huán)烷酸鎳與三氟化硼乙醚絡(luò)合物，再混合丁油，形成三元陳液，進(jìn)入預(yù)混釜，其中三異丁基鋁單獨(dú)進(jìn)入。為了提高預(yù)混工藝質(zhì)量，操作中應(yīng)關(guān)注物料傳質(zhì)及傳動(dòng)，催化劑組分及預(yù)混丁油流量，預(yù)混釜溫度等，經(jīng)試驗(yàn)研究顯示，順丁橡膠產(chǎn)品性能優(yōu)良，均符合合同要求[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文介紹了順丁橡膠的工藝研究概況，重點(diǎn)闡述了其催化劑預(yù)混工藝研究，經(jīng)小試、中試及試生產(chǎn)，保證了橡膠產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了其穩(wěn)定性，日后，實(shí)踐中應(yīng)大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]張目.鎳系順丁橡膠的生產(chǎn)及應(yīng)用[J].煉油與化工，2015，01：67.

[2]崔小明.聚丁二烯橡膠生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及市場(chǎng)分析[J].上?；ぃ?014，09：37-43.

[3]趙永兵.充油順丁橡膠工藝技術(shù)的研究與發(fā)展[D].東北石油大學(xué)，2010.