顺丁橡胶生产工艺分析及趋势探讨

顺丁橡胶生产工艺分析及趋势探讨

作者：刘丽

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第03期

摘 要：顺丁橡胶是由于它具有较高的回弹性和优异的耐低温性能以及良好的耐磨性能和良好的共混加工性能。本文从顺丁橡胶的生产工艺分析出发，对其技术发展趋势展开探讨。 关键词：顺丁橡胶；工艺流程；溶液聚合法

顺丁橡胶，全名为顺式-1，4-聚丁二烯橡胶，简称BR。由丁二烯聚合制得的结构规整的合成橡胶与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性能好，易与天然橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。 1 生产工艺流程分析

顺丁橡胶以丁二烯为单体，采用不同催化剂和聚合方法合成。目前世界上顺丁橡胶生产大部分采用溶液聚合法。生产采用的催化剂主要有镍系、钛系、钴系、锂系、稀土钕系等。不同催化体系顺丁橡胶的生产工艺各有特点，但大体相似，以连续溶液聚合为主，主要工序包括：催化剂、终止剂和防老剂的配制和计量；丁二烯的聚合；胶液的凝聚；后处理，橡胶的脱水和干燥；单体、溶剂的回收和精制。

工艺流程简介如下：催化剂经配制、陈化后，与单体丁二烯、溶剂油一起进入聚合装置，在此合成顺丁橡胶胶液；胶液中加入终止剂和防老剂进入凝聚工序；胶液用水蒸汽凝聚后，橡胶成颗粒状与水一起输送到脱水、干燥工序；干燥后的生胶包装后去成品仓库；在凝聚工序用水蒸汽蒸出的溶剂油和丁二烯经回收精制后循环使用。

催化剂类型的选择与配制是顺丁橡胶生产的关键，它决定聚合物的微观结构和橡胶的性能等。按照聚合物的微观结构，顺丁橡胶可以分为高顺式聚丁二烯橡胶（顺式-1，4结构质量分数90%以上，即国内所说的顺丁橡胶）、低顺式聚丁二烯橡胶（顺式-1，4结构质量分数35%～40%，简称LCBR）、中乙烯基聚丁二烯橡胶（1，2结构质量分数35%～65%）和高反式聚丁二烯橡胶（反式-1，4结构质量分数65%以上）4种产品。钴系、钛系、镍系和稀土钕系催化剂主要用于生产高顺式-1，4-聚丁二烯橡胶，其它聚丁二烯橡胶品种则主要采用锂系催化剂。

1.1 镍系顺丁橡胶

采用镍系催化体系，以丁二烯为原料，抽余油为溶剂，经配位阴离子溶液聚合，制得高分子质量、高顺式顺丁橡胶，该方法是我国目前生产顺丁橡胶的主要技术方法，技术开发成熟，产品质量具有国际领先水平。所用抽余油价廉、毒性低、原料易得、馏程宽、物系粘度低易于输送，这是镍系溶液聚合的优点。

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1.2 低顺式聚丁二烯橡胶

低顺式聚丁二烯橡胶一般采用间歇式生产，以丁二烯为单体，正丁基锂为催化剂，环己烷和己烷作为混合溶剂，四氢呋喃为活化剂，经阴离子溶液聚合制得。这种聚合体系的催化活性高，工艺简单，反应容易控制。所得橡胶的顺式-1，4含量低（质量分数35%～40%），称为低顺式聚丁二烯橡胶，简称LCBR，常用作聚苯乙烯树脂改性剂。 1.3 钛或钴系顺丁橡胶

用钛或钴催化体系生产顺丁橡胶时，一般选用苯或甲苯作溶剂，制得顺丁橡胶的顺式-1，4含量高，硫化胶的物理性能类似，不同的是钛系顺丁橡胶的相对分子质量分布窄、冷流倾向大，加工性能也不如钴系和镍系顺丁橡胶好，已逐渐被淘汰。 1.4 稀土顺丁橡胶

用稀土催化剂（如环烷酸稀土-一氯二乙基铝-三异丁基铝）制备的高顺式（顺式-1，4结构的质量分数为96%～99%）的顺丁橡胶具有良好的抗湿性和较低的滚动阻力，而耐磨性仍能保持良好的水平。与镍系顺丁橡胶相比，稀土顺丁橡胶不仅具有较高的顺式-1，4结构含量，而且它们的应力-应变、弹性、生热、湿滑以及滚动阻力等性能都较优异。作为高性能的稀土顺丁橡胶已成为行业发展的一大亮点。 2 顺丁橡胶发展方向

①开发顺丁橡胶新品种和新牌号，以调整现有顺丁橡胶的产品结构，增加装置适应性。继续进行充油顺丁橡胶不同充油份数及不同门尼的产品，稀土顺丁橡胶产量很少、装置规模小产品牌号单一，难以适应多种用途的需求，缺少低顺橡胶的技术开发和应用研究，并尽早将研究成果投入工业生产，实现在顺丁橡胶装置上的多品种生产。

②优化顺丁橡胶现有的催化体系和工艺条件，进一步降低物耗能耗，提高技术水平。催化剂陈化方式需改进，以提高总转化率。国内蒸汽与溶剂的消耗略高于国外，增加了产品成本，产品出口量小。需要提高生产自控水平，如在线门尼粘度检测水平低，导致产品门尼粘度波动较大，影响了用户使用。

③开发新型聚合反应器。目前顺丁橡胶采用，采用双螺带搅拌器，存在返混状态、搅拌不均等缺陷。所以主要是搅拌浆型的改动，提高混合效果，强化传热能力，从而能优化聚合工艺指标，提高产品的内在质量。

④不断开辟顺丁橡胶在非轮胎制品中的应用。增加顺丁橡胶在工程轮胎、拖拉机轮胎、农用轮胎中的使用比例，占领塑料改性用顺丁橡胶市场，开发改性顺丁橡胶如氯化顺丁橡胶、环氧化、羧化、卤磺化改性顺丁橡胶的研究等，以进一步扩大顺丁橡胶的用量。

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⑤进一步研究和开发锂系、钕系顺丁橡胶催化剂，重点研究采用改性技术合成高性能橡胶以满足高性能轮胎的要求，研究气相或液相聚合顺丁橡胶的生产技术。

我国应加快新技术的研究和开发力度，大力开展锂系、稀土顺丁橡胶催化剂的研究和开发，合成高性能顺丁橡胶以满足高性能轮胎的要求；着力研发多样化、系列化、专业化、高性能化和高附加值顺丁橡胶新产品。 参考文献：

[1]刘衍朋.顺丁橡胶复合材料及其失效机制研究[D].宁波：宁波大学，2015. [2]张彦芳.新型充油顺丁橡胶研制与生产[D].大庆：大庆石油学院，2005.