探讨调节镍系顺丁橡胶分子量的研究

2023-01-26

所谓“合成橡胶”是与自然橡胶相对而言的, 简单地说, 是通过人工方法合成的具有高弹性的化合物, 与合成树脂、合成纤维并成为三大合成材料, 是现代工业发展中必不可少的组成部分。

截至目前, 橡胶工业的发展已经有一百多年的历史, 而促使合成橡胶产业发展的契机源于汽车工业的发展, 并由此形成了多种合成技术, 顺丁橡胶是其中最主要的一种。由于其具有更好的耐磨性、耐寒性、耐老化性等特征, 因此得到了广泛地应用。

我国的合成橡胶产业发展始于上世纪五十年代, 并在六十年代出形成了以顺丁橡胶为主要发展方向的格局, 国内生产企业采用镍系聚合法生产的顺丁橡胶技术, 逐渐取得了自主研发能力, 并在国际上实现了高水平的生产工艺;截至目前, 以镍系顺丁橡胶技术为代表的合成橡胶技术构建了完整的产业体系, 并伴随着我国经济高速发展和市场需求的增长, 成为未来市场潜力巨大的化工产业。

1 镍系顺丁橡胶分子量实验分析

1.1 镍系顺丁橡胶分子量实验的目的

近年来我国对顺丁橡胶的需求量日益争夺, 分析原因不难发现, 与汽车工业的发展密切相关。顺丁橡胶被广泛地应用与汽车轮胎、轮轴胶带等产品中, 并随着需求量的增加, 对质量和性能提出了多样性的需求。

我国的镍系顺丁橡胶技术发展已经有四十多年的历史, 随着工艺技术的日渐完善、产业规模的日渐扩大, 已经形成了世界范围内最大的镍系顺丁橡胶生产规模。但产量增加的同时, 也面临着类别体系单薄的现在, 目前我国只有门尼40-50的BR9000牌号顺丁橡胶产品 (标准化) , 但就世界范围内看, 顺丁橡胶的数量多达上百种, 针对不同的应用环节做到了细分化。

由此, 我国的顺丁橡胶生产就出现了相对矛盾的状况。一方面, 国内对顺丁橡胶的需求量不断在增加, 但符合生产需求的仍然需要进口, 而另一方面, 镍系顺丁橡胶工艺在种类区分上过于单薄, 造成同质类产品产能过剩。从这一个角度去分析, 为了增加我国合成橡胶产业的市场竞争力, 就必须致力于开发多种牌号、多类别的顺丁橡胶制品。

从技术角度看, 改变顺丁橡胶的门尼粘度是细分的关键, 而要做到这一点, 就必须从分子量的改变入手。调整分子量的手段也两个, 其一为改变分子量调节剂, 其二是改变现有的橡胶聚合工艺。

1.2 镍系顺丁橡胶分子量实验构成

作者希望通过实验手段来确定改变镍系顺丁橡胶分子式的方法, 以下为具体方案。

首先, 在材料方面选择国内标准石化橡胶产品, 以满足生产需求材料的普遍性;其余材料包括环烷酸镍、三氯化硼乙醚络合物、乙醇、α-乙烯分子调节剂等。

其次, 实验设备包括门尼粘度计、聚合瓶、液相色谱仪、红外光谱仪等。

再次, 实验过程各种设计的分析数据包括转化率、门尼粘度、分子量、凝胶含量等。

整个实验主要在聚合瓶中弯沉恶搞, 一次加入溶解剂、丁二烯等不同成分进行分子调节, 按照一定的比例进行匹配, 投入环烷酸镍催化剂, 进入聚合过程 (乙醇添加) , 最后进行凝聚。

2 镍系顺丁橡胶分子量改变影响因素

2.1 单体质量浓度影响

确保催化剂 (环烷酸镍) 的一致性前提下, 单体质量 (三异丁基铝) 浓度对整个实验过程的影响呈现出上抛物线状态, 顺丁橡胶门尼粘度的影响也比较明显, 当单体质量浓度大于110克/升时, 顺丁橡胶转化率在85%以上;单体质量浓度介于110-130克/升之间, 转化率、门尼粘度随单体质量浓度升高而增高;当超过130克/升之后, 门尼粘度指数和转化率随之降低。

2.2 聚合温度高低影响

聚合过程中温度的影响对镍系顺丁橡胶的转化率作用也很明显, 一般情况下, 温度越低, 聚合反应的速度就越慢, 理想的聚合温度在40摄氏度到70摄氏度之间。

值得一提的是, 经过实验证明, 镍系顺丁橡胶工艺在聚合过程中的温度是一个变化值, 在聚合初期的温度不能过高, 否则会破坏催化剂活性, 随着门尼年度系数不断增大, 温度可以逐渐提升;在聚合作用后期, 温度持续保持在60摄氏度最佳。

除此之外, 在镍系催化剂固定的状态下, 通过添加其他聚合物和调节剂的方式, 也可以实现顺丁橡胶分子量的改变。

3 结语

镍系顺丁橡胶合成技术对我国的现代工业尤其是汽车工业具有重要意义。从实验的结果中可以看出, 一定条件下增加催化剂 (环烷酸镍) 并无法大幅度提升顺丁橡胶的分子式改变量, 可以通过增减分子量调节剂以及温度上下控制的方式, 来实现不同程度的顺丁橡胶分子量调整。总体而言, 顺丁橡胶产品的不断细分, 将有助于化工产业整体标准化的构建, 同时摆脱国外产品的进口依赖性。

摘要：顺丁橡胶 (C4H6) n是一种广泛应用于汽车轮胎和耐寒制品的合成橡胶, 根据催化剂的使用不同, 分为镍系顺丁橡胶、钴系顺丁橡胶等多个品种。其中, 镍系顺丁橡胶在我国的合成橡胶工业发展中技术最为成熟, 工艺也最先进, 质量保持在国际先进水平。本文的研究内容基于镍系顺丁橡胶的分子量展开, 包括改变聚合工艺条件、加入分子量调节剂等内容, 从而有效提高镍系顺丁橡胶的生产工艺水平。

关键词：顺丁橡胶,镍系催化剂,分子量,聚合反应