异戊二烯橡胶的制备方法

背景及概述^[1]

异戊二烯橡胶，是一种由异戊二烯单体在催化剂作用下，通过聚合得到的合成橡胶，其微观结构与天然橡胶相类似，故又称之为合成天然橡胶，是一种综合性能较好的通用合成橡胶。根据催化体系的不同，可以分为锂系异戊二烯橡胶、钛系异戊二烯橡胶和稀土异戊二烯橡胶。异戊二烯橡胶具有与天然橡胶相似的化学组成、立体结构和力学性能；它具有良好的原胶强度、基本黏性、老化性能和回弹性能。凡是使用天然橡胶的橡胶制品，都可以使用异戊二烯橡胶来代替生产。目前，异戊二烯橡胶主要应用于轮胎行业，同时也广泛应用于胶管、胶带、医疗、制鞋等行业。

制备^[2]

中国石油吉林石化公司研究院和长春应化所合作开展了新型稀土异戊二烯橡胶的开发工作。他们用异辛酸钕或辛癸酸钕、氢化二异丁基铝和二氯二甲基硅烷配制的稀土催化体系，在50℃恒温聚合异戊二烯6h，用质量分数为1%的2，6-二叔丁基对甲酚的工业乙醇溶液终止反应，再用过量乙醇凝出聚合物。考察了不同催化剂配制方式下，异戊二烯的聚合规律，并提出了均相稀土催化剂的配制方法，成功解决了多年来由于催化剂体系不均匀，计量不准，导致产品不稳定的问题，开发出可合成高相对分子质量聚异戊二烯的均相稀土催化剂体系，通过改变催化剂的配制方式，突破了传统均相稀土催化剂聚合产物相对分子质量偏低的局限，开发出可合成高相对分子质量聚异戊二烯的均相稀土催化剂体系，为开拓出“国字号”的高品质稀土异戊二烯橡胶提供高性能原料奠定了基础。在此基础上，通过对聚合工艺的改进等，在较高温度下（40℃）成功地合成出具有与天然橡胶结晶拉伸特点相似，顺式质量分数不小于98%（核磁测定），相对分子质量分布指数低于3.0、门尼粘度介于70~90的新型高品质稀土异戊二烯橡胶。

青岛伊科思新材料股份有限公司在国内原有异戊二烯橡胶技术的基础上，开发出了具有自主知识产权的稀土异戊二烯橡胶工业生产技术：（1）经过对催化剂组分的大量筛选，合成了高效稀土催化剂；（2）进行了聚合反应工程方面的研究和开发，如聚合反应动力学、聚合釜的混合和传热、聚合釜的热稳定性以及具有特色的聚合釜放大方法等；（3）开发了具有自主知识产权的卧式凝胶釜包括液相提浓、汽相串联、多流体喷嘴和偏心搅拌等技术，使该凝胶技术比目前国内外普遍使用的立式凝釜节省约80%的动力和大量设备投资；（4）开发了具有自主知识产权的单体和溶剂脱水脱重精制和回收一塔流程，进一步简化流程，节省能耗和投资；（5）废水排放量少，排水化学需氧量满足废水排放要求。目前，该公司3万t／a稀土异戊二烯橡胶工业生产装置正在建设之中。中石油吉林石化公司研究院异戊二烯橡胶生产技术200L全流程实验已获成功，各项指标达到或超过同类技术CKИ-3的指标，并且已经完成了具有国际水平的国内唯一一套千吨级三釜聚合全流程连续聚合中式软件包。同时，还开展了紫外负型光刻胶用稀土异戊二烯原胶的研究，改进和完善了原有10t／a稀土异戊二烯生产装置，进行了原胶脱水干燥和塑炼工艺研究及工艺条件的优化，研制出产品性能稳定的光刻胶，填补了国内空白。目前，年产量千吨级异戊二烯橡胶中试装置正在紧张建设中，万吨级软件工艺包已经完成，4万t／a软件包前期工作全面展开。

需求与应用^[1]

在我国，异戊二烯橡胶主要用来部分替代天然橡胶，以降低成本。2010年国内异戊二烯橡胶消费量约为6.77×104t，其中进口量为6.57×104t，进口来源国主要是俄罗斯，占到总进口量的80.1%；其次是日本，占到总进口量的18.0%。2010年以前我国异戊二烯橡胶消费完全取决于进口，受天然橡胶价格的影响，供应极不稳定，因此异戊二烯橡胶的消费量也处在波动之中。尽管国内轮胎生产、制鞋等行业对异戊二烯橡胶有着强烈的需求，但是消费量完全受制于进口，进口量决定了需求量。随着2010年国内两套异戊二烯橡胶装置的建成投产，在供应上得到了一定的保障，预计国内今后的消费量会稳步增加，2015年可能会达到15.0×104t/a，或者更多。在我国，异戊二烯橡胶主要应用于全钢载重子午胎的胎圈钢丝部位。在胎圈钢丝部位使用异戊二烯橡胶，可以改善胶料的加工性能，同时胶料具有较高的硬度、耐撕裂性和耐疲劳性能，胶料的流动性好，钢丝表面附胶均匀；斜交胎也使用异戊二烯橡胶，主要是取代天然橡胶，以降低成本。除轮胎领域外，我国异戊二烯橡胶也用于胶管、胶带的生产。用异戊二烯橡胶代替天然橡胶用于夹布和胶管中，胶料具有良好的加工性能，不需要塑炼，可有效降低能耗，简化工序。由于异戊二烯橡胶性能和天然橡胶相似，加上里面不含天然蛋白等生物组分，适用于医药包装方面。在胶鞋生产中，由于异戊二烯橡胶比天然橡胶透明性好，加工性能也相似，也经常代替天然橡胶用于制鞋业。

主要参考资料

[1]  我国发展异戊二烯橡胶前景分析

[2] 异戊二烯橡胶市场分析