橡胶油

橡胶是富有弹性且具有韧性和相当强度的高聚物,这是由高分子材料所具有的结构特性所决定的。橡胶是长分子链结构,分子间因相互缠绕而具有强度；长链分子又非常柔软,能迅速移动且富有弹性。要使橡胶具有良好的加工性能,须使分子间各链段彼此能容易滑动,为实现这个目的,一般采用添加橡胶油的方法。
橡胶油是合成橡胶和橡胶制品行业的重要原材料之一。早期的橡胶油是橡胶加工过程中使用的配合剂,可改善胶料塑性、降低粘度、分散填充剂使之易于混合,对压延和挤出起润滑作用,提高硫化橡胶的拉伸强度及耐寒性等。伴随着合成橡胶工业的发展, 特别是多组分单体在低温条件下聚合生产合成橡胶, 需要填充配伍性矿物油生产的充油胶。
过去我国的橡胶油,基本采用未精制或精制程度很低的矿物油,大多为炼油厂的副产品高芳烃抽出油,主要用于轮胎。但为了健康与环保的要求,现在越来越多地使用高精制、低芳烃含量的橡胶油。中国石油现在拥有三套高压加氢装置,工作压力均超过15MPa。一套环烷基润滑油高压加氢装置,年生产能力30万t,在克拉玛依；一套中间基润滑油高压加氢装置,年生产能力40万t,在兰州；一套石蜡基润滑油高压加氢装置,年生产能力20万t,在大庆。这三套加氢装置都可为橡胶工业提供优质的橡胶填充油。

图1为橡胶油 1.由于矿物油的分子结构和组成不同，根据油品的特性因数（K值），可将橡胶油分为石蜡基、环烷基和芳香基三大类。橡胶油生产企业和科研机构通常采用此种分类方法。
2.按使用对象不同，橡胶油可分别称作橡胶填充油、橡胶操作油及橡胶软化剂。橡胶油加工企业通常采用此种称呼。
在合成橡胶生产过程中加入的油，称为橡胶填充油，如制造充油SBR（丁苯橡胶）和充油SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物)热塑性弹性体所加入的油。在橡胶制品生产过程中加入的油，称为橡胶操作油或橡胶加工油。橡胶填充油与橡胶操作油统称为橡胶油。
由于橡胶本身的硬度较高，若再加入其它填料或骨架材料，胶料的硬度会更高。若在胶料中加入一定量的橡胶油，生产出来的橡胶制品既柔软又具有良好的弹性，从这个意义上讲，橡胶油又称为橡胶软化剂。
橡胶填充油在充油橡胶中的质量分数一般为0.20~0.50，橡胶操作油在胶料中的质量分数一般为0.02~0.17，具体用量需根据对胶料力学性能和加工性能的要求，以及填充剂的性质和用量而定。
3.按分子结构的类型，可将橡胶油分为101，102，103和104四大类，如图2所示。
由于ASTM D 2226-93分类法比较复杂、粗略，且使用不方便，根据分子结构分类方法也只能知道饱和烃的含量，并不能确定芳香基和环烷基所占的比例，因而该方法对于橡胶油与各种橡胶的相容性，无法作出更确切的描述。

图2为ASTMD 2226-93推荐的橡胶油分类
(4)美国太阳石油公司依据黏重常数、比折光度以及苯胺点，与油品分子中碳原子结构类型之间的关系，对橡胶油进行了分类。如图3所示。

图3为美国太阳石油公司对橡胶油的分类 1.密度
橡胶油的密度表示单位体积橡胶油的质量,单位为Mg·m-3。通常, 常温呈液态的石油密度都小于1.0Mg·m-3。根据橡胶油的密度大致可以判断该橡胶油的类型。
2.粘度
粘度是指在某一恒定温度下测定的一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间, 毛细管粘度计的特性常数与流动时间之比即为该温度下的运动粘度, 单位为mm2·s-1。
橡胶油的粘度对于胶料的混炼或密炼是一个重要参数, 同时对胶料的加工性能、硫化胶的拉伸强度、回弹值及低温性能等都有重要影响。通常应根据橡胶制品的使用要求来选用不同粘度的橡胶油。
3.倾点和凝点
倾点是指石油产品在规定的试验仪器和条件下冷却到液体不移动后缓慢升温到开始流动时的最低温度;凝点是指石油产品在规定的试验仪器和条件下冷却到液面不移动时的最高温度。
倾点和凝点均能反映橡胶油的低温使用性能和储运条件, 环烷油的倾点和凝点最低, 低温性能最好。选用倾点和凝点较低的橡胶油, 能提高胶料的耐寒性和低温物理性能。
4.闪点
闪点是指加热时产生的油蒸汽与空气混合后在接触火苗时发生闪火现象的最低温度。规定油品的闪点是基于安全考虑, 同时也表明了油品的挥发性。闪点是保证橡胶油在储存和使用过程中安全性能的一项指标。在温度较高的橡胶加工和生产过程中,橡胶油闪点过低,会产生大量挥发性可燃气体,这不仅不利于工人身体健康, 而且会产生不安全因素。同时由于橡胶油中一部分组分的挥发,造成实际充油量减少,胶料的各项性能也相应受到影响。
5.苯胺点
苯胺点是指将等体积的苯胺与油混合后相互溶解为均一溶液的最低温度。一种物质在另一种物质中溶解有两个最基本的特性,即相似相容和温度越高溶解越快。因此,用苯胺点可以描述橡胶油的结构特性。链烷类饱和烃的含量高,其苯胺点也高；芳香烃含量高,而其苯胺点低；环烷烃的苯胺点则介于二者之间。
6.折光率
通常将某石油组分所测得的折射率称为该组分的折光率。链烷烃类橡胶油的折光率最小；芳香烃类橡胶油的折光率最大；而环烷烃类橡胶油则介于二者之间。橡胶油的折光率还与其相对分子质量有关,相对分子质量越大,折光率越大。因此对于不同类型的橡胶油,只有在它们的相对分子质量大致相近时相互比较才有意义。
7.粘重常数
粘重常数是用来描述橡胶油结构特性的常用指标, 其值与橡胶油的结构组成有关, 是一个无因次常数。由不同原油精炼的橡胶油可通过粘重常数加以区别。一般来说, 芳香烃含量与粘重常数成正比, 橡胶油精炼程度与粘重常数成反比。根据橡胶油的粘重常数可大致判断其类型,从而为用户正确选用橡胶油提供依据。粘重常数大小顺序依次为芳香基橡胶油、环烷基橡胶油、石蜡基橡胶油。
8.碳型分析
碳型分析又称碳型结构, 可定量地描述橡胶油中链烷烃碳数、环烷烃碳数和芳香烃碳数分别占总碳数的比例。
9.蒸发损失
橡胶油的蒸发损失是指橡胶油的挥发性, 也是橡胶油使用安全性的一项重要指标, 通常采用GB/T 7325 -87(ASTM D 972 -1997)测定。若橡胶油在使用过程中蒸发损失过大, 在操作空间内油气密集度增大, 则越不安全；同时由于轻的石油组分挥发使橡胶油的填充量减小,对橡胶制品的物理性能将产生一定的负面影响。
10.260 nm 紫外吸光度
橡胶油对光线的敏感性通常以芳烃含量来衡量, 而石油中芳烃含量直接与样品对260 nm 紫外光的吸收量有关, 通常用260 nm 紫外光吸收值来衡量橡胶油的颜色稳定性。只要260 nm 紫外吸光度小于0.5 , 橡胶油的颜色稳定性就较好。如果在阳光曝晒下仍保持颜色稳定不变, 通常260nm 紫外吸光度不能大于0.2 。橡胶油的260 nm紫外吸光度通常采用SH/T 0415 -92 (ASTM D2008-91)测定。 1.稠环芳烃含量
目前国际上有许多测定稠环芳烃含量的方法, 如IP346 、高压液相色谱法(HPLC)和气相色谱法(GC)。测定方法不同, 所测结果也不同。广泛采用的IP346是测定溶解于二甲基亚砜(DMSO)中物质的含量。DMSO可溶解所有的稠环芳烃和部分单环芳烃以及环烷烃, 尤其是六元环。在老鼠涂抹试验中发现IP346同皮肤癌有关联。根据欧洲法律规定, 当油品中稠环芳烃质量分数不小于0.03时就必须进行标识。对于环保、无污染型高档橡胶油产品, 用IP346测定其稠环芳烃含量是非常必要的。
2.光稳定性
橡胶制品生产厂通常比较注重橡胶油的光稳定性。橡胶中所含有的双键对光、热、氧的作用较为敏感, 尤其是在紫外光照射下会发生黄变、交联、硬化变质。橡胶油的光稳定性是中、高档橡胶在加工生产过程中必须考察的一项重要指标。中国石油润滑油研究开发中心克拉玛依研究所对橡胶油的光稳定性进行了技术攻关, 基本上解决了橡胶油的光稳定性问题, 可将橡胶油的颜色稳定在出厂时的较好水平, 并制定了快速检测橡胶油光稳定性的试验方法。
3.热稳定性
SR生产厂则比较注重橡胶油的热稳定性。温度升高会使氧化反应的速率增大, 橡胶在高温加工时由于分子降解而使胶料的性能下降, 橡胶油的热稳定性就成为橡胶加工生产过程中要考虑的一个重要因素。目前, 中国石油生产的橡胶油产品, 其热稳定性已得到了很大提高, 在160 ℃×4h条件下橡胶油的颜色变化范围较小, 热稳定性优于国外同类产品。 1.非极性橡胶油的作用机理
非极性橡胶油增塑非极性橡胶时，由于分子量小，无规律渗透于大分子之间，增大了分子间的距离，削弱了大分子间作用力，使大分子间滑移容易，流动性提高，从而提高了橡胶的塑性。
2.极性橡胶油的作用机理
极性橡胶油增塑极性橡胶时，极性的橡胶油中低分子的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位，对大分子链段起包围阻隔作用，从而增加了大分子链段之间的距离，减小了大分子间相互作用力，增大了大分子链段的运动性，从而提高了橡胶的塑性。
有关橡胶油的概述、分类、物理性质、化学性质、作用机理、性能对比是由Chemicalbook的东方编辑整理。（2016-02-03） 1.芳香基橡胶油：以芳香烃为主要成份的混合物，芳香烃含量较高，芳香烃中碳原子含量60%~85%，最低也达40%。与链烷烃油和环烷烃油相比，芳香基橡胶油加工性能最好，在橡胶中的配合量也可较前两种高一些，适用于天然橡胶和各种合成橡胶。
2.环烷基橡胶油：以环烷烃为主要成份的混合物，这是对饱和环状碳链结构烃类的一种通俗称呼，通常称为环烷烃油。由于其主要特征是，分子中有一个或多个饱和环状碳链，外观呈油状液体，所以，称为环烷油。环烷油芳烃碳原子含量16%~49%，其性能介于链烷烃及芳烃油之间，在天然橡胶、合成橡胶中适合作加工操作油，其污染性比芳烃油小。
3.石蜡基橡胶油：也叫链烷烃油，芳香烃碳原子含量10%~40%。石蜡基橡胶油与橡胶的相容性差，加工性能差，但对橡胶力学性能有良好的作用，可用作一般软化剂，用量不超过15份，用于饱和橡胶效果更好。石蜡基橡胶油污染性小，或不产生污染，但对胶料的粘合性不利（起抵制作用）。