异戊橡胶应用技术及其发展前景分析

狄仕海，赵鹏飞(新疆天利石化股份有限公司，新疆 克拉玛依 833699)

0 引言

异戊橡胶应用为技术的进步、橡胶行业的经济发展提供了新的支持，成为增强橡胶行业发展水平的新兴材料基础。因此在未来发展的过程中应重点关注异戊橡胶应用技术的研究分析，为其后续的进步、发展夯实基础。

1 异戊橡胶技术的应用现状

近年来中国异戊橡胶技术应用水平有所提升，在国际领域中的生产能力有所提升，总产能在全世界合成橡胶中排名渐跃居前列。但是和俄罗斯等国家相比，还是存在很大的技术差异性，因此需要根据异戊橡胶的特点、技术情况等，不断深入、研究和开发现代化的应用技术，为我国橡胶产业的发展进步作出贡献[1]。

2 异戊橡胶的应用技术

2.1 微观结构和硫化胶性能

分析异戊橡胶的结构特点可以发现其属于顺式、反式、3,4-结构，一般情况下合成天然橡胶主要就是高顺式的异戊橡胶，其具备和天然橡胶比较相似的化学组成、立体结构，所以可以将异戊橡胶作为是综合性能较高的通用合成橡胶材料[2]。但是，由于异戊橡胶与天然橡胶的微观结构存在一定的差异性，天然橡胶的顺式1,4-结构的摩尔分数较高，甚至能够达到98%，而对于异戊橡胶来讲，采用各类催化剂进行合成，有着不同的微观结构，其顺式1,4-结构的摩尔分数比受一定的影响。例如：使用钛系催化剂进行合成，异戊橡胶的顺式1，4-结构中，摩尔分数在97%左右；通过锂系催化剂材料进行合成，顺式1,4-结构中的摩尔分数只有92%；通过稀土催化剂材料合成，异戊橡胶的分子结构参数和天然橡胶的分子结构参数较为接近；通过三氯化钒/烷基铝催化剂材料所制作的异戊橡胶，反式1,4-结构的摩尔系数为98%。由此可见，应用不同催化材料所合成的异戊橡胶微观结构参数和天然橡胶微观结构参数存在一定的差异性。从整体情况而言，天然橡胶在应用的过程中，主体规整度较为良好，结晶的性能高，相对分子的质量很大，凝胶的含量也很多，所以在应用期间需要采用塑炼的技术处理，确保门尼黏度值符合标准。而对于异戊橡胶，在合成期间就可以调节相对分子质量，无需前期进行预先的加工，但是由于结晶的性能较低，会导致异戊橡胶应用期间没有采用硫化胶加工技术和采用硫化胶加工技术之间出现力学性能差异性。在使用硫化胶技术的过程中，异戊橡胶和天然橡胶力学性能的对比分析，需要明确微观结构特点和结构参数情况，例如：异戊橡胶采用钛系列与稀土系列的催化剂材料合成加工，顺式微观结构与天然橡胶较为接近，而使用钛系列与稀土系列的催化剂材料合成进行异戊橡胶的加工，邵尔、硬度、伸应力、撕裂强度等都比天然橡胶低，但是拉伸强度方面、扯断伸长率方面、永久变形方面、回弹性方面没有很大的差异性。同时采用硫化胶技术，无论单独应用异戊橡胶还是和其他胶种相互并用，都能够确保压缩生热性能比天然橡胶良好[3]。

异戊橡胶和其他类型的通用合成橡胶的加工性能较为相似，混炼的过程中有着很强的温度敏感性，所以在加工期间，需要严格控制辊温和距离。而和天然橡胶之间相互对比异戊橡胶能够进行直接加工处理，塑炼操作和混炼操作的时间很短，吃料的速度很快，负荷相对较小，能够降低能源的消耗量，减少具体的加工时间。从实际的配方而言异戊橡胶在混炼的过程中产生的热量很低，排胶的温度也很低，不容易发生烧焦的现象或是“喷霜”的现象。但是，异戊橡胶也存在很多缺点问题，例如：混炼的胶缺乏一定的挺性，生成的混炼胶胶材料强度较低，胶料挤出的环节很容易受到温度因素的影响，挤出物质会随着温度增加挺性变差，胶料非常软黏，所以需要严格进行工艺技术的控制。例如异戊橡胶加工中采用钛系催化剂制造，和天然橡胶的性能相比，混炼胶的黏度数据值有着不同程度的减小趋势，证明异戊橡胶混炼情况和天然橡胶相同或是相似，分子链呈现出降解的趋势。并且钛系催化剂加工的异戊橡胶的混炼胶黏稠度数据值下降幅度比稀土系催化剂加工制造的异戊橡胶低，接近于天然橡胶的数据值，证明其和天然橡胶的抗机械降解能力相近。虽然和天然橡胶相比钛系、稀土系催化剂制作的异戊橡胶扯断伸长率高，但是拉伸强度很低，也就是在异戊橡胶拉伸期间，分子链缺少结晶能力，比天然橡胶分子链拉伸期间的结晶能力低。正是由于异戊橡胶有此类缺点，所以降低单独应用在轮胎生产领域，可能会导致出现成型期间取样难度高、胎胚存储期间塌陷的问题，因此在异戊橡胶实际加工的过程中应结合硫化胶性能、微观结构特点等，合理选择应用技术，以免出现应用问题[4]。

2.2 技术的应用领域

虽然异戊橡胶和天然橡胶相比具有一定的性能差异性，但是从综合性能来讲，还是可以将其当作是天然橡胶的良好替代品，例如在汽车轮胎制造的领域中就可以使用锂系催化剂制作的异戊橡胶材料替代天然橡胶材料，将用量控制在25%～50%左右。也可以采用钛系催化剂、稀土系催化剂所制作的异戊橡胶，代替天然橡胶材料，应用比例可以适当增加。根据目前中国市场的实际情况可以了解到，进口的异戊橡胶类型主要为：通用类型的异戊橡胶，集中应用在轮胎制造和橡胶制品的行业领域；液体类型的异戊橡胶，也能够应用在轮胎制造与橡胶品的制造行业；氢化聚异戊二烯材料，则应用在特制类型的橡胶制品制造行业和油品添加剂制造行业，应用的数量很少[5]。氢化聚异戊二烯在应用期间有液体类型也有固体类型的材料，可以作为是特殊性密封材料，耐热性能高，近年来我国主要是从日本或是俄罗斯少量进口[6]。

2.3 防老化技术的应用

异戊橡胶材料在应用的过程中防老化技术的运用非常重要，一般情况下没有添加防老剂的稀土异戊橡胶，在150 ℃左右热氧老化最初阶段的降解反应发生速度很快，分子量也会有所降低，分子量的分布呈现出逐渐加宽的状态，在老化30 min以后分子量越来越大，分布状态也开始变窄，出现交联反应，而交联反应程度比降解反应低。没有添加防老剂的稀土催化异戊橡胶在热氧老化最初阶段，没有非常明显的化学结构变化，但是在老化的后期阶段，会生成双键类型的化合物，还可能会生成含氧类型的化合物，对异戊橡胶的应用性能和效果造成不利影响。因此在使用异戊橡胶材料的过程中必须要合理添加防老剂，预防出现材料老化的问题，例如添加酚类、双酚、硫代双酚、丙酸、三嗪类防老剂，能够改善材料的老化问题[7]。

2.4 国内外市场情况

近年来中国的异戊橡胶消费量有着巨大的变化，不同时间段的消费量有所不同，主要原因就是在异戊橡胶价格较低的情况下，会在斜交胎价格提升期间利用进口异戊橡胶替代天然橡胶，降低自身的加工成本，但是在异戊橡胶价格提升的情况下，一些轮胎加工企业会将异戊橡胶的生产配方改变成为天然橡胶的生产配方，导致出现异戊橡胶进口数量降低的现象。

从国外的情况而言，俄罗斯由于气候原因缺少天然橡胶的栽培技术和条件，因此很重视对异戊橡胶的研究开发，在国际领域中异戊橡胶应用技术处于前沿的地位，因此成为了异戊橡胶生产大国。而俄罗斯的异戊橡胶市场份额和我国异戊橡胶与天然橡胶的应用状况有着一定的反差，由于异戊橡胶材料集中应用在轮胎加工领域，应用的数量在总产量的71%以上，而异戊橡胶拉伸强度和撕裂强度等比天然橡胶低，在航空轮胎加工与大型工程轮胎加工方面无法完全取代天然橡胶，所以俄罗斯还需要进行天然橡胶材料的进口。另外，俄罗斯在异戊橡胶改性研究中取得了良好的成绩，使得材料力学性能有所提升，改性的异戊橡胶材料能够替代天然橡胶应用在很多加工领域，目前俄罗斯在异戊橡胶技术开发创新期间，开始使用新型的改性剂进行材料的改性，能够增强材料的强度和抗撕裂性能，可以应用在大型轮胎的胎面胶料中，改善胎面的综合性能，增强抗机械损伤的能力[8]。而从国际的异戊橡胶消费构成情况来讲，日本的轮胎加工、胶鞋加工、黏合剂加工中也开始重点采用异戊橡胶材料，消费的数额有所增多。

3 我国异戊橡胶的发展前景

中国在20世纪60年代开始就重点进行了异戊橡胶的研究，20个世纪70年代中国科学院长春应用化学研究所等开展了稀土催化体系合成异戊橡胶的实验活动，在此之后也有一些企业进行规模化生产，全面了解加工性能，将材料应用在轮胎生产领域。虽然中国相关技术的研究工作正在持续性进行，但是缺少大规模的实验分析，不利于异戊橡胶技术在中国的良好应用。因此，在未来发展的进程中需要不断做出努力，确保异戊橡胶技术在中国胶制品生产领域中的良好应用。

3.1 催化技术的发展趋势

中国采用稀土系催化技术进行异戊橡胶产品的加工，主要是应用溶聚环烷酸稀土盐材料、溶聚烷氧基稀土盐材料、聚合稀土盐材料，所存在的问题就是顺式1,4-结构的摩尔分数很低，几乎都在94%～97%之间，而当前国外在稀土系催化加工异戊橡胶的过程中，顺式结构摩尔分数能够达到98%，和天然橡胶的结构接近。所以在我国未来的技术研究过程中，需要积极借鉴国外的先进、现代化催化技术，合理设置催化体系，使得材料顺式结构的摩尔分数有所提升，在98%之上，确保异戊橡胶材料应用的性能、强度，满足当前技术应用的基本需求[9]。

3.2 低成本技术的研究开发

近年来异戊橡胶在市场中的定位就是取代部分天然橡胶材料，从产品的价格层面而言，异戊橡胶更具有优势。为充分发挥异戊橡胶低成本的优势，在未来发展的进程中，应尽可能研究如何降低加工成本，促使加工效率的提升，增加两种材料应用的成本价格差异。虽然中国异戊橡胶材料的应用数量较少，但是多数都是应用在轮胎加工领域，应用的比例在80%左右，而如果我国的异戊橡胶材料价格比天然橡胶材料价格低，取代天然橡胶的可能性就很高，此情况下可以适当增加异戊橡胶应用的比例，研究开发出低成本应用的技术和措施。除此之外，在成功研发出异戊橡胶应用技术之后，如若市场价格和顺丁橡胶持平，那么产品在市场中的定位，就不仅是对天然橡胶材料进行取代，还能够占有一些顺丁橡胶的市场，因此研究开发低成本价格技术势在必行[10]。除此之外，在未来发展的过程中，通用异戊橡胶材料还会不断提升市场的占有率，可以开发附加值很高、应用在特殊性领域中的加工技术，促使异戊橡胶技术的良好应用。

4 结语

综上所述，近年来中国已经开始重视异戊橡胶材料和技术的研究，但是由于中国所加工的异戊橡胶和其他国家的材料相比，顺式结构摩尔分数很低，难以满足材料应用的性能需求、强度需求。因此，在未来发展的过程中应重点研究和开发能够提升材料顺式结构摩尔分数的技术，为材料的良好应用夯实基础。