乙丙橡胶生产工艺分析

乙丙橡胶生产工艺分析

陈东源

东众和高新科技股份公司   525000

摘要：乙丙橡胶可以说是树脂橡胶制品内质量最好的产品，因其性能优良有着非常广泛的应用范围，在市场上所占份额比较大。而这也对生产工艺提出了更高的要求，需要在保证质量的同时提高效率，进一步满足市场发展需求。本文结合乙丙橡胶的结构特点，综合其用途需求，对其生产工艺进行了重点分析，明确工艺要点，并提出技术改良的方法措施。

关键词：乙丙橡胶；生产工艺；催化剂

    乙烯与丙烯是乙丙橡胶的两个基本单体，在催化剂的应用下，经过聚合反应可得到共聚橡胶，且无论是转化率还是性能质量均有着更大的优势。为满足市场需求，还需要对乙丙橡胶生产工艺做进一步的调整优化，例如催化剂、新牌号以及新单体引入等方法，加上流程优化以及关键设备的优化等，来为乙丙橡胶的进一步高效化生产提供支持。

一、乙丙橡胶结构特点

    乙丙橡胶在市场上的需求量在不断的扩大，为进一步提升生产效率，就需要结合其结构特点进行分析，明确生产工艺可优化的方向。乙烯与丙烯为乙丙橡胶的两个单体，经过共聚反应后可得到共聚橡胶，且根据分子链内单体组成的方式，存在有二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶两种类型。相比其他合成橡胶产品，乙丙橡胶的性能优势更加的突出，例如耐热性、耐候性、耐臭氧以及防老化性能等，具有非常广泛的用途。为满足市场需求，乙丙橡胶生产工艺在不断的调整优化，目前所应用的有悬浮聚合法、溶液聚合法以及气相聚合法三种，且溶液聚合法作为主导技术，在乙丙橡胶的世界生产总量中达到了82%的占比。目前工业生产乙丙橡胶依然是以Zeigler-Natta催化剂为主，其他新型研发的催化剂尚未得到大面积的推广应用，还需要在现有基础上做进一步的研究分析，争取更好的推动国内乙丙橡胶生产行业的发展[1]。

二、乙丙橡胶生产工艺

    1.悬浮聚合工艺

    悬浮聚合工艺在乙丙橡胶生产中十分常见，主要利用的是共聚反应过程中丙烯的低活性特点，以及液态丙烯内乙烯溶解将会有聚合反应发生。聚合反应中丙烯是以单体形式存在，同时也起到反应介质的作用，通过蒸发的方式来实现反应温度的控制，同时有利于维持反应压力的稳定[2]。待共聚物生成之后，以细粒淤浆的形式保持悬浮状态，而非与液态丙烯融合。丙烯和聚合产物之间不会发生相溶的情况，维持较低的体系粘稠度，来获取更高的产品转化率。存在于反应产物中的聚合物，质量分数在30%~35%范围内，聚合效率比较高。相比溶液聚合工艺来讲，悬浮聚合工艺的产能可以达到五倍以上。并且悬浮聚合工艺流程简单，所需投资低，在分子量产品生产中应用优势比较明显。从缺点方面分析，悬浮聚合工艺生产所残留的催化剂脱离难度较大，以及灰分也比较高。聚合物作为悬浮粒子存在，虽然不会与业态丙烯相溶，但是浓度较高的情况下，会形成凝胶状，而造成管道的堵塞。

    2.溶液聚合工艺

    溶液聚合工艺生产乙丙橡胶，是以己烷为溶剂，以乙烯、丙烯和二烯烃作为原料，通过Zeigler-natta型催化剂的作用，根据配位聚合机理进行共聚合反应[3]。以三氯氧钒为主要催化剂，兵役烷基铝为辅助催化剂，两种催化剂之间会先进性反应生成活性中心，然后在通过活性中心来引发单体进行聚合反应。活性中心包括钒与铝化合物两种，并以络合物的形式存在，可溶于己烷。通过乙烯、丙烯和二烯烃可组成无规共聚物，便可获得三元乙丙橡胶。如果不向其中添加二烯烃，最终所得到的便是二元乙丙橡胶。另外，向聚合反应中添加氢气作为分子调节剂，将会促使聚合反应产生链转移。

    溶液聚合工艺已经比较成熟，操作稳定性强，可以保证乙丙橡胶产品的高质量，所含灰分比较少，并且具有良好的绝缘性能，在所有生产工艺中占据着较大的优势。但是因为聚合反应需要在溶剂内完成，这样就导致传质传热不可避免的存在着局限性。其中反应产物内存在的聚合物，其质量分数在6%~9%之间，聚合效率比较低[4]。对回收溶剂进行精制时，需要更多的专业设备进行支持，且生产流程更长，相应的资金投入更大，整体生产成本增加。

    3.气相聚合工艺

    在选用气相聚合工艺进行乙丙橡胶生产时，整个流程分为聚合、分离净化以及产品包装三个步骤，向反应器内添加氮气、氢气以及炭黑，保持50℃~65℃温度以及2.07kpa压力条件进行反应，经过压缩处理后，流入到循环气冷却器内，然后去除反应器后与新鲜原料气混合，再次返回到反应器内继续作用[5]。与其他两种生产工艺相比，气相聚合工艺的生产流程短，且不需要稀释剂和溶剂的使用，无需回收溶剂进行精制，以及不会出现三暖排放的现象，对环境造成的影响小。但是因为气相聚合工艺应用炭黑、硅胶、硅烷以及黏土等助流化剂，来预防聚合物过于粘稠，以免粘附在反应器内壁上，导致最终得到的是黑色产品，通用性较差，因此在市场上的占比比较小。另外，炭黑的加入不仅仅是起到助流效果，而且还会产生容积放大效应，使掺杂炭黑橡胶的变形比优于单纯橡胶变形效果。以及炭黑与橡胶的结合是强弱不同的化学键，而强化学键具有增强橡胶强度的作用。另外，炭黑粒子的存在还能够在一定程度上避免橡胶的破碎，提高产品质量。

三、乙丙橡胶生产工艺优化

    1改性催化剂

    现在国内已经实现了对三氯氧钒催化剂的改性，即通过酚类化合物的应用，合成获得改性三氯氧钒，并在乙丙橡胶生产工艺中作为主要催化剂使用，并配合倍半烷基铝作为助催化剂，组成形成改性三氯氧钒/烷基氯化催化体系，投入实际生产中合成得到了具有窄相对分子质量分布的三元乙丙橡胶[6]。另外，选择以氢气为相对分子质量调节剂，最终得到的乙丙橡胶相对分子质量在2.22~2.35之间。

    2.新型催化剂

    我国通过自主开发的后过渡金属催化剂为主催化剂，来对乙丙橡胶生产工艺进行优化，搭配烷基铝为助催化剂，组合形成后过渡金属/烷基铝催化体系，且实际生产获得了三元乙丙橡胶，相比以往生产工艺，此催化体系具有更高的催化效率，且第三单体转化率也有明显提升。

    3.聚合反应器

意大利新研发一种乙烯-丙烯弹性共聚物以及乙烯-丙烯-二烯烃弹性三聚物的溶液聚合工艺和相应的聚合反应器。在乙丙橡胶生产过程中，单体结合反应时，乙烯、丙烯和任意二烯烃作为原料，搭配催化体系、氢气和烃溶剂，向带有搅拌器的聚合反应器内连续进料，并保证在烃溶剂内彻底溶解。在此过程中对于未反应的单体将会从精馏塔内被分馏出来，并于（12~22）×105Pa（表压）压力下进行压缩，待冷却到反应器温度以下后，将会再次循环到聚合反应器内，实现了未反应单体的循环利用。

结束语：

    乙丙橡胶的性能优良，具有非常强的应用性，市场需求量在不断的增加。面对比较成熟的各种生产工艺，通过研究争取来实现进一步的优化，希望以更低的成本来获取更高的催化率与转化率，提高乙丙橡胶产品生产综合效益。

参考文献：

[1] 蔺晓轩.乙丙橡胶生产工艺研究[J].广州化工,2019,47(07):139-141.

[2] 江羿锋.乙丙橡胶生产工艺现状及发展趋势[J].化工设计通讯,2018,44(05):107.

[3] 吕苗,韩杰.试论乙丙橡胶的生产工艺及其特点[J].化工管理,2017(27):96.

[4] 张涛,邹云峰,车浩,孙聚华,邹向阳,王积悦,郑翔,蔡小平.乙丙橡胶生产工艺与技术[J].化工进展,2016,35(08):2317-2322.

[5] 欧阳震震.三元乙丙橡胶生产工艺探讨[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(12):12+14.

[6] 邹向阳,卢春华,贾力威,孙聚华,东升魁,李金鹰,李国香,单振国.乙丙橡胶的生产现状及发展方向[J].弹性体,2014,24(04):83-86.