乙丙橡胶生产工艺与技术

张涛，邹云峰，车浩，孙聚华，邹向阳，王积悦，郑翔，蔡小平（中国石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 0；中国石油吉林石化公司销售公司，吉林 吉林 0；中国石油吉林石化公司商务管理处，吉林 吉林 0）

特约评述

乙丙橡胶生产工艺与技术

张涛3，邹云峰2，车浩2，孙聚华1，邹向阳1，王积悦1，郑翔1，蔡小平1
（1中国石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2中国石油吉林石化公司销售公司，吉林 吉林 132021；3中国石油吉林石化公司商务管理处，吉林 吉林 132021）

乙丙橡胶以其独特的性能，在汽车工业、建筑行业、油品添加剂、塑胶跑道等领域有广泛的应用。本文主要介绍了乙丙橡胶生产技术、乙丙橡胶产品牌号、性能以及应用领域，结合现有的乙丙橡胶科研情况，阐述了乙丙橡胶催化剂的研发、核壳型球状乙丙橡胶、原位聚合法合成长链支化乙丙橡胶、乙烯、丙烯与其他二烯烃的共聚物研究进展；详细研究了乙丙橡胶溶液聚合工艺技术中的聚合技术、单体回收技术、失活洗涤技术、闪蒸提浓技术以及国外公司在中国建设装置的生产技术情况。提出了乙丙橡胶的关键生产技术是乙丙橡胶聚合所采用的催化剂体系，通过催化体系的更新换代，开发不同用途的乙丙橡胶，以满足开发高性能材料的要求。在此基础上，指出了今后乙丙橡胶新的催化体系开发将成为未来的研究重点。

乙丙橡胶；生产；催化剂；溶液；聚合物

乙丙橡胶（EPDM）是乙烯、丙烯和二烯烃单体溶液聚合生产的一种通用合成橡胶，因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只是在侧链含有不饱和双键，故其具有良好的耐热性、耐臭氧性、耐候性、耐低温性、介电性能优异等优点。

乙丙橡胶作为七大合成橡胶品种中发展最快的一种，其新技术不断进步、新品种不断研发和新用途不断拓展，全球乙丙橡胶需求量年均增长率保持在 4%～5%［1］。中国和印度的汽车、电线电缆及润滑油添加剂等终端用户行业发展势头强劲，预计未来几年对EPDM的需求量将显著增长，远高于世界平均水平。由于前期中国乙丙橡胶存在巨大的市场缺口，巨大的市场商机推动了众多企业投资乙丙橡胶的进程。目前在中国拟建或招商乙丙橡胶项目的厂家已有10余家之多，拟增总能力将超过90万吨/年。随着乙丙橡胶新牌号的开发，从而拓宽了乙丙橡胶的应用领域［2］。

吉林石化公司拥有3套乙丙橡胶装置，总生产能力8.5万吨。随着装置的扩能，研制开发改性钒催化剂、茂金属催化剂以及后过渡金属催化剂是解决乙烯-丙烯以及α-烯烃共聚合的关键问题，新技术的工业化代表装置的技术水平［3-4］。

1　乙丙橡胶生产工艺技术

溶液聚合技术、悬浮聚合技术和气相聚合技术是乙丙橡胶的3种工业化生产工艺技术［5-6］。乙丙橡胶的生产工艺技术主要是溶液聚合生产工艺技术。

乙丙橡胶溶液聚合技术为乙烯、丙烯、第三单体在齐格勒-纳塔型催化体系的作用下在聚合反应器中聚合生产出乙丙橡胶。聚合反应热70%由原料单体、溶剂预冷移出，30%由气体循环冷却系统移出，达到有效移出聚合反应热的目的。聚合胶液经脱除未反应的乙烯、丙烯后进入催化剂失活和洗涤工序。聚合液中催化剂经失活、洗涤、分层分离。洗涤后的聚合液加入各种稳定剂，送到闪蒸提浓、挤出造粒单元去除溶剂。

乙丙橡胶聚合反应采用溶液聚合工艺，溶剂为己烷，乙烯、丙烯和二烯烃在齐格勒-纳塔型催化体系作用下按配位聚合机理进行共聚合反应。乙丙橡胶溶液聚合技术具有反应时间短、聚合稳定性好、凝胶含量少、产品覆盖面宽、特色产品竞争力强等特点。该工艺路线技术成熟，产品杂质含量低，应用领域广，具有较强的竞争力。

1.1配位阴离子聚合工艺技术

乙丙橡胶溶液聚合技术采用齐格勒-纳塔催化体系，具有反应速度、温度、黏度可控以及单体转化率高等特点。通过改变催化剂的进料方式，调整催化剂配比，使催化剂在溶液中分布均匀，控制了乙丙橡胶的门尼黏度、相对分子质量、相对分子质量分布以及聚合物的交联度，使聚合物凝胶含量明显降低。单体乙烯、丙烯的综合转化率达到98%以上。与同类聚合技术相比，乙丙橡胶溶液聚合技术反应可控性明显提高，单体转化率提高了3%以上。

在聚合过程中，通过调整溶液己烷的进料量来控制聚合体系的黏度，在反应过程中，通过定时检测溶液的固含量来及时监控体系黏度，随时增加或降低己烷的进料量，使反应体系的黏度一直处于可控状态，与同类聚合技术相比，聚合的胶液黏度可控，聚合釜内传热较好，聚合反应温度可控，聚合釜壁挂胶少，大大延长了设备的运行周期。

1.2单体及溶剂回收利用技术

乙丙橡胶单体及溶剂回收技术采用多塔串联精馏工艺脱除气相中未反应的单体乙烯、丙烯。该技术通过控制精馏塔的塔板数、压力和温度来控制精馏的效果。脱气效果好，可有效地回收未反应的单体，回收的单体通过压缩机循环送入聚合系统继续进行聚合反应。该技术不但提高单体的利用率，而且降低了气相中有害组分的含量，减少了环境污染。

乙丙橡胶单体及溶剂回收技术采用精馏工艺对回收的溶剂己烷进行精制。该技术通过控制精馏塔塔底温度和塔压来控制回收己烷的精制效果，控制精制己烷的水含量≤10μg/g，达到了聚合级溶剂己烷的精度要求。

1.3失活洗涤技术

乙丙橡胶失活洗涤技术采用甲醇失活、碱洗、水洗脱灰工艺技术。在水洗过程中对水洗温度、压力进行控制，提高了水洗失活单元操作的温度以及压力，降低了胶液中的水含量。该技术具有水洗后催化剂脱除彻底、产品外观颜色好的特点。

1.4干式脱溶剂后处理技术

乙丙橡胶干式脱溶剂后处理技术采用一级、二级预热器加热，真空闪蒸、挤出脱挥和挤出干燥技术来脱除胶液中的溶剂己烷，通过控制闪蒸罐的闪蒸压力和挤出机的温度、转速来控制脱溶剂效果，具有闪蒸罐挂胶少、闪蒸速度快、脱挥效率高、闪蒸效果好的特点。

2　国内乙丙橡胶生产技术

2.1德国Lanxess公司乙丙橡胶生产技术

德国Lanxess公司在中国常州建设规模为16万吨/年的乙丙橡胶装置。该装置采用原DSM公司先进的Keltan ACE（advanced catalysis elastomers）催化剂技术［7］。采用ACE催化剂技术，能够生产出品种丰富、可靠、高质量、多等级的二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶，产品覆盖面宽，序列结构可控，能够满足高端制品的需求；该ACE催化剂催化效率较高、工艺环保、耗能更少、催化剂不需要脱除。中国常州德国Lanxess公司乙丙橡胶装置的投产，极大地提升了德国 Lanxess公司乙丙橡胶产品的实力，特别是大幅度提高了在中国乃至亚洲地区的市场竞争力。因此，德国Lanxess公司将成为吉林石化公司乙丙橡胶产品极为主要的竞争对手［8］。

2.2中国石化三井公司乙丙橡胶生产技术

上海中国石化三井弹性体有限公司7.5万吨/年乙丙橡胶装置已经建成投产，该装置采用茂金属催化剂系列先进工艺技术。随着其装置的建成投产，将有着催化活性高、生产工艺缩短、生产成本低、产品加工性能好、结构可控、可生产牌号及品种范围宽等优势，不仅填补空白，给中国市场带来了非常大的冲击。由于其生产装置采用茂金属催化技术，乙丙橡胶生产成本较低，提升其竞争实力，因此，上海中国石化三井弹性体有限公司将成为吉林石化公司乙丙橡胶产品又一个强劲的竞争对手［9］。

2.3韩国SK公司乙丙橡胶生产技术

韩国SK公司在中国宁波建设了一套5万吨/年乙丙橡胶装置，该项目的目标市场是中国，催化体系采用典型的钒-铝催化体系。随着装置的稳定运行，产品的竞争力将得到显著提升，也是吉林石化公司乙丙橡胶产品不容忽视的竞争对手［10］。

2.4吉林石化公司乙丙橡胶生产技术

吉林石化公司乙丙橡胶装置是国内唯一一家拥有自主知识产权的乙丙橡胶生产技术，采用改进的 Ziegler-Natta型钒-铝催化体系溶液聚合工艺生产乙丙橡胶。经过近二十年的生产实践，对原有引进的 2万吨/年生产技术进行改进与提升，形成了独具特色的溶液聚合技术。乙丙橡胶 4万吨/年装置的成功建成投产，使吉林石化公司乙丙橡胶的总产能达到 8.5万吨/年，而且增添了乙丙橡胶新牌号［11］，有力地提升吉林石化公司乙丙橡胶装置的竞争优势。

吉林石化公司乙丙橡胶装置以乙烯、丙烯为原料，以乙亚基降冰片烯（ENB）或双环戊二烯（DCPD）为第三单体，以正己烷为溶剂，采用齐格勒-纳塔（V-Al）催化体系和溶液聚合工艺，可生产二元、三元ENB型、三元DCPD型及充油型乙丙橡胶产品。

目前装置生产的三元胶主要牌号为 J-3080、J-4090、4045、J-3092E、J-2070、J-3080P、J-5105等产品，主要牌号与国外牌号技术指标对比见表1。

3　乙丙橡胶主要品种性能以及应用领域

乙丙橡胶产品种类较多，重点介绍有代表性的产品性能及应用领域。

（1）J-3080、三井3092M、韩国SK512F、埃克森 5601

①关键性能门尼黏度高，硫化速度适中，相对分子质量分布窄，乙烯含量高，挤出性能好，具有优异的高填充性，与聚丙烯相溶性好。

②应用领域适合于汽车密实密封条、胶管、汽车散热管、汽车零部件、减震制品、防水卷材、集装箱密封条、门窗密封条、塑胶跑道、鞋材等橡胶制品。

表1　吉林石化公司乙丙橡胶与国外公司乙丙橡胶相近的牌号

（2）J-3092E、三井 3090EM、朗盛 4869、埃克森 3666

①关键性能门尼黏度高，硫化速度快，相对分子质量分布窄，乙烯含量适中，混炼加工性能好，低温柔软性能好。

②应用领域适合于生产汽车密实密封条、汽车减震件、集装箱密封条、各种胶管、家用电器、低温胶管等耐寒橡胶制品，桥梁支座和轨枕等起减震作用的橡胶制品。

（3）4045、三井4045M、韩国SK505A、朗盛 2750

①关键性能门尼黏度适中，硫化速度极快，相对分子质量分布宽，乙烯含量适中，加工性能优异，综合性能好，适合与二烯烃橡胶并用。

②应用领域适合于电线电缆绝缘橡胶制品、热绝缘海绵胶管、模制海绵橡胶制品，适合生产汽车胎侧、透明橡胶制品、自行车彩胎等彩色橡胶制品、饮用水密封件及其他各种模压橡胶制品。

（4）J-4090、埃克森7602、朗盛 6950

①关键性能门尼黏度高，硫化速度极快，乙烯含量适中，低温性能优异，综合性能好。

②应用领域适合于汽车海绵密封条及密实密封条，与二烯烃橡胶并用生产汽车胎侧，适合于耐低温橡胶制品、其他各种海绵橡胶制品及各种快速硫化挤出制品。

（5）J-2070、三井 2060M、埃克森 2605

①关键性能门尼黏度较高、硫化速度相对较慢、相对分子质量分布窄、乙烯含量适中、加工性能好、低温性好、与丁基橡胶相容性好。

②应用领域与丁基橡胶并用生产汽车内胎、气囊、防水卷材以及汽车V带等耐热胶带。

（6）J-5105、朗盛 9950、埃克森 8600

①关键性能门尼黏度高，第三单体含量高。硫化速度极快，乙烯含量适中，低温性能优异，综合性能好。

②应用领域适合于汽车海绵密封条及各种发泡材料，适合于耐低温橡胶制品、其他各种海绵橡胶制品及各种快速硫化挤出制品。

（7）J-0010、路博润 7067、雪弗龙8900E

①关键性能门尼黏度低，相对分子质量分布窄，溶解性、低温性能及剪切稳定性特别优异，抗氧化性好。

②应用领域调制高档润滑油，用于CH-4及以上级别。

4　科研开发进展

4.1新技术进展

4.1.1国内新技术进展

（1）改性三氯氧钒催化剂吉林石化公司研究院采用酚类化合物对三氯氧钒进行改性，合成了改性三氯氧钒，并以改性三氯氧钒为主催化剂，以倍半烷基铝为助催化剂，形成了改性三氯氧钒/烷基铝催化体系，并采用该催化体系，合成了具有窄相对分子质量分布的三元乙丙橡胶［12］。在氢气作为相对分子质量调节剂的条件下，所合成的乙丙橡胶相对分子质量分布在2.22～2.35范围内。

（2）后过渡金属催化剂吉林石化公司研究院采用以自主开发的后过渡金属催化剂为主催化剂，以烷基铝为助催化剂，形成了后过渡金属/烷基铝催化体系，并采用该催化体系合成了三元乙丙橡胶［13］，有效地提高了催化效率以及第三单体的转化率。

4.1.2国外新技术进展

（1）Ⅳ族过渡金属催化剂韩国YOON等［14］采用Ⅳ族过渡金属催化剂制备了乙烯-C3～20α-烯烃-二烯三聚物。GPC测定其相对分子质量可达100000～500000，LCB（长链支化）指数的位置值由橡胶加工分析仪在125℃下用宽角振动和高应变进行测定。该三聚物具有长链支化结构，能同时满足良好的加工性能和弹性。

（2）新型溶液聚合反应器意大利FASTECH S.R.L.公司的QUADRI等［15］研究了一种乙烯-丙烯弹性共聚物或乙烯-丙烯-二烯烃弹性三聚物［EP（D）M］的溶液聚合工艺以及相应的聚合反应器。特别是该工艺单体在聚合反应阶段，原料乙烯、丙烯以及任选一种的二烯烃、催化体系、氢气以及烃溶剂被连续进料至一个带有搅拌器的聚合反应器中，并被溶解在烃溶剂中；聚合反应器保持沸腾温度40～70℃，压力（8～15）×105Pa（表压），反应器因部分蒸发过程而产生蒸气；在脱气阶段，由聚合反应器中生成的 EPDM弹性体和未反应单体构成的混合溶液进入蒸馏塔中，在这里未反应单体从含聚合物的溶液中被分离出来；未反应单体从精馏塔中被分馏出来后，在（18～22）×105Pa（表压）压力下压缩，冷却至低于反应器的温度，再循环至聚合反应器中，从而保证未反应单体的循环使用。

4.2新产品进展

4.2.1国内新产品进展

（1）新型茂金属乙丙橡胶制备技术浙江大学开发出一种新型茂金属乙丙橡胶制备方法［16］。该种茂金属催化剂呈核壳型球状，包括内核和中空结构的壳层，壳层为聚乙烯，内核为乙烯-丙烯无规共聚物。先制备聚乙烯球状粒子，利用聚乙烯球状粒子制备茂金属负载型聚乙烯粒子，再利用茂金属负载型聚乙烯粒子通过共聚合反应制得核壳型球状茂金属乙丙橡胶。采用该方法制备的茂金属乙丙橡胶具有高乙丙橡胶含量，在气相聚合中，可以有效地阻止聚合物粒子发黏和结团，实现乙丙橡胶制备过程的无溶剂排放。

（2）长链支化新型三元乙丙橡胶沈阳化工大学与中国科学院长春应用化学研究所联合研究了原位聚合法制备长链支化乙丙橡胶的新技术。以铁系催化剂制备了具有一定1，2-结构含量的聚丁二烯，然后在钒系催化剂存在下进行原位乙丙共聚合，合成了新型三元乙丙橡胶［17］。通过相位角差的检测，检测到具有一定量的长链支化结构，为新型三元乙丙橡胶工业化开发奠定了基础。

（3）乙烯/丙烯/多官能度化合物三元共聚弹性体中国科学院长春应用化学研究所［18］发明了一种新型乙丙橡胶及其制备方法，包括：在钒系催化剂、烷基铝化合物和有机氯化物的作用下，将乙烯、丙烯与第三单体反进行聚合反应，得到三元乙丙橡胶。第三单体包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二乙二醇双丙烯酸酯、二乙烯基苯或N，N′-亚甲基双丙烯基酰胺。该方法采用上述化合物作为第三单体与乙烯和丙烯进行聚合反应时，这种化合物的加入不会降低钒系催化剂的催化活性。该制备方法催化效率较高，成本较低，无气味。

（4）一种乙烯-丙烯-聚异戊二烯共聚物中国科学院长春应用化学研究所［19］研究了一种乙烯-丙烯-聚异戊二烯共聚物的制备方法。该制备方法为在第一催化体系（如钛系催化剂）的作用下，将异戊二烯进行第一聚合反应，得到聚异戊二烯反应体系；然后在第二催化体系（钒系催化剂、烷基铝等）的作用下，将乙烯和丙烯在所述聚异戊二烯反应体系中进行第二聚合反应，得到乙烯-丙烯-聚异戊二烯共聚物。

（5）乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物中国科学院长春应用化学研究所［20］还研究了以聚丁二烯共聚物为第三单体，制备乙丙橡胶弹性体。该制备方法为在第一催化体系的作用下，将丁二烯进行第一聚合反应，得到聚丁二烯反应体系；然后在第二催化体系的作用下，将乙烯和丙烯在所述聚丁二烯反应体系中进行第二聚合反应，得到乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物。该方法制备乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物时催化剂的催化活性较高。

4.2.2国外新产品进展

德国科德宝-NOK密封技术公司（Freudenberg-NOK Sealing Technologies）已经开发出基于甘蔗原料的三元乙丙橡胶［20］。可再生的生物热固性弹性体生产技术发展始于2012年，该工艺以甘蔗为原料，生产出的聚合物大部分是从甘蔗导出的乙醇原料被转化成乙烯所形成的。 以甘蔗为基础原料，使原料的45%为生物可再生，并可减少碳排放量。但是大多数原料厂商现有的设备无法满足这种先进制造工艺的需求，因此，科德宝公司已经启动了一个研究项目，以保证能够开发出可以在新一代注塑工艺中使用的材料。而这款全新的更加环保的三元乙丙橡胶的出现也进一步推动了这一新概念的发展，并正在成为科德宝公司的主导方向。

5　结　语

通过对在中国建厂的国外乙丙橡胶装置技术的分析研究，各套生产装置的催化剂技术不同，生产的产品加工应用性能不同，乙丙橡胶生产技术的关键在于催化剂。因此，需要开展乙丙橡胶用催化剂的研究，实现乙丙橡胶产品的差别化，开发高档次乙丙橡胶新产品，增加新品种；通过乙丙橡胶新产品配方优化研究，使产品应用性能满足用户使用要求；建议在保证传统牌号的同时，可以开发茂金属催化剂，有效地控制聚合物产品组成及结构，合成乙丙橡胶专用产品。

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On the production of ethylene propylene diene monomer

ZHANG Tao3，ZOU Yunfeng2，CHE Hao2，SUN Juhua1，ZOU Xiangyang1，WANG Jiyue1，ZHENG Xiang1，CAI Xiaoping1
（1Research Institute of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China；2Sale Company of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China；3Commercial Management Department of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China）

Ethylene propylene diene monomer（EPDM）has wide applications in the auto industry，construction industry，oil additives，plastic runway etc. due to its unique performance. This article summarizes the production technology of EPDM，and its grades，performance and applications. Based on the existing EPDM researches，the development of catalyst for EPDM，core-shell structure spherical EPDM，long chain branched EPDM by situ polymerization，and the copolymer by ethylene and propylene and other dienes are expounded. Meanwhile，the polymerization technology，monomer recovery technology，deactivation washing technology，and flash concentration technology in the solution polymerization of EPDM and the plant production technology of a foreign company in China are studied in detail. It puts forward that the key in the production of EPDM is the polymerization catalyst system. By the upgrading of catalysts，we could produce EPDM with different functions so as to meet the demand of high-performance materials. So，it points out that the development of new catalytic system will become one research focus in the future.

ethylene propylene diene monomer（EPDM）；production；catalyst；solution；polymers

TQ 333.4

A

1000-6613（2016）08-2317-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.02

2016-02-29；修改稿日期：2016-05-04。

张涛（1965—），男，硕士，高级工程师，主要研究领域为合成橡胶，高分子材料。E-mail jh_zhtao@petrochina.com.cn。联系人：

蔡小平，教授级高级工程师，主要研究领域为合成橡胶、高分子材料。E-mail jh_caixp@petrochina.com.cn。