乙丙橡胶生产工艺与技术

王东英

摘要：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，全球乙丙椽胶需求量年均增长率保持在4%～5%。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。因此，加强对乙丙橡胶生产工艺与技术进行研究分析具有重要意义。

关键词：乙丙橡胶；生产工艺；技术

乙丙橡胶系以单烯烃乙烯、丙烯共聚成二元乙丙橡胶；以乙烯、丙烯及少量非共轭双烯为单体共聚而制得三元乙丙橡胶。乙丙橡胶分子主链上，乙烯和丙烯单体呈无规则排列，失去了聚乙烯或聚丙烯结构的规整性，从而成为弹性体，由于三元乙丙橡胶二烯烃位于侧链上，因此三元乙丙橡胶不但可以用硫黄硫化，同时还保持了二元乙丙橡胶的各种特性。本文就三元乙丙橡胶的生产工艺与技术进行研究分析，详见如下。

1乙丙橡胶概述

乙丙橡胶，英文名称：EPR0～thylene/PropyleneRubberl，乙丙橡胶是有机化合物制品，是橡胶制品工业中一项极为重要的原材料，有多种良好的理化特性，乙丙橡胶又可分为二元乙丙、三元乙丙、改性乙丙和热塑性乙丙。本文探讨的是用处最广泛的三元乙丙橡胶EPDM（Ethylene/Propylene/DieneMonomerl。三元乙丙橡胶EPDM具有卓越的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性、耐化学品（非极性溶剂除外）性能和电绝缘性能，广泛用于汽车制造、建筑、聚合物改性和电线电缆等领域。主要消费市场是汽车工业、建筑材料、电线电缆、聚烯烃改性和油品添加剂等。

2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。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、第三单体在齐格勒一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一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。

2.1InsiteTM茂金属型溶液聚合法

Insite工艺由DuPontDow弹性体公司开发成功。该工艺采用茂金属作为催化剂，在高温溶液环境中合成新型乙丙橡胶。该工艺通过对相对分子质量分布、穆尼赫度、乙烯和乙叉降冰片烯含量、橡胶的流变性和硫化速度等的精确控制，实现对产品均匀性的控制。聚合反应于1209C，3.4MPa下在聚合反应器中进行。该工艺采用高温溶液聚合，使用限定几何构型的茂钦金属催化剂体系，聚合物质量分数达16.4%，產品中催化剂残留量非常少，不需要脱除处理，投资低，产品相对分子质量分布窄，聚合物链的长度均匀，堆密度小，赫度高，可溶物含量低，可用硫磺硫化，其模塑成型的流动性、拉伸强度、压延成型时的外型性能以及挤出成型时的挤出速率等性能均优于传统的Ziegler-Natta型乙丙橡胶溶液聚合工艺。该聚合工艺将会因其技术先进，产品灵活性大，投资低而获得极为迅速的发展，是今后主要的发展趋势之一。

2.2悬浮聚合工艺

该工艺是本体法聚合工艺的改进，没有引入外界的溶剂，而使用了液体丙烯，它既是单体又作为反应介质存在。单体和催化剂体系加入到已经充有液态丙烯溶液的反应器中进行聚合反应，形成不溶于丙烯而是以固体微小颗粒形态悬浮于溶液中的粒状聚合物。通常采用钒或钛系催化剂，特点是催化剂效率很高，工艺流程较短，聚合产率较高，可制得超高分子量的聚合物，产品成本比溶液法低。但缺点是在反应的最后阶段，催化剂的脱除较为困难，容易产生凝胶问题。此外，对生产装置的自动化控制水平要求较高，产品的电绝缘性能较差。

2.3气相聚合法

气相聚合法是与以上两种完全不同的聚合技术。反应器由一个直立的流化床构成，气态单体被加入反应器中，同时加入氢作为链转移剂来控制产品分子量。气相法催化剂制备：首先制备催化剂母体，是在四氢吠喃和异戊烷中由三氯化钒和一氯二乙基铝反应得到；催化剂母体制备完成后和乙烯、丙烯制备第二步聚合反应的预聚合粒子；预聚合粒子需要具备很高的弹性和预聚合程度高，催化剂产生的最终产品应有充分的壁厚且没有破裂。生产过程中还需要向反应器中加入炭黑、硅胶、黏土、硅烷等助流化剂，防止生产的橡胶颗粒发生黏结或附着在反应器内壁上。其中炭黑不仅具有助流作用，还能够对生产的橡胶颗粒进行改性，例如，（1）炭黑加入橡胶中会产生容积放大效应，使掺杂炭黑橡胶的变形比单纯橡胶的变形性能好；（2）炭黑与橡胶的结合是强弱不同的化学键，其中，强化学键可以增强橡胶强度；（3）炭黑粒子在橡胶中起到均匀应力的作用，减少橡胶的整体破碎。

综上所述，因乙丙橡胶分子主链为饱和结构而呈现出卓越的耐候性、耐臭氧、电绝缘性、低压缩永久变形、高强度和高伸长率等寶贵性能，其应用极为广泛，消耗量逐年增加。从实际应用情况分析，乙丙橡胶在非轮胎方面得到了广泛的应用。因此，需要不断加强对乙丙橡胶生产工艺与技术的研究，促进乙丙橡胶的发展进步。