狄仕海，趙鵬飛(新疆天利石化股份有限公司，新疆 克拉瑪依 833699)

0 引言

異戊橡膠應(yīng)用為技術(shù)的進(jìn)步、橡膠行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了新的支持，成為增強(qiáng)橡膠行業(yè)發(fā)展水平的新興材料基礎(chǔ)。因此在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注異戊橡膠應(yīng)用技術(shù)的研究分析，為其后續(xù)的進(jìn)步、發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 異戊橡膠技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)中國(guó)異戊橡膠技術(shù)應(yīng)用水平有所提升，在國(guó)際領(lǐng)域中的生產(chǎn)能力有所提升，總產(chǎn)能在全世界合成橡膠中排名漸躍居前列。但是和俄羅斯等國(guó)家相比，還是存在很大的技術(shù)差異性，因此需要根據(jù)異戊橡膠的特點(diǎn)、技術(shù)情況等，不斷深入、研究和開(kāi)發(fā)現(xiàn)代化的應(yīng)用技術(shù)，為我國(guó)橡膠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步作出貢獻(xiàn)[1]。

2 異戊橡膠的應(yīng)用技術(shù)

2.1 微觀結(jié)構(gòu)和硫化膠性能

分析異戊橡膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)其屬于順式、反式、3,4-結(jié)構(gòu)，一般情況下合成天然橡膠主要就是高順式的異戊橡膠，其具備和天然橡膠比較相似的化學(xué)組成、立體結(jié)構(gòu)，所以可以將異戊橡膠作為是綜合性能較高的通用合成橡膠材料[2]。但是，由于異戊橡膠與天然橡膠的微觀結(jié)構(gòu)存在一定的差異性，天然橡膠的順式1,4-結(jié)構(gòu)的摩爾分?jǐn)?shù)較高，甚至能夠達(dá)到98%，而對(duì)于異戊橡膠來(lái)講，采用各類催化劑進(jìn)行合成，有著不同的微觀結(jié)構(gòu)，其順式1,4-結(jié)構(gòu)的摩爾分?jǐn)?shù)比受一定的影響。例如：使用鈦系催化劑進(jìn)行合成，異戊橡膠的順式1，4-結(jié)構(gòu)中，摩爾分?jǐn)?shù)在97%左右；通過(guò)鋰系催化劑材料進(jìn)行合成，順式1,4-結(jié)構(gòu)中的摩爾分?jǐn)?shù)只有92%；通過(guò)稀土催化劑材料合成，異戊橡膠的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)和天然橡膠的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)較為接近；通過(guò)三氯化釩/烷基鋁催化劑材料所制作的異戊橡膠，反式1,4-結(jié)構(gòu)的摩爾系數(shù)為98%。由此可見(jiàn)，應(yīng)用不同催化材料所合成的異戊橡膠微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)和天然橡膠微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)存在一定的差異性。從整體情況而言，天然橡膠在應(yīng)用的過(guò)程中，主體規(guī)整度較為良好，結(jié)晶的性能高，相對(duì)分子的質(zhì)量很大，凝膠的含量也很多，所以在應(yīng)用期間需要采用塑煉的技術(shù)處理，確保門(mén)尼黏度值符合標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于異戊橡膠，在合成期間就可以調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量，無(wú)需前期進(jìn)行預(yù)先的加工，但是由于結(jié)晶的性能較低，會(huì)導(dǎo)致異戊橡膠應(yīng)用期間沒(méi)有采用硫化膠加工技術(shù)和采用硫化膠加工技術(shù)之間出現(xiàn)力學(xué)性能差異性。在使用硫化膠技術(shù)的過(guò)程中，異戊橡膠和天然橡膠力學(xué)性能的對(duì)比分析，需要明確微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)參數(shù)情況，例如：異戊橡膠采用鈦系列與稀土系列的催化劑材料合成加工，順式微觀結(jié)構(gòu)與天然橡膠較為接近，而使用鈦系列與稀土系列的催化劑材料合成進(jìn)行異戊橡膠的加工，邵爾、硬度、伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度等都比天然橡膠低，但是拉伸強(qiáng)度方面、扯斷伸長(zhǎng)率方面、永久變形方面、回彈性方面沒(méi)有很大的差異性。同時(shí)采用硫化膠技術(shù)，無(wú)論單獨(dú)應(yīng)用異戊橡膠還是和其他膠種相互并用，都能夠確保壓縮生熱性能比天然橡膠良好[3]。

異戊橡膠和其他類型的通用合成橡膠的加工性能較為相似，混煉的過(guò)程中有著很強(qiáng)的溫度敏感性，所以在加工期間，需要嚴(yán)格控制輥溫和距離。而和天然橡膠之間相互對(duì)比異戊橡膠能夠進(jìn)行直接加工處理，塑煉操作和混煉操作的時(shí)間很短，吃料的速度很快，負(fù)荷相對(duì)較小，能夠降低能源的消耗量，減少具體的加工時(shí)間。從實(shí)際的配方而言異戊橡膠在混煉的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量很低，排膠的溫度也很低，不容易發(fā)生燒焦的現(xiàn)象或是“噴霜”的現(xiàn)象。但是，異戊橡膠也存在很多缺點(diǎn)問(wèn)題，例如：混煉的膠缺乏一定的挺性，生成的混煉膠膠材料強(qiáng)度較低，膠料擠出的環(huán)節(jié)很容易受到溫度因素的影響，擠出物質(zhì)會(huì)隨著溫度增加挺性變差，膠料非常軟黏，所以需要嚴(yán)格進(jìn)行工藝技術(shù)的控制。例如異戊橡膠加工中采用鈦系催化劑制造，和天然橡膠的性能相比，混煉膠的黏度數(shù)據(jù)值有著不同程度的減小趨勢(shì)，證明異戊橡膠混煉情況和天然橡膠相同或是相似，分子鏈呈現(xiàn)出降解的趨勢(shì)。并且鈦系催化劑加工的異戊橡膠的混煉膠黏稠度數(shù)據(jù)值下降幅度比稀土系催化劑加工制造的異戊橡膠低，接近于天然橡膠的數(shù)據(jù)值，證明其和天然橡膠的抗機(jī)械降解能力相近。雖然和天然橡膠相比鈦系、稀土系催化劑制作的異戊橡膠扯斷伸長(zhǎng)率高，但是拉伸強(qiáng)度很低，也就是在異戊橡膠拉伸期間，分子鏈缺少結(jié)晶能力，比天然橡膠分子鏈拉伸期間的結(jié)晶能力低。正是由于異戊橡膠有此類缺點(diǎn)，所以降低單獨(dú)應(yīng)用在輪胎生產(chǎn)領(lǐng)域，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)成型期間取樣難度高、胎胚存儲(chǔ)期間塌陷的問(wèn)題，因此在異戊橡膠實(shí)際加工的過(guò)程中應(yīng)結(jié)合硫化膠性能、微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，合理選擇應(yīng)用技術(shù)，以免出現(xiàn)應(yīng)用問(wèn)題[4]。

2.2 技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

雖然異戊橡膠和天然橡膠相比具有一定的性能差異性，但是從綜合性能來(lái)講，還是可以將其當(dāng)作是天然橡膠的良好替代品，例如在汽車(chē)輪胎制造的領(lǐng)域中就可以使用鋰系催化劑制作的異戊橡膠材料替代天然橡膠材料，將用量控制在25%～50%左右。也可以采用鈦系催化劑、稀土系催化劑所制作的異戊橡膠，代替天然橡膠材料，應(yīng)用比例可以適當(dāng)增加。根據(jù)目前中國(guó)市場(chǎng)的實(shí)際情況可以了解到，進(jìn)口的異戊橡膠類型主要為：通用類型的異戊橡膠，集中應(yīng)用在輪胎制造和橡膠制品的行業(yè)領(lǐng)域；液體類型的異戊橡膠，也能夠應(yīng)用在輪胎制造與橡膠品的制造行業(yè)；氫化聚異戊二烯材料，則應(yīng)用在特制類型的橡膠制品制造行業(yè)和油品添加劑制造行業(yè)，應(yīng)用的數(shù)量很少[5]。氫化聚異戊二烯在應(yīng)用期間有液體類型也有固體類型的材料，可以作為是特殊性密封材料，耐熱性能高，近年來(lái)我國(guó)主要是從日本或是俄羅斯少量進(jìn)口[6]。

2.3 防老化技術(shù)的應(yīng)用

異戊橡膠材料在應(yīng)用的過(guò)程中防老化技術(shù)的運(yùn)用非常重要，一般情況下沒(méi)有添加防老劑的稀土異戊橡膠，在150 ℃左右熱氧老化最初階段的降解反應(yīng)發(fā)生速度很快，分子量也會(huì)有所降低，分子量的分布呈現(xiàn)出逐漸加寬的狀態(tài)，在老化30 min以后分子量越來(lái)越大，分布狀態(tài)也開(kāi)始變窄，出現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)，而交聯(lián)反應(yīng)程度比降解反應(yīng)低。沒(méi)有添加防老劑的稀土催化異戊橡膠在熱氧老化最初階段，沒(méi)有非常明顯的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，但是在老化的后期階段，會(huì)生成雙鍵類型的化合物，還可能會(huì)生成含氧類型的化合物，對(duì)異戊橡膠的應(yīng)用性能和效果造成不利影響。因此在使用異戊橡膠材料的過(guò)程中必須要合理添加防老劑，預(yù)防出現(xiàn)材料老化的問(wèn)題，例如添加酚類、雙酚、硫代雙酚、丙酸、三嗪類防老劑，能夠改善材料的老化問(wèn)題[7]。

2.4 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)情況

近年來(lái)中國(guó)的異戊橡膠消費(fèi)量有著巨大的變化，不同時(shí)間段的消費(fèi)量有所不同，主要原因就是在異戊橡膠價(jià)格較低的情況下，會(huì)在斜交胎價(jià)格提升期間利用進(jìn)口異戊橡膠替代天然橡膠，降低自身的加工成本，但是在異戊橡膠價(jià)格提升的情況下，一些輪胎加工企業(yè)會(huì)將異戊橡膠的生產(chǎn)配方改變成為天然橡膠的生產(chǎn)配方，導(dǎo)致出現(xiàn)異戊橡膠進(jìn)口數(shù)量降低的現(xiàn)象。

從國(guó)外的情況而言，俄羅斯由于氣候原因缺少天然橡膠的栽培技術(shù)和條件，因此很重視對(duì)異戊橡膠的研究開(kāi)發(fā)，在國(guó)際領(lǐng)域中異戊橡膠應(yīng)用技術(shù)處于前沿的地位，因此成為了異戊橡膠生產(chǎn)大國(guó)。而俄羅斯的異戊橡膠市場(chǎng)份額和我國(guó)異戊橡膠與天然橡膠的應(yīng)用狀況有著一定的反差，由于異戊橡膠材料集中應(yīng)用在輪胎加工領(lǐng)域，應(yīng)用的數(shù)量在總產(chǎn)量的71%以上，而異戊橡膠拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度等比天然橡膠低，在航空輪胎加工與大型工程輪胎加工方面無(wú)法完全取代天然橡膠，所以俄羅斯還需要進(jìn)行天然橡膠材料的進(jìn)口。另外，俄羅斯在異戊橡膠改性研究中取得了良好的成績(jī)，使得材料力學(xué)性能有所提升，改性的異戊橡膠材料能夠替代天然橡膠應(yīng)用在很多加工領(lǐng)域，目前俄羅斯在異戊橡膠技術(shù)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新期間，開(kāi)始使用新型的改性劑進(jìn)行材料的改性，能夠增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和抗撕裂性能，可以應(yīng)用在大型輪胎的胎面膠料中，改善胎面的綜合性能，增強(qiáng)抗機(jī)械損傷的能力[8]。而從國(guó)際的異戊橡膠消費(fèi)構(gòu)成情況來(lái)講，日本的輪胎加工、膠鞋加工、黏合劑加工中也開(kāi)始重點(diǎn)采用異戊橡膠材料，消費(fèi)的數(shù)額有所增多。

3 我國(guó)異戊橡膠的發(fā)展前景

中國(guó)在20世紀(jì)60年代開(kāi)始就重點(diǎn)進(jìn)行了異戊橡膠的研究，20個(gè)世紀(jì)70年代中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等開(kāi)展了稀土催化體系合成異戊橡膠的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在此之后也有一些企業(yè)進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，全面了解加工性能，將材料應(yīng)用在輪胎生產(chǎn)領(lǐng)域。雖然中國(guó)相關(guān)技術(shù)的研究工作正在持續(xù)性進(jìn)行，但是缺少大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)分析，不利于異戊橡膠技術(shù)在中國(guó)的良好應(yīng)用。因此，在未來(lái)發(fā)展的進(jìn)程中需要不斷做出努力，確保異戊橡膠技術(shù)在中國(guó)膠制品生產(chǎn)領(lǐng)域中的良好應(yīng)用。

3.1 催化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)采用稀土系催化技術(shù)進(jìn)行異戊橡膠產(chǎn)品的加工，主要是應(yīng)用溶聚環(huán)烷酸稀土鹽材料、溶聚烷氧基稀土鹽材料、聚合稀土鹽材料，所存在的問(wèn)題就是順式1,4-結(jié)構(gòu)的摩爾分?jǐn)?shù)很低，幾乎都在94%～97%之間，而當(dāng)前國(guó)外在稀土系催化加工異戊橡膠的過(guò)程中，順式結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到98%，和天然橡膠的結(jié)構(gòu)接近。所以在我國(guó)未來(lái)的技術(shù)研究過(guò)程中，需要積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)、現(xiàn)代化催化技術(shù)，合理設(shè)置催化體系，使得材料順式結(jié)構(gòu)的摩爾分?jǐn)?shù)有所提升，在98%之上，確保異戊橡膠材料應(yīng)用的性能、強(qiáng)度，滿足當(dāng)前技術(shù)應(yīng)用的基本需求[9]。

3.2 低成本技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)

近年來(lái)異戊橡膠在市場(chǎng)中的定位就是取代部分天然橡膠材料，從產(chǎn)品的價(jià)格層面而言，異戊橡膠更具有優(yōu)勢(shì)。為充分發(fā)揮異戊橡膠低成本的優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)發(fā)展的進(jìn)程中，應(yīng)盡可能研究如何降低加工成本，促使加工效率的提升，增加兩種材料應(yīng)用的成本價(jià)格差異。雖然中國(guó)異戊橡膠材料的應(yīng)用數(shù)量較少，但是多數(shù)都是應(yīng)用在輪胎加工領(lǐng)域，應(yīng)用的比例在80%左右，而如果我國(guó)的異戊橡膠材料價(jià)格比天然橡膠材料價(jià)格低，取代天然橡膠的可能性就很高，此情況下可以適當(dāng)增加異戊橡膠應(yīng)用的比例，研究開(kāi)發(fā)出低成本應(yīng)用的技術(shù)和措施。除此之外，在成功研發(fā)出異戊橡膠應(yīng)用技術(shù)之后，如若市場(chǎng)價(jià)格和順丁橡膠持平，那么產(chǎn)品在市場(chǎng)中的定位，就不僅是對(duì)天然橡膠材料進(jìn)行取代，還能夠占有一些順丁橡膠的市場(chǎng)，因此研究開(kāi)發(fā)低成本價(jià)格技術(shù)勢(shì)在必行[10]。除此之外，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，通用異戊橡膠材料還會(huì)不斷提升市場(chǎng)的占有率，可以開(kāi)發(fā)附加值很高、應(yīng)用在特殊性領(lǐng)域中的加工技術(shù)，促使異戊橡膠技術(shù)的良好應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始重視異戊橡膠材料和技術(shù)的研究，但是由于中國(guó)所加工的異戊橡膠和其他國(guó)家的材料相比，順式結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)很低，難以滿足材料應(yīng)用的性能需求、強(qiáng)度需求。因此，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)研究和開(kāi)發(fā)能夠提升材料順式結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)的技術(shù)，為材料的良好應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。