稀土异戊橡胶耐老化性能优化研究

稀土异戊橡胶耐老化性能优化研究

吴彦峰 胥雷洲  谢佳

（新疆天利石化股份有限公司，新疆 克拉玛依 833699）

摘要：当前市面上常见的稀土异戊橡胶保质期通常为两年左右。在稀土异戊橡胶的产品质量缺陷中，老化、变质和变色等是其面临的主要质量问题。如能采用先进技术，适当延长稀土异戊橡胶耐老化性，提升产品保质期，则对拓宽其应用层面、提高实用性具有较大意义。本文对稀土异戊橡胶耐老化性能进行了简要探讨，希望可对读者有所启示。

关键词：稀土异戊橡胶；橡胶老化预防；性能优化研究

引言：影响稀土异戊橡胶耐老化性的关键因素是抗氧化剂。当前，市场上常见的异戊橡胶抗氧化剂以酚类或亚磷酸酯类等环保产品为主，虽可适当延长稀土异戊橡胶的使用期限，但耐老化性较为有限，且成本高昂，不利于广泛使用。由于稀土异戊橡胶在制造业中具有广泛应用面，如何利用抗氧化剂显著提升稀土异戊橡胶的耐老化性，成为推动提高其市场竞争力的关键。

一、影响稀土异戊橡胶性能老化的要点研究

（一）稀土异戊橡胶性能与老化的基本机理

稀土异戊橡胶又称合成天然橡胶，在上世纪70年代由我国率先发明，是异戊二烯单体通过催化剂作用而聚合生成的有机化合物，具有接近天然橡胶的性能和结构，在现代制造业领域占据重要地位。异戊橡胶的生产离不开稀土催化剂，会对双烯定向聚合产生主要作用，涵盖金属铝烷基化合物与稀土盐两种组成成分。使用稀土催化剂进行异戊橡胶合成，聚合物分子质量更高、分子分布更加均匀，由于灰分质量分数通常在0.3%以下，其引发剂不会对橡胶性能产生影响，故而合成的异戊橡胶性能亦十分优异。

稀土异戊橡胶性能老化通常由氧化分解开始，氧化分解反应会使异戊交联键和分子链相继断裂，进而产生低分子含氧化合物。这些含氧化合物通常结构较为复杂，其聚异戊二烯单元上存在的离解能较低[1]。通过对异戊聚合物的链节结构分析可得知，在其聚合过程中，部分催化剂能够存在于链节结构当中，这是异戊橡胶产品较易老化的主要原因。

（二）稀土异戊橡胶性能老化原因分析

经相关研究已经证实，异戊橡胶结构中存在着大量不饱和键。一般认为，不饱和键是提升稀土异戊橡胶老化速度的主要原因之一。此类不饱和键与金属元素反应较为明显，如遇重金属元素较多、或温度较高等环境，其中含有的氢氮自由基形成速度会大大加快，异戊橡胶老化速度将会明显提升。

此外，由于异戊橡胶属于高分子化合物，由其制成的橡胶化工产品在制造和使用等过程中，极易与空气中的氧分子进行化学反应，该反应可使分子之间的键发生断裂。断裂后，由于异戊橡胶分子中的甲基将获得较大的空间位阻，此时的分子链将很难通过逆反应延长自身长度。在这样的状况下，橡胶分子的相对质量将明显下降，随即而来的则是较为明显的变色现象。当橡胶大部分变色明显时，其使用性能相应降到最低。尽管抗氧化剂能在一定程度上减小橡胶分子在上述化学反应中的相对质量降低速度，但仍无法完全阻止橡胶质地和使用性能的变化。

二、提升稀土异戊橡胶耐老化性能技术方案

（一）抗氧化剂耐老化性能测试

现阶段，使用抗氧化剂防止稀土异戊橡胶迅速老化，已经成为相关技术领域的普遍共识。因而作为耐老化的主要手段，致力于提升稀土异戊橡胶持久性能，应着重在抗氧化剂上进行研究。对抗氧化剂进行耐老化性能测试的主要目的，在于将稀土异戊橡胶变色、变质的问题作为研究重点，对抗氧化剂的基础材料、施加用量和对橡胶的影响程度进行充分分析，进而得出异戊橡胶老化速度、老化时间等与抗氧化剂之间的关联，便于后续耐老化技术的改进。

技术人员在准备实验材料时，除准备实验用胶液外，作为对照的胶液可选用加入抗氧化剂的罐装胶液、未加抗氧化剂的生产线聚合末釜胶液等。抗氧化剂分为优配和复配两类，溶液使用己烷，选用乙醇作为洗涤液。制备样品时，可将未加入抗氧化剂的橡胶胶液编号为1组，将加入抗氧化剂的胶液罐编为2组，使用复配抗氧化剂的胶液编号为3组。同时，为判定不同浓度、不同剂量的抗氧化剂对异戊橡胶耐老化程度的影响效果，应对1、2、3组分别设置多个对照组，便于实验对照。

实验中，技术人员应根据对照组数量选择相应的烧杯和搅拌棒，同时将诸如电子秤、抗氧化剂溶液瓶、锡箔纸和注射器等实验工具准备妥当。实验所需技术设备包括真空干燥机器、恒温烘箱、炼胶机、气动冲压机和门尼粘度测试器等。技术人员使用搅拌棒将抗氧化剂和橡胶胶液充分混合后，分多次将乙醇溶液加入其中，继续搅拌直至橡胶聚合物完成萃取。将各组萃取得到的产物置于烘箱，以便将其中残余己烷油脱除干净。而后，将取得的产物剪切成小块进一步脱除残余溶剂。

获得最终样品后，将其制成片状橡胶产物，进而得到老化显色实验和门尼黏度实验的材料。老化显色实验即将样品置于烘箱中观察颜色变化。门尼黏度实验需将样品进行双辊干燥后进行。通过老化显色实验和门尼黏度实验，技术人员可从侧面得出异戊橡胶的氧化诱导期，进而判断出橡胶的具体抗氧化能力，以及不同浓度、不同剂量的氧化剂对异戊橡胶耐老化的提升效果

[2]。通常而言，抗氧化剂对稀土异戊橡胶的耐老化效果有着十分显著的作用，优配组的抗氧化剂在降解、变色等方面的耐老化性能较为优异。

（二）稀土异戊橡胶耐老化解决方案

第一，对抗氧化剂类别的选择和配方的优化。在实际生产实践中，针对不同种类的异戊橡胶产品，应针对其具体特性等进行区别化对待，选择最适宜其特点的抗氧化剂产品。现阶段，稀土异戊橡胶在轻工业制造业领域应用越来越广泛，制造行业对橡胶原胶的耐老化要求较为严格。因此，应用于工业制造业的异戊橡胶，应尽可能大剂量使用性能较好的环保型抗氧化剂，最大限度满足生产需求。

第二，对异戊橡胶在生产过程中工艺技术的改进。经实验可得知，抗氧化剂在异戊橡胶生产过程中容易出现明显损耗，从而对橡胶综合品质造成不利影响。针对这一客观现象，在生产过程中可进行如下技术优化。

首先，应尽可能地对抗氧化剂的位置进行更改，转变传统生产方式的注入步骤，当聚合反应基本结束、产物失去活性后，尽快将抗氧化剂注入其中。此举目的是尽可能减轻催化剂对抗氧化剂的催化消耗程度。其次，应适当降低水洗凝聚釜中的温度，由于抗氧化剂在水洗凝聚反应过程中会因升华而产生较大损耗，因而此举可使该损耗降到最低。然后，采用相应技术，强化对水洗凝聚反应中的分析操作，尤其是对水样的分析，重点关注其中铜离子、铁离子等金属元素含量，并尽可能将其析出。析出金属离子可通过在水系统中加入除盐水等，通过置换操作实现。最后，在干燥过程中，应尽可能使模温和压力处于较低水平，降低抗氧化剂在成品干燥处理中的损耗[3]。同时，充分降低流化床温度，以便将胶块表面与内部压块热度保持在较低水平，在温度层面降低橡胶加速老化的概率。完成生产的异戊橡胶需保存在通风、凉爽和干燥的仓储库内，确保其质量。

结论：综上所述，稀土异戊橡胶在实际工业生产和其他诸多领域均有广泛用处，如欲进一步拓宽应用范围、提高在工业生产中的综合价值，技术人员需对其老化问题予以充分重视。由于在稀土异戊橡胶中使用较多催化物质、且其中稀土含量较大，橡胶相应的老化率亦会增加。因此，充分认识到抗氧化剂的效用、正确使用抗氧化剂，可有效降低异戊橡胶在生产制造和工业应用过程中因内外部化学反应导致的老化问题，减少变色变质现象，进而延长橡胶使用寿命，提升其价值。

参考文献：

[1]李传清,谭金枚,张杰,等.稀土异戊橡胶的结构和性能研究[J].橡胶工业,2012,59(8):478-482.

[2]于琦周,李柏林,张新惠,等.稀土异戊橡胶性能的对比研究[J].特种橡胶制品,2017,38(2):1-425.

[3]吕红梅,白晨曦,蔡小平.稀土异戊橡胶研究进展[J].弹性体,2009,19(1):61-64.