稀土顺丁橡胶的性能和应用_刘泳涛

述　评 合成橡胶工业,2008-09-15,31(5):325～331

C H I N A S Y N T H E T I C R U B B E R I N

D U S T R Y

稀土顺丁橡胶的性能和应用

刘泳涛1,董为民2＊,石路颖1,姜连升2

(1.中国石油锦州石化公司,辽宁锦州121001;2.中国科学院长春应用化学研究所,吉林长春130022)

摘要:介绍了稀土钕系顺丁橡胶(N d B R)的牌号、质量指标、结构参数和性能特点,总结了N d B R在

轮胎方面的应用效果,并展望了N d B R的发展前景。

关键词:稀土催化剂;钕;顺丁橡胶;轮胎;综述

中图分类号:T Q333.2 文献标识码:A 文章编号:1000-1255(2008)05-0325-07

稀土顺丁橡胶(B R),又称钕系顺丁橡胶(N d B R),是以稀土化合物,特别是钕化合物为主催化剂获得的具有高顺式-1,4-结构含量的聚丁二烯,因其具有高的立构规整性,而表现出优于传统的钛、钴、镍系B R(镍系B R用N i B R表示)的加工和使用性能,使其符合高性能轮胎的制造和应用需求,成为当今最有应用价值、发展最快的B R品种。近10年来,世界N d B R的生产能力已迅速发展为近500k t/a,并仍在大规模地扩能,有可能在未来的20年内成为B R市场的主导产品。本文主要介绍N d B R的性能和应用,特别是我国N d B R在轮胎方面的应用效果。

1　N d B R的质量指标

用稀土催化剂可以制备门尼黏度不同的系列N d B R产品。

按门尼黏度的不同,N d B R可以分为2类:门尼黏度为35～50的中门尼黏度产品,可作为通用橡胶替代传统的钛、钴系B R和N i B R产品,以改善轮胎的性能;门尼黏度高于50的高门尼黏度产品,可作为橡胶专用料,它比中门尼黏度的N d B R 具有更多的优点,缺点是较难加工。高门尼黏度的N d B R可以作为充油橡胶的基础胶,制备充油N d B R。充油N d B R在保持了高门尼黏度N d B R 优良性能的同时,还具有优异的加工性能。中国石油锦州石化公司、德国L a n x e s s公司及意大利P o l i m e r i公司均有充油N d B R产品。此外,稀土催化剂还可生产用于制造高抗冲聚苯乙烯(H I P S)的N d B R(见表1)。

T a b l e1　N d B Rf o r H I P S

B r a n do f N d B R

B u n a

C B

22P S

B u n a

C B

24P S

V o l a t i l e/%≤0.75≤0.75

M L(1+4)100℃6344

S o l u t i o nv i s c o s i t y(m a s s f r a c t i o no f p o l y-

b u t a d i e n e5.43%i nt o l u e n e)/(m P a·s)

300165

S t y r e n e i n s o l u b l e(d r y g e l)×106≤150≤150

M a s s f r a c t i o n o f c i s-1,4-u n i t/%9696

N d B R的挥发分一般不高于0.75%,灰分不高于1.0%,二者都稍高于N i B R的质量指标,但N d B R灰分中的过渡金属元素———钕的化学性质稳定,对生胶的热氧老化过程无明显的催化作用[1],因此,N d B R中稍高的灰分并不影响生胶的老化性能。

世界上主要合成橡胶公司生产的N d B R牌号及其性能列于表2。N i B R的性能也列于表2,作为参照。

①收稿日期:2008-07-08;修订日期:2008-08-01。

作者简介:刘泳涛(1965—),男,硕士,高级工程师。已发表论

文10篇。

基金项目:国家高技术研究发展“八六三”计划资助项目(2002

A A333040)。

＊通讯联系人。

T a b l e2　B r a n do f N d B Rp r o d u c e db y ma i nm a n u f a c t u r e r s o f s y n t h e t i cr u b b e r i nt h ew o r l d

M a n u f a c t u r e r B r a n d

M a s s f r a c t i o n

o f c i s-1,4-u n i t/%

ML(1+4)

100℃

V o l a t i l e/%A s h/%

D e n s i t y/

(g·c m-3)

R e m a r k

C h i n a N i B R9000≥95.045±5≤0.50≤0.2

P e t r o C h i n a B R9100-41≥96.038-43≤0.75≤0.5

P e t r o C h i n a B R9100-47≥96.044-50≤0.75≤0.5

P e t r o C h i n a B R9100-53≥96.051-56≤0.75≤0.5

C h i M e i K I B I P O LP R v4098.040±5≤0.75≤0.30.91

J S R T70095.0420.90

J S R B R5195.0380.90

J S R B R73095.0550.90

K a r b o c h e m N D4097.5400.89

K a r b o c h e m N D4597.5450.89

K a r b o c h e m N D6097.7600.89

L a n x e s s B u n a C B22≥96.063≤0.50≤0.50.91

L a n x e s s B u n a C B23≥96.051≤0.50≤0.50.91

L a n x e s s B u n a C B24≥96.044≤0.50≤0.50.91

L a n x e s s B u n a C B25≥96.044≤0.50≤0.50.91

L a n x e s s B u n a C B29≥96.037≤0.50≤0.60.93M E S37.5p h r N K N H S K D(N)196.040-49≤0.40≤1.00.92

N K N H S K D(N)296.050-59≤0.40≤0.80.92

N K N H S K D(N)396.060-70≤0.40≤1.00.92

P e t r o f l e x B R N d-4097.0420.87

P o l i m e r i B R4098.038-48≤0.75≤0.30.91

P o l i m e r i B R6098.060-66≤0.75≤0.30.91

P o l i m e r i B RO E98.032-34≤0.75≤0.30.93H I-A R37.5p h r S I B U R S K D-N D(Ⅱ)98.040-49≤0.40≤1.00.91

S I B U R S K D-N D(Ⅲ)98.050-59≤0.40≤0.80.91

S I B U R S K D-N D(Ⅳ)98.060-70≤0.40≤1.00.91

M i c h e l i n94.344±5≤0.80≤0.70.90

B r i d g e s t o n e D I N E40N D96.040±5≤0.50≤0.30.90

　M E S:m i l d e x t r a c t e ds o l v e n t;H I-A R:h i g ha r o m a t i c o i l.

2　N d B R的拉伸性能

N d B R硫化胶的拉伸性能是一项重要质量指标。世界上主要合成橡胶公司的N d B R拉伸性能的质量指标、典型数据以及测试结果列于表3,其数值的差异主要与混炼工艺、硫化配方、硫化条件等的不同有关。

总的来说,N d B R的300%定伸应力高于8.0M P a,拉伸强度高于15.5M P a,扯断伸长率高于400%。N d B R的拉伸强度和扯断伸长率同时优于N i B R(N i B R9000)优级品。国产N d B R的质量指标与国外产品相当。

与N i B R相比,N d B R的硫化时间较短,焦烧时间也相应较短;生胶强度大,有利于提高生轮胎的尺寸稳定性;在开炼机上,N d B R在较宽的温度和辊距范围内均具有较好的包辊行为,N d B R的2区(包辊区)至3区(脱辊区)转变温度比N i B R 高20～30℃[4-6];黏性大,混炼时“吃料”快,能改善混炼时炭黑等配合剂在生胶相中的分散度与分散效果;与炭黑结合能力较强,混炼胶的门尼黏度高。

3　N d B R的结构参数

N d B R的结构包括微观结构和宏观结构。微观结构主要是指聚丁二烯的顺式-1,4-结构、反式-1,4-结构和1,2-结构单元;宏观结构主要包括聚合物的重均相对分子质量(M w)、数均相对分子质量(M n)和相对分子质量分布(M w/M n)等。N d B R的结构参数列于表4。

稀土催化剂合成的聚丁二烯具有极高的1,4-结构含量(顺式-1,4-结构质量分数甚至可达到98%以上)、极低的1,2-结构含量(质量分数小于1.0%),支化度和凝胶含量极低,线型

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·合　成　橡　胶　工　业 第31卷