环烷油-理想的橡胶增塑剂

1 介绍

       矿物油是橡胶生产中常用的增塑剂(橡胶填充油),按照烃类组成的不同,可以分为石蜡基,环烷基和芳香基三种。传统上,橡胶生产商倾向于使用芳烃抽提油(即芳香基油),用于EPDM、IR等极性较强的胶种,使用石蜡基油品用于EPDM、IR等极性较弱的胶种。芳烃抽提油价格低廉,而且从纯技术角度考虑一般情况下使用效果良好。但是随着毒性和环境影响等方面的因素日益受到人们的关注,以及炼油工艺的提高合进步,芳烃抽提油的使用和供应受到越来越多的限制。试验证明,同样具有良好相容性能,同时更环保的环烷基油成为最佳的替代物之一。尼纳斯石油公司作为世界上最大的环烷基油生产和供应商,对环烷基油在橡胶生产应用方面进行了大量深入的研究对比工作。试验结果表明,尼纳斯公司的环烷基油品不仅可以完全取代芳烃抽提油用于极性橡胶的生产,同时也可以用于EPDM等非极性橡胶的生产,并且不影响最终产品性能。本文介绍了欧洲限制芳烃抽提油使用的法规的出台情况,以及尼纳斯环烷基油在多种橡胶试验中的数据对比,具有很好的参考价值。

2 芳烃油的使用受到限制

       尽管从纯技术角度考虑,芳烃油使用效果良好,但是由于环境保护和健康因素的原因,在全世界范围,这类橡胶增塑剂的使用已经受到了严格的控制。而且随着炼制工艺的提高,这种原先供应充足的油料也开始面临供应不足的问题。

2.1 欧洲关于在轮胎中限制

       使用芳烃油法规的出台关于芳烃油对人体健康和环境影响的顾虑其实由来已久,橡胶工业制造商们也早就担心,含有致癌苯环的芳烃油对工人和工作环境有着严重的不良后果。这种担忧近 10年来已经化成了实际的限制行动。1994 年瑞典国家化学产品监察署发表了一篇报告,称从轮胎表面磨损下来的橡胶颗粒正在向人们生存的环境散播毒素。该报告指出,附着在橡胶颗粒上的有毒成分,最终会分解成为游离粒子而扩散到环境中,芳烃油所富含的多环芳烃成分则对水体生物产生严重的危害。

2.2 芳烃油的供应有所减少

      传统的炼油厂采用老三套工艺生产润滑油基础油,在溶剂精制过程中,芳烃油作为一种副产品产出,供应充足而且可以以相对较低的价格出售。但是随着世界范围内的加氢工艺的普遍采用,溶剂精制工序逐渐减少使用或者废止,势必造成了芳烃油的供应大幅度减少,无法满足橡胶行业的使用要求。

3 环烷油是理想的橡胶增塑剂

BLIC专业调查小组所提出的芳烃油取代物的核心特性为,油品必须是非致癌性的。而要满足这一特性,指标限定如下:

(1)根据IP346 方法(测量可萃取DMSO化合物的数量),油品多环芳烃含量必须少于 3%,而埃姆斯试验所得MI值小于 1。

(2)对某些特定的多环芳烃允许含量进行调整,以前 50ppm是允许的最高总含量,但目前正在讨论将这一数值降到 10ppm。尼纳斯所生产的环烷基油,通过严格的加氢工艺,将油品中的多环芳烃转化为环烷烃分子,从而可以轻松满足上述健康和环保的要求。不仅如此,试验结果表明,尼纳斯环烷基油取代芳烃抽提油以及石蜡基油品,用作橡胶增塑剂,在技术上是完全可行的。

3.1 环烷油在丁苯橡胶、天然橡胶以及类似弹性体中的应用

      芳烃油之所以可轻易在极性橡胶配方中使用,关键在于芳香烃本身具有很高的极性,根据“相似相容”的原理,对同样具有较强极性的天然橡胶和丁苯橡胶有着较好的相容性。环烷烃结构虽然在极性上比芳香烃略有不足,但是比石蜡基油品却又高出很多,可以作为丁苯橡胶、天然橡胶、异戊二烯橡胶以及顺丁橡胶的增塑剂。尼纳斯和独立实验室合作,比较了两种丁苯橡胶配方,一种含有芳烃油,另一种以尼纳斯环烷基油Nytex820 作为增塑剂。对比配方仅仅做了增塑剂的互换,而没有针对环烷基油进行任何优化。

3.2 环烷基油在EPDM等非极性橡胶中的应用

      人们曾经对在EPDM等非极性橡胶中使用环烷油作为增塑剂表示怀疑,原因在于较旧型号和精炼程度较低的环烷基油中所含的杂质可能扰乱使用过氧化氢的硫化过程。然而现在经过严格加氢工艺处理的优质环烷油已经不再含有这类物质,从而消除了不利的影响,尼纳斯进行的一项试验证明了这一点。在这项试验中,试验人员把两种高精度环烷油(分别为尼纳斯Nytex系列产品和Nylex系列产品)与一种低度精炼的环烷油进行比较,同时也与EPDM橡胶常用的石蜡基油进行比较。都用过氧化氢进行硫化,结果显示,低度精炼的环烷油性能很差,而高度精炼的环烷油性能表现优良。