环保型絮凝剂EEDC在丁苯橡胶凝聚工艺中的应用

隋 军，郞 强,吴 英，殷 兰，庞建勋

(1.中国石油吉林石化公司 有机合成厂，吉林 吉林 132022；2.中国石油吉林石化公司 物资采购公司，吉林 吉林 132021；3.中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

乳聚丁苯橡胶是世界上用量最大的合成橡胶[1]，是丁二烯与苯乙烯两种单体经乳液聚合而形成的共聚物。乳液聚合所得到的丁苯橡胶胶乳是丁苯橡胶粒子在乳化剂的作用下与水形成的水包油型稳定的分散体系[2-3]，需要进一步凝聚、干燥才能得到丁苯橡胶。

传统的理论认为胶乳粒子的凝聚机理有三种：电荷中和机理、吸附架桥机理以及表面吸附机理[4-6]。要使胶乳体系中的丁苯橡胶粒子与水分开，就需要使乳化剂失去或削弱乳化作用，破坏其乳化功能，进而将丁苯橡胶粒子从稳定的乳液体系中分离出来。因此丁苯橡胶凝聚过程就是破坏胶乳粒子表面乳化剂的乳化功能，释放出聚合物粒子并聚结成较大的粒子，使其从水中分离出来。

目前乳聚丁苯橡胶生产过程中凝聚工艺大多采用高分子絮凝剂、硫酸的无盐凝聚体系，使用的絮凝剂为高分子凝聚剂二腈二胺甲醛缩合物(CA)[7-8]。随着凝聚技术的发展，近年来不断有新型絮凝剂得到推广和应用。聚环氧-胺类共聚物(EEDC)是新一代环保型絮凝剂，该产品相对分子质量高，稳定性好，不含甲醛，减少了环境污染及对人体的危害，同时具有较强的吸附架桥能力和电中和作用。本文考察了EEDC在丁苯橡胶生产中的应用效果并与CA进行了对比，发现该产品具有凝聚速度快、效果好以及用酸量低的特点，其用量约为传统絮凝剂CA的60%～70%，可替代传统絮凝剂CA用于丁苯橡胶凝聚工艺，具有较好的经济效益。

1 实验部分

1.1 原料

SBR1502胶乳：固含量为22.4%(质量分数)；絮凝剂EEDC：固含量为50%(质量分数)；絮凝剂CA：固含量为56%(质量分数)；硫酸(H2SO4)：分析纯；以上原料均取自中国石油吉林石化公司有机合成厂丁苯橡胶装置。

1.2 仪器设备

凝聚釜：50 L，北京拓川公司；蠕动泵(BT100)：保定兰格恒流泵有限公司；分析天平(MP51001)：上海恒平科技仪器有限公司；搅拌器：RW20，德国IKA公司。

1.3 实验方法

在模式装置凝聚釜中以每500 g干胶加入10 L的标准加入底液，凝聚温度控制在60 ℃，pH值控制在3～4。开启搅拌后依次加入SBR1502胶乳、凝聚剂，适量加入稀硫酸调节凝聚效果，通过母液透视度考察凝聚剂的凝聚效果，以确定凝聚剂用量、凝聚速度以及硫酸的消耗量。

2 结果与讨论

2.1不同絮凝剂对凝聚速度的影响

采用相同的凝聚条件，相同的絮凝剂加入量，考察规定时间内不同凝聚剂离析出的干胶量，结果见表1。

表1 不同絮凝剂对凝聚速度的影响

在相同的凝聚条件下，离析出干胶量越大，表明该絮凝剂凝聚速度越快，凝聚能力越强，凝聚效能越高。表1结果表明，在相同凝聚条件下，EEDC的凝聚速度高于CA。EEDC与CA同为有机高分子阳离子絮凝剂，通过减少丁苯胶体粒子表面的电荷，使相同粒子间的斥力减弱；在硫酸的辅助作用下，丁苯胶体粒子在碰撞时，就会结合而形成凝絮，使母液中难以自动沉淀的胶体失稳，从而附聚或聚合、搭桥而形成较大胶粒析出，完成凝聚过程。EEDC具有比CA更高的相对分子质量和阳离子度，其絮凝效果也就越好，单位质量的EEDC凝聚得到的干胶量也就越多。

2.2 不同絮凝剂对凝聚硫酸消耗量的影响

凝聚过程中凝聚底液pH值为3～4时凝聚效果最佳。当碱性的胶乳加入后会使体系的pH值升高，因此在凝聚过程中需要添加一定量的稀硫酸，用以调节体系的pH值，同时酸性体系可将胶粒表面的皂转化为有机酸。本实验对比考察了在相同絮凝剂用量情况下，等量胶乳进料量使底液达到澄清时，维持凝聚体系pH值所需稀硫酸消耗量(硫酸质量分数为10%)，结果见表2。

表2 不同絮凝剂对稀硫酸溶液用量的影响1)

从表2可以看出，在相同凝聚条件下，使用EEDC作为絮凝剂所消耗稀硫酸的量低于CA。因为EEDC比CA凝聚效果更好，所以在使用等量高分子絮凝剂时，作为辅助絮凝剂的稀硫酸用量也变少。

2.3 不同絮凝剂用量对凝聚效果的影响

采用相同的凝聚条件，对比考察不同的絮凝剂、不同用量情况下凝聚底液的透视度。实验参照丁苯橡胶生产工艺CA用量，环保型絮凝剂EEDC加入量按CA加入量的70%进行，对比考察不同絮凝剂的凝聚效果。本实验采用观察母液的透视度，即母液的透明程度来表示不同絮凝剂的凝聚效果。测试方法为：取一定量的凝聚后的母液倒在25 mL量筒里面，量筒底部做好十字花标记，将量筒放在桌面上，透过量筒上水面垂直观察量筒底部，边观察边向量筒里面加入母液，直到不能清晰看到底部十字花标记为准，此时量筒里面母液液位对应体积数即此次母液透视度数据，其结果见表3。

表3 不同凝聚剂母液透视度

表3表明，评价样品EEDC的用量为CA质量的70%时即可以达到较好的凝聚效果。阳离子度是影响絮凝效果的关键因素。絮凝剂用量越多，体系内的阳离子浓度越高，电中和、架桥等作用越强烈，凝聚效果越好，母液透视度也越高。同时，表3数据也再次证实了EEDC的凝聚效果要略好于CA.

2.4 不同絮凝剂对产品性能的影响

采用相同的凝聚条件，絮凝剂CA质量分数为0.220%，絮凝剂EEDC质量分数为0.154%，分别制备两组SBR1502样品，进行物性分析，考察不同的凝聚剂对产品性能的影响，结果见表4。

从表4可以看出，两种絮凝剂制备的样品物性均可达到丁苯橡胶SBR1502优级品技术标准，说明环保型絮凝剂EEDC对产品性能无影响，可用于丁苯橡胶的凝聚工艺。

2.5 经济效益对比分析

以中国石油吉林石化公司16万t/a丁苯橡胶计算，按每吨丁苯橡胶所需传统絮凝剂CA 0.005 t计算，每年需消耗CA 800 t，费用为1 000万元。如改用EEDC，按CA用量70%计算，每年需消耗EEDC仅560 t，费用为868万元，每年可节约成本132万元。

3 结 论

(1) 环保型絮凝剂EEDC与传统絮凝剂CA相比，凝聚速度快，用酸量低，凝聚效果好。

(2) 以EEDC作为絮凝剂，按CA质量的70%加入量制备的丁苯橡胶样品可达到优级品技术标准，可用于丁苯橡胶的凝聚工艺。

(3) 采用环保型絮凝剂EEDC用于丁苯橡胶凝聚工艺具有一定的经济效益。

参 考 文 献：

[1] 曹建明，李晶，赵玉中.我国乳聚丁苯橡胶现状及发展建议[J].化工新型材料,2007,35(1):87-89.

[2] 赵旭涛，刘大华.合成橡胶工艺手册[M].北京:化学工业出版社，2006.

[3] 王锡玉，焦永红.合成橡胶生产工艺手册[M].北京:化学工业出版社，2005.

[4] 聂建波，黄万抚.乳状液破乳机理研究进展[J].江西有色金属，2004,18(2):38-40.

[5] 刘梦绯.油水乳状液微波破乳机理研究[D].北京:北京化工大学，2011.

[6] 龙卫红.以环氧丁烷为共聚单体合成破乳剂及其破乳机理研究[D].成都:西南石油大学，2014.

[7] 薛蕃芙.高分子絮凝剂在丁苯凝聚工艺中的应用[J].合成橡胶工业，1985,8(3):153-155.

[8] 李愿鹏.乳聚丁苯橡胶后处理工艺技术改进[J].化学工业与工程技术，2012,33(3):50-54.