張濤，鄒云峰，車浩，孫聚華，鄒向陽，王積悅，鄭翔，蔡小平（中國石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 0；中國石油吉林石化公司銷售公司，吉林 吉林 0；中國石油吉林石化公司商務管理處，吉林 吉林 0）

特約評述

乙丙橡膠生產(chǎn)工藝與技術

張濤3，鄒云峰2，車浩2，孫聚華1，鄒向陽1，王積悅1，鄭翔1，蔡小平1
（1中國石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2中國石油吉林石化公司銷售公司，吉林 吉林 132021；3中國石油吉林石化公司商務管理處，吉林 吉林 132021）

乙丙橡膠以其獨特的性能，在汽車工業(yè)、建筑行業(yè)、油品添加劑、塑膠跑道等領域有廣泛的應用。本文主要介紹了乙丙橡膠生產(chǎn)技術、乙丙橡膠產(chǎn)品牌號、性能以及應用領域，結合現(xiàn)有的乙丙橡膠科研情況，闡述了乙丙橡膠催化劑的研發(fā)、核殼型球狀乙丙橡膠、原位聚合法合成長鏈支化乙丙橡膠、乙烯、丙烯與其他二烯烴的共聚物研究進展；詳細研究了乙丙橡膠溶液聚合工藝技術中的聚合技術、單體回收技術、失活洗滌技術、閃蒸提濃技術以及國外公司在中國建設裝置的生產(chǎn)技術情況。提出了乙丙橡膠的關鍵生產(chǎn)技術是乙丙橡膠聚合所采用的催化劑體系，通過催化體系的更新?lián)Q代，開發(fā)不同用途的乙丙橡膠，以滿足開發(fā)高性能材料的要求。在此基礎上，指出了今后乙丙橡膠新的催化體系開發(fā)將成為未來的研究重點。

乙丙橡膠；生產(chǎn)；催化劑；溶液；聚合物

乙丙橡膠（EPDM）是乙烯、丙烯和二烯烴單體溶液聚合生產(chǎn)的一種通用合成橡膠，因其主鏈是由化學穩(wěn)定的飽和烴組成，只是在側鏈含有不飽和雙鍵，故其具有良好的耐熱性、耐臭氧性、耐候性、耐低溫性、介電性能優(yōu)異等優(yōu)點。

乙丙橡膠作為七大合成橡膠品種中發(fā)展最快的一種，其新技術不斷進步、新品種不斷研發(fā)和新用途不斷拓展，全球乙丙橡膠需求量年均增長率保持在 4%～5%［1］。中國和印度的汽車、電線電纜及潤滑油添加劑等終端用戶行業(yè)發(fā)展勢頭強勁，預計未來幾年對EPDM的需求量將顯著增長，遠高于世界平均水平。由于前期中國乙丙橡膠存在巨大的市場缺口，巨大的市場商機推動了眾多企業(yè)投資乙丙橡膠的進程。目前在中國擬建或招商乙丙橡膠項目的廠家已有10余家之多，擬增總能力將超過90萬噸/年。隨著乙丙橡膠新牌號的開發(fā)，從而拓寬了乙丙橡膠的應用領域［2］。

吉林石化公司擁有3套乙丙橡膠裝置，總生產(chǎn)能力8.5萬噸。隨著裝置的擴能，研制開發(fā)改性釩催化劑、茂金屬催化劑以及后過渡金屬催化劑是解決乙烯-丙烯以及α-烯烴共聚合的關鍵問題，新技術的工業(yè)化代表裝置的技術水平［3-4］。

1　乙丙橡膠生產(chǎn)工藝技術

溶液聚合技術、懸浮聚合技術和氣相聚合技術是乙丙橡膠的3種工業(yè)化生產(chǎn)工藝技術［5-6］。乙丙橡膠的生產(chǎn)工藝技術主要是溶液聚合生產(chǎn)工藝技術。

乙丙橡膠溶液聚合技術為乙烯、丙烯、第三單體在齊格勒-納塔型催化體系的作用下在聚合反應器中聚合生產(chǎn)出乙丙橡膠。聚合反應熱70%由原料單體、溶劑預冷移出，30%由氣體循環(huán)冷卻系統(tǒng)移出，達到有效移出聚合反應熱的目的。聚合膠液經(jīng)脫除未反應的乙烯、丙烯后進入催化劑失活和洗滌工序。聚合液中催化劑經(jīng)失活、洗滌、分層分離。洗滌后的聚合液加入各種穩(wěn)定劑，送到閃蒸提濃、擠出造粒單元去除溶劑。

乙丙橡膠聚合反應采用溶液聚合工藝，溶劑為己烷，乙烯、丙烯和二烯烴在齊格勒-納塔型催化體系作用下按配位聚合機理進行共聚合反應。乙丙橡膠溶液聚合技術具有反應時間短、聚合穩(wěn)定性好、凝膠含量少、產(chǎn)品覆蓋面寬、特色產(chǎn)品競爭力強等特點。該工藝路線技術成熟，產(chǎn)品雜質含量低，應用領域廣，具有較強的競爭力。

1.1配位陰離子聚合工藝技術

乙丙橡膠溶液聚合技術采用齊格勒-納塔催化體系，具有反應速度、溫度、黏度可控以及單體轉化率高等特點。通過改變催化劑的進料方式，調整催化劑配比，使催化劑在溶液中分布均勻，控制了乙丙橡膠的門尼黏度、相對分子質量、相對分子質量分布以及聚合物的交聯(lián)度，使聚合物凝膠含量明顯降低。單體乙烯、丙烯的綜合轉化率達到98%以上。與同類聚合技術相比，乙丙橡膠溶液聚合技術反應可控性明顯提高，單體轉化率提高了3%以上。

在聚合過程中，通過調整溶液己烷的進料量來控制聚合體系的黏度，在反應過程中，通過定時檢測溶液的固含量來及時監(jiān)控體系黏度，隨時增加或降低己烷的進料量，使反應體系的黏度一直處于可控狀態(tài)，與同類聚合技術相比，聚合的膠液黏度可控，聚合釜內(nèi)傳熱較好，聚合反應溫度可控，聚合釜壁掛膠少，大大延長了設備的運行周期。

1.2單體及溶劑回收利用技術

乙丙橡膠單體及溶劑回收技術采用多塔串聯(lián)精餾工藝脫除氣相中未反應的單體乙烯、丙烯。該技術通過控制精餾塔的塔板數(shù)、壓力和溫度來控制精餾的效果。脫氣效果好，可有效地回收未反應的單體，回收的單體通過壓縮機循環(huán)送入聚合系統(tǒng)繼續(xù)進行聚合反應。該技術不但提高單體的利用率，而且降低了氣相中有害組分的含量，減少了環(huán)境污染。

乙丙橡膠單體及溶劑回收技術采用精餾工藝對回收的溶劑己烷進行精制。該技術通過控制精餾塔塔底溫度和塔壓來控制回收己烷的精制效果，控制精制己烷的水含量≤10μg/g，達到了聚合級溶劑己烷的精度要求。

1.3失活洗滌技術

乙丙橡膠失活洗滌技術采用甲醇失活、堿洗、水洗脫灰工藝技術。在水洗過程中對水洗溫度、壓力進行控制，提高了水洗失活單元操作的溫度以及壓力，降低了膠液中的水含量。該技術具有水洗后催化劑脫除徹底、產(chǎn)品外觀顏色好的特點。

1.4干式脫溶劑后處理技術

乙丙橡膠干式脫溶劑后處理技術采用一級、二級預熱器加熱，真空閃蒸、擠出脫揮和擠出干燥技術來脫除膠液中的溶劑己烷，通過控制閃蒸罐的閃蒸壓力和擠出機的溫度、轉速來控制脫溶劑效果，具有閃蒸罐掛膠少、閃蒸速度快、脫揮效率高、閃蒸效果好的特點。

2　國內(nèi)乙丙橡膠生產(chǎn)技術

2.1德國Lanxess公司乙丙橡膠生產(chǎn)技術

德國Lanxess公司在中國常州建設規(guī)模為16萬噸/年的乙丙橡膠裝置。該裝置采用原DSM公司先進的Keltan ACE（advanced catalysis elastomers）催化劑技術［7］。采用ACE催化劑技術，能夠生產(chǎn)出品種豐富、可靠、高質量、多等級的二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠，產(chǎn)品覆蓋面寬，序列結構可控，能夠滿足高端制品的需求；該ACE催化劑催化效率較高、工藝環(huán)保、耗能更少、催化劑不需要脫除。中國常州德國Lanxess公司乙丙橡膠裝置的投產(chǎn)，極大地提升了德國 Lanxess公司乙丙橡膠產(chǎn)品的實力，特別是大幅度提高了在中國乃至亞洲地區(qū)的市場競爭力。因此，德國Lanxess公司將成為吉林石化公司乙丙橡膠產(chǎn)品極為主要的競爭對手［8］。

2.2中國石化三井公司乙丙橡膠生產(chǎn)技術

上海中國石化三井彈性體有限公司7.5萬噸/年乙丙橡膠裝置已經(jīng)建成投產(chǎn)，該裝置采用茂金屬催化劑系列先進工藝技術。隨著其裝置的建成投產(chǎn)，將有著催化活性高、生產(chǎn)工藝縮短、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品加工性能好、結構可控、可生產(chǎn)牌號及品種范圍寬等優(yōu)勢，不僅填補空白，給中國市場帶來了非常大的沖擊。由于其生產(chǎn)裝置采用茂金屬催化技術，乙丙橡膠生產(chǎn)成本較低，提升其競爭實力，因此，上海中國石化三井彈性體有限公司將成為吉林石化公司乙丙橡膠產(chǎn)品又一個強勁的競爭對手［9］。

2.3韓國SK公司乙丙橡膠生產(chǎn)技術

韓國SK公司在中國寧波建設了一套5萬噸/年乙丙橡膠裝置，該項目的目標市場是中國，催化體系采用典型的釩-鋁催化體系。隨著裝置的穩(wěn)定運行，產(chǎn)品的競爭力將得到顯著提升，也是吉林石化公司乙丙橡膠產(chǎn)品不容忽視的競爭對手［10］。

2.4吉林石化公司乙丙橡膠生產(chǎn)技術

吉林石化公司乙丙橡膠裝置是國內(nèi)唯一一家擁有自主知識產(chǎn)權的乙丙橡膠生產(chǎn)技術，采用改進的 Ziegler-Natta型釩-鋁催化體系溶液聚合工藝生產(chǎn)乙丙橡膠。經(jīng)過近二十年的生產(chǎn)實踐，對原有引進的 2萬噸/年生產(chǎn)技術進行改進與提升，形成了獨具特色的溶液聚合技術。乙丙橡膠 4萬噸/年裝置的成功建成投產(chǎn)，使吉林石化公司乙丙橡膠的總產(chǎn)能達到 8.5萬噸/年，而且增添了乙丙橡膠新牌號［11］，有力地提升吉林石化公司乙丙橡膠裝置的競爭優(yōu)勢。

吉林石化公司乙丙橡膠裝置以乙烯、丙烯為原料，以乙亞基降冰片烯（ENB）或雙環(huán)戊二烯（DCPD）為第三單體，以正己烷為溶劑，采用齊格勒-納塔（V-Al）催化體系和溶液聚合工藝，可生產(chǎn)二元、三元ENB型、三元DCPD型及充油型乙丙橡膠產(chǎn)品。

目前裝置生產(chǎn)的三元膠主要牌號為 J-3080、J-4090、4045、J-3092E、J-2070、J-3080P、J-5105等產(chǎn)品，主要牌號與國外牌號技術指標對比見表1。

3　乙丙橡膠主要品種性能以及應用領域

乙丙橡膠產(chǎn)品種類較多，重點介紹有代表性的產(chǎn)品性能及應用領域。

（1）J-3080、三井3092M、韓國SK512F、?？松?5601

①關鍵性能門尼黏度高，硫化速度適中，相對分子質量分布窄，乙烯含量高，擠出性能好，具有優(yōu)異的高填充性，與聚丙烯相溶性好。

②應用領域適合于汽車密實密封條、膠管、汽車散熱管、汽車零部件、減震制品、防水卷材、集裝箱密封條、門窗密封條、塑膠跑道、鞋材等橡膠制品。

表1　吉林石化公司乙丙橡膠與國外公司乙丙橡膠相近的牌號

（2）J-3092E、三井 3090EM、朗盛 4869、?？松?3666

①關鍵性能門尼黏度高，硫化速度快，相對分子質量分布窄，乙烯含量適中，混煉加工性能好，低溫柔軟性能好。

②應用領域適合于生產(chǎn)汽車密實密封條、汽車減震件、集裝箱密封條、各種膠管、家用電器、低溫膠管等耐寒橡膠制品，橋梁支座和軌枕等起減震作用的橡膠制品。

（3）4045、三井4045M、韓國SK505A、朗盛 2750

①關鍵性能門尼黏度適中，硫化速度極快，相對分子質量分布寬，乙烯含量適中，加工性能優(yōu)異，綜合性能好，適合與二烯烴橡膠并用。

②應用領域適合于電線電纜絕緣橡膠制品、熱絕緣海綿膠管、模制海綿橡膠制品，適合生產(chǎn)汽車胎側、透明橡膠制品、自行車彩胎等彩色橡膠制品、飲用水密封件及其他各種模壓橡膠制品。

（4）J-4090、?？松?602、朗盛 6950

①關鍵性能門尼黏度高，硫化速度極快，乙烯含量適中，低溫性能優(yōu)異，綜合性能好。

②應用領域適合于汽車海綿密封條及密實密封條，與二烯烴橡膠并用生產(chǎn)汽車胎側，適合于耐低溫橡膠制品、其他各種海綿橡膠制品及各種快速硫化擠出制品。

（5）J-2070、三井 2060M、?？松?2605

①關鍵性能門尼黏度較高、硫化速度相對較慢、相對分子質量分布窄、乙烯含量適中、加工性能好、低溫性好、與丁基橡膠相容性好。

②應用領域與丁基橡膠并用生產(chǎn)汽車內(nèi)胎、氣囊、防水卷材以及汽車V帶等耐熱膠帶。

（6）J-5105、朗盛 9950、埃克森 8600

①關鍵性能門尼黏度高，第三單體含量高。硫化速度極快，乙烯含量適中，低溫性能優(yōu)異，綜合性能好。

②應用領域適合于汽車海綿密封條及各種發(fā)泡材料，適合于耐低溫橡膠制品、其他各種海綿橡膠制品及各種快速硫化擠出制品。

（7）J-0010、路博潤 7067、雪弗龍8900E

①關鍵性能門尼黏度低，相對分子質量分布窄，溶解性、低溫性能及剪切穩(wěn)定性特別優(yōu)異，抗氧化性好。

②應用領域調制高檔潤滑油，用于CH-4及以上級別。

4　科研開發(fā)進展

4.1新技術進展

4.1.1國內(nèi)新技術進展

（1）改性三氯氧釩催化劑吉林石化公司研究院采用酚類化合物對三氯氧釩進行改性，合成了改性三氯氧釩，并以改性三氯氧釩為主催化劑，以倍半烷基鋁為助催化劑，形成了改性三氯氧釩/烷基鋁催化體系，并采用該催化體系，合成了具有窄相對分子質量分布的三元乙丙橡膠［12］。在氫氣作為相對分子質量調節(jié)劑的條件下，所合成的乙丙橡膠相對分子質量分布在2.22～2.35范圍內(nèi)。

（2）后過渡金屬催化劑吉林石化公司研究院采用以自主開發(fā)的后過渡金屬催化劑為主催化劑，以烷基鋁為助催化劑，形成了后過渡金屬/烷基鋁催化體系，并采用該催化體系合成了三元乙丙橡膠［13］，有效地提高了催化效率以及第三單體的轉化率。

4.1.2國外新技術進展

（1）Ⅳ族過渡金屬催化劑韓國YOON等［14］采用Ⅳ族過渡金屬催化劑制備了乙烯-C3～20α-烯烴-二烯三聚物。GPC測定其相對分子質量可達100000～500000，LCB（長鏈支化）指數(shù)的位置值由橡膠加工分析儀在125℃下用寬角振動和高應變進行測定。該三聚物具有長鏈支化結構，能同時滿足良好的加工性能和彈性。

（2）新型溶液聚合反應器意大利FASTECH S.R.L.公司的QUADRI等［15］研究了一種乙烯-丙烯彈性共聚物或乙烯-丙烯-二烯烴彈性三聚物［EP（D）M］的溶液聚合工藝以及相應的聚合反應器。特別是該工藝單體在聚合反應階段，原料乙烯、丙烯以及任選一種的二烯烴、催化體系、氫氣以及烴溶劑被連續(xù)進料至一個帶有攪拌器的聚合反應器中，并被溶解在烴溶劑中；聚合反應器保持沸騰溫度40～70℃，壓力（8～15）×105Pa（表壓），反應器因部分蒸發(fā)過程而產(chǎn)生蒸氣；在脫氣階段，由聚合反應器中生成的 EPDM彈性體和未反應單體構成的混合溶液進入蒸餾塔中，在這里未反應單體從含聚合物的溶液中被分離出來；未反應單體從精餾塔中被分餾出來后，在（18～22）×105Pa（表壓）壓力下壓縮，冷卻至低于反應器的溫度，再循環(huán)至聚合反應器中，從而保證未反應單體的循環(huán)使用。

4.2新產(chǎn)品進展

4.2.1國內(nèi)新產(chǎn)品進展

（1）新型茂金屬乙丙橡膠制備技術浙江大學開發(fā)出一種新型茂金屬乙丙橡膠制備方法［16］。該種茂金屬催化劑呈核殼型球狀，包括內(nèi)核和中空結構的殼層，殼層為聚乙烯，內(nèi)核為乙烯-丙烯無規(guī)共聚物。先制備聚乙烯球狀粒子，利用聚乙烯球狀粒子制備茂金屬負載型聚乙烯粒子，再利用茂金屬負載型聚乙烯粒子通過共聚合反應制得核殼型球狀茂金屬乙丙橡膠。采用該方法制備的茂金屬乙丙橡膠具有高乙丙橡膠含量，在氣相聚合中，可以有效地阻止聚合物粒子發(fā)黏和結團，實現(xiàn)乙丙橡膠制備過程的無溶劑排放。

（2）長鏈支化新型三元乙丙橡膠沈陽化工大學與中國科學院長春應用化學研究所聯(lián)合研究了原位聚合法制備長鏈支化乙丙橡膠的新技術。以鐵系催化劑制備了具有一定1，2-結構含量的聚丁二烯，然后在釩系催化劑存在下進行原位乙丙共聚合，合成了新型三元乙丙橡膠［17］。通過相位角差的檢測，檢測到具有一定量的長鏈支化結構，為新型三元乙丙橡膠工業(yè)化開發(fā)奠定了基礎。

（3）乙烯/丙烯/多官能度化合物三元共聚彈性體中國科學院長春應用化學研究所［18］發(fā)明了一種新型乙丙橡膠及其制備方法，包括：在釩系催化劑、烷基鋁化合物和有機氯化物的作用下，將乙烯、丙烯與第三單體反進行聚合反應，得到三元乙丙橡膠。第三單體包括三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、二乙二醇雙丙烯酸酯、二乙烯基苯或N，N′-亞甲基雙丙烯基酰胺。該方法采用上述化合物作為第三單體與乙烯和丙烯進行聚合反應時，這種化合物的加入不會降低釩系催化劑的催化活性。該制備方法催化效率較高，成本較低，無氣味。

（4）一種乙烯-丙烯-聚異戊二烯共聚物中國科學院長春應用化學研究所［19］研究了一種乙烯-丙烯-聚異戊二烯共聚物的制備方法。該制備方法為在第一催化體系（如鈦系催化劑）的作用下，將異戊二烯進行第一聚合反應，得到聚異戊二烯反應體系；然后在第二催化體系（釩系催化劑、烷基鋁等）的作用下，將乙烯和丙烯在所述聚異戊二烯反應體系中進行第二聚合反應，得到乙烯-丙烯-聚異戊二烯共聚物。

（5）乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物中國科學院長春應用化學研究所［20］還研究了以聚丁二烯共聚物為第三單體，制備乙丙橡膠彈性體。該制備方法為在第一催化體系的作用下，將丁二烯進行第一聚合反應，得到聚丁二烯反應體系；然后在第二催化體系的作用下，將乙烯和丙烯在所述聚丁二烯反應體系中進行第二聚合反應，得到乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物。該方法制備乙烯-丙烯-聚丁二烯共聚物時催化劑的催化活性較高。

4.2.2國外新產(chǎn)品進展

德國科德寶-NOK密封技術公司（Freudenberg-NOK Sealing Technologies）已經(jīng)開發(fā)出基于甘蔗原料的三元乙丙橡膠［20］?？稍偕纳餆峁绦詮椥泽w生產(chǎn)技術發(fā)展始于2012年，該工藝以甘蔗為原料，生產(chǎn)出的聚合物大部分是從甘蔗導出的乙醇原料被轉化成乙烯所形成的。 以甘蔗為基礎原料，使原料的45%為生物可再生，并可減少碳排放量。但是大多數(shù)原料廠商現(xiàn)有的設備無法滿足這種先進制造工藝的需求，因此，科德寶公司已經(jīng)啟動了一個研究項目，以保證能夠開發(fā)出可以在新一代注塑工藝中使用的材料。而這款全新的更加環(huán)保的三元乙丙橡膠的出現(xiàn)也進一步推動了這一新概念的發(fā)展，并正在成為科德寶公司的主導方向。

5　結　語

通過對在中國建廠的國外乙丙橡膠裝置技術的分析研究，各套生產(chǎn)裝置的催化劑技術不同，生產(chǎn)的產(chǎn)品加工應用性能不同，乙丙橡膠生產(chǎn)技術的關鍵在于催化劑。因此，需要開展乙丙橡膠用催化劑的研究，實現(xiàn)乙丙橡膠產(chǎn)品的差別化，開發(fā)高檔次乙丙橡膠新產(chǎn)品，增加新品種；通過乙丙橡膠新產(chǎn)品配方優(yōu)化研究，使產(chǎn)品應用性能滿足用戶使用要求；建議在保證傳統(tǒng)牌號的同時，可以開發(fā)茂金屬催化劑，有效地控制聚合物產(chǎn)品組成及結構，合成乙丙橡膠專用產(chǎn)品。

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On the production of ethylene propylene diene monomer

ZHANG Tao3，ZOU Yunfeng2，CHE Hao2，SUN Juhua1，ZOU Xiangyang1，WANG Jiyue1，ZHENG Xiang1，CAI Xiaoping1
（1Research Institute of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China；2Sale Company of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China；3Commercial Management Department of Jilin Petrochemical Company，PetroChina，Jilin 132021，Jilin，China）

Ethylene propylene diene monomer（EPDM）has wide applications in the auto industry，construction industry，oil additives，plastic runway etc. due to its unique performance. This article summarizes the production technology of EPDM，and its grades，performance and applications. Based on the existing EPDM researches，the development of catalyst for EPDM，core-shell structure spherical EPDM，long chain branched EPDM by situ polymerization，and the copolymer by ethylene and propylene and other dienes are expounded. Meanwhile，the polymerization technology，monomer recovery technology，deactivation washing technology，and flash concentration technology in the solution polymerization of EPDM and the plant production technology of a foreign company in China are studied in detail. It puts forward that the key in the production of EPDM is the polymerization catalyst system. By the upgrading of catalysts，we could produce EPDM with different functions so as to meet the demand of high-performance materials. So，it points out that the development of new catalytic system will become one research focus in the future.

ethylene propylene diene monomer（EPDM）；production；catalyst；solution；polymers

TQ 333.4

A

1000-6613（2016）08-2317-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.08.02

2016-02-29；修改稿日期：2016-05-04。

張濤（1965—），男，碩士，高級工程師，主要研究領域為合成橡膠，高分子材料。E-mail jh_zhtao@petrochina.com.cn。聯(lián)系人：

蔡小平，教授級高級工程師，主要研究領域為合成橡膠、高分子材料。E-mail jh_caixp@petrochina.com.cn。