薛小栋 ( 尼纳斯石油(上海)有限公司，上海200122 ) 作者筒介：薛小栋(1975-)男，2OOO年毕业于石油大学(华东)，现任尼纳斯石油(上海)有限公司基础油和工艺添加油销售主管。

    摘要：在欧洲。对芳烃油使用的限制已经成为轮胎和橡胶制品生产商的热门话题。出于环保和健康考虑。选择合适的替代增塑剂已经势在必行。环烷基油的技术和环保优势从而得以体现。尼纳斯石油是世界上最大的环烷基油公司。文中就其产品在橡胶加工中的应用作了深入的研究和对比。
    关键词： 增塑剂；环烷基油；橡胶；环保

    O 前言
    矿物油是橡胶加工中常用的增塑剂(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，橡胶制品生产商倾向于将芳烃油(即芳香基油)用于NR，SBR等极性较强的胶种，将石蜡基油用于EPDM，HR等极性较弱胶种。芳烃油价格低廉，从纯技术角度考虑，通常使用效果良好。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，以及随着炼油工艺水平的提高，芳烃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，对环境友好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，在环烷基油的橡胶加工应用方面作了大量深入的研究和对比工作。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油用于极性橡胶的加工，同时，也可以用于EPDM等非极性橡胶的加工而不影响其最终性能。
    1 芳烃油的使用受到限制
    尽管从纯技术角度考虑，芳烃油效果仍然良好，但是，由于环境保护和健康因素的原因，在世界范围内，这类橡胶增塑剂的使用已经受到严格的控制。随着石油炼制工艺水平的提高，这种原先供应充足的油料也开始出现供应不足的窘况。
    1．1 欧洲关于在轮胎中限制使用芳烃油的法规出台
    关于芳烃抽提油对人体健康和环境影响的顾虑，其实由来已久。含有可能致癌的苯环的芳烃油会给操作人员和工作环境带来严重的后果。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城市和农村散播毒素。这篇报告直接导致了BLIC(欧洲经济共同体橡胶工业联络局)委派了一个小组进行调查，并寻找芳烃油的合适替代物。目前，这项工作已经在欧洲全面展开，并且预计2009年将在轮胎行业全面禁止使用芳烃油。
    1．2 芳烃油的供应有所减少
    炼油厂采用传统的老三套工艺生产润滑油基础油。在溶剂精制过程中，芳烃作为一种副产品，它供应充足而且可以以相对较低的价格出售。但是，随着加氢工艺的普遍采用，溶剂精制工序逐渐减少或者废止，势必造成芳烃油的供应大幅度减少。
    2 环烷基油是理想的橡胶增塑剂
    BLIC专业调查小组提出的芳烃油取代物的核心为，油品必须是非致癌性的，其限定条件为：(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低于百分之三，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。早些时候，50 ppm是最高允许总含量，但目前正在讨论将这一数值降到10 ppm。
    尼纳斯公司生产的环烷基油，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，满足了健康和环保的要求。不仅如此，试验结果还表明，尼纳斯环烷基油取代芳烃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。
    2．1 环烷基油在丁苯橡胶(SBR)天然橡胶以及类似弹性体中的应用
    芳烃油之所以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”的原则，对同样具有较强极性的天然橡胶和丁苯橡胶也具有较好的相容性。环烷烃结构虽然在极性方面比芳香烃略有不足，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。
    尼纳斯公司和独立实验室合作，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N ex 820作为增塑剂。对照配方仅仅作了增塑剂的互换，而没有针对环烷基油进行任何优化。试验结果见表1。
     
    由试验结果可见，采用不同增塑剂的橡胶制品其机械性能几乎相同。在含有芳烃油的橡胶配方中，硫化程度稍低一些，这是因为芳烃油中含有相当多的硫原子，这些硫原子在硫化反应过程中，可以起到促进剂的作用。在真正采用环烷基油作为增塑剂的橡胶配方中，可以进行适当的配方优化，譬如，调整硫化剂的添加方法来提高胶料的硫化程度。
    2．2 环烷基油在EPDM 等非极性橡胶中的应用
    人们曾经对EPDM等非极性橡胶中将环烷基油用作增塑剂表示怀疑，原因在于，较旧型号和精炼程度较低的环烷基油所含的杂质可能扰乱使用过氧化物的硫化过程。然而，现在经过严格加氢工艺，优质环烷基油已经不再含有这类物质，从而消除了不利影响。在试验中，试验人员把两种高精度环烷基油(分别为尼纳斯Nytex系列产品和Nytlex系列产品)与一种低精度的环烷基油进行了比较；同时，也与EPDM橡胶常用的石蜡基油进行了比较。胶料都用过氧化物进行硫化。结果显示，低精度环烷基油功能很差，而高精度环烷基油则表现不凡(见图1)。最大扭距M 表征硫化程度。
    
    试验结果还表明，把环烷基油用在过氧化物硫化的EPDM橡胶中，可以取得极高的机械性能。当然，在这种应用情况下，选择合适的环烷基油也非常重要。芳烃含量越低，对提高胶料的交联程度越有利。在试验中选用了尼纳斯精练程度最高的工业级白油，它是符合美国食品与药品监督局(F．DA)B级的Nytlex222B。试
验结果见表2。
    
    相对于过氧化物硫化的EPDM，环烷基油在用硫黄进行硫化的EPDM配方体系中更能够发挥作用。这得益于环烷基油中尚存的芳烃或少量杂环原子，能够对提高胶料交联程度有所帮助。同样，使用Nytlex 222B作为增塑剂的对照配方见表3。
    
    这里需要指出的是，在用硫黄硫化的EPDM配方体系中，选用深度精制的Nyflex222B未必是最好的选择。因为精炼程度高，Nyflex 222B几乎不含有芳烃和其他杂环原子，这样，等于去除了硫化促进剂。在尼纳斯进行的另一项对比试验中，采用符合FDA C级的Nyflex 820作为增塑剂，则取得了更好的交联效果。
    在尼纳斯公司进行的所有对比试验中，都未针对环烷基油的特点而进行配方优化，仅仅是用环烷基油取代了原配方中的增塑剂而已。而在真正使用环烷基油的橡胶配方中，完全可以通过调整配方，使最终产品达到相似硫化程度，提高最终性能。
    此外，试验还表明，用环烷基油作为增塑剂可以有效地增加填料在胶料中的分散效果，从而提高成品的拉伸强度，这主要得益于和石蜡基油相比，环烷基油具有更好的溶解性能。
    3 尼纳斯橡胶增塑剂系列产品和胶种相容性选择
    尼纳斯公司目前有三个系列的橡胶填充油产品，分别为Nytex系列，Nyflex系列以及NyilexB系列。所有产品均经过严格的加氢工艺处理，以满足欧洲环保要求。三个系列的主要区别在于通过控制加氢工艺的深度，使得最终油品中的碳族组成有所不同，从而表现出不同的相容性。不同系列的油品和不同种类的橡胶相容性见表4。
    
    4 结束语
    欧洲针对轮胎用增塑剂环保法规的出台，使得在橡胶和轮胎中使用高芳烃含量的芳烃油受到限制。随着润滑油基础油制造工艺的进步，芳烃油的供应量也大为减少。
    试验证明，环烷基油可以取代芳烃油用于极性的天然橡胶，丁苯橡胶，甚至氯丁橡胶配方中。经过严格加氢工艺处理的环烷基油，可以取代石蜡基油，用作EPDM等非极性橡胶的增塑剂。
    参考文献：
    [1] 尼纳斯橡胶油手册．尼纳斯橡胶油研究报告等公司内部资料．