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环烷基减压重油的氧化改性研究

段雅静  
【摘要】:氧化改性可显著改善减压重油的组成与结构,扩展减压重油的应用领域。本研究采用空气吹制氧化法对环烷基减压重油进行氧化改性,考察了反应条件对氧化效果的影响规律,初步探索了减压重油空气吹制氧化改性的机理和热缩聚反应性能,进行了氧化产物用作高芳碳相容剂的应用研究。研究表明,环烷基减压重油氧化反应主要受氧化温度,氧化时间和空气流量三个影响因素的综合作用,三者对软化点的影响可以相互补充,最佳吹风量为120 m3·t-1·h-1。高温短时间的吹风氧化处理可以达到低温长时间的氧化效果。空气吹制氧化处理可以明显提高分子量、软化点和结焦值。氧化温度为280℃时,ΔCV/ΔSP具有最大值,该温度制得的氧化产物被认为是制备C-C复合材料良好的基体前驱体。氧化反应过程中氧化产物的组成与结构发生显著变化。从化学组成变化来看,原料中发生一系列串联反应,产生所谓的“组分移行”,主要是其中的小分子饱和分转化为芳香分,芳烃相互之间桥接缩合成胶质,或与胶质一起深度缩合转化为沥青质。并且各组分的相对分子质量向高分子方向移动。氧化产物的C/H原子比增加,氧含量逐渐增加,且平均分子式增大,说明有氧进入到芳香烃分子中,减压重油中发生明显的脱氢聚合反应,生成联苯型的交联低聚物。从结构组成变化来看,氧化产物中氧首先以羟基的形态存在,随氧化时间延长,逐渐出现羰基官能团。减压重油分子在热作用下发生烷基侧链断裂反应,在氧自由基作用下发生氧化脱氢、环烷结构芳构化反应以及生成低聚物交联结构和高度缩合芳香大分子的聚合反应。碘吸附指数随氧化反应时间延长逐渐降低,氧原子进入减压重油大分子结构中所形成的交联结构呈三维立体状态,破坏了减压重油大分子结构的有序性。空气氧化产物进行高温热缩聚反应时,随氧化产物软化点的升高,热缩聚反应收率和产物结焦值显著增大。氧化改性前后的重油是完全光学各向同性,热缩聚反应后形成中间相沥青。氧化改性程度加深,生成的交联结构不利于中间相沥青各向异性光学组织结构的形成和发展。环保氧化产物(OMVR)具有优异的环保性能和高CA值,可用作轮胎橡胶相容剂,与环保橡胶油并用可以得到具有高CA值且环保的复配体系。在相同橡胶配方和工艺条件下,采用OMVR等量替代环保橡胶油用于轮胎橡胶生产,OMVR对硫化胶的门尼粘度影响较大,较大程度的提高了硫化胶的耐屈挠性能、抗撕裂性能、老化性能,并有效降低了硫化胶的滚动阻力,保持较好的耐磨性能,能够满足轮胎橡胶加工性能和应用性能要求。


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