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通用合成橡胶: 丁基橡胶IIR
发布时间:2020-12-17 19:54
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丁基橡胶IIR,是异丁烯单体与少量异戊二烯共聚合而成。1937年由美国Standard oil公司的R.M.Thomas和W.J.Sparks研究开发成功,1939年中间试验装置生产,1943年工业化生产,称GR-I。现代号为IIR。加拿大Polysar公司采用美国技术于1944年建厂投产。1959年后,法国、英国、美国、比利时、日本等国先后建厂生产。1955年美国Goodrich公司首先对丁基橡胶进行改性研究,开发成功溴化丁基橡胶。1965年加拿大Polysar公司又在此基础上进一步完善工艺,于1971年实现了溴化丁基橡胶的工业化生产。在此期间,美国Esso化学公司于1960年研制成功并商品生产氯化丁基橡胶,又于1971年在英国建厂工业生产。1979年加拿大Polysar公司也同时生产氯化丁基橡胶。前苏联1965年后,也采用干法溴化方法生产溴化丁基橡胶。
我国于1966年开始对丁基橡胶的研究,并先后进行过以烃类溶剂合成和淤浆法合成丁基橡胶的中间试验。目前全世界有9套丁基橡胶生产装置,总生产能力(包括卤化丁基橡胶)1991年已达75万吨。
一、丁基橡胶的结构
①是首尾结合的线型分子,结构规整,为结晶性橡胶。
②分子主链主要由C—C单键组成,可极化的双键数目极少,取代基对称、无极性。因此基本属饱和橡胶(不饱和程度极低,仅为天然橡胶的l/50),结构稳定性很强,并且是较典型的非极性橡胶。
③在分子主链上,每隔一个次甲基就有两个甲基侧基围绕着主链呈螺旋形式排列,等同周期为1.86nm。因此,空间阻碍大,分子链柔性差,结构紧密。
二、丁基橡胶的性质、性能特点
丁基橡胶为白色或灰白色半透明弹性体,密度0.91~0.92g/cm3。其性能特点如下:
①丁基橡胶因分子链柔性差,结构紧密,其气密性为橡胶之首。如在常温下丁基橡胶的透气系数约为天然橡胶的l/20、顺丁橡胶的l/45、丁苯橡胶的1/8、乙丙橡胶的1/13、丁腈橡胶的1/2。各种橡胶的空气渗透率见图1-5。
②丁基橡胶有极好的耐热、耐天候、耐臭氧老化和耐化学药品腐蚀性能,经恰当配合的丁基硫化胶,在150~170℃下能较长时间使用,耐热极限可达200℃。了基橡胶制品长时间暴露在日光和空气中,其性能变化很小,特别是抗臭氧老化性能比天然橡胶要好l0~20倍以上。丁基橡胶对除了强氧化性浓酸以外的酸、碱及氧化—还原溶液均有极好的抗耐性,在醇、酮及酯类等极性溶剂中溶胀很小。以上特性是由丁基橡胶的不饱和程度极低。结构稳定性强和非极性所决定。
③由于丁基橡胶典型的非极性和吸水性小(在常温下的吸水速率比其他橡胶低l0~15倍)的特点,使其电绝缘性和耐电晕性均比一般合成橡胶好,其介电常数只有2.1,而体积电阻可达l016Ω•cm以上,比一般橡胶高10~100倍。
④丁基橡胶分子链的柔性虽差,但由于等同周期长,低温下难于结晶,所以仍保持良好的耐寒性,其玻璃化温度仅高于顺丁、乙丙、异戊和天然橡胶,于-50℃低温下仍能保持柔软性。
⑤丁基橡胶在交变应力下,因分子链内阻大,使振幅衰减较快,所以吸收冲击或震动的效果良好,它在-30~150℃温度范围内能保持良好的减震性,见图1-6。
⑥丁基橡胶纯胶硫化胶有较高的拉伸强度和扯断伸长率,这是由于丁基橡胶在拉伸状态下具有结晶性所决定的。这意味着不加炭黑补强的丁基硫化胶已具有较好的强度,故可用来制造浅色制品。
但是,丁基橡胶也有不少缺点:(a)硫化速度很慢,需要采用超促进剂和高温、长时间才能硫化;(b)加工性能较差,尤其是自黏和互黏性极差,常需借助胶黏剂或中间层才能保证相互间的黏合,但结合强力也不高;(c)常温下弹性低,永久变形大,滞后损失大,生热较高;(d)耐油性差;(e)与炭黑等补强剂的湿润性及相互作用差,故不易获得良好的补强效果。最好对炭黑混炼胶进行热处理,以进一步改善对炭黑的湿润性及补强性能;(f)与天然橡胶和其他合成橡胶(三元乙丙橡胶除外)的相容性差,其共硫化性差,难与其他不饱和橡胶并用。
⑦卤化改性  为克服丁基橡胶硫化速度慢、黏着性差、与其他橡胶难于并用的缺点,可以在丁基橡胶分子结构中引入卤素原子来进行改性,这样便得到卤化(通常为氯化或溴化)丁基橡胶。其分子结构式为:
卤化丁基橡胶主要利用烯丙基氯及双键活性点进行硫化。丁基橡胶的各种硫化系统均适于卤化丁基橡胶,但卤化丁基橡胶的硫化速度较快。此外,卤化丁基橡胶还可用硫化氯丁橡胶的金属氧化物如氧化锌3~5份硫化,但硫化较慢。
因丁基橡胶具有突出的气密性和耐热性,所以其最大用途是制造充气轮胎的内胎和无内胎轮胎的气密层,其耗量约占丁基橡胶总耗量的70%以上。又由于丁基橡胶的化学稳定性高,还用于制造水胎、风胎和胶囊。用丁基橡胶制造轮胎外胎时,吸收震动好、行车平稳、无噪声,对路面抓着力大,牵引与制动性能好。 
丁基橡胶还可用于制造耐酸碱腐蚀制品及化工耐腐蚀容器衬里,并极适宜制做各种电绝缘材料,高、中、低压电缆的绝缘层及包皮胶。此外,丁基橡胶还可用于制造各种耐热、耐水的密封垫片、蒸汽软管和防震缓冲器材,此外丁基橡胶还可以用于防水建材,道路填缝,蜡添加剂和聚烯烃改性剂等。
三、丁基橡胶的分类品种  
丁基橡胶通常按不饱和程度的大小分为五级,其不饱和度分别为0.6%~1.0%、l.l%~1.5%、1.6%~2.0%、2.1%~2.5%、2.6%~3.3%。而每级中又可依据门尼黏度的高低和所用防老剂有无污染性分为若干牌号。
不饱和度对丁基橡胶的性能有着直接影响,规律如下:
 随着橡胶不饱和程度的增加,
①硫化速度加快,硫化度增加;
②因硫化程度充分,耐热性提高;
③耐臭氧性、耐化学药品侵蚀性下降;
④电绝缘性下降;
⑤黏着性和相容性好转;
⑥拉伸强度和扯断伸长率逐渐下降,定伸应力和硬度不断提高。
生胶门尼黏度值的高低,则影响胶料可塑性及硫化胶的强度和弹性门尼黏度值增大,相对分子质量亦大,硫化胶的拉伸强度提高,压缩变形减小,低温复原性更好,但工艺性能恶化,使压延、压出困难。

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