丁基与卤化丁基橡胶性能用途及研发

丁基与卤化丁基橡胶的性能用途及研发引言：丁基橡胶和卤化丁基橡胶在当今世界科学技术应用中发挥着重要的作用，其生产工艺、生产方法和生产技术在应用中也同时承载着不断提高的重任，丁基橡胶因其自身优良的性能一直是合成橡胶的研究热点，但在我国应用较多而生产较少，目前需要投入大量的人力、物力来满足丁基橡胶这种匮乏的局面。丁基橡胶的定义丁基橡胶具有优良的气密性和良好的耐热、耐老化等性能，使其在内胎、胎侧、电线电缆、防水建材、药用瓶塞、橡胶水坝、防毒面具、粘合剂、内胎气门芯、防腐蚀制品以及耐热运输带等方面具有广泛的应用。丁基橡胶的特性及用途1、结构及特性丁基橡胶是以异丁烯为主体和少量异戊二烯首尾结合的线形高分子。由于聚合物中只含有少量异戊二烯，所以丁基橡胶的不饱和度较低，为0.5%〜3.3%,约是天然橡胶的1/50。丁基橡胶的性质是由异丁烯决定的，因其甲基侧链多，故弹性比天然橡胶差。丁基橡胶的化学不饱和度极低，分子链绝大部分是惰性异丁烯链段，因而具有优良的耐氧、耐臭氧、耐化学介质和耐热老化性能；异丁烯单元的甲基围绕主链呈螺旋形排列，排列密集，空间位阻大，限制了分子热运动，能有效地阻止气体分子透过，使其气密性极佳；另外还具有良好的吸能特性、电绝缘性。随着高分子阻尼材料在军事领域和民用产品上的广泛应用，丁基橡胶的高阻尼性能也越来越受到重视。丁基橡胶具有结构对称的良好的结晶配位，使分子链的热运动能力下降，从而有效地阻止了气体分子透过。虽然丁基橡胶的气体溶解度与其它烃类橡胶接近，但是它的气体扩散速度比其它橡胶低得多，使得丁基橡胶的气透性在烃类橡胶中是最低的，这是丁基橡胶最重要的基本性能之一，它决定了丁基橡胶在轮胎、气密层、医药用胶塞等方面的主要用途。事物都具有两面性，丁基橡胶的这些结构特征同时对其加工性能也带来若干负面影响：①硫化速度慢，与天然橡胶等高不饱和橡胶相比，其硫化速度慢3倍左右，需要高温或长时间硫化；②互粘性差，须借助于增粘剂、增粘层改善与其它橡胶的粘合，且粘合力较低；③与其它橡胶相容性差，一般仅能与乙丙橡胶和聚乙烯等并用；④与补强剂之间作用弱，与不饱和橡胶相比，丁基橡胶与补强剂之间作用较弱，需要进行热处理或使用添加剂，以增加橡胶的补强作用，提高拉伸强度、定伸应力、弹性、耐磨和电绝缘性能等。丁基橡胶的以上缺点可以通过卤化而得以改善。2、用途在汽车轮胎上的应用丁基橡胶具有优良的耐热性能和抗撕裂性能。因此用于制造汽车内胎可使车胎保持合适气压，使外胎与地面接触面的磨损更均匀，并可以减少爆胎的危险，即使在恶劣条件下，仍能确保车胎的寿命及安全性。对于在高温状态或充气不足的恶劣条件下，丁基橡胶内胎仍能确保最大的轮胎寿命及安全性。较小的撕裂可减少破孔的尺寸，使丁基橡胶内胎的修补更简易方便。延长外胎的使用寿命，同时增加驾驶的稳定性和安全性，降低滚动阻力，继而减少燃料消耗，达到节约能源的目的。目前，丁基橡胶在轮胎工业等部门成了不可缺少的橡胶原料，是制造轮胎内胎的最好胶种。在医药用瓶塞上的应用医药用瓶塞是直接与药品相接触的密封包装用特殊橡胶制品，其性能和质量直接影响到药品的有效性、安全性、质量稳定性及使用方便性。由于瓶塞直接与药剂接触，有可能由于瓶塞可萃取物分散浸入药剂而污染药品，或者因为瓶塞吸收药品中的某些成分而降低药品的活性。瓶塞还需要具备优良的密封性，以避免水及空气进入药剂，引起氧化或其它反应。采用丁基橡胶可以弥补天然橡胶的这些不足。丁基橡胶不但透气率低，而且还有优良的耐氧化、耐酸碱、耐热和耐化学破坏的性能。三、卤化丁基橡胶的特性及用途1、结构与特性由于卤化丁基橡胶分子的主链结构与丁基橡胶相同，因而卤化丁基橡胶一方面具有丁基橡胶分子主链所固有的一切特性，如耐热，耐臭氧，耐化学腐蚀介质，滞后性高，屈挠疲劳强度高和透气性低等。另一方面，在卤化丁基橡胶分子结构中，由于有取代卤原子存在，使烯丙基位的双键被活化，通过该烯丙基卤可以进行多种交联反应；卤原子存在也提高了卤化丁基橡胶的极性，改善了其与其它通用橡胶和补强剂的相容性。也就是说，卤化丁基橡胶除与丁基橡胶材料具有相同的性能外，还可以通过卤原子用氧化锌、胺类或酚类进行硫化。在卤化丁基橡胶分子中的每100个聚合单元内，约含有1〜2个具有这种反应基的卤代异戊二烯单元，并且是随机分布的。2、硫化特性卤化丁基橡胶存在多种硫化体系，其中最有特色的是采用氧化锌或氧化锌／卤化锌体系的硫化。其过程和机理为：卤化丁基橡胶添加氧化锌后脱卤，氧化锌与所产生的少量卤化氢反应生成卤化锌，卤化锌可以引发卤化丁基橡胶分子链中的不饱和双键进行阳离子聚合反应，在卤化丁基橡胶分子链间形成稳定的碳－碳交联键。卤化锌同时也具有催化卤化丁基橡胶脱卤化氢的作用，卤化丁基橡胶脱卤化氢后形成共轭二烯烃结构，使发生聚合反应的几率增大。卤化锌和共轭二烯烃结构是交联结构产生的前提。应用3.1在汽车轮胎和瓶塞上的应用随着轮胎技术的发展更新，采用丁基橡胶制造的内胎轮胎将逐渐被由卤化丁基橡胶制造的子午胎轮胎所取代。目前 80%以上的卤化丁基橡胶用于生产子午胎气密层，其作用是防止胎内的空气和湿气与轮胎的钢转接触，并保持轮胎适宜稳定的气压，以达到子午胎最佳性能。在瓶塞上的应用，由于卤化丁基橡胶与丁基橡胶相比，胶料硫化速度较快，可采用低硫或无硫硫化体系，交联后结构稳定，成品表现为耐热稳定，最高处理温度比丁基橡胶高10C。另外，丁基橡胶经过卤化改性后，引入了极性较大的卤原子，使分子间吸引力增大，分子链之间的空隙减小，这对进一步提高橡胶瓶塞的气密性和防止药物向瓶塞内扩散渗透是有益处的。在其他方面的应用利用其耐化学性和抗阻燃性，制造用于特殊场所的防核辐射、耐化学、耐生物和防火阻燃的防护服以及防毒手套和防毒面具等。丁基与卤化丁基橡胶的研发4.1反应器的改进和开发ExxonMobil对其轴流列管循环式反应器进行改进，提高了反应器的传热和传质效率。国内研究人员首次使用新型超重力旋转填充床反应器成功实现合成丁基橡胶的聚合反应。工艺技术及过程控制的改进工艺技术和过程控制的改进有：①改进反应体系的稀释剂②氯甲烷回收技术③聚合反应过程的控制④新引发体系研究⑤控制阳离子聚合⑥淤浆稳定化技术。新品种和新工艺的开发丁基与卤化丁基橡胶在应用中不断遇到新的挑战，这就需要对新工艺的探究和新品种的开发，新工艺的开发基本上现在应用的有三种：①连续淤浆工艺技术②新型溶液法生产工艺③气相法生产技术。新品种的开发现在通过对丁基进行不同方法的改性，也不断的开发出其他品种：①改变分子结构的星形支化丁基和其经溴化处理的星形支化溴化丁基橡胶②通过聚合法和降解法生产的液体丁基。结语：丁基橡胶和卤化丁基橡胶是具有独特特性的一类橡胶材料，丁基橡胶和卤化丁基橡胶具有优异的气密性能，一直是轮胎工业