丁基與鹵化丁基橡膠性能用途及研發(fā)

丁基與鹵化丁基橡膠的性能用途及研發(fā)引言：丁基橡膠和鹵化丁基橡膠在當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用，其生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)方法和生產(chǎn)技術(shù)在應(yīng)用中也同時承載著不斷提高的重任，丁基橡膠因其自身優(yōu)良的性能一直是合成橡膠的研究熱點(diǎn)，但在我國應(yīng)用較多而生產(chǎn)較少，目前需要投入大量的人力、物力來滿足丁基橡膠這種匱乏的局面。丁基橡膠的定義丁基橡膠具有優(yōu)良的氣密性和良好的耐熱、耐老化等性能，使其在內(nèi)胎、胎側(cè)、電線電纜、防水建材、藥用瓶塞、橡膠水壩、防毒面具、粘合劑、內(nèi)胎氣門芯、防腐蝕制品以及耐熱運(yùn)輸帶等方面具有廣泛的應(yīng)用。丁基橡膠的特性及用途1、結(jié)構(gòu)及特性丁基橡膠是以異丁烯為主體和少量異戊二烯首尾結(jié)合的線形高分子。由于聚合物中只含有少量異戊二烯，所以丁基橡膠的不飽和度較低，為0.5%?3.3%,約是天然橡膠的1/50。丁基橡膠的性質(zhì)是由異丁烯決定的，因其甲基側(cè)鏈多，故彈性比天然橡膠差。丁基橡膠的化學(xué)不飽和度極低，分子鏈絕大部分是惰性異丁烯鏈段，因而具有優(yōu)良的耐氧、耐臭氧、耐化學(xué)介質(zhì)和耐熱老化性能；異丁烯單元的甲基圍繞主鏈呈螺旋形排列，排列密集，空間位阻大，限制了分子熱運(yùn)動，能有效地阻止氣體分子透過，使其氣密性極佳；另外還具有良好的吸能特性、電絕緣性。隨著高分子阻尼材料在軍事領(lǐng)域和民用產(chǎn)品上的廣泛應(yīng)用，丁基橡膠的高阻尼性能也越來越受到重視。丁基橡膠具有結(jié)構(gòu)對稱的良好的結(jié)晶配位，使分子鏈的熱運(yùn)動能力下降，從而有效地阻止了氣體分子透過。雖然丁基橡膠的氣體溶解度與其它烴類橡膠接近，但是它的氣體擴(kuò)散速度比其它橡膠低得多，使得丁基橡膠的氣透性在烴類橡膠中是最低的，這是丁基橡膠最重要的基本性能之一，它決定了丁基橡膠在輪胎、氣密層、醫(yī)藥用膠塞等方面的主要用途。事物都具有兩面性，丁基橡膠的這些結(jié)構(gòu)特征同時對其加工性能也帶來若干負(fù)面影響：①硫化速度慢，與天然橡膠等高不飽和橡膠相比，其硫化速度慢3倍左右，需要高溫或長時間硫化；②互粘性差，須借助于增粘劑、增粘層改善與其它橡膠的粘合，且粘合力較低；③與其它橡膠相容性差，一般僅能與乙丙橡膠和聚乙烯等并用；④與補(bǔ)強(qiáng)劑之間作用弱，與不飽和橡膠相比，丁基橡膠與補(bǔ)強(qiáng)劑之間作用較弱，需要進(jìn)行熱處理或使用添加劑，以增加橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用，提高拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、彈性、耐磨和電絕緣性能等。丁基橡膠的以上缺點(diǎn)可以通過鹵化而得以改善。2、用途在汽車輪胎上的應(yīng)用丁基橡膠具有優(yōu)良的耐熱性能和抗撕裂性能。因此用于制造汽車內(nèi)胎可使車胎保持合適氣壓，使外胎與地面接觸面的磨損更均勻，并可以減少爆胎的危險，即使在惡劣條件下，仍能確保車胎的壽命及安全性。對于在高溫狀態(tài)或充氣不足的惡劣條件下，丁基橡膠內(nèi)胎仍能確保最大的輪胎壽命及安全性。較小的撕裂可減少破孔的尺寸，使丁基橡膠內(nèi)胎的修補(bǔ)更簡易方便。延長外胎的使用壽命，同時增加駕駛的穩(wěn)定性和安全性，降低滾動阻力，繼而減少燃料消耗，達(dá)到節(jié)約能源的目的。目前，丁基橡膠在輪胎工業(yè)等部門成了不可缺少的橡膠原料，是制造輪胎內(nèi)胎的最好膠種。在醫(yī)藥用瓶塞上的應(yīng)用醫(yī)藥用瓶塞是直接與藥品相接觸的密封包裝用特殊橡膠制品，其性能和質(zhì)量直接影響到藥品的有效性、安全性、質(zhì)量穩(wěn)定性及使用方便性。由于瓶塞直接與藥劑接觸，有可能由于瓶塞可萃取物分散浸入藥劑而污染藥品，或者因?yàn)槠咳账幤分械哪承┏煞侄档退幤返幕钚?。瓶塞還需要具備優(yōu)良的密封性，以避免水及空氣進(jìn)入藥劑，引起氧化或其它反應(yīng)。采用丁基橡膠可以彌補(bǔ)天然橡膠的這些不足。丁基橡膠不但透氣率低，而且還有優(yōu)良的耐氧化、耐酸堿、耐熱和耐化學(xué)破壞的性能。三、鹵化丁基橡膠的特性及用途1、結(jié)構(gòu)與特性由于鹵化丁基橡膠分子的主鏈結(jié)構(gòu)與丁基橡膠相同，因而鹵化丁基橡膠一方面具有丁基橡膠分子主鏈所固有的一切特性，如耐熱，耐臭氧，耐化學(xué)腐蝕介質(zhì)，滯后性高，屈撓疲勞強(qiáng)度高和透氣性低等。另一方面，在鹵化丁基橡膠分子結(jié)構(gòu)中，由于有取代鹵原子存在，使烯丙基位的雙鍵被活化，通過該烯丙基鹵可以進(jìn)行多種交聯(lián)反應(yīng)；鹵原子存在也提高了鹵化丁基橡膠的極性，改善了其與其它通用橡膠和補(bǔ)強(qiáng)劑的相容性。也就是說，鹵化丁基橡膠除與丁基橡膠材料具有相同的性能外，還可以通過鹵原子用氧化鋅、胺類或酚類進(jìn)行硫化。在鹵化丁基橡膠分子中的每100個聚合單元內(nèi)，約含有1?2個具有這種反應(yīng)基的鹵代異戊二烯單元，并且是隨機(jī)分布的。2、硫化特性鹵化丁基橡膠存在多種硫化體系，其中最有特色的是采用氧化鋅或氧化鋅／鹵化鋅體系的硫化。其過程和機(jī)理為：鹵化丁基橡膠添加氧化鋅后脫鹵，氧化鋅與所產(chǎn)生的少量鹵化氫反應(yīng)生成鹵化鋅，鹵化鋅可以引發(fā)鹵化丁基橡膠分子鏈中的不飽和雙鍵進(jìn)行陽離子聚合反應(yīng)，在鹵化丁基橡膠分子鏈間形成穩(wěn)定的碳－碳交聯(lián)鍵。鹵化鋅同時也具有催化鹵化丁基橡膠脫鹵化氫的作用，鹵化丁基橡膠脫鹵化氫后形成共軛二烯烴結(jié)構(gòu)，使發(fā)生聚合反應(yīng)的幾率增大。鹵化鋅和共軛二烯烴結(jié)構(gòu)是交聯(lián)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的前提。應(yīng)用3.1在汽車輪胎和瓶塞上的應(yīng)用隨著輪胎技術(shù)的發(fā)展更新，采用丁基橡膠制造的內(nèi)胎輪胎將逐漸被由鹵化丁基橡膠制造的子午胎輪胎所取代。目前 80%以上的鹵化丁基橡膠用于生產(chǎn)子午胎氣密層，其作用是防止胎內(nèi)的空氣和濕氣與輪胎的鋼轉(zhuǎn)接觸，并保持輪胎適宜穩(wěn)定的氣壓，以達(dá)到子午胎最佳性能。在瓶塞上的應(yīng)用，由于鹵化丁基橡膠與丁基橡膠相比，膠料硫化速度較快，可采用低硫或無硫硫化體系，交聯(lián)后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成品表現(xiàn)為耐熱穩(wěn)定，最高處理溫度比丁基橡膠高10C。另外，丁基橡膠經(jīng)過鹵化改性后，引入了極性較大的鹵原子，使分子間吸引力增大，分子鏈之間的空隙減小，這對進(jìn)一步提高橡膠瓶塞的氣密性和防止藥物向瓶塞內(nèi)擴(kuò)散滲透是有益處的。在其他方面的應(yīng)用利用其耐化學(xué)性和抗阻燃性，制造用于特殊場所的防核輻射、耐化學(xué)、耐生物和防火阻燃的防護(hù)服以及防毒手套和防毒面具等。丁基與鹵化丁基橡膠的研發(fā)4.1反應(yīng)器的改進(jìn)和開發(fā)ExxonMobil對其軸流列管循環(huán)式反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，提高了反應(yīng)器的傳熱和傳質(zhì)效率。國內(nèi)研究人員首次使用新型超重力旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器成功實(shí)現(xiàn)合成丁基橡膠的聚合反應(yīng)。工藝技術(shù)及過程控制的改進(jìn)工藝技術(shù)和過程控制的改進(jìn)有：①改進(jìn)反應(yīng)體系的稀釋劑②氯甲烷回收技術(shù)③聚合反應(yīng)過程的控制④新引發(fā)體系研究⑤控制陽離子聚合⑥淤漿穩(wěn)定化技術(shù)。新品種和新工藝的開發(fā)丁基與鹵化丁基橡膠在應(yīng)用中不斷遇到新的挑戰(zhàn)，這就需要對新工藝的探究和新品種的開發(fā)，新工藝的開發(fā)基本上現(xiàn)在應(yīng)用的有三種：①連續(xù)淤漿工藝技術(shù)②新型溶液法生產(chǎn)工藝③氣相法生產(chǎn)技術(shù)。新品種的開發(fā)現(xiàn)在通過對丁基進(jìn)行不同方法的改性，也不斷的開發(fā)出其他品種：①改變分子結(jié)構(gòu)的星形支化丁基和其經(jīng)溴化處理的星形支化溴化丁基橡膠②通過聚合法和降解法生產(chǎn)的液體丁基。結(jié)語：丁基橡膠和鹵化丁基橡膠是具有獨(dú)特特性的一類橡膠材料，丁基橡膠和鹵化丁基橡膠具有優(yōu)異的氣密性能，一直是輪胎工業(yè)