橡膠原材料之通用合成橡膠（IIR)
6．丁基橡膠IIR
丁基橡膠IIR,是異丁烯單體與少量異戊二烯共聚合而成。1937年由美國Standard oil公司的R.M．Thomas和W．J．Sparks研究開發(fā)成功，1939年中間試驗裝置生產(chǎn)，1943年工業(yè)化生產(chǎn)，稱GR－I。現(xiàn)代號為IIR。加拿大Polysar公司采用美國技術(shù)於1944年建廠投產(chǎn)。1959年後，法國、英國、美國、比利時、日本等國先後建廠生產(chǎn)。1955年美國Goodrich公司首先對丁基橡膠進行改性研究，開發(fā)成功溴化丁基橡膠。1965年加拿大Polysar公司又在此基礎(chǔ)上進一步完善工藝，於1971年實現(xiàn)了溴化丁基橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)。在此期間，美國Esso化學(xué)公司於1960年研製成功並商品生產(chǎn)氯化丁基橡膠，又於1971年在英國建廠工業(yè)生產(chǎn)。1979年加拿大Polysar公司也同時生產(chǎn)氯化丁基橡膠。前蘇聯(lián)1965年後，也采用乾法溴化方法生產(chǎn)溴化丁基橡膠。
我國於1966年開始對丁基橡膠的研究，並先後進行過以烴類溶劑合成和淤漿法合成丁基橡膠的中間試驗。目前全**有9套丁基橡膠生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力(包括鹵化丁基橡膠)1991年已達75萬噸。
⑴丁基橡膠的分類品種
丁基橡膠通常按不飽和程度的大小分為五級，其不飽和度分彆為0.6%～1.0％、l.l%～1.5％、1.6%～2.0％、2.1%～2.5％、2.6%～3.3％。而每級中又可依據(jù)門尼黏度的高低和所用防老劑有無汙染性分為若乾牌號。
不飽和度對丁基橡膠的性能有著直接影響，規(guī)律如下：
隨著橡膠不飽和程度的增加，
①硫化速度加快，硫化度增加；
②因硫化程度充分，耐熱性提高；
③耐臭氧性、耐化學(xué)藥品侵蝕性下降；
④電絕緣性下降；
⑤黏著性和相容性好轉(zhuǎn)；
⑥拉伸強度和扯斷伸長率逐漸下降，定伸應(yīng)力和硬度不斷提高。
生膠門尼黏度值的高低，則影響膠料可塑性及硫化膠的強度和彈性門尼黏度值增大，相對分子質(zhì)量亦大，硫化膠的拉伸強度提高，壓縮變形減小，低溫複原性更好，但工藝性能惡化，使壓延、壓出困難。
⑵丁基橡膠的結(jié)構(gòu)
①是首尾結(jié)合的線型分子，結(jié)構(gòu)規(guī)整，為結(jié)晶性橡膠。
②分子主鏈主要由C—C單鍵組成，可極化的雙鍵數(shù)目極少，取代基對稱、無極性。因此基本屬飽和橡膠(不飽和程度極低，僅為天然橡膠的l／50)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很強，並且是較典型的非極性橡膠。
③在分子主鏈上，每隔一個次甲基就有兩個甲基側(cè)基圍繞著主鏈呈螺旋形式排列，等同周期為1.86nm。因此，空間阻礙大，分子鏈柔性差，結(jié)構(gòu)緊密。
⑶丁基橡膠的性質(zhì)、性能特點
丁基橡膠為白色或灰白色半透明彈性體，密度0.91~0.92g/cm3。其性能特點如下：
①丁基橡膠因分子鏈柔性差，結(jié)構(gòu)緊密，其氣密性為橡膠之首。如在常溫下丁基橡膠的透氣係數(shù)約為天然橡膠的l/20、順丁橡膠的l/45、丁苯橡膠的1/8、乙丙橡膠的1/13、丁腈橡膠的1/2。各種橡膠的空氣滲透率見圖1-5。
②丁基橡膠有極好的耐熱、耐天候、耐臭氧老化和耐化學(xué)藥品腐蝕性能，經(jīng)恰當(dāng)配合的丁基硫化膠，在150～170℃下能較長時間使用，耐熱極限可達200℃。了基橡膠製品長時間暴露在日光和空氣中，其性能變化很小，特彆是抗臭氧老化性能比天然橡膠要好l0～20倍以上。丁基橡膠對除了強氧化性濃酸以外的酸、堿及氧化—還原溶液均有極好的抗耐性，在醇、酮及酯類等極性溶劑中溶脹很小。以上特性是由丁基橡膠的不飽和程度極低。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強和非極性所決定。
③由於丁基橡膠典型的非極性和吸水性小(在常溫下的吸水速率比其他橡膠低l0～15倍)的特點，使其電絕緣性和耐電暈性均比一般合成橡膠好，其介電常數(shù)隻有2.1，而體積電阻可達l016Ω·cm以上，比一般橡膠高10～100倍。
④丁基橡膠分子鏈的柔性雖差，但由於等同周期長，低溫下難於結(jié)晶，所以仍保持良好的耐寒性，其玻璃化溫度僅高於順丁、乙丙、異戊和天然橡膠，於-50℃低溫下仍能保持柔軟性。
⑤丁基橡膠在交變應(yīng)力下，因分子鏈內(nèi)阻大，使振幅衰減較快，所以吸收衝擊或震動的效果良好，它在-30～150℃溫度範圍內(nèi)能保持良好的減震性，見圖1-6。
⑥丁基橡膠純膠硫化膠有較高的拉伸強度和扯斷伸長率，這是由於丁基橡膠在拉伸狀態(tài)下具有結(jié)晶性所決定的。這意味著不加炭黑補強的丁基硫化膠已具有較好的強度，故可用來製造淺色製品。
但是，丁基橡膠也有不少缺點：(a)硫化速度很慢，需要采用超促進劑和高溫、長時間才能硫化；(b)加工性能較差，尤其是自黏和互黏性極差，常需借助膠黏劑或中間層才能保證相互間的黏合，但結(jié)合強力也不高；(c)常溫下彈性低，長久變形大，滯後損失大，生熱較高；(d)耐油性差；(e)與炭黑等補強劑的濕潤性及相互作用差，故不易獲得良好的補強效果。*好對炭黑混煉膠進行熱處理，以進一步改善對炭黑的濕潤性及補強性能；(f)與天然橡膠和其他合成橡膠(三元乙丙橡膠除外)的相容性差，其共硫化性差，難與其他不飽和橡膠並用。
⑦鹵化改性 為克服丁基橡膠硫化速度慢、黏著性差、與其他橡膠難於並用的缺點，可以在丁基橡膠分子結(jié)構(gòu)中引入鹵素原子來進行改性，這樣便得到鹵化(通常為氯化或溴化)丁基橡膠。其分子結(jié)構(gòu)式為：
鹵化丁基橡膠主要利用烯丙基氯及雙鍵活性點進行硫化。丁基橡膠的各種硫化係統(tǒng)均適於鹵化丁基橡膠，但鹵化丁基橡膠的硫化速度較快。此外，鹵化丁基橡膠還可用硫化氯丁橡膠的金屬氧化物如氧化鋅3～5份硫化，但硫化較慢。
因丁基橡膠具有突出的氣密性和耐熱性，所以其*大用途是製造充氣輪胎的內(nèi)胎和無內(nèi)胎輪胎的氣密層，其耗量約占丁基橡膠總耗量的70％以上。又由於丁基橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性高，還用於製造水胎、風(fēng)胎和膠囊。用丁基橡膠製造輪胎外胎時，吸收震動好、行車平穩(wěn)、無噪聲，對路麵抓著力大，牽引與製動性能好。
丁基橡膠還可用於製造耐酸堿腐蝕製品及化工耐腐蝕容器襯裡，並極適宜製做各種電絕緣材料，高、中、低壓電纜的絕緣層及包皮膠。此外，丁基橡膠還可用於製造各種耐熱、耐水的密封墊片、蒸汽軟管和防震緩衝器材，此外丁基橡膠還可以用於防水建材，道路填縫，蠟添加劑和聚烯烴改性劑等。
