丁基橡胶的特性及应用

背景及概述^[1]

丁基橡胶是异丁烯和异戊二烯经共聚而形成的线性聚合物，再经硫化交联成网状结构。其中，异戊二烯含量一般是1.5%～4.5%，白色或淡灰色，无臭无味。密度0.91g/cm3，玻璃化温度-67～-69℃。不溶于乙醇和丙酮，耐动植物油性、耐氧和臭氧性、耐酸碱性，耐寒性，气密性和电绝缘性均好，抗张强度和伸长率也较高。耐撕裂性和粘性较差。在常温下其弹性约为天然橡胶的1/4，但随温度的升高而显著增加。硫化速度较慢，需加入促进剂。由于其气密性很高；丁基橡胶主要用于制造汽车内胎和无内胎轮胎及其它气密性密封材料，它的防水性能强，可用作木工建筑防水衬里和防水涂料。还可用作化工设备的衬里和其它防酸防腐蚀材料。

特性^[2]

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。在丁基橡胶分子的主链上，每隔一个次甲基，就有两个甲基围绕着主链呈螺旋形排列，造成很大的空间位阻，使丁基橡胶的分子结构紧密，分子链柔性相对较差。但因此也使丁基橡胶的气密性极佳，为所有橡胶之首。

除了优异的气密性外，丁基橡胶硫化胶还具有优良的耐热性能。硫磺硫化的丁基橡胶可在100℃或稍低温度下于空气中长期使用。用树脂硫化的丁基橡胶使用温度可达150～200℃。丁基橡胶的热氧老化属降解型，老化趋向于软化。由于丁基橡胶分子链的不饱和度低和化学反应呈惰性，因此丁基橡胶具有很好的耐热氧老化性能。

应用^[2]

1. 在汽车轮胎和力车胎上的应用

丁基橡胶具有优良的耐热性能和抗撕裂性能。以丁基橡胶生产的轮胎内胎(包括摩托车、自行车)，长时间暴露于热环境下仍可保持良好的拉伸及撕裂强度，使其在使用过程中降低了爆裂危险。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。丁基橡胶优良的抗氧化及抗臭氧特性，使丁基橡胶内胎具有极佳的耐降解性能，其耐用程度和使用寿命都优于天然橡胶内胎。丁基橡胶极低的透气性使其制作的内胎能长时间保持在正确的充气压力下，这一独特性能使轮胎外胎磨损均匀，确保胎冠寿命。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。

2. 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。医药用瓶塞经常在高温、高压条件下或在各种消毒剂中进行消毒，有时还需要在低温条件下进行长期贮存，故对胶料的化学性能、物理机械性能及生物性能均有严格的要求。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。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。使用丁基橡胶瓶塞后，除制药厂可简化分装工艺，改用开口铝盖，取消封蜡和降低成本外，还可方便注射使用。

3. 其它应用

丁基橡胶除了上述用途外，还有以下用途：(1)化工设备衬里。由于丁基橡胶优异的抗化学腐蚀性，使之成为化工设备防腐蚀衬里的首选材料。丁基橡胶在各种溶剂中体积溶胀非常低，这也是丁基橡胶应用于该领域的重要原因之一。(2)防护服装和防护用品。尽管许多塑料材料都具有良好的隔离防护性能，但只有弹性材料才可能兼顾低渗透性和舒适性服装所必须的柔韧性。由于丁基橡胶对液体和气体的低渗透性，因此被广泛地用于防护服、雨披、保护罩、防毒面具、手套、橡胶套鞋和长统靴。

制备^[3]

普通丁基橡胶的生产方法主要有两种：淤浆法和溶液法。淤浆法的特点是稀释剂采用氯甲烷，引发体系采用水-AlCl3，在-100℃左右低温下，异丁烯与少量异戊二烯进行阳离子共聚合。聚合过程需要使用催化剂，为提高催化剂效率，很多情况下需要利用助催化剂引发聚合。该生产技术由国外美国公司和德国公司所垄断。淤浆法丁基橡胶生产过程主要包括聚合反应、产品精制、回收循环和清釜四个步骤。溶液法由俄罗斯陶里亚蒂合成橡胶公司与意大利公司合作开发。技术特征是采用烷基氯化铝与水的络合物为引发剂，-90至-70℃温度下，在烃类溶剂（如异戊烷）中，异丁烯和少量异戊二烯进行共聚。溶液法生产丁基橡胶的主要工艺过程包括引发剂体系及混合配料的配制、冷却、聚合、胶液掺混、脱气和汽提，溶剂及未反应单体的回收精制和橡胶的后处理等，辅助过程主要过程包括制冷、反应器清洗、添加剂配制等。

主要参考资料

[1] 中学教师实用化学辞典

[2] 丁基橡胶与卤化丁基橡胶的结构、性能及发展状况

[3] 丁基橡胶的发展现状及发展建议