丁苯橡胶的配合及加工工艺

丁苯橡胶的配合及加工工艺

肖标

（安徽工业大学，安徽马鞍山 243002）

摘要：丁苯橡胶(SBR)是以丁二烯和苯乙烯为单体合成的共聚物,是目前世界上产量最高,消费量最大的通用合成橡胶(SR)品种[1]。它采用自由基引发的乳液聚合或阴离子溶液聚合工艺而得到的,工业上多采用乳液聚合法。本文将介绍丁苯橡胶的结构与种类、性能、应用、配合、加工工艺、研究进展以及未来展望等，对其生产工艺以及工艺条件控制进行深刻的探讨，最后对其国内外的供需现状和发展前景作出简单探讨。

关键词：丁苯橡胶、性能、乳液聚合、生产工艺、工艺条件控制

第一章绪论

1.1 丁苯橡胶的结构与种类

1.1.1丁苯橡胶的结构

聚合反应：CH

2=CH-CH=CH

2

+C

6

H

5

-CH=CH

2

——→

-[CH

2-CH=CH-CH

2

]x-[CH(C

6

H

5

)-CH

2

]-y

典型丁苯橡胶的结构特征

1)大分子宏观结构包括

单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。

2)微观结构主要包括

丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例[2]，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。

3)无定形聚合物

因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。

4)丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大

在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节[1]的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。

5)苯乙烯含量与玻璃化转变温度

丁苯橡胶的玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。乙烯基的含量越低，玻璃化温度越低。可以按需要的比例从100%的丁二烯(顺式、反式的玻璃化温度都是-100℃)调够到100%的聚苯乙烯(玻璃化温度为90℃)。玻璃化温度对硫化橡胶的性质起重要作用，大部分乳液聚合丁苯橡胶含苯乙烯为23.5%，这种含量的丁苯橡胶具有较好的综合物理机械性能。

6)低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶

高温(50℃)聚合时．支化较严重．凝胶物含量较高；在同等分子量下．分子量分布较宽。低温聚合下由于它的分子量分布较窄，硫化时不被硫化的低分子量部分较少，可均匀硫化．从而使交联密度较高。故由低温丁苯橡胶所得硫化胶的物理机械性能(如拉伸强度、弹性及加工性)均较高温丁苯为优.

1.1.2 分类

丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的

不同,丁苯橡胶分为下列几类.

① 按聚合方法和条件分类

可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史

悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁

苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生

产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转

化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。

乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡

胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更

加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。

② 按填料品种分类

可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。

③ 按苯乙烯含量分类

丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯

聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—30

1.2丁苯橡胶的结构

丁

苯

橡

胶

乳

液

丁

苯 溶 液 丁 苯

高

温

丁

苯 低 温 丁 苯 低温 充油 丁 苯 低温充炭黑丁苯

低温充油充炭黑丁苯 高温乙烯丁苯 液 体 丁 苯 羧 基 丁 苯 烷基锂溶液丁苯 锡偶联溶液丁苯 高反式1,4-丁苯

典型丁苯橡胶的结构特征如下表

丁苯橡胶类型 宏观结构 微观结构

支化 凝胶 Mz H1 聚苯乙烯含量/% 顺式/% 反式/%

乙烯基

/%

低温乳液聚合 中等 少量 100000 4-5 23.5 9.5 55 12

高温乳液聚合 大量 多 100000 7.5

23.4 16.6 46.3 13.7

典型丁苯橡胶的结构特征

1)大分子宏观结构包括单体比例、平均相对分子质量及分布、分子线性或非线性，

凝胶含量等。

2)微观结构主要包括

丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙

烯、丁二烯单元的分布等。

3)无定形聚合物

1.2丁苯橡胶的性能和应用

1.2.1 乳液丁苯橡胶

丁苯橡胶(生胶)外观是浅黄褐色的弹性体．分子量为15—20万(渗透压法)，

它的密度与Tg 则随生胶中苯乙烯含量而改变。

① 乳液丁苯橡胶与天然橡胶的对比

丁苯生胶的介电性能、对氧及热的稳定性均比天然橡胶好。但是它的粘结性

不好，可塑性低，所以不易加工。若用硫黄硫化时，它的硫化速度比天然橡胶慢，

故须加入较多的硫化促进刑。丁苯橡胶硫化后的硫化胶中，若加有炭黑补强剂，

其强度可大大增加。它的弹性、耐磨性、耐老化性能均可超过天然橡胶；耐酸性、

耐碱性、介电性及气密性与天然橡胶相似。但是大分子结构中含有苯环，滞后损

失大，动恋变形时发热量大，由制造的轮胎使用寿命较短。

②乳液丁苯橡胶的应用

大多数场合下可代替天然橡胶使用，主要用于汽车轮胎及各种工业橡胶制品。

含苯乙烯较少的丁苯橡胶，可用作耐寒橡胶制品；苯乙烯含量高者，则制作硬质

橡胶制品。

1.2.2 溶液丁苯橡胶

丁二烯与苯乙烯在有机溶剂中用有机锂化合物作引发剂进行阴离子共聚反应

所得的弹性体，称为溶液聚合丁苯橡胶(S —SBR)，或溶液丁苯。

溶液丁苯具有多种结构，能制取各种类型的橡胶制品。按丁二烯苯乙烯两种单体

共聚结合的方式，它可分为无规共聚型及嵌段共聚型，前一类为通用型合成橡胶，

用于轮胎、鞋类和工业橡胶制品。后一类为热塑性弹性体，用于鞋类及其他工业