阳离子聚合 应用部分

阳离子聚合工业化产品及其应用

烯烃或杂环单体通过阳离子聚合得到的工业化产品达到36种以上，总产量接近3000kt/a。其中，聚异丁烯和丁基橡胶是主要产品。

一、聚异丁烯

1873年，首次由强酸引发异丁烯经阳离子聚合得到低聚物。1931年，德国的一家公司采用BF3在低温下引发异丁烯阳离子聚合反应得到高分子量聚异丁烯，引发工业兴趣。

性质：

1、气密性

聚异丁烯具有优异的气密性。

2、溶解性

聚异丁烯可溶于脂肪烃、芳香烃、汽油、矿物油、二硫化碳中；部分溶于高级的醇类（如正丁醇）和酯类，或在醇、醚、酯、酮类等溶剂以及动植物油和油脂中溶胀，溶胀程度随溶剂碳链长度增加而增大。

3、粘弹性

在玻璃化转变温度T g以上，分子链缠结而形成分子网络，因而高分子量聚异丁烯在拉伸强度、弹性、回弹性、弹性记忆、电性能、溶解性能等方面与天然橡胶相似。

4、稳定性

聚异丁烯是化学惰性很强的聚合物之一，可以耐强酸碱物质。

聚异丁烯热稳定性好，可在140~200℃下加工，分子量基本不变。

生产工艺与流程

①原材料的提纯与精制；

②引发体系配制，引发体系通常由BF3和H20组成；

③聚合反应；

④引发活性中心的破坏和清除；

⑤脱气与聚合物纯化；

⑥未反应组分（单体、溶剂）的回收再利用。

应用：

1、油品及其添加剂

相对分子质量为200~500的异丁烯低聚物，可以用作高校润滑冷却流体和乙烯压缩机的润滑油，其性能优于流动石蜡油和矿物油。此外还可作为润滑油添加剂，在车辆系统中作为传动液。

2、胶黏剂

具有天然粘性和稳定性的浅色聚异丁烯是胶黏剂的理想成分，其中低分子量聚异丁烯贡献粘性，高分子量聚异丁烯贡献强度和抗流动性。基于聚异丁烯的胶黏剂，可用于粘结木材、金属、玻璃等。

3、嵌缝和密封材料

聚异丁烯具有优异的气密性、水密性、抗老化性和粘合性能，是制备高质量嵌缝和密封材料的粘接组分。低分子量聚异丁烯作为热流动性密封剂，广泛用于建筑、车辆、冰箱等方面，特别是在军工方面可以作为穿甲弹的密封剂。

4、口香糖基料

聚异丁烯制备口香糖时具有以下特点：

①不亲水，提供好的咀嚼口感；

②由于低渗透性，香料可在口香糖中保持更长时间；

③优异的低温柔软性，使得口香糖即使在添加许多物质的惰性下也不易变脆、变碎；

④由于突出的稳定性和抗老化性，只需加入很少量添加剂，即可在加工过程中受热和剪切

时不至于分解。

除此之外，聚异丁烯聚合物还作为改性橡胶、改性塑料、改性石蜡、改性沥青、衬里材料等应用于日常生活中。

二、丁基橡胶（主要介绍三种）

1937年，美国Standard Oil公司的两名员工在研究异丁烯与少量异戊二烯的共聚中发现两者的共聚物经硫化后可成为优质橡胶，为开发丁基橡胶奠定了基础。

1、普通丁基橡胶

丁基橡胶是由异丁烯和少量异戊二烯共聚合制成的无规共聚物。

性质：优异的气密性、水密性、耐臭氧与耐热性、聚合物的韧性好，回弹性小，冲击吸收性能好、优良的抗侵蚀性、以及优良的耐热老化性。

2、卤化丁基橡胶

改性丁基橡胶的主要工业化方法是卤化反应，卤化反应包括氯化和溴化。丁基橡胶卤化反应的方法包括：溶液法、熔融法、分散法和固相法。丁基橡胶卤化后，除了产生额外的交联位置外，同时也增加了双键的反应性。

性质：

卤化丁基橡胶保持了普通丁基橡胶的原有特性外，还增加了普通丁基橡胶所不具备的以下特性：硫化速度加快；与天然橡胶、丁基橡胶相容性好，可进行共硫化；与天然橡胶、丁苯橡胶的粘连性改善；可单独用氧化锌硫化；有更好的耐热性。

3、星形支化丁基橡胶

为克服丁基橡胶黏弹性不理想而带来的加工困难，美国Exxon公司在支化剂存在下进行阳离子聚合，制得星形支化丁基橡胶。

性质：

星形支化丁基橡胶除具有普通丁基橡胶的优异性能以外，还具有较高的生胶强度和较快的应力驰豫特性，表现出更好的加工性能。具有焦烧时间长、压延胶片收缩长、平整度好等特点，其初始粘合性能和放置长时间后的黏合性保持率较高。

应用：

1、内胎与气密层

丁基橡胶及卤化丁基橡胶具有优异的气密性和耐老化性，其中70%以上的产品都消耗在轮胎工业上，是制造各种轮胎内胎和无内胎气密层不可替代的材料。

2、硫化胶囊

丁基橡胶具有优良的耐热、耐蒸汽性、耐猴和耐屈挠性能，可用于制造硫化胶囊和水胎。3、防水卷材与耐蒸汽胶管

利用丁基橡胶优异的气密性、水密性、耐热老化性、耐候性和耐臭氧性等特性，可以制备防水卷材、水池衬里、下水管填缝材料和耐蒸汽胶管等。

此外，丁基橡胶还作为减震制品、医用橡胶制品、容器衬里、电线电缆、胶黏剂与密封材料、改性塑料等应用于日常生活中。

三、石油树脂

烃类树脂：是指由石油、煤焦油和松节油提取物经过阳离子聚合反应得到的低分子量无定形聚合物，由粘性液体或流体到硬而脆的热塑性塑料，可溶于脂肪族和芳香烃类溶剂。

烃类树脂中最典型的是石油树脂。

石油树脂是以石油裂解得到的C5烃类为原料，以水、HCl或卤化物为引发剂，与共引发剂Lewis酸配合，在0~100℃下进行聚合反应，得到软化点从0℃到190℃到脂肪族石油树脂。应用：

脂肪族或者芳香族的石油树脂广泛应用于热熔胶、涂料、墨水、橡胶添加剂、密封和油漆。

四、聚乙烯基醚类

乙烯基醚单体可以通过自由基引发聚合，但是反应速度很慢并且只能得到低聚物，而通过Lewis酸引发的阳离子聚合是更为有效的合成方法，并可实现控制/活性阳离子聚合。

应用：

聚乙烯基醚有着广泛的用途，可作为胶黏剂（尤其是压敏胶带和标签）中非迁移性的增粘剂，作润滑油粘度指数改进剂，涂料、薄膜和弹性体的增塑剂等。

五、硅橡胶

聚硅氧烷是指具有—Si—O—单元的、每个硅原子上带有一个或几个不同的有机集团的一类化合物。一般有机集团为甲基、苯基和乙烯基。最重要的工业化产品是聚甲基硅氧烷。

全球聚硅氧烷的年产量约为600kt，通过阳离子聚合方法得到的产品大约占总数的10%~15%。

应用：

（1）利用聚硅氧烷的硅氧键在高温和老化是非常稳定，可用于汽车和航天领域

（2）聚硅氧烷对许多气体具有高渗透性和可溶解性，可用作气体分离膜和隐形眼睛材料等。（3）硅氧烷流体具有良好的亲水性、润滑性、表面活性等，可用于制冷剂、热交换介质、防水剂、保护性涂料等。