合成橡胶的概述

• 实际应用中又按使用特性 • 分为通用型橡胶和特种橡胶两大类。通用型 橡胶指可以部分或全部代替天然橡胶使用的橡胶， 如丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶等，主要用于 制造各种轮胎及一般工业橡胶制品。通用橡胶的 需求量大，是合成橡胶的主要品种。 • 特种橡胶是指具有耐高温、耐油、耐臭氧、耐老 化和高气密性等特点的橡胶，常用的有硅橡胶、 各种氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶、 聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等，主 要用于要求某种特性的特殊场合。
• 合成橡胶（synthetic rubber）指任何 人工制成的，用于弹性体的高分子材 料。合成橡胶是人工合成的高弹性聚 合物，以煤、石油、天然气为主要原 料，所以价格也与三种主要原料的价 格息息相关。品种很多，并可按需求 之不同合成各种具有特殊性能的橡胶， 因此目前世界上的合成橡胶总产量已 远远超过天然橡胶。
• 。此外,中国也大量生产丁苯热塑性弹性体(SBS) 和丁苯胶乳,亦生产丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡 胶以及氯化聚氯乙烯等特种橡胶产品。目前,中国 合成橡胶装置生产能力和生产量均位居世界第三, 约占世界合成橡胶装置总生产能力的9.9%,总产量 的14.5%;消费量则居世界第一,约占世界总消费量 的21.8%,是世界上最具活力的合成橡胶市场。随 着中国国民经济的快速发展,将极大地推动以轮胎 为代表的橡胶工业的快速发展,中国合成橡胶的产 量和消费量将得到进一步增长,在世界总量中所占 的比例将进一步上升。中国合成橡胶工业发展前 景十分广阔
• 分类 • 合成橡胶的分类方法很多。 • 按成品状态 • 可分为液体橡胶（如端羟基聚丁二 烯）、固体橡胶、乳胶和粉末 • 橡胶等。
• 按橡胶制品形成过程 • 可分为热塑性橡胶（如可反复加工成 型的三嵌段热塑性丁苯橡胶）、硫化型橡 胶（需经硫化才能制得成品，大多数合成 橡胶属此类）。 • 按生胶充填的其他非橡胶成分 • 可分为充油母胶、充炭黑母胶和充木 质素母胶。
• 从发展趋势来看，现今橡胶基纳米复合材料的研 究指向一方面为传统橡胶制 • 品的高性能化，诸如轮胎、密封制品，注重于提 高制品的基体强度、耐磨性、耐 • 老化性、耐油性、耐热降解性、耐腐蚀性、无卤 阻燃等性能；另一方面向功能多 • 样化、复合化转移，开始应用于具有声损耗、光 识别、光转换、导热导电、高能 • 射线屏蔽、电磁屏蔽等要求的生物医学、航空航 天等方面。面对国内外技术的巨 • 大差距，深入研究橡胶基纳米复合材料在各个领 域的应用显得尤为重要。
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一、概述 橡胶是制造飞机、军舰、汽车、拖拉机、收割机、水 利排灌机械、医疗器械等所必需的材料。根据来源不 同，橡胶可以分为天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶中 有少数品种的性能与天然橡胶相似，大多数与天然橡 胶不同，但两者都是高弹性的高分子材料，一般均需 经过硫化和加工之后，才具有实用性和使用价值。合 成橡胶在20世纪初开始生产，从40年代起得到了迅速 的发展。合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面， 但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或 低温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及 日常生活中。
• 合成橡胶的诞生 • 1900年И.Л.孔达科夫用2，3-二甲基-1， 3-丁二烯聚合成革状弹性体。第一次世界大 战期间，德国的海上运输被封锁，切断了 天然橡胶的输入，他们于1917年首次用2， 3-二甲基-1，3-丁二烯生产了合成橡胶，取 名为甲基橡胶W和甲基橡胶H。
• 甲基橡胶W是2，3-二甲基-1，3-丁二烯在 70℃热聚合历经 5个月后制得的，而甲基橡 胶 H是上述单体在30～35℃聚合历经3～4 个月后制成的硬橡胶。在战争期间，甲基 橡胶共生产了 2350t。这种橡胶的性能比天 然橡胶差得多，而且当时单体的合成和聚 合技术都很落后，故战后停止生产
• 工业发展史 • 人工合成橡胶的思路渊源于人们对天然橡胶的剖析和 仿制，合成橡胶工业的诞生和发展取决于原料来源、单体 制造技术的成熟程度，以及单体、催化剂和聚合方法的选 择。此外，由于橡胶是交通运输工具（汽车、飞机的轮胎 等）的主要材料，因而它的发展又和战争对橡胶的需求密 切相关。 • 第一次世界大战期间诞生了合成橡胶，并且有少量生 产以应战争急需。20世纪30年代初期建立了合成橡胶工业。 第二次世界大战促进了多品种、多性能合成橡胶工业的飞 跃发展。50年代初，发明了齐格勒-纳塔催化剂，单体制造 技术也比较成熟，使合成橡胶工业进入合成立构规整橡胶 的崭新阶段。60年代以后，合成橡胶的产量开始超过了天 然橡胶。
• 后处理 • 后处理是使聚合反应后的物料（胶乳 或胶液），经脱除未反应单体、凝聚、脱 水、干燥和包装等步骤，最后制得成品橡 胶的过程。乳液聚合的凝聚工艺主要采用 加电解质或高分子凝聚剂，破坏乳液使胶 粒析出。溶液聚合的凝聚工艺以热水凝析 为主。凝聚后析出的胶粒，含有大量的水， 需脱水、干燥。
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• 法是取相应单体的英文名称或关键词的第一个大 写字母，其后缀以“橡胶”英文名第一个字母 R 来命名。例如丁苯橡胶是由苯乙烯与丁二烯共聚 而成的合成橡胶，故称SBR；同理，丁腈橡胶称 NBR；氯丁橡胶称CR等。中国的命名方法：对于 共聚物是在相应单体之后缀以共聚物橡胶如丁二 烯－苯乙烯共聚物橡胶，简称丁苯橡胶；对于均 聚物，则在相应单体之前冠以“聚”字，而在聚 合物之后缀以“橡胶”如顺式-1,4-聚异戊二烯橡 胶（简称异戊橡胶）顺式-1,4-聚丁二烯橡胶（简 称顺丁橡胶）等。此外，尚有通俗取名法，即取 该聚合物除碳氢以外的特有元素或基团来命名。 如由 αω-二氯代烃（或α，ω-二氯代醚）和多硫 化钠形成的橡胶俗称聚硫橡胶，而由异丁烯和少 量异戊二烯共聚制得的橡胶常俗称丁基橡胶等
• 天然橡胶的剖析和仿制 1826年，M.法拉第首先对 天然橡胶进行化学分析，确定了天然橡胶的实验 式为C5H8。 • 1860年，C.G.威廉斯从天然橡胶的热裂解产 物中分离出C5H8，定名为异戊二烯，并指出异戊 二烯在空气中又会氧化变成白色弹性体。1879年， G.布查德用热裂解法制得了异戊二烯，又把异戊 二烯重新制成弹性体。尽管这种弹性体的结构、 性能与天然橡胶差别很大，但至此人们已完全确 认从低分子单体合成橡胶是可能的。
• 四、生产工艺 • 合成橡胶的生产工艺大致可分为单体的合成和 精制、聚合过程以及橡胶后 • 处理三部分 • 单体的生产和精制 • 合成橡胶的基本原料是单体，精制常用的方法 有精馏、洗涤、干燥等。 • 聚合过程 • 聚合过程是单体在引发剂和催化剂作用下进行 聚合反应生成聚合物的过程。有时用一个聚合设备， 有时多个串联使用。合成橡胶的聚合工艺主要应用 乳液聚合法和溶液聚合法两种。目前，采用乳液聚 合的有丁苯橡胶、异戊橡胶、丁丙橡胶、丁基橡胶 等。
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二、科技名词定义 中文名称： 合成橡胶 英文名称： synthetic rubber 定义： 以合成高分子化合物为基础具有可逆变形的高弹性材料。 应用学科： 水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料 （二级学科）；建筑材料（水利）（三级学科）
• 命名 • 许多国家都有各自的系统命名法。目 前，世界上较为通用的命名法是按国际标 准化组织制定的，此 • 合成橡胶
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五、纳米粒子在橡胶中的应用 橡胶基纳米复合材料是以橡胶为连续相，以无机或有机 纳米粒子为分散相而 制备的复合材料。由于分散相的小尺寸效应、表面效应、 量子尺寸效应以及宏观 量子隧道效应，橡胶基纳米复合材料在结构、性能及应 用方面优于传统的橡胶复 合材料，为制备高性能、多功能的复合材料提供了新途 径。本论文以高性能橡胶 基纳米复合胎面材料、功能材料、密封材料为应用指向， 研究了基于纤维状无机 纳米填料、层状无机纳米填料、颗粒状无机纳米填料、 功能化无机纳米复合填料 以及聚合物纳米填料的橡胶基纳米复合材料的制备、结 构与性能。
• 发展新阶段 • 50年代中期，由于发明了齐格勒-纳塔和锂系等新型催 化剂；石油工业为合成橡胶提供了大量高品级的单体；人 们也逐渐认识了橡胶分子的微观结构对橡胶性能的重要性； 加上配合新型催化剂而开发的溶液聚合技术，使有效地控 制橡胶分子的立构规整性成为可能。这些因素使合成橡胶 工业进入生产立构规整橡胶的崭新阶段。代表性的产品有 60年代初投产的高顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶，简称异戊 橡胶又称合成天然橡胶；高反式-1，4-聚异戊二烯，又称 合成杜仲胶;及高顺式、中顺式和低顺式-1，4-聚丁二烯橡 胶，简称顺丁橡胶。此外，尚有溶液丁苯和乙烯- 丙烯共聚 制得的乙丙橡胶等。在此期间，特别橡胶也获得了相应的 发展，合成了耐更高温度、耐多种介质和溶剂或兼具耐高 温、耐油的胶种。其代表性品种有氟橡胶和新型丙烯酸酯 橡胶等
• 常见合成橡胶名称表 • ISO标准代码学名（英文）通称BIIR溴化丁基橡胶（Bromo Isobutylene Isoprene rubber）Bromobutyl（Lanxess公司产 品）BR聚丁二烯、顺丁橡胶（Polybutadiene）Buna CB （Lanxess公司产品）CIIR氯化丁基橡胶（Chloro Isobutylene Isoprene rubber）丁基橡胶（butyl rubber）、 chlorobutylCR氯丁橡胶（Polychloroprene rubber） Neoprene、ChloropreneCSM氯磺化聚乙烯橡胶 （Chlorosulphonated Polyethylene）海霸龙（杜邦公司产品 Hypalon）ECO环氧氯丙烷（Epichlorohydrin）ECO、 Epichlorohydrin、Epichlore、Epichloridrine、Herclor （Hercules公司产品）、Hydrin（B.F. Goodrich公司产品） EP乙烯丙烯橡胶（Ethylene Propylene）EPDM三元乙丙橡 胶（Ethylene Propylene Diene Monomer）EPDM、Nordel （陶氏化工公司产品）FKM氟化烃橡胶（Fluorinated Hydrocarbon rubber）Viton、Kalrez（二者皆为杜邦公司产 品）、Fluorel （3M公司子公司Dyneon产品）、Chemraz （Greene Tweed公司产品）