简析溴化丁基橡胶性能及生产现状

王方

新材料、化工、节能环保

  • 2019-07-09
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溴化丁基橡胶作为丁基橡胶的改性产品,在多个领域可以替代丁基橡胶,拥有更加优越的性能。本文介绍了溴化丁基橡胶的结构、性能、应用,分析了国内外溴化丁基橡胶的生产现状。

摘要:溴化丁基橡胶作为丁基橡胶的改性产品,在多个领域可以替代丁基橡胶,拥有更加优越的性能。本文介绍了溴化丁基橡胶的结构、性能、应用,分析了国内外溴化丁基橡胶的生产现状。

丁基橡胶(IIR)是异丁烯和少量异戊二烯聚合所得的一种橡胶品种,具有优良的气密性和良好的耐热、耐老化、耐酸碱、耐臭氧、耐溶剂、电绝缘、减震及低吸水等性能。为了改善丁基橡胶的硫化性能以及与其他种类橡胶的联合性,提出了卤化丁基橡胶的概念,卤化丁基橡胶(HIIR)可分为溴化丁基橡胶(BIIR)和氯化丁基橡胶(CIIR)。

溴化丁基橡胶是丁基橡胶经溴化改性后得到的产物。溴代反应主要发生在丁基橡胶中少量的双碳键或者紧邻双键的甲基碳,因此溴化丁基橡胶中溴的含量较低,质量分数在0.8%~2.5%之间。由于丁基橡胶的主链结构未发生改变,因此溴化丁基橡胶具有丁基橡胶的一切特性,同时还具有多方面丁基橡胶所没有的特点。

溴化丁基橡胶的结构和性能

丁基橡胶的结构示意图如图1,溴化丁基橡胶由丁基橡胶和溴反应制得,可以看作异丁烯和少量溴化异戊二烯的共聚物,溴化异戊二烯在链中是随意分布的。溴化丁基橡胶和丁基橡胶的结构区别在于异戊二烯链节的结构,溴化丁基橡胶中的异戊二烯链节有4种结构(见图2)。其中结构Ⅲ是溴化丁基橡胶中最主要的结构,占比50%~60%;其次是结构Ⅰ,占30%~40%;结构Ⅱ占比约5%~15%;结构Ⅳ占比只有1%~3%。

图1 丁基橡胶的结构示意图

(资料来源:中国知网)


图2 溴化丁基橡胶结构示意图

(资料来源:中国知网)

溴化丁基橡胶保留了IRR分子结构中的双键,保持了丁基橡胶的一切特性;在丁基橡胶分子结构中引入溴原子,由于C-Br键的键能小,溴化丁基橡胶的反应活性高,自粘性、互粘性等性能明显有所提升,具体见表1。

表1 IIR与BIIR的性能比较

(资料来源:中国知网)

BIIR相比IIR活性有所提高,可与其他橡胶共混,可提高硫化性能,实现不同的共混目的(见表2)。

表2 溴化丁基橡胶的并用效果

(资料来源:中国知网)

溴化丁基橡胶的应用

溴化丁基橡胶凭借其优越的性能,正在多个领域逐渐代替丁基橡胶,目前无内胎轮胎和医用瓶塞是BIIR的两大应用领域,在胶管、胶带、防水卷、粘合剂等其他方面的应用也在逐渐增加。

1. BIIR在汽车轮胎子午化方面的应用

汽车轮胎技术一直在发展更新,普通IRR制造的有内胎轮胎将逐渐被采用BIIR制造的子午线轮胎逐渐替代, BIIR在全钢子午胎上的应用比例为100%,而半钢子午胎已开始转向使用BIIR为主;国内载重子午胎均使用BIIR,使用量占溴化丁基橡胶总消费量的75%;国际轮胎行业所使用的卤化丁基橡胶胎中,BIIR占比为70%。当前我国汽车子午线轮胎的使用比例不高,还有较大发展空间,子午线轮胎的发展将会极大拉动BIIR的市场需求。

2. 医用橡胶丁基化是BIIR的第二大应用领域。

天然橡胶中含有致癌物质,易生霉菌,国外早就开始使用卤化丁基橡胶作为医用瓶塞。从2005年开始,国家医药主管部门规定,我国停止使用普通天然橡胶作为药用胶塞。BIIR胶塞成为主要替代产品,其具有更好的化学性能和物理性能,如具有良好的吸湿性,所以更适用于冷冻干燥制品;能够显著提高低分子量凝血酶抑制液的稳定性。

BIIR的国内外生产现状

溴化丁基橡胶的研究和开发起始于上个世纪50年代,1953年,Morrisey开发出丁基橡胶溴化方法;1954年,固特异公司开始商业化生产溴化丁基橡胶。截至目前,国际上卤化丁基橡胶的产能分布见表3。当前在国际市场上,埃克森美孚和朗盛两大公司拥有的丁基胶橡胶产能约占全世界总产能的80%,处于垄断地位,且不对外转让技术。

表3 卤化丁基橡胶生产分布

(资料来源:中国知网)

我国卤化丁基橡胶起步较晚,目前研究成果较少。1999年,由燕山石化合成橡胶厂从意大利PI公司引进生产技术,开始研究卤化丁基橡胶,年产能为3万吨,是中国唯一的一套丁基橡胶生产装置;2010年燕山石化合成橡胶厂又建成一套3万吨/年的BIIR装置。虽然我国目前初步掌握了BIIR生产技术,但是国内生产BIIR的企业还不多,国内所用BIIR大部分还是依赖进口,当务之急是找到一种新的BIIR合成方法,提高其生产量,满足国内市场需求。

结语

溴化丁基橡胶是丁基橡胶的溴化改性产品,具有丁基橡胶的所有优点,改善了丁基橡胶硫化性能差、与其他种类橡胶联合性差的缺陷;目前汽车子午线轮胎和医药胶塞是溴化丁基橡胶的两大应用领域;全球丁基橡胶由埃克森美孚和朗盛两大企业垄断;受制于生产技术落后,我国溴化丁基橡胶严重依赖进口,急需找到新的合成方法,提到产量,满足国内市场。


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