顺丁橡胶是顺式-1,4-聚丁二烯(cis-1,4-polybutadiene)橡胶的简称,它是由丁二烯(butadiene)单体在催化剂作用下通过溶液聚合制得的有规立构橡胶,是目前世界上产量仅次于丁苯橡胶而居为第2位的一种通用橡胶。
顺丁橡胶种类
按聚合方法分为乳液聚合和溶液聚合顺丁橡胶(常用)。依据所含顺式—1,4结构不同,又可分为高顺式顺丁橡胶(顺式—1,4含量96%~98%),中顺式顺丁橡胶(顺式—1,4含量90%左右)和低顺式顺丁橡胶(顺式—1,4含量35%~40%)。顺丁橡胶中顺式—1,4含量主要取决于催化剂品种,如采用锂系催化剂制得低顺式顺丁橡胶,而钛系催化剂制得中顺式顺丁橡胶,钴系或镍系催化剂则可制得高顺式顺丁橡胶。
锂系催化剂生产的低顺式丁二烯橡胶的优点是:催化剂是单一组成丁基锂,聚合反应容易控制,催化剂活性高、用量少,工艺简单,适用于单釜聚合,从而能提高生产效率,降低成本。低顺式顺丁橡胶的缺点是相对分子质量分布窄,物理力学性能较差,加工较困难,冷流倾向大,故一般作为聚苯乙烯树脂的改性剂使用。
钴和镍系催化剂的优点是:催化活性高,产品中顺式—1,4—结构含量高,质量均匀,因此橡胶的综合物理力学性能好,相对分子质量大,容易调节,相对分子质量分布较宽,加工性能较好,冷流倾向也较小。
钛系催化剂制得顺丁橡胶的性能与钴和镍系催化剂相似,不同之处是钛系顺丁橡胶相对分子质量分布较窄,冷流倾向大,加工性能也不如钴系和镍催化剂所制得的好。
顺丁橡胶结构
顺丁橡胶,即高顺式聚丁二烯橡胶的结构为:
BR有着与NR非常相似的分子构型,只是在丁二烯链节中,双键一端的碳原子上少了甲基取代基。因此,BR的分子结构规整,可结晶,同时无极性,分子间作用力小,分子链非常柔顺;每个链节中存在一个双键,是高不饱和橡胶,无侧甲基的推电子作用,双键活性低于NR;除此之外,BR平均分子量较低,分子量分布较窄。
顺丁橡胶性能
顺丁橡胶为白色至浅黄色弹性体。相对密度为0.91~0.94。室温下稍有结晶性,当拉伸到300%~400%时,结晶性显著增大,结晶相的熔融温度与结晶的规整性有关。顺丁橡胶硫化胶杂质含量少,因而具有优异的介电性能。顺丁橡胶溶度参数为16.6(J/cm3)1/2,能很好地溶于天然橡胶所用的各种溶剂中。
顺丁橡胶由于其顺式—1,4结构高达96%~98%,分子结构比较规整,主链上无取代基,分子间作用力小,分子长而细,分子中有大量可发生内旋转的C—C单键,所以顺丁橡胶具有高弹性,低温性能好(Tg低达—105℃左右),滞后损失和生热小,耐磨、耐曲挠性能优异,流动性能好,吸水性低等优点,是弹性最高的一种橡胶。
顺丁橡胶的缺点是拉伸强度和撕裂强度低,生胶有冷流性,加工性能差,黏着性不好,在湿路面上易打滑。为了克服顺丁橡胶的上述缺陷,近年来开发了1,2—聚丁二烯橡胶。此种橡胶微观结构中1,2结构含量为35%~55%,它既具有顺丁橡胶的耐磨性,又有很好的抗湿滑性。
顺丁橡胶应用
顺丁橡胶主要用于制造轮胎、自行车外胎、鞋底、鞋后跟、输送带覆盖带胶、电线绝缘胶料、胶管(吸引胶管、输水和输气胶管)、胶布和体育用品等,还可用于聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等塑料改性。
顺丁橡胶由于耐磨性优异,特别适用于制鞋行业;并且其色泽鲜艳,可与天然橡胶、溶聚丁苯橡胶并用制造透明鞋底和浅色鞋底;同时可用来改性聚乙烯制造微孔鞋底。