溴化丁基橡膠的應(yīng)用研究
作者： 發(fā)布日期：2018-04-12 21:06:03
溴化丁基橡膠(BIIR)是IIR的改性產(chǎn)物，改性的目的是提高IIR的活性，改善其與不飽和橡膠的相容性，提高自粘性、互粘性及共交聯(lián)能力，同時保持IIR的原有特性。IIR溴化后除增加了交聯(lián)位置外，同時也增強了雙鍵的反應(yīng)性。這是由于C-Br鍵的鍵能較小，溴化丁基橡膠的硫化反應(yīng)活性較高，所以其具有較快的硫化速度和較強的硫化適應(yīng)性，而且與通用橡膠的共硫化性能較好。與普通丁基橡膠相比，溴化丁基橡膠增添了以下特性：(1)硫化速度快；(2)與天然橡膠、丁苯橡膠的相容性好；(3)與天然橡膠、丁苯橡膠的粘接性能提高；(4)可單獨用氧化鋅硫化(BIIR是唯一可單用硫黃或者用氧化鋅硫化的彈性體)，硫化方式多樣化；(5)有較好的耐熱性。
溴化丁基橡膠正是憑借如此多的優(yōu)點，在多種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)正逐步替代普通丁基橡膠，如子午線輪胎、斜交輪胎、胎側(cè)、內(nèi)胎、容器襯里、藥品瓶塞和機器襯墊等工業(yè)產(chǎn)品。溴化丁基橡膠是制造無內(nèi)胎輪胎和醫(yī)藥用制品不可替代的原材料。
1溴化丁基橡膠的生產(chǎn)方法
BIIR的制備方法有干混煉溴化法和溶液溴化法。干混煉溴化法是在開煉機上將N-溴代琥珀酰亞胺、二溴二甲基乙內(nèi)酰脲或活性碳吸附溴(質(zhì)量分數(shù)為0.312)與IIR進行熱混煉而制得BIIR；溶液溴化法是將IIR溶解于氯化烴溶劑，再通入質(zhì)量分數(shù)約為0.03的溴而制備，該過程是連續(xù)的，產(chǎn)品質(zhì)量均勻穩(wěn)定。BIIR中溴的質(zhì)量分數(shù)最佳值為0.017-0.022。
2溴化丁基的應(yīng)用研究
2.1工藝要求
溴化丁基橡膠分子鏈上存在雙鍵，同時含有溴原子，因此可以采用多種方法進行硫化，應(yīng)根據(jù)橡膠制品所要求的物理性能選擇硫化體系。溴化丁基橡膠的混煉、壓延和壓出操作工藝與門尼粘度相同的普通丁基橡膠相似，但由于溴化丁基橡膠硫化速度較快，容易焦燒，所以應(yīng)該注意下列情況：
1.煉膠溫度。溴化丁基橡膠的混煉溫度若超過130℃，有焦燒危險，并且溫度過高，膠料容易破碎，導(dǎo)致膠料加工不良。
2.溴化丁基橡膠對模具具有腐蝕性，所以在模壓時要加以防護，如使用高質(zhì)量的模具，并用涂層保護，避免使用水基脫模劑以及保持高溫狀態(tài)，避免模具溫度反復(fù)波動等。
2.2 并用和共混體系
2.2.1 IIR/BIIR
采用BIIR/IIR并用可以改善IIR的加工性能和物理性能，同時還可以縮短IIR的硫化時間，并用膠的界面粘合力較大，并且降低了膠料粘度，改善了加工性能。此外，在溴化丁基橡膠中加入普通丁基橡膠也是一種降低生產(chǎn)成本的重要途徑。
普通丁基橡膠與溴化丁基橡膠并用可以改善膠料自粘性，工藝性能良好；并用膠中隨著溴化丁基橡膠用量的增加，硫化速度明顯加快，并用膠的紫外吸光度與易氧化物兩項指標(biāo)會逐漸得到改善；并用膠中溴化丁基含量的變化對并用膠的物理機械性能、老化性能沒有太大的影響；普通丁基橡膠與溴化丁基橡膠并用膠的硫化體系采用硫黃硫化或嗎啡啉硫化效果良好。
2.2.2 NR/BIIR并用體系
溴化丁基橡膠能以任意比例與天然橡膠并用。溴化丁基橡膠與天然橡膠并用，硫化速度快，可提高天然橡膠的氣密性，改善其耐熱、耐天候老化和耐各種化學(xué)藥品的性能。而天然橡膠則能提高以溴化丁基橡膠為主的膠料的粘合性能。
溴化丁基橡膠在輪胎生產(chǎn)中最大的用量是用在無內(nèi)胎輪胎的氣密層配方。有研究對溴化丁基橡膠氣密層與溴化丁基橡膠/天然橡膠并用氣密層膠料進行了對比，結(jié)果表明，BIIR與NR并用的目的是改善膠料自身的粘著性，并提高其物性，縮短其硫化時間。也有文獻指出，BIIR與NR摻用而不是100%采用BIIR用于氣密層配方還有一個原因是出于生產(chǎn)成本和生產(chǎn)工藝控制的角度考慮。但需要注意的是，由于BIIR與NR共混本身在實際使用中很難達到均相，將對膠料的性能造成不利的影響，近年來的發(fā)展趨勢是由BIIR橡膠與NR摻用而得到基本不含油的低門尼粘度、易加工的100%BIIR，以保證空氣和水的透過性最低。目前氣密層配方中BIIR的使用隨著輪胎產(chǎn)品的不同而不同，知名品牌的公司產(chǎn)品會采用100%的BIIR或CIIR；全鋼載重?zé)o內(nèi)胎子午線輪胎和高速度級別的乘用輪胎(如V級、Z級)會采用100%的BIIR或CIIR。對全鋼載重有內(nèi)胎子午線輪胎和速度級別較低的乘用輪胎(如S級、T級)會采用BIIR橡膠與NR摻用。
2.2.3 EPDM/BIIR并用體系
溴化丁基橡膠與三元乙丙橡膠并用，可以改變硫化速度(隨著溴化丁基橡膠在并用膠中含量的增加，硫化速度急劇下降，直到溴化丁基橡膠的含量達到50%為止，隨后出現(xiàn)相反的趨勢)，改善以此為基礎(chǔ)的膠料的粘合、氣密性和阻尼特性，反之，三元乙丙橡膠可以改善以溴化丁基橡膠為基礎(chǔ)的膠料的低溫脆性、耐臭氧和耐熱性能。
2.2.4 BIIR/CR并用體系
溴化丁基橡膠與氯丁橡膠并用的目的主要在于降低以溴化丁基橡膠為基礎(chǔ)的膠料成本。溴化丁基橡膠與G型和W型氯丁橡膠一樣，可以采用氧化鋅或者硫黃硫化。溴化丁基橡膠與氯丁橡膠并用膠料的耐熱、耐臭氧性能良好，耐壓縮永久變形、耐天候老化性與氯丁橡膠相同。
2.2.5 BIIR/NBR并用體系
在溴化丁基橡膠中并用丁腈橡膠，可以改善膠料的耐油、耐化學(xué)藥品性能，提高產(chǎn)品的壓縮永久變形性能，但物理機械性能較差。與丁腈橡膠并用，溴化丁基橡膠還可以改善丁腈橡膠的低溫屈撓性、耐臭氧、耐酯和耐酮的性能，但是耐油性能和拉伸強度有所下降。
2.2.6 BR/BIIR并用體系
順丁橡膠與溴化丁基橡膠并用的目的，是利用溴化丁基橡膠良好的濕牽引性和順丁橡膠較好的耐磨性以及低滾動阻力相互補充，取長補短。BR/BIIR共混膠料用在胎面膠中，用白炭黑補強，因為含有溴化丁基橡膠的胎面膠料雖然具有良好的濕牽引性，但是耐磨性很差，原因之一是丁基橡膠與炭黑之間的相互作用差，而通過硅烷把橡膠與白炭黑偶聯(lián)起來，就能大大改善丁基橡膠與填充劑的相互作用，得到良好的補強效果，在順丁橡膠胎面膠料中加入白炭黑補強的溴化丁基橡膠，胎面膠的三大性能耐磨性、牽引性和滾動阻力都得到顯著改善。
2.3 溴化丁基橡膠的再生利用
溴化丁基橡膠有很好的再生利用功能，這也是溴化丁基橡膠不同于其他橡膠的一大優(yōu)勢。溴化丁基橡膠的再生工藝非常簡單，不需要經(jīng)過高溫脫硫等復(fù)雜工藝，只要經(jīng)過一定的塑煉就可以使用，并且與溴化丁基橡膠的原膠混合良好。加入再生膠的溴化丁基膠料隨著再生膠用量的增加，其拉伸強度會逐漸下降而伸長率會逐漸升高、但這種變化不是個分的明顯，特別是再生膠加入量在15%以內(nèi)，溴化丁基橡膠性能保持得很好，而且再生膠對溴化丁基的老化性能也沒有太大的影響。此外，再生膠與原膠并用基本不影響產(chǎn)品的化學(xué)性能。
2.4 BIIR的交聯(lián)過程及機理
ScottPJ等研究了BIIR和小分子模型(BPMN)的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)對BPMN小分子模型的推廣分析與BIIR的實際行為十分接近，可以應(yīng)用于BIIR硫化機理的研究。BIIR處于硫化溫度時將產(chǎn)生異構(gòu)化，異構(gòu)化的產(chǎn)生在很大程度上取決于體系中溴化氫的濃度，溴化氫從BIIR上脫離時，BIIR分子鏈中將形成共軛二烯結(jié)構(gòu)，并伴隨異構(gòu)化產(chǎn)生。
3國內(nèi)外鹵化丁基橡膠的供需現(xiàn)狀及發(fā)展前景
因為目前單獨、詳細的溴化丁基橡膠的產(chǎn)量與消費量數(shù)據(jù)很難查到，所以用鹵化丁基橡膠的供需現(xiàn)狀來大體反映一下BIIR的市場情況。
