丁苯橡胶的配合及加工工艺肖标（安徽工业大学，安徽马鞍山 243002）摘要：丁苯橡胶(SBR)是以丁二烯和苯乙烯为单体合成的共聚物,是目前世界上产量最高,消费量最大的通用合成橡胶(SR)品种[1]。

它采用自由基引发的乳液聚合或阴离子溶液聚合工艺而得到的,工业上多采用乳液聚合法。

本文将介绍丁苯橡胶的结构与种类、性能、应用、配合、加工工艺、研究进展以及未来展望等，对其生产工艺以及工艺条件控制进行深刻的探讨，最后对其国内外的供需现状和发展前景作出简单探讨。

关键词：丁苯橡胶、性能、乳液聚合、生产工艺、工艺条件控制第一章绪论1.1 丁苯橡胶的结构与种类1.1.1丁苯橡胶的结构聚合反应：CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2——→-[CH2-CH=CH-CH2]x-[CH(C6H5)-CH2]-y典型丁苯橡胶的结构特征1)大分子宏观结构包括单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等。

2)微观结构主要包括丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例[2]，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。

3)无定形聚合物因掺杂有苯乙烯链节，所以丁苯橡胶的主体结构不规整，不易结晶。

4)丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大在丁苯橡胶硫化时，丁二烯链节中顺式—1，4和反式—1，4两种结构会发生异构而相互转化，最后可达到一个平衡态。

又在低温丁苯和高温丁苯中1．2—丁二烯链节[1]的含量相差不太大．所以丁二烯微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大。

5)苯乙烯含量与玻璃化转变温度丁苯橡胶的玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。

乙烯基的含量越低，玻璃化温度越低。

可以按需要的比例从100%的丁二烯(顺式、反式的玻璃化温度都是-100℃)调够到100%的聚苯乙烯(玻璃化温度为90℃)。

玻璃化温度对硫化橡胶的性质起重要作用，大部分乳液聚合丁苯橡胶含苯乙烯为23.5%，这种含量的丁苯橡胶具有较好的综合物理机械性能。

6)低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶高温(50℃)聚合时．支化较严重．凝胶物含量较高；在同等分子量下．分子量分布较宽。

低温聚合下由于它的分子量分布较窄，硫化时不被硫化的低分子量部分较少，可均匀硫化．从而使交联密度较高。

故由低温丁苯橡胶所得硫化胶的物理机械性能(如拉伸强度、弹性及加工性)均较高温丁苯为优.1.1.2 分类丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同,丁苯橡胶分为下列几类.① 按聚合方法和条件分类可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久, 生产和加工工艺成熟, 应用广泛, 其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。

溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种, 其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比, 具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点, 是今后的发展方向。

乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。

在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟，因此本文主要介绍低温乳液聚合生产丁苯橡胶的生产工艺。

② 按填料品种分类可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。

③ 按苯乙烯含量分类丁苯橡胶—10、丁苯橡胶—30、丁苯橡胶—50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶—301.2丁苯橡胶的结构丁苯橡胶乳液丁苯 溶 液 丁 苯高温丁苯 低 温 丁 苯 低温 充油 丁 苯 低温充炭黑丁苯低温充油充炭黑丁苯 高温乙烯丁苯 液 体 丁 苯 羧 基 丁 苯 烷基锂溶液丁苯 锡偶联溶液丁苯 高反式1,4-丁苯典型丁苯橡胶的结构特征如下表丁苯橡胶类型 宏观结构 微观结构支化 凝胶 Mz H1 聚苯乙烯含量/% 顺式/% 反式/%乙烯基/%低温乳液聚合 中等 少量 100000 4-5 23.5 9.5 55 12高温乳液聚合 大量 多 100000 7.523.4 16.6 46.3 13.7典型丁苯橡胶的结构特征1)大分子宏观结构包括单体比例、平均相对分子质量及分布、分子线性或非线性，凝胶含量等。

2)微观结构主要包括丁二烯链段中顺式—1，4、反式—1，4和1，2—结构(乙烯基)的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。

3)无定形聚合物1.2丁苯橡胶的性能和应用1.2.1 乳液丁苯橡胶丁苯橡胶(生胶)外观是浅黄褐色的弹性体．分子量为15—20万(渗透压法)，它的密度与Tg 则随生胶中苯乙烯含量而改变。

① 乳液丁苯橡胶与天然橡胶的对比丁苯生胶的介电性能、对氧及热的稳定性均比天然橡胶好。

但是它的粘结性不好，可塑性低，所以不易加工。

若用硫黄硫化时，它的硫化速度比天然橡胶慢，故须加入较多的硫化促进刑。

丁苯橡胶硫化后的硫化胶中，若加有炭黑补强剂，其强度可大大增加。

它的弹性、耐磨性、耐老化性能均可超过天然橡胶；耐酸性、耐碱性、介电性及气密性与天然橡胶相似。

但是大分子结构中含有苯环，滞后损失大，动恋变形时发热量大，由制造的轮胎使用寿命较短。

②乳液丁苯橡胶的应用大多数场合下可代替天然橡胶使用，主要用于汽车轮胎及各种工业橡胶制品。

含苯乙烯较少的丁苯橡胶，可用作耐寒橡胶制品；苯乙烯含量高者，则制作硬质橡胶制品。

1.2.2 溶液丁苯橡胶丁二烯与苯乙烯在有机溶剂中用有机锂化合物作引发剂进行阴离子共聚反应所得的弹性体，称为溶液聚合丁苯橡胶(S —SBR)，或溶液丁苯。

溶液丁苯具有多种结构，能制取各种类型的橡胶制品。

按丁二烯苯乙烯两种单体共聚结合的方式，它可分为无规共聚型及嵌段共聚型，前一类为通用型合成橡胶，用于轮胎、鞋类和工业橡胶制品。

后一类为热塑性弹性体，用于鞋类及其他工业制品。

溶液丁苯和乳液丁苯一样，也可充油或充炭黑得到相应的充油或充炭黑的溶液丁苯橡胶。

第二章丁苯橡胶的配合工艺2.1丁苯橡胶的配合体系它和NR有大致类似的配合原则,SBR的特点:由于丁苯橡胶是非自补强的,必须配合补强剂;和NR比用硫磺硫化体系时,SBR的硫磺用量要少,促进剂用量较多,SBR硫磺用量为1.0-2.5份.当然不同牌号丁苯橡胶之间配合的促进剂、硫磺量也有差别[3]。

2.2丁苯橡胶的配合实例下面是典型低温乳液聚合生产丁苯橡胶的配合体系：典型低温乳液聚合生产丁苯橡胶配方原料及辅助材料冷法（质量分数）单体丁二烯72苯乙烯28相对分子质量调节剂叔-十二碳硫醇0.16 反应介质水105脱氧剂保险粉0.025-0.04乳化剂歧化松香酸钠 4.62引发体系过氧化物氢过氧化异丙苯0.06-0.12 还原剂硫酸亚铁0.01雕白粉0.04-0.10 螯合剂EDTA-二钠盐0.01-0.025电介质磷酸钠0.24-0.45终止剂二甲基二硫代氨基甲酸钠0.10 亚硝酸钠0.02-0.04多硫化钠0.02-0.05 其它（多乙烯多胺）0.02第三章丁苯橡胶的加工工艺3.1丁苯橡胶的加工工艺特点1)SBR的综合加工性能次于NR，好与大多数合成橡；2)加工温度在120℃以上,易产生凝胶,为后加工带来困难；3)溶液丁苯包辊性差，但炼焦生热性比乳聚的小；4）乳聚的挤出压延收缩率大，溶聚的在这方面有比较大的改善；5）SBR 的黏性比NR差[4]。

3.2丁苯橡胶的加工工艺工艺流程：聚合温度5-8 ℃聚合时间6-12小时1、碳氢相、水相、助剂的配置丁二烯和苯乙烯均匀混合[5]，制备成碳氢相以松香皂为乳化剂加入雕白粉、EDTA、硫酸亚铁等活化剂，再加扩散剂、氯化钾，然后加软水得水相。

碳氢相和水相按一定比例混合进入乳化槽，在乳化槽中经搅拌后充分乳化送入聚合釜。

2、聚合往聚合釜里面加引发剂、调节剂。

胶浆经过过滤后送脱气流程，在管线加阻聚剂。

3、脱气胶浆进入闪蒸槽脱出未反应的丁二烯，再经真空脱气去除未反应的苯乙烯。

4、后处理加防老剂，加凝聚剂，在食盐与稀硫酸的作用下，橡胶成小颗粒析出，然后经洗涤，挤压脱水，膨胀干燥包装为成品。

单体中的杂货对聚合反应及胶的质量有很大的影响。

5、最后将所得颗粒塑炼、混炼、压延或挤出[6]、硫化即可得到所需产品。

第四章橡胶工艺学的研究进展4.1橡胶工艺学的现在发展状况目前，世界橡胶工业的销售额已超过2500亿美元，橡胶制品早已成为国际贸易重要的大宗商品。

在世界市场上，橡胶产品已形成了轮胎为中心，以工业、建筑用品为重点，涉及胶鞋、胶布等日用制品以及医疗卫生、文化体育等各大类的产品群体[7]。

现代橡胶工业形成了如下六大特点：●1)橡胶工业是包容性大的多门类产业。

在世界橡胶消费量中，橡胶工业消耗了全球80%以上的橡胶。

用其加工生产的橡胶材料和制品总量达到3500万吨以上，概括起来可分成胎、管、带、板以及各类型材、胶件、胶液和胶鞋、胶布等十余类。

它们涉及国民经济、人民生活以及国防军工、尖端高科技等方面，广泛用于减震、密封、粘接、耐磨、防腐、绝缘、导电等诸多领域，大多为橡胶与纤维、金属、塑料所牢固结合构成的橡胶复合体。

●2)轮胎成为橡胶工业最具代表性的行业。

轮胎工业一直是橡胶工业的支柱性产业。

轮胎工业不论在技术上和经济上都是橡胶工业水平的象征，其用胶量占到50%以上，并且还有上升的趋势。

现在全世界的轮胎产量已达11亿条，销售额超过700亿美元。

橡胶工业中的大型企业有80%都集中在轮胎行业。

●3)工业及生活日用品的结构变化在不断加快。

随着橡胶工业以轮胎生产为主的趋势日益明显，工业制品及生活等其它橡胶制品相对来说用胶量增长缓慢。

橡胶与塑料共混、复合以及树脂化的倾向则不断加强。

●4)非橡胶工业和非橡胶制品的橡胶用量比例不断扩大。

近年来，橡胶工业之外的非橡胶制品橡胶用量比例现已占到世界总橡胶消耗量的的20%，尤其是合成橡胶更高达28%以上，并且还有继续上升的趋势。

●5)新一代橡胶在不断地推动着橡胶工业的工艺技术革命。

橡胶制品用的原料从单一传统橡胶实现了多元化。

●6)橡胶高新技术产品为橡胶工业开辟了新的经济增长点。

近年来，为适应高新技术产业化需要而出现的高新技术橡胶材料和产品，成为推动橡胶工业发展新的经济增长点。

具有新特性的橡胶高新技术材料，见于市场的已不不数十种。

虽然它们的用胶量目前尚很小，但附加价值很高，增长速度很快，在工业制品当中已开始占据一定地位将来有可能形成一个新行业。

4.2橡胶工艺学的未来发展方向● 1.新原材料的开发。

目前在橡胶工业中，轮胎对天然橡胶的依赖性依然很大，使用比例在不断回升；而工业制品则是天然橡胶不断减少，树脂用量明显增加，因而急需开发新一代能满足上述要求的合成橡胶。

1) 开发一种能完全取代天然橡胶的合成橡胶。

由于高分子设计技术取得了突破性进展，现已出现了可调分子量的溶聚丁苯橡胶，并成功地用在了轮胎上，实现了轮胎材料的又一次革命。