通用高分子材料丁腈橡胶摘要：丁腈橡胶（NBR）是由丁二烯和丙烯腈两种单体经乳液或溶液聚合而制得的一种高分子弹性体。

具有良好的耐油性、耐水性、气密性及优良的粘结性能。

广泛用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。

关键字：丁腈橡胶合成丙烯腈性能目录1 引言 (1)1.1丁腈橡胶的分类品种 (1)1.2丁腈橡胶的结构特点 (1)2 国内外丁腈橡胶发展状况 (2)2.1国外丁腈橡胶发展状况 (2)2.2国内丁腈橡胶发展状况 (3)3 丁腈橡胶的合成 (4)3.1主要单体 (4)3.1.1丁二烯 (4)3.1.2丙烯腈 (5)3.2主要助剂 (6)3.3丁腈橡胶的组成与化学结构 (6)3.4丁腈橡胶的聚合机理 (7)3.5丁腈橡胶的工艺流程 (8)3.6丁腈橡胶工艺过程及影响因素 (8)4 丁腈橡胶的性能 (10)4.1耐油耐溶剂性 (10)4.2対化学物质的稳定性 (10)4.3耐氧化和耐日光作用 (10)4.4耐热及耐寒性 (11)4.5物现机械性能 (11)4.6电性能和透气性 (11)5 丁腈橡胶的应用领域和发展前景 (11)5.1丁腈橡胶的应用领域 (11)5.2丁腈橡胶的发展前景 (12)5.2.1聚合工艺的改进 (12)5.2.2新品种开发 (13)5.2.3开展加工应用研究，提高应用水平 (13)参考文献 (13)1 引言：1.1丁腈橡胶的分类品种〔1〕乳聚丁腈橡胶种类繁多，通常依据丙烯腈含量，门尼粘度，聚合温度等分为十几个品种。

而根据用途不同又可分为通用型和特种型两大类。

通常，丁腈橡胶依据丙烯腈含量可分成以下五种：①极高丙烯腈丁腈橡胶。

丙烯腈含量43%以上；②高丙烯腈丁腈橡胶。

丙烯腈含量36%~42%；③中高丙烯腈丁腈橡胶。

丙烯腈含量31%~35%；④中丙烯腈丁腈橡胶。

丙烯腈含量25%~30%；⑤低丙烯腈丁腈橡胶。

丙烯腈含量24%以下；国产丁腈橡胶的丙烯腈含量大致有三个等级，即相当于上述的高、中、低丙烯腈含量等级。

1.2丁腈橡胶的结构特点〔2〕丁腈橡胶的最显著地特点是其分子链带有腈基，耐非极性油品和低芳烃类溶剂。

且耐热性也比较好。

极性腈基的存在使丁腈橡胶出具有耐油性和那热性特征外，还呈现良好的加工性能，耐磨性和低透气性。

丁腈橡胶是无规共聚物。

其中丁二烯和丙烯腈单元结构主要以头-尾排列方式连接。

另外，分子链中丁二烯单元结构呈现反式-1.4-、顺式-1，4-和1，2-三种构型。

一般反式1，4-构型占80%左右。

丁腈橡胶具备无规共聚物的应力应变行为和温度-形变。

由于丁腈橡胶分子结构的不规整性，加上分子链含有极性腈基，使其成为不结晶橡胶，即使冷冻或者拉伸方法，也不会出现结晶。

丁腈橡胶分子可以产生支化和交联。

与丁苯橡胶（SBR）等胶种相比，由于合成丁腈橡胶时有较高的聚合转化率，其交联度更高一些；预交联丁腈橡胶便是通过聚合是加入交联剂的方法生产的。

2 国内外丁腈橡胶发展状况〔3〕2.1国外丁腈橡胶发展状况1934年，德国I.G.Farben公司的Konard和Tschunkur首先发表了合成丁腈橡胶的专利。

他们使用丁二烯和丙烯腈通过乳液聚合制得牌号为Buna N的丁腈橡胶。

在当时的条件下，由于与天然橡胶相比，Buna N在耐阳光、臭氧、热引起的老化方面表现不俗，同时其耐油性、耐有机溶剂、耐磨性能、耐热性也很出色，加之有良好的气密性，所以丁腈橡胶一面市便引起人们的关注。

1937年，I.G.Farben公司首先实现丁腈橡胶的间歇式热法工业化生产，牌号为Perbunan，当年产量0.4kt，1939年达0.96kt，并向美国，英国出口。

1939~1944年期间，德国除生产Perbunan外，还生产Perbunan Special 和Perbunan Extra等牌号。

第二次世界大战的爆发，极大地促进了包括丁腈橡胶在内的整个合成橡胶工业的发展。

1939年，美国开始丁腈橡胶生产装置的建设，1940年投产。

Standard Oil，Goodrich化学，Goodyear Tire&Rubber公司相继进行了丁腈橡胶生产技术的开发。

与此同时，Firestone Tire&Rubber公司也开始生产丁腈橡胶。

1941~1950年，美国丁腈橡胶的年产量见表2-1.表2-1 美国丁腈橡胶年产量日本丁腈橡胶的生产虽然起步晚，但发展甚快。

1959年，Zeon公司采用美国Goodrich公司的技术和商标（Hycar）生产丁腈橡胶，后经不断的消化吸收和自主开发。

形成了有自主知识产权的新技术。

1964年JSR公司采用自己研发的技术生产丁腈橡胶，目前已能生产超高腈、高腈、中高腈、中腈、低腈、耐热型、特殊型、粉末型、液体型等37个牌号的产品，并向国外出口技术。

日本Zeon，JSR,Takeda化学工业等公司的丁腈橡胶总生产能力在100kt/a以上。

20世纪末和21世纪初，世界范围内出现了空前的丁腈橡胶生产优化重组局面。

如日本Zeon公司、荷兰DSM公司、德国Bayer、BASF公司相继在美国建厂；另一方面一些公司如Goodyear Tire&Rubber，Uniroyal化学等进行产品结构调整，或将丁腈橡胶生产转移到国外生产。

目前，除德国、美国、日本的一些公司生产丁腈橡胶以外，尚有韩国LG化学和锦湖、巴西THORAN HP、墨西哥Nitrilo Paratec Elastomer、中国台湾省南帝化学公司生产丁腈橡胶，而且品种牌号十分齐全。

2.2国内丁腈橡胶发展状况我国丁腈橡胶的生产始于20世纪60年代。

1962年，有前苏联已近热法乳液聚合技术建设的1.5kt/a装置在兰州投产。

以后的数十年里，为了满足不断增长的包括国防工业的需求，曾多次进行技术改造，到20世纪末，该装置的生产能力已达4kt/a。

1993年，吉林化学工业公司已近日本JSR技术，将一条原有的10kt/a丁苯橡胶生产线改造生产丁腈橡胶N230S、N240S等五个品牌的产品。

2000年4月，兰州石化公司引进日本Zeon公司丁腈软胶（冷法聚合）生产技术建设的15kt/a装置投产，2003年该装置在产能达标的基础上产量已达16kt/a，2005年的产量接近20kt/a，2006和2007年持续超负荷生产，装置投产后还进行了助剂国产化工作。

2003年，中国台湾省南帝化学工业股份公司在镇江建设12kt/a丁腈橡胶装置投产，是我国的丁腈橡胶生产能力达到41kt/a，2005和2007年的产量分别为35kt/a和40kt/a。

在此期间，以兰州石化公司为主，我国还开发了液体丁腈、羧基丁腈、粉末丁腈、氢化丁腈橡胶、丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶等特殊丁腈橡胶品种。

国内丁腈橡胶的消费快速增长，2008年，我国消费丁腈橡胶约180kt/a。

进入21世纪，乙烯工业蓬勃发张为高分子材料的生产提供了丰富的原料，而汽车、家电、电子、建材、石油开采、纺织因染等工业的发展，又为丁腈橡胶提供了广阔的市场。

为了适应市场需求，兰州石化公司兴建的50kt/a 丁腈橡胶装置于2009年9月投产。

3 丁腈橡胶的合成3.1主要单体〔4〕在丁腈橡胶生产中主要的单体是丁二烯和丙烯腈。

3.1.1丁二烯丁二烯的全称是1,3-丁二烯，是分子式为C4H6的有机化合物，是一种重要的化工原料，可用于制造合成橡胶。

用于生产丁腈橡胶的1，3-丁二烯单体质量规格见表3-1表3-1 工业1，3-丁二烯（GB/T13291—91）3.1.2丙烯腈丙烯腈也是丁腈橡胶生产中使用的主要单体，而且由于它的存在使丁腈橡胶呈现了其特有的耐油耐热性能。

丁腈橡胶中结合腈含量不同，性能差别颇大。

随着结合丙烯腈含量的增加式丁腈橡胶对油类和容积的稳定性、耐热性提高、耐磨性和气密性改善，橡胶的拉伸强度，弹性模量，撕裂强度和硬度都有所增大。

但其耐寒性，回弹性及压缩永久变形性能，扯断伸长率下降。

调整丁腈橡胶的结合腈含量，可以生产出不同牌号，不同性能，应用于不同条件和不同用途的产品。

丙烯腈的质量规格见表3-2.表3-2 工业用丙烯腈（GB 7717.1--94）3.2主要助剂乳液聚合工艺合成丁腈橡胶所用助剂主要有引发剂，活化剂，乳化剂调节剂，分散剂。

电解质及在聚合结束时尚需加入的终止剂，防老剂。

3.3丁腈橡胶的组成与化学结构。

一般标准型丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈的共聚物，其化学通式为：丁腈橡胶为浅褐色弹性体，由于在大分子结构中含有强极性的-CN基团，所以对汽油及脂肪烃类，有优异的稳定性。

此外，丁腈橡胶的性质及其分布和大分子单元结构亦有关系。

丁腈橡胶的分子量可又数千到数十万，数千分子量的丁腈橡胶呈液体状态，固体丁腈橡胶分子量则达数十万以上。

工业生产中，通常采用与分子量密切相关的门尼粘度来表示。

一般标准型丁腈橡胶的门尼粘度在30-130ML1+4100℃之间，其中在45左右者称为低门尼粘度，60左右者称为中门尼粘度，80以上者称为高门尼粘度。

3.4丁腈橡胶的聚合机理一般标准型的丁腈橡胶，是丁二烯与丙烯腈乳业聚合的共聚物，共聚反应式如下：用这种方法制得的丁腈橡胶，分子结构中丁二烯和丙烯腈的排列结合呈现无规状态，因此丁腈橡胶不易结晶，强度高。

但是由于这种方法在工业生产上较为成熟，工艺简单，至今还在广泛的应用。

在多采用连续生产过程，以提高生产能力。

聚合前，先按聚合配方配制好单体及各种助剂溶液，再将聚合釜抽真空并通入氯气以排出空气。

然后在减压下，物料经计量投入具有玻璃衬里或不锈钢的聚合釜内进行聚合，并不断搅拌。

聚合釜夹套或列管中通入热水或冷却介质，以控制聚合温度。

当转化率达到70—75%时，聚合即告终止。

按聚合配方及工艺条件，聚合温度若控制在30—40℃范围称为高温聚合；控制在5—10%℃范围，称为低温聚合。

据此所得产物分别称为热聚丁腈橡胶和冷聚丁腈橡胶。

3.5丁腈橡胶的合成工艺丁腈橡胶生产流程如下：〔5〕3.6丁腈橡胶工艺过程及影响因素丁二烯同丙烯腈乳业聚合中主要影响因素有单体用量比，引发剂，调节剂，单体转化率和电解质等。

单体用量比主要由产品的性能要求确定的，要求丁腈橡胶的耐油性能好，丙烯腈用量增多，要求耐寒性能好的丁腈橡胶，丙烯腈的含量相对减少。

单体用量比的变化，还影响反应速率。

随丙烯腈用量的增加，反应速率加倍，聚合时间缩短，反之，丙烯腈用量少，聚合反应速率变慢，单位时间内的转化率低，聚合时间增加。

引发剂体系若只用过硫酸盐，热分解速率慢，聚合温度高。

过硫酸盐在有还原剂存在情况下能降低分解活化能，可在低温聚合。

常用还原剂有胺类，醛类，糖类。

硫醇在聚合反应中不仅起调节分子量的作用，而且还起活化剂的作用。

胺类活化剂，对亚铁盐敏感，很少用量亚铁盐将会使聚合反应加快。