第一章 聚异丁烯相关概述

第一节 聚异丁烯的定义与分类

一、聚异丁烯的定义

聚异丁烯(Polyisobutylene PIB)是异丁烯的均聚物，由于制备方法及工艺条件不同，聚异丁烯的分子量可在不同的范围内变化。

二、聚异丁烯的分类

聚异丁烯(PIB)由异丁烯聚合而成，按分子量高低不同，分为低分子量聚异丁烯、中分子量聚异丁烯、高分子量聚异丁烯；按末端乙烯基摩尔分数高低不同，分为高活性聚异丁烯和低活性聚异丁烯；按卫生程度不同，分为食品级聚异丁烯和工业级聚异丁烯；按聚合工艺不同，分为本体法聚异丁烯和溶剂法聚异丁烯；按原料来源来不同，分为纯异丁烯聚异丁烯和混合碳四聚异丁烯；按催化剂不同，分为铝系聚异丁烯和硼系聚异丁烯。

一般来说，分子量在350到3500之间的材料称低分子量聚异丁烯，分子量在一万到十万之间为中分子量产品，分子量在十万至一千万之间的为高分子量产品。分子量在三万以下的产品通常呈液态，分子量较高的材料则呈固态。

有两种聚合物商品通常不称为聚异丁烯：一种是丁基橡胶，丁基橡胶是异丁烯和1%-3%的异戊二烯的共聚物，丁基橡胶与聚异丁烯在胶粘剂、密封剂、填料等方面的应用有竞争关系。一种是聚丁烯-1。聚丁烯-1在低分子量时和聚异丁烯的性能很相近，但在中高分子量时性能的差异就明显起来。

第二节 聚异丁烯的其他概念

一、结构

异丁烯的结构是：

异丁烯聚合成聚异丁烯的反应及聚异丁烯的结构是：

聚异丁烯的规则骨架结构是：

聚异丁烯的末端双键结构是：

二、聚异丁烯的物理性质和化学性质

聚异丁烯(PIB)是异丁烯(IB)的阳离子聚合产物，其性能可按聚异丁烯分子量的大小分述如下。

1 聚异丁烯的性能

聚异丁烯是无色、无味、无毒的异丁烯均聚物。由于制备方法和工艺条件的不同，聚异丁烯的分子量在很宽的范围内变化。绝大部分产品的分子量在达到10

000～200 000以上会由黏稠状液体转变成发黏的半固体，再过渡到橡胶状弹性体。聚异丁烯耐酸、耐碱、耐盐、耐水、耐臭氧和耐老化，并且具有优异的气密性和电绝缘性。它同蜡、沥青、聚乙烯等相容性甚佳。

2 高分子量聚异丁烯的性能

高分子量聚异丁烯为典型的饱和线型聚合物，其头基是-CH3，尾基是-CH2-C=CH 2或者是-CH=C-CH3。其耐热、耐光、耐臭氧老化性好，具有理想的化学稳定性。在室温下，对稀碱和浓酸、碱、盐的作用稳定。在较高温度下高分子聚异丁烯仍然具有优良的防水性和气密性，而且介电性能相当优异。高分子量聚异丁烯通常呈固态。

3 低分子量聚异丁烯的性能

低分子量聚异丁烯(简称低聚异丁烯)为无色、无味、无毒的黏稠物体，被用于石油添加剂、黏合剂、口香糖添加剂以及与其它高聚物共混改进等领域。低聚异丁烯在许多领域的应用中主要依赖于它的黏度行为、热稳定性及电绝缘性等，

低聚异丁烯具有良好的耐热、耐氧、耐臭氧、耐紫外线、耐酸、耐碱等性能，其膨胀系数小，不含电介质有害物质，电绝缘性优良。低聚异丁烯为牛顿型流体，黏度指数高。适用于油品调黏，在高温下100％裂解无残灰，可作无灰添加剂。低聚异丁烯与高分子材料相溶性好，与一般非极性物质有较好的相溶性，具有低温分散性和高温清净性。低分子量聚异丁烯通常呈黏稠液态或半固态。

普通低分子量聚异丁烯的性能

普通低分子量聚异丁烯的性能特点是：分子中的链末端甲基亚乙烯基含量较低。正由于其含量较低，在制备润滑油无灰分散剂时只能采用“氯化路线” 和“催化热加合路线”，导致“氯化路线”虽然能够大大提高聚异丁烯(PIB)与马来酸酐(MA)反应的转化率，但最终产品中氯含量较高，越来越不受用户欢迎；而“催化热加合路线”则由于不同程度存在反应时间长、转化率低、成本相应增加等问题而受到限制。

高活性低分子量聚异丁烯的性能

高活性聚异丁烯是指平均相对分子质量为500～5 000、a-烯烃含量高于60％的聚异丁烯产品。这种聚异丁烯具有较高的反应活性，不用促进剂(C12)就可直接引入适当的基团，得到一系列性能优异的衍生物，是合成润滑油添加剂优选的原料。以此合成的无灰分散剂，由于不含氯，不仅可以提高产品性能、满足高档润滑油的要求，同时还可以简化生产工艺，节省设备投资，降低生产成本，减少三废排放，从而提高生产企业的综合效益，从根本上解决“氯化”工艺存在的污染和腐蚀等问题。

聚异丁烯的活性由分子链中双键的位置所决定，a-烯烃(I)的活性最高，β-烯烃异构体(Ⅱ)的活性次之，四元取代烯烃(Ⅳ)则基本不发生反应.BASF公司的高活性聚异丁烯(HRPIB)与普通聚异丁烯(PIB)的活性比较如表所列。

BASF公司HRPIB与普通PIB活性的比较

三、聚异丁烯的主要应用领域

(1)润滑油、燃料油添加剂：二冲程油、传动油、液压液、绝缘油、金属加工液等。

(2)粘结剂：主要用于压敏胶增粘剂，如玻璃纸带、包装带、绝缘带、橡皮膏。一般来说，压敏胶由高分子聚合物作基料，可能混合二三种化合物，以便于平衡表面胶粘性与胶凝性。这类胶可以单独使用，也可以与石油类树脂、松香、松香脂等共用。聚异丁烯制成的粘结剂，具有无毒和高透明性，除用在物品的商标的粘贴，还广泛用于汽车，冰箱防水密封胶领域。

(3)聚合物改性：可以和多种高相对分子质量的物质(如天然橡胶、合成橡胶)共混，并改善高分子材料的性能。例如，聚异丁烯和天然橡胶或合成橡胶(如丁基橡胶、丁苯橡胶)相混合后，具有很好的防水和高强度的透气性能。

(4)作为添加剂涂布于天然胶和合成胶表面，起防护紫外线和防热作用。可以加入到EVA共聚物、PP、HDPE、LDPE及LLDPE中，改进其物理强度。

(5)涂料领域：主要用在有高耐候需求的涂料中，如在屋顶涂料方面。

(6)建材、密封材料：用聚异丁烯做的堵缝及密封材料具有优秀性能，如低气体透过率、耐候性强、阻水、耐酸碱、良好粘接性、防止跌落。聚异丁烯与炭黑和抗氧 化剂以及紫外线吸收剂用在生产中空玻璃的密封胶方面，可以增加产品的柔韧性和渗透性。

(7)保护薄膜：可制成多种防水密封膜，如涂在汽车顶部的保护膜，建筑行业的防水密封胶／膜，屋顶防水密封层，隧道／梁柱／烟囱防水密封胶，沥青及防腐蚀保护膜，与石墨一起作导电膜，与铁酸钡一起作磁膜。

第二章 国外的生产现状

第一节 国外聚异丁烯的基本情况

一、国外聚异丁烯的应用情况

美国的聚异丁烯消费结构是：润滑油领域应用％，非润滑油领域应用%。

日本的聚异丁烯消费结构是：润滑油领域应用％，非润滑油领域应用%。

目前，国外高活性聚异丁烯(HRPIB)主要消费在高档润滑油、无灰分散剂、汽油清净剂、乳化炸 药乳化剂等方面，主要用户是世界四大润滑油生产商，即路博润(Lubrizol)公司、润英联(Infineum)公司、雪佛龙(Chevron)公司、乙基化学(Ethvl

Chemical)公司，添加剂的年产量大约在30万-40万t左右。

二、国外聚异丁烯市场需求

近年来，欧美地区聚异丁烯消费增长趋缓，但随着亚洲经济的飞速发展，特别是汽车工业的高速发展，带动了亚洲地区聚异丁烯终端市场需求，以每年8%-10%的增长速度成为全球增速之首。亚洲地区聚异丁烯消费增速较快的主要原因是聚异丁烯在二冲程机油配方中表现出来的低灰分性能。作为全球第二大摩托车生产国的印度，近年摩托车产量逐年提高，对聚异丁烯的需求上扬。

第二节 国外主要生产企业情况

据不完全统计，目前世界上聚异丁烯的生产能力已超过150万t/年，其中美国的生产能力为万t/年，日本为万t/年，英国为万t/年，印度为万t/年，德国为9万t/年，生产厂家主要有美国的Exxon公司、Amoco公司、俄罗斯的Techmashimport公司、英国BP公司以及德国的BASF公司等。国外PIB的主要生产厂家见表。 国外主要PIB生产厂家

国 别 公 司 生产能力/(kt/a) 备 注

美 国 Exxon 2套

Amoco 2套

Shell

Texas 2套

Cherron 高活性

日 本 Sekiyu

Nippon

德 国 BASF

阿根廷 Polibuteros Argertiaos

印 度 Petrosyathese

Maharashtra

Balmar＆Lavrie

比利时 Amoco Fina

墨西哥 Pemex

马来西亚 Titan

俄罗斯 Techmashimport

英 国 BP

总计

国外生产的聚异丁烯均根据分子量的大小划分品种牌号，生产高分子聚异丁烯的厂家主要有美国埃克森（Exxon）化学公司、德国的巴斯夫（BSAF）公司、日本丁基橡胶公司。中低分子量聚异丁烯生产厂家有德国巴斯夫（BASF）公司、俄国的叶列莫夫合成橡胶厂。另外，美国的齐密特（Zimmite）公司、阿莫科（Amoco）化学公司和法国的石脑油（Naphachimic）公司等也有中低分子量聚异丁烯生产。其中Mv=1000左右的用量最大，约占低聚异丁烯消费总量的80%-85%。产品主要用于生产润滑油添加剂和调制二冲程内燃机油等。此类牌号的产品主要有美国的Exxon公司的P-950，日本石油株式会社的HV-100，德国BASF公司的V220等。生产技术主要采用德国BASF公司和美国Exxon公司的连续聚合技术。

第三章 国内的生产现状

第一节 国内聚异丁烯的应用及需求情况

一、国内聚异丁烯的应用情况

将我国的消费结构与国外的消费结构对照可知，我国聚异丁烯几乎全部用于润滑油领域了，非润滑油领域的应用不到 ％。因此，开发非润滑油方面的应用是当务之急，而且应用前景十分广阔。

二、国内聚异丁烯市场需求

我国聚异丁烯应用发展迅速。主要消费种类以低相对分子质量聚异丁烯为主，这是因为国内最近石油工业和汽车工业都处于快速发展阶段，润滑油和汽油的产量增长迅速，对润滑油添加剂和汽油清净剂的需求自然水涨船高，然后进一步拉动聚异丁烯的需求增长。同时，粘合剂、密封剂、电绝缘材料等领域对中相对分子质量聚异丁烯的需求也呈上升的势态。

低相对分子质量高活性聚异丁烯约60%用于润滑油添加剂，其下游产品链中最主要用途是制造丁二酰亚胺无灰分散剂，如聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酯、聚异丁烯无灰磷酸酯、硼改性无灰分散剂等几个品种。采用高活性聚异丁烯制备烯基丁二酰亚胺无灰分散剂，可提高聚异丁烯的转化率、产品的质量和收率，而且生产过程不用氯气，安全和环境均得到明显的改善。高活性聚异丁烯由于热稳定性好、裂解无残炭、耐化学品等特点，几乎渗透到聚异丁烯所有的应用领域，从而促进了低相对分子质量高活性聚异丁烯合成技术的不断发展。预计2010年国内仅高活性聚异丁烯实际需求量将有望达到万t，因此将有大约万t的市场空间，具有广阔的发展前景。值得指出的是，目前国内市场需求量较大的是a—末端双键含量达80%以上的具有反应活性的低相对分子质量聚异丁烯，而此种聚合物适合用纯异丁烯为原料和采用BF3催化剂来聚合。