1.氣透性

    丁基橡膠的氣透性在烴類橡膠中是最低的。丁基橡膠的氣體溶解度與其它烴類橡膠接近，但是它的氣體擴(kuò)散速度比其它橡膠低得多。這是丁基橡膠最重要的基本性能之一，它決定了丁基橡膠在內(nèi)胎、氣密層等若干方面的主要用途，見(jiàn)表8-1。

    在 40℃時(shí)，丁基橡膠的氣透系數(shù) Q＝0.6×103, 約為天然橡膠的 1／20，順丁橡膠的1／76，以丁苯橡膠的1/8，乙丙橡膠的 1／13。隨著溫度的提高，氣透率的差別逐步縮小。但是，即使在較高溫度下差別仍很大。

    一般來(lái)說(shuō)，丁基橡膠的品種、硫化程度對(duì)氣透性影響不很大，但是操作油和填充劑的用量對(duì)氣透性有很大的影響，例如在填充50份炭黑的情況下，操作油從0增至30份時(shí)，氣透率增大3倍。增加炭黑用量，氣透率降低。使用片狀填充劑（如云母），氣透性可以大大降低。

    2．耐熱性

    丁基橡膠的化學(xué)不飽和度低，加上聚異丁烯鏈的不活潑性，使得丁基橡膠的耐熱和耐氧化性能遠(yuǎn)優(yōu)于其它通用橡膠。采用耐熱性的膠料配方，硫化膠經(jīng)120℃×144h熱空氣老化后，伸長(zhǎng)率變化不大，拉伸強(qiáng)度仍可保持70％以上。采用樹(shù)脂硫化的丁基硫化膠，在170℃×144h老化后，強(qiáng)伸性能僅下降一半左右，它的最高使用溫度（短時(shí)間）可達(dá)200℃。

    丁基橡膠耐熱老化性能較優(yōu)異。硫化膠的熱氧老化屬降解型，老化趨向軟化。

    3.耐侯性

    炭黑補(bǔ)強(qiáng)的丁基硫化膠，耐候性是很突出的，能長(zhǎng)時(shí)間曝露于陽(yáng)光和氧氣中而不損壞。丁基橡膠表面降解的速度、深度和程度受填充劑對(duì)光的反射和對(duì)氧的吸收以及填充劑的性質(zhì)和用量的影響，使用高反射的填充劑（例如二氧化鈦和氧化鋅）的丁基硫化膠耐候性能更佳。

    4.抗臭氧性能

    與高不飽和橡膠相比，丁基橡膠耐臭氧性能特別好，典型的丁基硫化膠的抗臭氧性能比高不飽和的天然橡膠、丁苯橡膠等橡膠約高10倍。

    丁基橡膠在給定應(yīng)變條件下，在室外曝露后裂紋產(chǎn)生較少，而且增長(zhǎng)速度比較緩慢。丁基橡膠的抗臭氧性能與橡膠的不飽和度和硫化狀態(tài)有關(guān)。抗龜裂性能隨不飽和度增加而下降，隨硫化時(shí)間的延長(zhǎng)而提高（特別是在低硫化狀態(tài)下）。炭黑和操作油對(duì)丁基橡膠的抗臭氧性能也有影響，硫化膠隨炭黑用量增大，抗龜裂性能得到改善（在相同硫化狀態(tài)下），但填充極高量炭黑的情況除外。烴類增塑劑會(huì)降低抗臭氧性能，使龜裂增長(zhǎng)速率增大。

    總之，為提高丁基橡膠制品的抗臭氧性，可采取如下措施：①硫化程度要深；②橡膠的不飽和度要低；③增塑劑和粗粒子的非炭黑填充劑不宜大量填充；④防護(hù)劑使用要適當(dāng)；⑤配合劑分散要均勻并浸潤(rùn)。

    5．耐酸、堿和耐極性溶劑

    丁基橡膠特別耐動(dòng)植物油，在酒精、乙酸等多種極性有機(jī)介質(zhì)中溶脹也甚微，溶脹程度隨硫化程度的提高和填充劑特別是炭黑用量的增大而降低。丁基橡膠不耐濃氧化酸（如HNO3、H2SO4），但耐非氧化酸和稀至中等濃度的氧化酸，耐堿溶液和氧化-還原溶液。但在脂肪族溶劑中嚴(yán)重溶脹。在設(shè)計(jì)耐酸、堿膠料配方時(shí)，必須考慮填充劑被介質(zhì)侵蝕問(wèn)題，例如在設(shè)計(jì)耐液體酸膠料時(shí)，不宜使用碳酸鈣做填充劑。

    6．電性能

  丁基橡膠的電絕緣和耐電暈性能比一般合成橡膠好，體積電阻可達(dá)1016Ω·cm以上，比一般橡膠要高10~100倍，介數(shù)1kHz為2～3，功率因數(shù)（100Hz）為0.0026。

    7．吸水性

    丁基橡膠的水滲透率極低，在一般溫度下耐水性能優(yōu)異，在常溫下的吸水速率比其它橡膠低10~15倍。丁基橡膠的這種優(yōu)異性能對(duì)電絕緣膠料是一重要貢獻(xiàn)。用炭黑補(bǔ)強(qiáng)和以樹(shù)脂硫化的丁基硫化膠可獲得在高溫長(zhǎng)期曝露條件下的低吸水性能。為了使丁基橡膠膠料能長(zhǎng)期  連續(xù)曝露于水中或高溫下，原則上應(yīng)作如下考慮：

    a.填充劑應(yīng)是非親水和元電解質(zhì)的；

    b.硫化體系的水溶物應(yīng)盡量少;

    C.選擇的補(bǔ)強(qiáng)填充劑和硫化條件應(yīng)使硫化膠具有高彈性模量和其它物理性能。

    8．減震性能丁基橡膠在-30～50℃的溫度范圍內(nèi)具有良好的減震性能，在玻璃化溫度（-73℃）時(shí)仍具有屈撓性。用于緩沖或沖擊隔離的防震，能很快的使自由振動(dòng)衰減，特別適于緩沖性能  要求高的如發(fā)動(dòng)機(jī)座、減震器等用途。

二、丁基橡膠市場(chǎng)與技術(shù)介紹
 

全球范圍內(nèi)的丁基橡膠，特別是鹵化丁基橡膠的技術(shù)及市場(chǎng)基本被埃克森美孚和阿朗新科所把持，二者的產(chǎn)能集中度高達(dá)80%，為其帶來(lái)了高額的利潤(rùn)。

我國(guó)丁腈橡膠的起步

我國(guó)在丁基橡膠生產(chǎn)領(lǐng)域起步較晚，技術(shù)力量比較薄弱。我國(guó)對(duì)丁基橡膠的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研究開(kāi)發(fā)始于上個(gè)世紀(jì)60年代，曾以蘭州化工研究院為主，先后有20個(gè)單位300多人參與攻關(guān)、研究開(kāi)發(fā)工作，也建成了實(shí)驗(yàn)室中試裝置，獲得了一定的技術(shù)成果。但由于多種因素的影響，我國(guó)于1983年停止了技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，轉(zhuǎn)向?qū)で笠M(jìn)技術(shù)建設(shè)工業(yè)裝置的道路。

經(jīng)過(guò)有關(guān)部門組織技術(shù)人員對(duì)國(guó)外相關(guān)公司的技術(shù)交流和考察，于1996年確定引進(jìn)以意大利PI公司聚合釜為核心的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)丁基橡膠工業(yè)化。中國(guó)石化北京燕山石化公司與PI公司簽訂了3萬(wàn)噸/年丁基橡膠和鹵化丁基橡膠生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同。“經(jīng)過(guò)中國(guó)石化多年的工業(yè)化方案探索、比較和論證，我國(guó)于1999年年底，終于建成了首套丁基橡膠生產(chǎn)裝置，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為3萬(wàn)噸/年。”中國(guó)合成橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)周文榮介紹說(shuō)。

為了滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)丁基橡膠的需求，一批經(jīng)濟(jì)規(guī)模級(jí)的普通丁基橡膠裝置和鹵化丁基橡膠項(xiàng)目開(kāi)始啟動(dòng)，繼中國(guó)石化北京燕山石化公司之后，浙江信匯合成新材料有限公司、盤錦和運(yùn)新材料有限公司、臺(tái)塑（寧波）有限公司、山東京博有限公司等相繼建成了丁基橡膠生產(chǎn)裝置。

其中，浙江信匯合成新材料有限公司5萬(wàn)噸/年丁基橡膠裝置于2010年10月建成，并實(shí)現(xiàn)一次性開(kāi)車成功。該裝置發(fā)揮了清華大學(xué)及信匯的產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)能力，通過(guò)消化部分國(guó)外關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成和再創(chuàng)新，形成了一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，顯著提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和裝置產(chǎn)能。該裝置由浙江信匯在2008年投資9.8億元上馬建設(shè)，經(jīng)過(guò)兩年建設(shè)期和持續(xù)改進(jìn)，裝置生產(chǎn)的丁基橡膠產(chǎn)品獲得了國(guó)內(nèi)外用戶的廣泛認(rèn)可。

另外，盤錦和運(yùn)新材料有限公司采用了從俄羅斯引進(jìn)的淤漿法丁基橡膠生產(chǎn)技術(shù)，建成了6萬(wàn)噸/年的丁基橡膠生產(chǎn)裝置。

三、我國(guó)丁基橡膠技術(shù)研發(fā)

我國(guó)一直重視合成橡膠產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展，2017年，科技部將高性能合成橡膠產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)列入國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，旨在突破合成橡膠及輪胎和其他橡膠高端制品全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)瓶頸。

據(jù)中國(guó)石油合成橡膠高級(jí)技術(shù)專家龔光碧介紹，該項(xiàng)目將創(chuàng)制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的星型支化/溴化丁基橡膠等4種高性能橡膠產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)雙B級(jí)高性能輪胎及長(zhǎng)壽命硫化膠囊制造技術(shù)2項(xiàng)。“星型支化丁基橡膠可以提高我國(guó)輪胎產(chǎn)業(yè)高端化過(guò)程中硫化膠囊和氣密層的壽命，屬于丁基橡膠高端產(chǎn)品，其生產(chǎn)技術(shù)難度大、條件苛刻、聚合溫度近-100℃。同時(shí)，在輪胎制造關(guān)鍵工序硫化成型中，核心部件硫化膠囊對(duì)輪胎質(zhì)量和成本有重要影響。 ”龔光碧表示。

該項(xiàng)目由中國(guó)石油石化研究院牽頭，聯(lián)合清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、浙江信匯新材料股份有限公司、怡維怡橡膠研究院有限公司等合成橡膠領(lǐng)域一流的科研單位和重點(diǎn)企業(yè)，集中產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)力量協(xié)同攻關(guān)。

2018年12月初，該項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目在在星型支化丁基/溴化丁基橡膠合成、雙B級(jí)輪胎制備技術(shù)等核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大技術(shù)突破。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)突破了淤漿法丁基橡膠聚合技術(shù)，采用陰離子聚合技術(shù)和理論，為陽(yáng)離子丁基橡膠聚合制備了具有淤漿穩(wěn)定功能的系列支化劑，開(kāi)發(fā)出一整套淤漿法星型支化丁基橡膠制備技術(shù)。此外，科研人員開(kāi)發(fā)出控制溴取代位和提高溴利用率的反應(yīng)新工藝，使溴化丁基橡膠仲位溴選擇性由84.2%提升到97%。

此外，項(xiàng)目組針對(duì)星型支化丁基橡膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在加工理論上進(jìn)行創(chuàng)新，研制出星型支化丁基橡膠耐高溫、耐曲撓的硫化膠囊配方，使其平均使用壽命提高15%以上。

在丁基橡膠研究領(lǐng)域取得突破的還有在該領(lǐng)域研究達(dá)三十多年的北京化工大學(xué)吳一弦教授研究團(tuán)隊(duì)。吳一弦教授研究團(tuán)隊(duì)圍繞國(guó)家重大需求，在異丁烯陽(yáng)離子聚合方面開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究工作，凝練出聚合新工藝技術(shù)，從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新再到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，將研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，解決了丁基橡膠生產(chǎn)中工藝難題，實(shí)現(xiàn)了引進(jìn)技術(shù)再創(chuàng)新。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)開(kāi)發(fā)了新一代引發(fā)體系，自2011年已應(yīng)用在中國(guó)石化丁基橡膠工業(yè)生產(chǎn)中，提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗及產(chǎn)品高品質(zhì)化，實(shí)現(xiàn)丁基橡膠技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

“我們通過(guò)高分子化學(xué)與化學(xué)工程的學(xué)科交叉融合以及研究團(tuán)隊(duì)間的緊密合作，結(jié)合正離子聚合反應(yīng)和旋轉(zhuǎn)填充床各自的突出特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室建立了異丁烯在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中進(jìn)行快速正離子聚合、連續(xù)反應(yīng)的百噸級(jí)裝置，首次在具有微觀分子混合特性的旋轉(zhuǎn)填充床反應(yīng)器中進(jìn)行快速陽(yáng)離子聚合反應(yīng)，打通了連續(xù)聚合反應(yīng)工藝流程，制備了高相對(duì)分子質(zhì)量的丁基橡膠和高反應(yīng)活性聚異丁烯產(chǎn)品，并且生產(chǎn)效率可提高100倍以上。”吳一弦介紹說(shuō)。

在正離子聚合中，通常需要在極低溫度下進(jìn)行，以減少副反應(yīng)，才能合成出相對(duì)高分子質(zhì)量聚合物，如合成高相對(duì)分子質(zhì)量的丁基橡膠通常需要在-100℃下進(jìn)行，使異丁烯與少量異戊二烯發(fā)生正離子共聚合反應(yīng)。吳一弦研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入特定結(jié)構(gòu)化合物來(lái)調(diào)節(jié)活性中心離子性及空間位阻以及調(diào)控聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了在-60℃下聚合就能制備出采用傳統(tǒng)體系需在-100℃下聚合才能得到的高相對(duì)分子質(zhì)量異丁烯聚合物，這40℃的溫差將帶來(lái)顯著的節(jié)能降耗效果。