聚异戊二烯橡胶的应用及其增韧聚苯乙烯的研究进展

罗娇，祝一峰

精细化工

聚异戊二烯橡胶的应用及其增韧聚苯乙烯的研究进展

罗娇，祝一峰*

（浙江工业大学化学工程学院，浙江杭州310014）

介绍了几种不同品种异戊橡胶的研究进展，并且针对其优异的综合性能，着重介绍了其在应用领域中的最新研究进展；针对异戊二烯橡胶和聚苯乙烯性能的差异和互补，简述了聚异戊二烯增韧聚苯乙烯的研究概况，展望了其在橡胶工业发展中的重要意义。

聚异戊二烯；异戊橡胶；增韧聚苯乙烯

1 异戊橡胶概述

天然橡胶（NR）具有优异的综合性能，其弹性好、力学强度高、易于粘结、价格经济等优点[1]，因此其在国民经济的各个领域中具有广泛的用途，如用于轮胎、管带、减震弹性器件等。但是气候、产地以及加工条件的不同都会使天然橡胶的性能存在比较大的差异[2]。

异戊橡胶（IR）为合成橡胶之一，其性能和结构与天然橡胶最为接近，但耐水性和电绝缘性又都超越天然橡胶[3]。因此，人工合成异戊橡胶具有非常大的工业意义。近几年，我国橡胶消耗量一直居于世界首位，而我国大部分地处温带，天然橡胶资源严重不足，大量依赖进口，突破了最基本的国家供求保障线，危机程度已经超过铁矿、石油等战略物资，成为重大的国家安全隐患。提高合成橡胶使用比例，大力开发合成橡胶已成为目前解决天然橡胶短缺的趋势所在。异戊系列橡胶根据其品种的不同具有不同的用途，下面介绍几种常见的异戊系列橡胶的应用。

1.1 反式-1,4-聚异戊二烯橡胶及其应用

反式-1,4-聚异戊二烯橡胶（TPI）具有双键结构，分子链柔顺，表现为高反式有序性，工业上称之为人工合成杜仲橡胶[4-6]。分子链柔顺是弹性体材料的基础，反式有序性导致结晶。TPI结构的特殊性使其具有橡胶和塑料的双重特性，在室温条件下呈现结晶聚合物状态，外形犹如塑料，具有高生胶的强度和硬度，且无弹性，但具有热塑性[7-9]。TPI的软化点仅60℃，因此当温度升高到60℃时，其结晶软化，在工业生产过程中通过添加硫磺使其交联，成为柔软弹性体。20世纪80年代后期，我国首先发现了能将TPI硫化为弹性体的硫化体系[3,10]。

Baboo M[11-12]等人发现TPI作为记忆材料，其记忆回复能力与硫含量，即交联密度有关。TPI的双键结构意味着其可用硫黄硫化体系硫化成柔软的弹性体，而根据硫黄用量的不同，其硫化胶的性能也不同。当TPI零交联时表现为塑料材料的性质，随着硫黄含量的增加，交联密度增大，结晶度逐渐减小，表现为弹性体材料性质[13-14]。因此，在硫化的过程中，TPI由塑料材料向弹性材料过渡。因此，可通过控制TPI硫化胶的交联度来满足不同需求，如可用作塑性材料、弹性材料和记忆功能材料等[15]。

1.2 顺式-l，4-聚异戊二烯及其应用

顺式-l，4-聚异戊二烯(CPI)是反式异戊二烯橡胶的同分异构体，它在合成橡胶中是与天然橡胶化学组成、立体结构和物理机械性能最相似的胶种，因此我们又称之为合成天然橡胶[16]。顺式-l，4-聚异戊橡胶的全称为合成高顺式聚异戊二烯（顺式异戊橡胶含量为92.0%～97.0%）[17]。不过相比较于反式-1,4-聚异戊二烯橡胶，它是一种比较通用的合成橡胶，可以替代天然橡胶广泛用于轮胎、医药、胶带胶鞋、胶管等众多橡胶工业领域，是合成橡胶中综合性能最好的一个胶种[18]。但是它的粘着性、生胶强度、加工性能以及硫化胶的耐疲劳性和抗撕裂强度均比天然橡胶低[19]。

目前，工业上异戊橡胶的主要品种是钛系高顺式异戊二烯（Ti-IR），Cis-1,4结构含量占97.0%～98.0%，分子量范围400000～700000，但是门尼粘度较高，工业上后处理比较复杂，且分子量分布宽，产品易结晶[20]。后期开发还有锂系异戊橡胶（Li-IR），数均分子量能达到2500000，并且能随意调节聚合物的分子量，缺点是Cis-1,4结构含量仅为91.5%～92%[7]。近期开发了一种稀土系异戊橡胶（Ln-IR）品种，具有合成工艺流程短、后处理简单、聚合釜内不挂胶、环保等优点，且Cis-1,4结构含量为94%[19]。

1.3 液体聚异戊二烯及其应用

液体聚异戊二烯橡胶（LIR）是一种以异戊二烯为链节结构的液体聚合物[21]，分子量较低，重均分子量为25,000～35,000，Cis-1,4结构含量＞80%。由于聚异戊二烯大分子两端无官能基团，所以是比较稳定的液体橡胶。常温下，液体橡胶具有流动性，粘性非常好且本体粘度范围比较宽，工业上易于操作，可以作为加工助剂、粘合剂、密封胶、粘性涂料等材料，也可以用作二烯橡胶聚合物的增塑剂。液体橡胶还具有玻璃化转变温度低，无残留卤素，无色，无味，无毒的特性，硫化后有一般弹性体的性能，既能表现出弹性体的性质，又能表现出增塑剂的性质，是几年来备受关注的橡胶行业环保材料[22-26]。

王小萍[23]等人研究发现加入液体聚异戊二烯能提高天然橡胶(NR)/环氧化天然橡胶(ENR)共混体系的加工性能，以及提高体系的耐热氧老化性能，但是硫化性能和物理力学性能基本不变。LIR有效增加炭黑在NR/ENR体系中的分散。少量的LIR的加入还可增强体系的抗湿滑性,同时滚阻力将会稍稍降低。

贺小进[24]等人研究发现自制的液体聚异戊二烯橡胶在轮胎胎肩胶的应用中，门尼焦烧时间较短，硫化速度相当，硫化胶撕裂强度相对较低，热稳定性较好，应用性能达到或超过进口液体橡胶水平。

魏静勋[25]等研究发现，使用液体聚异戊二烯橡胶(LIR)等量替代天然橡胶(NR)能够改善胶料挤出和成型粘性等工艺性能，并且降低胶料混炼能耗，增加胶料炭黑分散性及与钢丝的粘合力，而且成品轮胎的高速性能及耐久性能保持不变。

液体异戊二烯可以改善固体橡胶的加工性能，改进固体橡胶的拉伸强度，提高撕裂强度；作为粘合剂也是液体橡胶最早使用的用途之一，其特点是在常温常压下使用，不需要溶剂，可用于不同种橡胶之间的粘合以及橡胶制品的修补；液体橡胶作为密封和嵌缝材料是其独特应用领域之一，常见于建筑和汽车方面，并且大多数在室外使用，具有良好的耐水、耐热和粘合性能[26]。

鉴于异戊二烯橡胶具有弹性好、力学强度高、易于粘结等优点，而聚苯乙烯（PS）是市场上通用塑料的第三大品种，它具有透明、成型性好、刚性好、低吸湿性和价格低廉等优点，在汽车、家电、包装、建筑、仪表、电子、日用品和玩具等行业已得到广泛运用；然而聚苯乙烯在工业应用中有不可避免的缺点，如冲击强度不高、较脆、热变形温度比较低，耐环境应力开裂及耐溶剂性能也相对较差[27]。因此使用聚异戊二烯对PS进行适当的改性，以增加其韧性，一直是很多学者研究的重要课题。下面着重介绍聚异戊二烯增韧聚苯乙烯的研究进展。

2 聚异戊二烯增韧聚苯乙烯的研究进展

目前，异戊二烯增韧聚苯乙烯合成材料主要是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）热塑性嵌段共聚物，它和苯乙烯－丁二烯－苯乙烯热塑性嵌段共聚物（SBS）统称为苯乙烯系热塑性弹性体（SBC）[28]。因为它们在室温下具有硫化橡胶的性质，而在高温下又具有可塑性，所以可以用于热熔压敏胶的主体材料和橡胶代用品。但是SIS具有优异的波纹密封性和高温保持力，在医疗、电绝缘方面具有能耗小、无公害、粘结范围广等优点[29]，是近几年发展非常快的一个研究领域。

通过阴离子聚合，利用偶联或多锂引发法合成的S/I/B星型聚合物，在制备节能轮胎及新型热塑弹性体中具有突出的优势，阴离子聚合还可实现分子设计，使聚合物结构与性能达到最佳优化值。任艳[30]最先以ROK作为调节剂，使用阴离子活性聚合物方法合成了苯乙烯-丁二烯/异戊二烯-苯乙烯（S-I/B-S）新型嵌段聚合物。他们的实验结果表明，S-I/B-S表现为具有微相分离结构的三嵌段聚合物，兼具SBS、SIS的优良力学性能。

Hsu[31]等人用偶联方法合成星型嵌段SIBR，得到聚合物的门尼粘度相对较高，因此它可以提高轮胎的耐磨性，并且还具有滚动阻力低的优点，这对于开发节能轮胎具有重大意义。

王建[32]等人应用苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶（SIBR）增韧聚苯乙烯（PS），当增韧剂（SIBR）的含量为17.5%时，所得到的高抗冲聚苯乙烯（HIPS）的抗冲击强度高达380 J／m。与传统的PS增韧剂如聚丁二烯橡胶、丁苯橡胶等相比，增韧剂SIBR中含有异戊二烯成分。研究结果表明，异戊二烯在其中起到了重要的增韧作用。

3 总结与展望

异戊橡胶具有巨大的工业化用途，特别是用于节能环保轮胎、管带、减震弹性器件方面。随着国家经济的高速发展、环保意识的增强，需求量将越来越大。因此，开发具有经济环保和高效益的异戊橡胶非常重要。聚苯乙烯改性研究也是工业生产中的一项重大课题，对异戊二烯增韧聚苯乙烯的研究具有重要的工业价值。

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Advances in Research of the Application of Polyisoprene and Toughening Polystyrene

LUO Jiao1,ZHU Yi-feng2
（College of Chemical Eingineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310014,China）

The research progress of several different varieties of isoprene rubber was described,and for its excellent performance,the latest advances in the research of its application were highlighted.To the differences and complementarities for the performance of isoprene rubber and polystyrene,polyisoprene was briefly described in the study of toughening polystyrene,discussed the significance ofits development in rubber industry.

isoprene rubber；polyisoprene；toughened polystyrene

1006-4184（2015）1-0018-04

2014-04-07

罗娇（1989-），女，硕士生，主要从事高分子材料的研究。E-mail:yifeng@zjut.edu.cn.

*通讯作者。