聚異丁烯(簡稱PIB)是一種無色、無味、無毒的粘稠或半固體物質,具有良好的耐熱、耐氧、耐臭氧、耐化學品及耐侯、耐紫外線、耐酸、耐堿性能,其體積電阻率高,膨脹系數小,不含電介質有害物質,電絕緣性優良,裂解無殘炭等特點,除廣泛應用于潤滑油添加劑、石油添加劑、膩子膠粘合劑、口香糖添加劑以及電絕緣材料外、還大量應用于橡膠等高聚物等領域,開發利用前景十分廣闊。
一般來說,聚異丁烯分為低分子聚異丁烯、中分子聚異丁烯和高分子聚異丁烯。相對分子質量在350到3500之間的材料稱低分子量聚異丁烯,相對分子質量在一萬到十萬之間為中分子量產品,相對分子質量在十萬至一千萬之間的為高分子量產品。相對分子質量在三萬以下的產品通常呈液態,相對分子質量較高的材料則呈固態。我國生產商只可生產低中分子量產品,高分子量產品還不能生產。
有兩種聚合物商品通常不稱為聚異丁烯。一種是丁基橡膠,丁基橡膠是異丁烯和1%-3%的異戊二烯的共聚物,丁基橡膠與聚異丁烯在膠粘劑、密封劑、填料等方面的應用有競爭關系。另一種是聚丁烯-1。聚丁烯-1在低分子量時和聚異丁烯的性能很相近,但在中高分子量時性能的差異就明顯起來。1橡膠類膠粘劑和密封劑
聚異丁烯可用于膠粘劑、密封劑配方中。其用量約占全球總消費量的13%-15%。聚異丁烯尤其適用于對潮濕敏感和要求不溶于水的環境。通常低分子量聚異丁烯被用作增粘劑或增塑劑,而中高分子量聚異丁烯則被用來調節彈性,延伸性,內聚力和氣密性;聚異丁烯產品耐老化性能比橡膠基產品好,粘性持久,可用于其他高聚物無法黏附的表面。
聚異丁烯在壓敏膠粘劑(PSA),熱熔膠粘劑(HMA)和熱熔壓敏膠粘劑(HMPSA)配方中展現了持久的粘性,能與膠粘劑中的樹脂,彈性體和溶劑相溶,顏色和化學反應穩定性能好。添加了聚異丁烯的膠粘劑用于紙層薄板、標簽、醫用繃帶;紙張、薄膜、箔片和工業膠帶領域。聚異丁烯可用作滲透皮膚的藥片和塊狀硅封壓敏膠粘劑配方,聚異丁烯還可用作熱熔膠粘劑增粘劑、增塑劑和增濕劑。
在密封劑中添加聚異丁烯可增強用來產生內聚力和類橡膠性能的彈性體的塑性。聚異丁烯作為幸要的載色劑能使填料濕潤凝固。聚異丁烯填充密封劑配方能提高粘性和耐候性,改善抗水性和氧化穩定性。聚異丁烯因為具有優異的阻隔性能和低溫彈性而被用作窗戶密封劑的原料聚合物。
含有聚異丁烯的膠帶可防止地下或水下環境對管道的腐蝕。含有礦物油,石蠟,熱塑性彈性體和低密度聚乙烯的聚異丁烯基化合物灌注到光纜中可提高電纜的抗電壓擊穿,防潮和白愈合性能。
由相對分子質量為0.8萬PIB、丁基橡膠與石蠟油的均相共混物,添加ZnO、CaCO3、硅油、雙官能團硅氧烷等制成的一種密封劑,相對密度為1.5,貯存6個月后邵氏A硬度為23。該密封劑可用于航空燃料桶蓋的密封層。
相對分子質量為1-1.5萬的PIB 21份,丁基橡膠9份,粘土24份,CaCO3 30份及增塑劑DOP 14份混合壓制的密封膠帶,手感不發粘,有良好的加工性能與填充性能,在
國內中分子量聚異丁烯的消費主要是中空玻璃專用密封材料。用在中空玻璃中的中相對分子質量聚異丁烯分子量為4萬-8.5萬,要求分子量分布窄,粘度易控制;產品穩定、耐候性好;純度高、雜質少、無氣味;加工工藝獨特,鹵素含量低,環保。
中空玻璃是一種深加土玻璃制品,也是一種用途廣泛的節能材料。近年來,中空玻璃行業得到了快速發展。由以往只用于高檔建筑的特殊產品,迅速向普通建筑、空調列車、空調客車、冰箱、展示柜等領域普及,特別是隨著塑鋼窗的推廣應用,中空玻璃更是深入到普通民居。
2001年全國中空玻璃的使用量逾900萬平方米,2005年市場需求量將上升到4500萬平方米,其國內市場前景十分廣闊。
目前市場上的中空玻璃的密封結構主要為單道密封和雙道密封。單道密封指中空玻璃利用舒適膠條密封(市場有些中空玻璃只打一道硅酮膠或聚硫膠等,嚴格來講由于密封性差和壽命太短只能稱為偷工減料,不能稱為單道密封),雙道密封指中空玻璃打兩道膠,中分子量聚異丁烯膠作第一道密封,強度好的聚硫膠或硅酮膠作第二道密封。無論在哪一種結構中,中分子量聚異丁烯由于其可靠的耐水汽性和優異的密封性能都扮演著重要的角色。通常,舒適膠條中聚異丁烯含量約為20%,雙道密封結構中篇一道密封膠中的含量甚至可達40%以上。
目前國內使用中分子量聚異丁烯主要是巴斯夫(Oppanol B10N/B10SFN/B12N/B12SFN/B15N/B15SFN)、日本ENEOS、吉化、順達(SDG聚異丁烯)的產品。
聚異丁烯與炭黑和抗氧化劑以及紫外線吸收劑用在生產中空玻璃的密封膠方面可以增加產品的柔韌性和滲透性,由于國內在中空玻璃的生產方面,國家在環保方面非常的重視,中分子量聚異丁烯的用量將會逐步增加,我國的市場需求越來越越受到重視。
2電線電纜
聚異丁烯可用于各種電纜絕緣,起到絕緣和防止絕緣層變形等作用。絕緣的聚異丁烯在電纜的應用非常廣泛。聚異丁烯的化學結構,低氯含量和高純度有效的阻止了其在電應力下的氧化和氣體析出。糠醛及丙烷蒸餾的殘液經脫瀝青、脫蠟及加氫精制后,添加若干份樹脂、聚乙烯蠟狀物及0.3%低聚異丁烯(Mv=10700),可制出流動點為
20%-60%的PIB、10%-40%的PE、25%-50%的工業炭黑、0-5%微晶石蠟的復合材料可用作高壓高頻脈沖電纜的絕緣材料。
由丁基膠14份、硫化丁基膠2份、PIB(Mv=10000)23份、PIB(Mv=50000)8份、工業炭黑4份、高嶺土44份、SiO26份組成的混合物可用于電纜接頭密封。
高分子量PIB和PE或聚苯乙烯(PS)的共混料也被廣泛用作電線電纜。例如,高頻脈沖的高壓電纜絕緣材料就是由20%-60%PIB、10%-40%PE、25-50%工業炭黑和0%-5%微晶石蠟相共混制成的。
PIB、PE與丁基橡膠的共混硫化膠,增高了粘接性,且允許填充大量填料;而丁基橡膠的硫化又可改善膠料的初始強度。這種特性尤適于制作交聯聚乙烯電纜接頭附件的自粘性膠膠帶。由于這種自粘性膠的密封強度高,可耐高電壓,故在電纜、防腐管道等方面被大量使用。
3薄膜
聚異丁烯還可作為增粘劑用于聚乙烯黏附包裝膜配方中。用聚異丁烯做添加劑可增強熱塑性塑料和薄膜性能,降低成本。聚異丁烯可作為加工助劑和增塑劑用于聚乙烯,高壓聚苯乙烯(HIPS),丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)和改性澆鑄聚丙烯薄膜中。聚異丁烯還可作為增塑增容劑用于包括天然橡膠,丁基橡膠,聚異戊二烯,聚丁二烯和苯乙烯-丁二烯(SBR)橡膠在內的多種硫化彈性體中。聚異丁烯還可增強丁基橡膠或三元乙丙橡膠改性丁基橡膠材質的屋頂和管道包覆材料的塑性。含有熱塑性嵌段共聚物的瀝青質覆頂材料和膠粘劑也用聚異丁烯增強塑性,低溫彈性和黏附性。
聚異丁烯用于PE、PS、ABS;PP……等塑料,提高材料的抗沖擊性能,改進產品的拉伸性能,提高薄膜的紫外穩定性。
PIB用于薄膜中,可與碳黑、石墨、白堊、頁巖、石英、粘土及滑石等填料配伍,可塑性大,耐水耐候性好,與石墨一起作導電膜,與鐵酸鋇一起作磁膜。
將EPDM 100份、高分子量PIB 10-100份、炭黑10-90份、鈦化合物100-650份和醌類交聯劑經擠壓成滾壓成片,加熱,切斷成帶,該自粘帶用于張弛電路范疇的高壓電纜的終端。
將高分子PIB 30-150份、炭黑10-90份、TiO2100-650份、丁基橡膠100份及一定量硫化劑滾壓成片,加熱硫化,然后切割成帶,可制成張弛電路范疇的自粘帶。
PIB可用于熱熔復合涂布,熱熔復合涂布法是用聚異丁烯等的改性蠟類,加熱使其呈溶液狀態,涂布于薄膜基材上,第二基材直接貼合其上,再用冷卻滾筒冷卻而復合。這種方法涂布粘合劑后不用干燥的工序,裝置比干式復合法簡單,適用于鋁箔/紙,塑料/塑料、塑料/鉛箔的復合。
PIB還用于生產防滑食品/飼料/卡板包裝膜、鑄型/吹塑薄膜、降低氣體透過率/抗結露性能薄膜。添加少量聚異丁烯(PIB)改性的飼草用膜,可滿足以下要求:良好的柔韌性、足夠的拉伸強度及耐刺穿性、良好的阻氧性及阻光性(青貯機理是厭氧發酵)。目前青貯膜多用藍、綠、白等色,主材料為LDPE或LLDPE)。
含5%高分子量PIB的PE或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的共混料,經吹塑制成管狀膜,其密封粘著力為1.6N/m,可用于自封式膜袋。
用0.2-0.3體積份高分子量PIB改性乙丙共聚物,可延長低溫(-90
+
將Hadoren 15LP(氯化聚丙烯)4份、高分子量PIB 6份、甲苯100份的混合物在聚丙烯膜上預涂
將PE74份、高分子量PIB 4.5份、氯化石蠟(含氯量70%)10份、氧化銻5份、脂肪酸鈣1。2份、防老劑0.5份、光穩定劑0.15份、Si02 3份、聚乙烯蠟狀物1.4份、防靜電劑0.25份在85
4與橡膠等高聚物共混改性
PIB可以任意比例與其它橡膠共混。作共混時,以相對分子質量為15-20萬的產品最為適宜。一般來說,含有高比例聚異丁烯的共混物比純橡膠可填充更多的填料。PIB可以與橡膠共硫化。
聚丁烯異具有優秀抗紫外性能及抗熱性能,能與天然橡膠、丁基橡膠相容。
低分子量聚異丁烯可作為給注模和擠壓塑料制品著色的色素的載體。
聚異丁烯可用于聚烯烴類橡膠加工用油,其低揮發性、不遷移性優為突出,如用于EP、EPDM、丁基橡膠、SBS、SEBS-…-等。
聚異丁烯可用于橡膠改性。聚異丁烯可以和多種高分子量的物質混合在一起,例如:天然橡膠;合成橡膠;聚丁烯和天然橡膠以及合成橡膠(丁基膠;SBR)相混合后,具有很好的防水和高強度的透氣性能。
聚異丁烯可以作為添加劑涂布于天然膠和合成膠表面,起防護紫外線和防熱作用。
聚異丁烯可以加入EVA共聚物、PP、HDPE、LDPE及LLDPE中,可改進其物理強度。
高分子量PIB與低比例聚乙烯(P正)的共混,可改善共混料的流動性及加工性能;而與高比例的PE共混則可大大提高強度,明顯降低冷流性,當PE的比例達到50%以上時,冷流即可降到最低值。例如以30%-50%高分子量PIB與PE共混后,可注塑成耐腐蝕容器;而用約10%高分子量PIB與PE及高子交換樹脂共混,則可制備電滲析器中的離子交換膜,用于水質處理。
聚氯乙烯(PVC)用作阻尼材料多做成與高聚物的共混物,pvc/PIB共混物有較佳的阻尼性質。中國科學院長春應用化學研究所使用相對分子質量為2-5萬的PIB與PVC進行共混,所得共混物的動態學譜表明,隨著PIB用量的增加,PVC的玻璃化轉變峰有一定程度的加高和加寬,但低溫區的玻璃化轉變峰隨PIB用量增高,也有明顯的加高,PIB作為一個分子量較低的聚合物起著增塑劑的作用,同時使共聚物的力學阻尼性能有所改善。
高壓PE、高分子量PIB、少量炭黑共研磨并熱處理,可制成塑料粉末涂層,在280-350K的水中3000h僅稍混蝕,而不含聚異丁烯的涂層,在同樣條件500h則出現微龜裂。
由聚丙烯(PP)60份、高分子量PIB 20份、PE20份制得的共混模制料,其剛度為500N/mm2,發脆溫度為
PE與PIB的共混物經輻照后,共混物中的PIB可發生部分交聯。
將丁基橡膠5-35份、甲基苯基硅氧烷1-7份、低分子量PIB 4-25份、高分子量PIB0.5-5.0份、添加劑2-15份:增塑劑0.5-4.0份及溶劑相混合制成的粘接帶,具有良好的粘接力與內聚力。
PIB還可以改性聚氨酯。用端羥基PIB與甲苯二異氰酸酯的預聚物合成含有聚異丁烯柔軟鏈段的聚氨酯橡膠,可改進聚氨酯的氣體滲透性、吸水性、水解穩定性及空氣的老化性。
PIB作為橡膠改性已得到廣泛應用。PIB/EPR共混物經輻照后,共混物中的PIB發生交聯,而且交聯是在一定輻射劑量和組成比范圍內發生的。當PIB含量為70%時交聯度最高。1,2-PB/PIB共混物經輻照后,共混物中的PIB只發生了部分交聯。而PIB/SBR、PIB/EVA等共混物經輻照后,共混中的PIB仍然發生裂解。
將高分子量PIB 15份、聚1-丁烯20份、丁基橡膠10份、滑石填料50份、增強纖維3份、ZnO 2%進行共混,可制得一種長期使用、無毒、不刺激人體皮膚的粘性繃帶材料。
PIB還可以做內增塑劑,Ail3_oco(阿莫科)化學公司在其Indopol聚異丁烯產品系列中引入一種新的高活性聚異丁烯。這一新產品通過烴鏈的終端部位接上雙鍵而具有很高的活性。這種高活性聚丁烯用作內增塑劑,已取代了凝聚劑,并減少了溶劑的用量,從而降低了有機揮發物含量和涂料氣味。
5高分子量聚異丁烯直接使用
高分子量聚異丁烯用于房頂薄膜中能保護建筑遠離雨水和融雪。
高分子量聚異丁烯則可作為水性分散體系的減阻劑改善管道中原油和其他烴類產品的流動性,可用于高分子減阻劑,在消防水帶中加入高分子減阻劑后,用直徑較小的水帶仍能維持水的流量不變,便于消防人員攜帶;在農田灌溉中加入減阻劑后,可提高灌溉效率,擴大灌溉面積;在輸水和輸油系統中加入減阻劑可節省能耗;在泄洪管道中,當出現洪峰時用減阻劑也可提高泄洪效率;在油井鉆探方面,在注入水中加入高分子減阻劑可大大提高注入速率。
PIB可用于瓦楞紙印刷中常見的柔性模壓橡膠凸版,模壓橡膠凸版是把合成橡膠材料放在母型中加熱、加壓而成。模壓橡膠凸版的優點是一旦做成母型后,很容易生產橡膠復制版,版厚可以自由控制,還可以根據油墨承印物不同生產多種橡皮版,如聚異丁烯橡膠版。
此外,聚異丁烯還可以進一步衍生出眾多新產品,可以制備各種各樣的接枝共聚物和嵌段共聚物,如可衍生遠螯預聚物X-PIB-X、端羥基聚異丁烯(HTPIB)、末端為烯烴的聚異丁烯(HR-PIB)。