2.3　丁苯橡膠

2.3.1　SBR是什么

丁苯橡膠（butadiene-styrene rubber，SBR）是丁二烯（butadiene）和苯乙烯（styrene）兩種單體通過(guò)乳液共聚或溶液共聚而得到的彈性高聚物。

2.3.2　SBR的分類(lèi)品種

SBR的品種很多，通常根據(jù)聚合方法、填料品種、苯乙烯單體的投料量（與含量相關(guān)）等分為幾個(gè)類(lèi)型，如圖2-12所示。

2.3.2.1　按聚合方法和條件分類(lèi)

根據(jù)聚合方法的不同，可將SBR分為：乳聚SBR（ESBR）和溶聚SBR（SSBR）兩大類(lèi)。其中，前者產(chǎn)量大，使用極為普遍，后者在20世紀(jì)60年代開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，近期有了較大發(fā)展（適用于綠色輪胎）。

乳聚SBR又可分為：高溫ESBR（50℃聚合）和低溫ESBR（5℃聚合）兩類(lèi)。其中，低溫ESBR的性能好、產(chǎn)量大，應(yīng)用普遍，而高溫ESBR已趨于淘汰；溶聚SBR因催化劑和聚合條件的不同，又有無(wú)規(guī)型、嵌段型和無(wú)規(guī)與嵌段并存的三大類(lèi)。

2.3.2.2　按填料品種分類(lèi)

根據(jù)SBR填充材料的不同分為：充炭黑SBR、充油SBR和充油充炭黑SBR。

2.3.2.3　按苯乙烯投料量分類(lèi)

SBR按聚合時(shí)的苯乙烯投料量可分為：丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50等品種（10、30、50等數(shù)字表示聚合時(shí)苯乙烯單體投入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。其中，丁苯-30（實(shí)際苯乙烯含量為23.5%）是最常使用的，它的綜合性能最好。

表2-4列出了常見(jiàn)乳聚SBR的主要品種及特點(diǎn)。

2.3.3　SBR的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

SBR的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：

SBR分子結(jié)構(gòu)中，丁二烯和苯乙烯結(jié)構(gòu)單元隨機(jī)排列，呈無(wú)序結(jié)構(gòu)；同時(shí)，丁二烯有順式-1，4、反式-1，4和1，2三種加成結(jié)構(gòu)，致使SBR分子鏈的規(guī)整性差，不能結(jié)晶。

丁二烯的各種結(jié)構(gòu)含量隨聚合條件的變化有很大不同。表2-5對(duì)不同類(lèi)型SBR的結(jié)構(gòu)特征作了對(duì)比，從表2-5中可知，低溫乳聚SBR的丁二烯結(jié)構(gòu)單元主體結(jié)構(gòu)為反式-1，4結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)類(lèi)型的單一性較強(qiáng)，這也是低溫SBR性能優(yōu)于高溫SBR的重要原因之一。

低溫乳聚SBR與NR一樣，也為不飽和碳鏈橡膠，但與NR相比，其雙鍵數(shù)目較少，且不存在甲基側(cè)基及推電子作用，雙鍵的活性也較低；由于其分子主鍵上引入了龐大的苯基側(cè)基，并存在丁二烯-1，2結(jié)構(gòu)形成的乙烯側(cè)基，因此空間位阻大，分子鏈的柔性較差；此外，其平均分子量較低，分子量分布較窄。

2.3.4　SBR的性能

2.3.4.1　低溫乳聚SBR的物理性質(zhì)

低溫乳聚SBR為淺褐色或白色（非污染型）彈性體，微有苯乙烯氣味，雜質(zhì)少，質(zhì)量較穩(wěn)定。其密度因生膠中苯乙烯含量不同而異：如丁苯-10的密度為0.919g/cm³，丁苯-30為0.944g/cm³。能溶于汽油、苯、甲苯、氯仿等有機(jī)溶劑中。

2.3.4.2　低溫乳聚SBR的使用性能

由于低溫乳聚SBR是非結(jié)晶橡膠，因此無(wú)自補(bǔ)強(qiáng)性，純膠硫化膠的拉伸強(qiáng)度很低，只有2～5MPa，必須經(jīng)高活性補(bǔ)強(qiáng)劑補(bǔ)強(qiáng)后才有使用價(jià)值，其炭黑補(bǔ)強(qiáng)硫化膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)25～28MPa。

由于低溫乳聚SBR分子結(jié)構(gòu)較緊，特別是龐大苯基側(cè)基的引入，使分子間作用力加大，所以其硫化膠比NR有更好的耐磨性、耐透氣性，但也導(dǎo)致彈性、耐寒性、耐撕裂性（尤其是耐熱撕裂性）差，多次變形下生熱大，滯后損失大，耐屈撓龜裂性差（指屈撓龜裂發(fā)生后的裂口增長(zhǎng)速度快）。

由于低溫乳聚SBR是碳鏈膠，取代基屬非極性基范疇，因此是非極性橡膠，耐油性和耐非極性溶劑性差。但由于結(jié)構(gòu)較緊密，所以耐油性和耐非極性溶劑性、耐化學(xué)腐蝕性、耐水性均比NR好。又因含雜質(zhì)少，所以電絕緣性也比NR稍好。

2.3.4.3　低溫乳聚SBR的工藝性能

由于聚合時(shí)控制了分子量在較低范圍，大部分低溫乳聚SBR的初始門(mén)尼黏度值較低，在50～60，因此可不經(jīng)塑煉，直接混煉。

由于其分子鏈柔性較差，分子量分布較窄，缺少低分子量級(jí)分的增塑作用，因此加工性能較差，表現(xiàn)為：混煉時(shí)，對(duì)配合劑的濕潤(rùn)能力差，溫升高，設(shè)備負(fù)荷大；壓延、壓出操作較困難，半成品收縮率或膨脹率大；成型貼合時(shí)自黏性差等。

由于其是不飽和橡膠，因此可用硫黃硫化，與NR和順丁橡膠的并用性能好，但因不飽和程度比NR低，因此硫化速率較慢，而加工安全性提高，表現(xiàn)為不易焦燒、不易過(guò)硫、硫化平坦性好。

2.3.5　SBR的應(yīng)用

低溫乳聚SBR成本低廉，其力學(xué)性能和加工性能的不足之處，可通過(guò)調(diào)整配方和工藝條件而得到改善，所以迄今仍是世界上產(chǎn)量和消耗量最大的合成橡膠。其中丁苯-30在多數(shù)場(chǎng)合下可以部分或全部地代替NR，制造各種輪胎和其他橡膠工業(yè)制品，如膠管、膠帶、電纜等，也可用于制造日常生活用品，如膠鞋等；丁苯-10主要用于耐寒制品，丁苯-50多用于制造硬質(zhì)橡膠制品、海綿制品和鞋底等。

無(wú)規(guī)型，即通用型溶聚SBR，可用于輪胎、鞋類(lèi)和工業(yè)橡膠制品；嵌段型屬熱塑性彈性體；無(wú)規(guī)型與嵌段并存型是新型溶聚SBR，乙烯基含量高，其特點(diǎn)是滾動(dòng)阻力小，且抗?jié)窕孕　?/p>